مقاوم‌سازی با FRP

مقاوم سازی با FRP طی سالیان اخیر در مقایسه با انواع روش های مقاوم سازی مرسوم در بین طراحان حرفه ای محبوبیت چشمگیری پیدا کرده است. در دهه ی ۱۹۸۰ اولین کاربرد FRP در صنعت مهندسی عمران و به عنوان جایگزینی قابل قبول برای ژاکت های فولادی، پس از استفاده ی موفقیت آمیز جهت مقاوم سازی و بهسازی از جمله مصالحی که در جهت مقاوم سازی استفاده میشود ورق‌های FRP می‌باشد. این ورقه‌ها با ضخامت چند میلی متر از جنس FRP بوده با چسب‌های مستحکم و مناسب به سطح بتن چسبانده می‌شوند برای پوشش سطح بتن در محیط های خورنده و نیز ایزوله کردن آنها و همچنین جهت تعمیر و تقویت سازه‌های آسیب دیده ناشی از زلزله و یا ناشی از خوردگی آب‌های یون دار نیز استفاده می‌شود.
در ادامه FRP جهت بهسازی لرزه ای در ستون های پل بتن مصلح در مقیاس واقعی ، یک ساختمان تحقیقاتی بنایی پنج طبقه و یک ستون به قطر شش فوت به صورت آزمایشی مورد استفاده قرار گرفت. آزمایش ها ، طراحی و نصب سیستم‌های مقاوم سازی با FRP در طی سی سال نشان داده است که در صورت استفاده صحیح، کامپوزیت FRP می تواند به عنوان یک راهکار بهسازی و مقاوم سازی موثر در نظر گرفته شود.الیاف FRP نقش اصلی در مقاومت و مشخصات مکانیکی مادهی مرکب دارد و وظیفه ی رزین به هم متصل کردن الیاف FRP و محافظت از آنها در برابر عوامل محیطی است.کامپوزیت های FRP برحسب نوع الیاف FRP معمول مورد استفاده(کربن، شیشه و آرامید)، به سه دسته CFRP و GFRP و AFRP تقسیم میشوند. برای بهسازی لرزه ای با الیاف FRP ضوابط موجود در نشریه ۳۶۰ که در نظر گرفته شده بخسازی انجام میگیرد.

معرفی سیستم مقاوم سازی با FRP

بر مبنای آیین نامه های جدید، بسیاری از سازه ها از جمله ساختمان های مسکونی قرار گرفته در مناطق لرزه خیز توانایی مقاومت در برابر زلزله را ندارند. بعلاوه، زلزله های اخیر در مناطق شهری به وضوح نشان داد که تقویت و مقاوم سازی ساختمان امری است اجتناب ناپذیر. در طی سالیان اخیر مطالعات گسترده ای جهت یافتن روش های تقویت و مقاوم سازی ساختمان ها به منظور بهبود عملکرد لرزه ای آن ها صورت گرفته است. به همین منظور روش های گوناگونی شامل افزودن المان های سازه ای جدید، پیش تنیدگی خارجی، استفاده از ورق های خمشی فولادی و… مورد استفاده قرار گرفته است. برای آشنایی بیشتر با این روش ها می توانید به مقاله ی مقاوم سازی سازه ها مراجعه کنید.

در بین این روش ها و در طی دو دهه اخیر، مقاوم سازی با FRP یا کامپوزیت های پلیمری مسلح شده با الیاف در بین جامعه ی مهندسی عمران اقبال قابل قبولی پیدا کرده است. کامپوزیت های پلیمری مسلح شده با الیاف (FRP) از فیبر های پیوسته از جنس الیاف کربن (CFRP)، الیاف شیشه (GFRP) و یا الیاف آرامید (AFRP) که در داخل ماتریسی از جنس اپوکسی، وینیلستر یا پلی استر به یکدیگر متصل شده اند، تشکیل شده است. فیبرها عضو باربر در FRP بوده در حالی که مواد ماتریسی مورد استفاده در کامپوزیت، برش را منتقل می کند.

کاپوزیت های FRP بسته به نوع الیاف مورد استفاده در آن دارای مقاومت های متفاوتی می باشند. در صورتی که فیبر شیشه مقاومت برشی تقریبا برابر مقاومت جاری شدن فولاد معمولی را فراهم می کند، کامپوزیت های بر پایه الیاف کربن مقامت کششی دو تا پنج برابر مقاومت جاری شدن فولاد معمولی را تامین می‌کند. هرچند هر دو نوع کامپوزیت های FRP دارای سختی کششی کمتری نسبت به فولاد می‌باشند، سختی کامپوزیت فیبر کربن دو تا پنج برابر سختی کامپوزیت الیاف شیشه می باشد. همچنین، وزن کامپوزیت های FRP تقریبا یک پنجم وزن فولاد می‌باشد.

محصولات FRP که معمولا برای تقویت یک سازه مورد استفاده قرار می‌گیرد، به شکل نوار (strip)، ورق (sheet) و یا پوشش لمینت (laminate) و یا میلگرد FRP در دسترس می باشد. برای آشنایی بیشتر با خصوصیات کامپوزیت‌های FRP  به مقاله از کامپوزیت FRP چه می دانید؟ مراجعه کنید. امروزه استفاده از FRP ها به عنوان یک  نوع مصالح جایگزین رایج برای فولاد به منظور بهسازی، تقویت و مقاوم سازی انواع سازه ها شامل ساختمان های مسکونی، پل ها، لوله های نفت و گاز و … شناخته می شود. کامپوزیت FRP در مقایسه با فولاد مزایایی دارند که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• سختی مشخصه بالا (E/ρ)
• مقاوم مشخصه بالا (ρ/σ_ult)
• مقاومت بالا در برابر خوردگی
• سهولت در جابجایی و نصب

علاوه براین، مقاومت در برابر دمای بالا و شرایط محیطی و مکانیکی سخت از دیگر دلایل انتخاب FRP ها برای بهسازی لرزه ای می باشد. هرچند FRP ها دارای مزایایی می باشند، به مانند دیگر مصالح مورد استفاده دارای معایبی نیز هستند که میتوان هزینه ی بالا، مقاومت پایین در برابر ضربه و رسانایی الکتریکی بالا را نام برد.

مقاوم سازی ساختمان های بتنی مسلح شده با استفاده از FRP

جهت تقویت ستون ها و تیرهای بتنی، روش های مقاوم سازی متنوعی وجود دارد. با این وجود، بیشتر زمان مورد نیاز برای اجرای این روش ها با لا می باشد. از آنجایی که از دهه ی ۱۹۹۰، استفاده از پلیمرهای مسلح شده با الیاف (FRP) در مهندسی عمران چشمگیر شد، پلیمرهای مسلح شده با الیاف کربن (CFRP) در ابتدا برای تقویت ستون ها مورد استفاده قرار گرفت.

تقویت ستون های بتنی با استفاده از پوشش FRP

با توجه به اینکه ستون ها اصلی ترین عضو باربر ساختمان محسوب می شوند، به عنوان آسیب پذیرترین بخش یک ساختمان بتن مسلح (RC) در هنگام وقوع زلزله شناخته می شوند. حداقل ابعاد سطح مقطع و کمبود آرماتورهای فولادی در ستون های با طراحی نامناسب منجر به اجرای یک ستون ضعیف و تیر قوی می شود. از آنجایی که تیرها انرژی را به صورت موثرتری مستهلک می کنند، تقویت ستون های ساختمان به منظور تشکیل مفاصل پلاستیک در تیرها بسیار حایز اهمیت می باشد. بعلاوه، ستون ها باید طوری طراحی شوند تا در هنگام زلزله از گسیختگی یک ساختمان بعلت ایجاد طبقه ی نرم جلوگیری بعمل بیاید.
در هنگام زلزله، سه مد گسیختگی ستون های بتن مسلح بعلت بارهای چرخه ای محوری و جانبی می تواند اتفاق بیفتد. این نوع از گسیختگی ها عبارتند از: گسیختگی برشی، گسیختگی مفصل پلاستیک خمشی و گسیختگی وصله پوششی.
کمبود آرماتورهای عرضی می تواند گسیختگی برش را در پی داشته باشد. این نوع گسیختگی از نوع گسیختگی ترد بوده و می تواند منجر به خرابی های بسیاری در ساختمان شود. با استفاده از لمینت های FRP تشکیل شده از الیاف در جهت های حلقوی می توان ظرفیت برشی ستون های ضعیف را به صورت قابل توجهی بهبود بخشید. نتایج مطالعات آزمایشگاهی نشان دهنده این بوده است که پوشش کامپوزیت با طراحی مناسب برای ستون های بتنی مسلح شده می تواند مقاومت برشی را به میزانی افزایش دهد که مد گسیختگی برشی به مد تغییرشکل خمشی غیرالاستیک تبدیل شده و شکل پذیری خمشی را افزایش دهد. برای مطالعه ی بیشتر می توانید به مقاله ی Fiber reinforced polymers for structural retrofitting: A review رجوع کنید.

گسیختگی های وصله پوششی در ستون های بتن مسلح زمانی اتفاق می افتد که طول وصله پوشش در ستون به قدری کوتاه باشد که پیوند در هنگام زلزله شکسته شود. ضخامت پوشش FRP مورد نیاز برای چسباندن اطراف محیط وصله پوشش با قطر موثر ستون رابطه ی مستقیم داشته و با مدول الاستیک لمینت رابطه ی معکوس دارد. تحقیقات صورت گرفته در این زمینه نشان داده است که محصور کردن ستون های با مقطع مستطیل با استفاده از پوشش های FRP مقاومت محوری و شکل پذیری آن را به مقدار قابل توجهی بهبود بخشیده است. همچنین در ستون های با مقطع مربعی و بدون آرماتورهای طولی (plain concrete)، استفاده از یک، دو و سه لایه از پوشش های FRP از جنس الیاف کربن (CFRP) مقاومت محوری را به ترتیب ۱۵۴، ۲۱۳ و ۲۳۰ درصد افزایش داده است. در مقابل و در ستون های ببتن مسلح و با مقطع مربع شکل، استفاده از یک، دو و سه لایه از پوشش های FRP از جنس فیبر کربن (CFRP) مقاومت محوری را به ترتیب ۱۸۸، ۲۵۵ و ۳۱۰ درصد افزایش داده است.
مقاوم سازی ستون های بتن مسلح، از گسیختگی نابهنگام پوشش بتن و کمانش میلگردهای فولادی طولی جلوگیری کرده و در نتیجه عملکرد ستون را تحت بارگزاری لرزه ای بهبود می بخشد. در این حالت با افزایش ظرفیت تغییرشکل ستون محصور شده با FRP، کمانش میلگردها مهار و از تاثیر تغییر شکل برشی بر روی ظرفیت آن جلوگیری می شود.

براساس آزمایشات صورت گرفته مقاوم سازی ستون های بتنی با FRP ، نتایج زیر حاصل می گردد :

۱-  تقویت در افزایش بار فشاری بطور قابل ملاحظه ای تاثیرگذار می باشد بگونه ای که با تقویت کلیه سطح ستون ۲۲ % و با تقویت نیمه میانی ستون ۸ از بست های انتهایی ،خورد شدگی CFRP و با تقویت دو سر ستون تا ۱۵ % بار فشاری افزایش می یابد.

۲- در طی آزمایشات مختلف جدا شدن ورق به عنوان بیشترین عامل شکست CFRP مشاهده گردید آنچه قابل برداشت است، مشاهده جدا شدن ورق CFRP بتن ناحیه فشاری ،گیسختگی ورق و به عنوان یک عامل نا مطلوب که نیاز به استفاده از سیستم مهارهای انتهایی موثرتر و همچنین استفاده از چسب های با مقاومت بالاتر را روشن می سازد .

۳- تقویت باعث افزایش سختی در اعضا گشته است.

۴-تقویت در کاهش شکل پذیری دراعضا تاثیرگذار بوده است بگونه ای که که با دورپیچ نیمه میانی ستون میزان کرنش بطور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد.

۵- تقویت در به تاخیر انداختن اولین ترک نسبت به ستونهای مرجع موثر واقع شده است.

۶- تقویت در کاهش عرض ترک های بوجود آمده نسبت به ستونهای مرجع موثر بوده است

تقویت دیوار برشی بتنی با استفاده از پوشش FRP

در ساختمان هایی که در مناطق لرزه خیز ساخته شده اند، دیوار های برشی بتنی مسلح به عنوان یک سیستم متداول باربر جانبی مورد استفاده قرار می گیرد. دیوارهای برسی دارای سختی جانبی درون صفحه بسیار بالاتری نسبت به دیگر المان های سازه ای بوده و انتظار می رود در برابر بارگذاری جانبی بهتر عمل کند. هرچند پیشرفت های عمده در زمینه طراحی لرزه ای مربوط به ده های اخیر می باشد، ساختمان های با دیوار برشی قدیمی تر در مخطر آسیب های قابل توجه در برابر زلزله های متوسط یا بزرگ می باشند. دلیل این امر را می توان در سختی درون صفحه ای ناکافی، ظرفیت های خمشی و برشی ناکافی، محصور شدگی ناکافی بتن و طراحی ضعیف جست و جو کرد. برای کاستن پاسخ لرزه ای ناکافی یک ساختمان بعلت نقایص سازه ای، طرح های مقاوم سازی و تعمیر متنوعی وجود دارد. در سال های اخیر پوشش های FRP که دارای مزایایی همچون وزن پایین و مقاومت بالا می باشند به منظور افزایش مقاومت برشی و استهلاک انرژی در المان دیوارهای برشی مورد استفاده قرار گرفته است. بعلاوه پوشش FRP به منظور افزایش در مقاومت خمشی دیوار نیز مورد استفاده قرار گرفته است. با استفاده از طرح پوشش در دو جهت عمودی و افقی می توان رفتار شکل پذیری خمشی دیوار را افزایش داد و نتیجتا گسیختگی ترد ناشی از برش را از بین برد. از دیگر مزایای سیستم مقاوم سازی با FRP می توان به افزایش مقاومت، سختی و جابجایی نهایی دیوار برشی اشاره کرد. همچنین دیوارهای مقاوم سازی شده با FRP ظرفیت استهلاک انرژی بیشتری در مقابل دیوارهای برشی بدون مقاوم سازی خواهند داشت.

تقویت دال بتنی با استفاده از پوشش FRP

دال بتنی یک المان سازه ای می باشد که برای ایجاد سطوح تخت مانند کف ها و سقف ها مورد استفاده قرار می گیرد. یک دال بتنی معمولا با تیرها، ستون ها، دیوارها و یا زمین نگه داشته می شود. دال های بتنی در برخی مواقع همچون افزایش بار وارده بر دال، طراحی نامناسب، خوردگی آرماتور های فولادی، به وجود آمدن ترک در بتن و یا نشست پی بیش از حد مجاز نیازمند تقویت و مقاوم سازی می باشند. کامپوزیت های FRP  به عنوان یک راهکار مطمئن جهت تقویت دال های بتنی معرفی می گردد. همچنین روش های سنتی مورد استفاده جهت مقاوم سازی دال ها مانند استفاده از صفحات فولادی و شاتکریت می توانند در کنار کامپوزیت های FRP مورد استفاده قرار گیرند.

کامپوزیت FRP می تواند ظرفیت باربری برشی و خمشی مورد نیاز یک دال بتنی را در هر دو ناحیه ممان منفی و ممان مثبت افزایش دهد. در حقیقت  از سیستم FRP ظرفیت باربری را بدون تغییر در هندسه دال و همچنین هندسه کلی سازه به طرز چشمگیری افزایش می دهد.

تقویت تیرهای بتنی با استفاده از پوشش FRP

تقویت خمشی تیرهای بتن مسلح یک ساختمان میتواند با اتصال خارجی کاپوزیت های FRP (سیستم اتصال خارجی (EB)) یا با قرار دادن نوارها یا میلگردهای FRP در شیارهای ایجاد شده داخل بتن انجام گیرد (سیستم نصب شده در نزدیک سطح (NSM)). در هر دو روش، اتصال بین FRP و سطح بتن برای بهبود مقاومت خمشی و سختی و جلوگیری از گسیختگی به علت اتصال نامناسب باید کنترل گردد. استفاده از اتصال لمینت FRP برای مقاوم سازی خمشی سطح در معرض کشش تیرهای بتن مسلح، برای اولین بار توسط گروه Meier در لابراتوارهای تحقیقاتی و آزمایش مصالح فدرال سوییس معرفی گردید. از آن به بعد محققین در سرتاسر دنیا تحقیقات تئوری و آزمایشگاهی گسترده ای بر روی تقویت و مقاوم سازی خمشی تیرهای بتنی انجام دادند. هدف از انجام این تحقیقات بررسی میزان اثر بخشی پوشش های FRP بر روی عملکرد خمشی تیرهای بتنی یک ساختمان و یا بررسی تاثیر پارامترهای مختلف بر مدهای گسیختگی بوده است. تحقیقات پیشین نشان داد تقویت و مقاوم سازی با استفاده از پوشش های FRP منجر به افزایش مقاومت نهایی تیر بتنی به میزان ۲۲ درصد شد. در برخی موارد استفاده از گیره های اضافی برای جلوگیری از جداشدگی پوشش FRP، مقاومت را به میزان ۲۴۵ درصد افزایش داد. علاوه بر تقویت، طرح مقاوم سازی FRP با استفاده از سیستم مهاری، شکل پذیری تیر مقاوم سازی شده را با استفاده از محصور شدگی بتن بهبود می بخشد. افزایش شکل پذیری با استفاده از پوشش FRP، بهبود عملکرد لرزه ای تیر مقاوم سازی شده را نیز در پی خواهد داشت. تحقیقات صورت گرفته بیانگر این موضوع است که مقاومت برشی تیرهای مقاوم سازی شده با پلیمرهای مسلح شده با الیاف کربن (CFRP) تحت بارگذاری لرزه ای شبیه سازی شده در مقایسه با تیر بتنی مسلح شده بدون مقاوم سازی با پوشش FRP، به مقدار ۱۱۴ درصد افزایش پیدا کرده است. مواد FRP سختی تیر ها را قبل از گسیختگی برشی بالا برده و منجر به بروز رفتار تقریبا الاستیک می شود.

هرچند امکان افزایش مقاومت خمشی تیرها و تیرهای باربر بتنی با استفاده از اتصال پوشش های FRP وجود دارد، ولی باید دقت شود که استفاده از ورق های FRP منجر به ایجاد مدهای گسیختگی جدید در تیرهای مقاوم سازی شده نشود. این قبیل گسیختگی ها در بارهایی بسیار کمتر از بار طراحی رخ می دهند و اغلب ماهیت ترد دارند. به منظور استفاده از پوشش های FRP به عنوان یک روش بهسازی، تقویت و مقاوم سازی موثر، رفتار تیرهای تقویت شده با FRP و شناخت مدهای گسیختگی باید با استفاده از نتایج آزمایشگاهی و مدل سازی کامپیوتری کاملا شناخته شود.

کارایی سیستم مقاوم سازی FRP مورد استفاده در تیرهای RC را می توان با استفاده از پیش تنیدگی الیاف و فیبرها بسیار بیشتر کرد. اثرات سودمند روش پیش تنیدگی عبارتند از به تعویق انداختن تشکیل ترک، افزایش ظرفیت کششی اعضا بعلت محصورکنندگی و کاهش هزینه های مرتبط با مقاوم سازی با الیاف FPR، به خاطر اینکه همان مقدار مقاومتی را که می توان با الیاف FRP بدون پیش تنیدگی بدست آورد می توان با پوشش های FRP پیش تنیده شده ولی با سطح مقطع کمتر بدست آورد. بنابراین میزان سرویس دهی تیرهای تقویت شده با FRP، وقتی که ورق ها یا لمینت ها پیش تنیده باشند بهبود پیدا می کند. هرچند، آیین نامه های مرتبط با اجرای FRP های پیش تنیده کاملا تهیه نشده است. قبل ازاینکه FRP های پیش تنیده بصورت متداول مورد استفاده قرار بگیرد، تکنیک های پیش تنیدگی و روش های نصب می بایست اصلاح شده و هرچه بیشتر ساده سازی شوند.

نوع اتصال و انتقال بار بین تیر بتنی و لمینت های کامپوزیت FRP تاثیر بسزایی بر رفتار گسیختگی و توزیع تنش در تیر مقاوم سازی شده دارد. جداشدگی پوشش پایینی از سطح بتن رایج ترین مد گسیختگی برای تیرهای مقاوم سازی شده با استفاده از پوشش های خارجی FRP می باشد. جداشدگی منجر به از دست رفتن اثر کامپوزیت بین بتن و لمینت FRP می شود. جداشدگی موضعی زمانی آغاز می شود که تنش های برشی بین سطحی و تنش های نرمال از مقاومت بتن بیشتر شود. برای به تاخیر انداختن جداشدگی FRP  و افزایش بازده طرح مقاوم سازی با FRP می توان نوار های جاکتی U شکل را در ناحیه ای که جداشدگی شروع شده است تعبیه کرد.

بکارگیری ورق های FRP در تقویت تیر های بتنی سبب افزایش ظرفیت باربری و کاهش خیز آن می شود. همچنین ترک های ایجاد شده کوچکتر و به طور یکنواخت پخش گردیده اند و وجود لایه های عمودی تقویت ، باعث جلوگیری از پارگی در الیاف خمشی (افقی) می شود.

ظرفیت باربری نهایی تیر ها با بکار بدن ترکیبی از ورق های تقویتی مسلح به صورت عمودی و افقی همراه با چسب اپوکسی مناسب تقریبا دو برابر می شود.

گسترش لایه های عمودی در سراسر دهانه تیر کاهش تر های قطری را در پی داشته و نیز سبب می شود تا از ظرفیت الیاف طولی به طور کامل استفاده شود. در نتیجه ظرفیت باربری نهایی تیر ها به طور قابل ملاحظه ای افزایش خواهد یافت.

تیر هایی که ورق های GFRP در زیر و طرفین آن ها بکار رفته است نسبت به تیر هایی که فقط در زیر به وسیله ورق تقویت شده اند رفتار بهتری از خود نشان می دهند.

مقاوم سازی اتصالات ستون به دال بتنی با استفاده از پوشش CFRP

در طی زلزله های اخیر و در ساختمان های با دال تخت که جزییات طراحی لرزه ای مناسبی نداشته اند، اتصالات ستون-دال آسیب سازه ای قابل توجه ای دیده و در نتیجه تعداد تلفات انسانی قابل توجه بوده است. از اینرو و در تعداد قابل توجهی از ساختمان های با دال تخت که از استانداردهای لازم طراحی و ساخت برخوردار نمی باشندبه منظورکاهش اثرات فاجعه بار زلزله های آینده می بایست راهکارهای مقاوم سازی ساده، اقتصادی و خلاقانه به کار گرفته شود. به همین علت محققین روش های متفاوتی را به منظور مقاوم سازی کامل و با صرفه اقتصادی در اتصالات ستون-دال های تخت به کار گرفته اند. یکی از روش هایی که در این زمینه مورد استفاده قرار گرفته است، بکارگیری صفحات فولادی و اتصالات پیج جهت تعمیر اتصالات ستون-دال شکل پذیر آسیب دیده می باشد. از این تکنیک مقاوم سازی می توان برای بهبود عملکرد اتصالات غیر شکل پذیر ساخته شده قبل از سال ۱۹۷۱ نیز استفاده کرد. هرچند تاثیر این روش ترمیم بر ظاهر این نوع از سازه ها یکی از نقاط ضعف آن می باشد. یکی از روش هایی که امروزه جهت مقاوم سازی اتصالات دال-بتن شکل پذیر آسیب دیده مورد توجه محققین قرار گرفته است استفاده از پلیمرهای مسلح شده با الیاف کربن و یا به اختصار CFRP می باشد. همچنین استفاده از CFRP ها در بازگرداندن مقاومت باربری جانبی حداکثر و سختی اولیه اتصالاتی که آسیب ندیده اند موثر می باشد

مقاوم سازی ساختمان های بنایی با استفاده از FRP

بسیاری از سازه های بنایی غیر مسلح (URM) در برابر زمین لرزه آسیب پذیر بوده و نیازمند مقاوم سازی می‌باشند. هرچند کاربرد FRP بیشتر محدود به سازه های بتن مسلح می باشد، استفاده از FRP می تواند در بالابردن مقاومت و شکل پذیری سازه‌های بنایی بسیار موثر باشد. برای دیوارهای بنایی مقاوم سازی شده با لمینت های FRP، جداشدگی لمینت FRP از لایه با مسالح بنایی مکانیزم کنترل کننده ی گسیختگی می باشد. این مساله در دیوارهای بنایی مقاوم سازی شده برای تحمل بارهای داخل و خارج از صفحه مشهود می باشد. برای واحدهای از جنس خاک رس، ممکن است جداشدگی با میزان تخلخل خود مصالح بنایی رابطه مستقیم داشته باشد. از آنجایی که اثر بخشی مقاوم سازی می تواند به طور خطرناکی بعلت گسیختگی های نا بهنگام بیش از اندازه برآورد شود، اثر متقابل دیوارهای مقاوم سازی شده با المان های سازه ای پیرامونی (نظیر تیرها و ستون ها) حایز اهمیت می‌باشد. (برای مثال خوردشدگی واحد های بنایی در نواحی مرزی).

مقاومت خمشی دیوارهای URM معمولا به مقاومت کششی ملات محدود می باشد. ولی دیوارهایی که ورق های FRP به آن نصب شده اند بعلت فراهم شدن عضو کششی بزرگ می توانند ممان های بیشتری را تحمل کنند. همچنین با فراهم شدن طرح مقاوم سازی FRP مناسب مقاومت جانبی و سختی دیوارهای URM می تواند بهبود پیدا کند.

مقاوم سازی ساختمان های فولادی با استفاده از FRP

هرچند مصالح FRP به عنوان یک روش مقاوم سازی سازه های بتن مسلح از سوی جوامع تحقیقاتی مقبولیت بسیاری پیدا کرده است، مقاوم سازی سازه های فولادی با استفاده از مصالح FRP تاکنون به مانند سازه های بتن مسلح مورد توجه قرار نگرفته است. با این وجود، مقاوم سازی لرزه ای سازه های فولادی با استفاده از مصالح FRP، تدریجا محبوبیت پیدا می کند.
تعداد کمی پژوهش برای یافتن پتانسیل مواد FRP جهت تعمیر و مقاوم سازی سازه های فولادی انجام شده است. اکثر کارهای تحقیقاتی انجام گرفته بر روی مقاوم سازی سازه های فولادی با استفاده از مواد FRP عمدتا بر زمینه های زیر متمرکز بوده است:

• مقاوم سازی شاه تیرهای فولادی که جوش داده نشده اند
• تعمیر شاه تیرهای فولادی خورده شده
• بهسازی اتصالات پرچی آسیب دیده فرسوده

این تحقیقات نشان داد که مقاوم سازی با FRP می تواند سختی الاستیک شاه تیرهای فولادی آسیب دیده را از ۱۰تا ۳۷ درصد افزایش دهد. نوشته های تا به امروزنشان داده است استفاده از ورق ها و نوارهای FRP به عنوان یک روش تعمیر می تواند ظرفیت از دست رفته یک مقطع فولادی را بازگرداند. همچنین FRP می تواند سازه های فولادی را بطور موثری برای مقاومت در برابر بارهای بیشتر تقویت کند.همچنین عمر خستگی سازه های فولادی می تواند به وسیله استفاده از لمینت ها و ورق های FRP متصل شده با اپوکسی بیشتر شود. علاوه براین، مقاوم سازی با FRP تاثیر قابل توجهی بر کاهش توزیع ترک دارد. کاربرد FRP در سازه های فولادی منجر به مقاومت جاری شده افزایش یافته مقطع فولاد می شود که نتیجه ی آن افزایش بار سرویس خواهد بود.

می دانیم بتن یک مصالح ساختمانی با مقاومت فشاری بالا و مقاومت کششی پایین می باشد. یک تیر بتنی بدون آرماتور وقتی تحت بار بسیار کمی هم قرار گیرد ترک خورده و از کار می افتد. در اکثر موارد شکست به صورت ناگهانی و شکننده اتفاق می افتد. معمول ترین روش برای تقویت سازه بتنی استفاده از میلگرد های فولادی است که قبل از ریختن بتن در سازه جایگذاری می شود. از آنجایی که یک سازه بتنی معمولاً عمر بسیار طولانی دارد، کاملاً متداول است که تقاضای سازه با گذشت زمان تغییر می کند. سازه ها ممکن است مجبور باشند بارهای بزرگتری را در طول زمان تحمل کنند یا استانداردهای جدید را رعایت کنند. در بعضی موارد ممکن است سازه به دلیل سانحه نیاز به تعمیر داشته باشد. دلیل دیگر می تواند این باشد که در مرحله طراحی یا ساخت اشتباهاتی صورت گرفته است به طوری که سازه قبل از استفاده نیاز به تقویت داشته باشد. در صورت بروز هر یک از این شرایط، باید تعیین شود که سازه باید تقویت شود یا جایگزین شود. اگر تشخیص داده شد که سازه نیاز به تقویت دارد، مقاوم سازی با اف آر پی یکی ازز گزینه های مناسب است.

ضرورت مقاوم سازی ساختمان

بسیاری از ساختمان‌هایی که هنوز وجود دارند، دستورالعمل‌های موجود را برآورده نمی‌کنند و زلزله‌های اخیر در سراسر جهان، مردم را نسبت به ایمنی جان و مال آگاه‌تر کرده است.

دلایل زیادی برای مقاوم سازی ساختمان های موجود وجود دارد. به طور خلاصه به شرح زیر است:

• برای از بین بردن مشکلات ساختاری که ناشی از شرایط بارگذاری یا قرار گرفتن در شرایط غیرمعمول، طراحی ناکافی، یا شیوه های ساخت و ساز ضعیف است. آسیب دیدگی ممکن است ناشی از بارهای اضافی، آتش سوزی، سیل، نشست فونداسیون، خرابی ناشی از ساییدگی، اثرات خستگی، حمله شیمیایی، هوازدگی، نگهداری ناکافی و غیره باشد.
• مطابق با دستورالعمل و استانداردهای فعلی باشد
• اجازه امکان تغییر کاربری یک سازه برای تطبیق کاربری متفاوت با کاربری فعلی.
• مشکلات دوام ناشی از مصالح ساختمانی ضعیف یا نامناسب.
• خطاهای طراحی یا ساخت
• محیط های خورنده درزمان طراحی به درستی شناسایی نشده اند.
• افزایش تقاضای طول عمر در زیرساخت های قدیمی
• بارگیری استثنایی یا اتفاقی
• طول عمر متفاوت اجزای سازه ای یا غیر سازه ای

مقدمه ای برای مقاوم سازی با اف آر پی

روش های مختلفی برای تقویت سازه های بتنی موجود وجود دارد مانند: تغییر سطح مقطع، پیش تنیدگی خارجی، تغییر سیستم استاتیک یا طراحی که در جایی که داده ها و بارهای واقعی مواد در نظر گرفته می شود، حتی دقیق تر است. یکی دیگر از روش‌های مقاوم سازی، پیوند صفحه‌ای FRP (پلیمرهای تقویت‌شده با الیاف) است. مواد FRP گروهی از کامپوزیت های پیشرفته متشکل از الیاف با مقاومت بالا و مدول بالا هستند که در یک ماتریس با ویژگی های رابط متمایز تعبیه شده اند. هم الیاف و هم ماتریس ماهیت فیزیکی و شیمیایی خود را حفظ می‌کنند، اما خواص متمایزی را تولید می‌کنند که هر یک از اجزای سازنده به تنهایی نمی تواند به وجود آوررد.

روشی که اغلب برای بهبود ظرفیت باربری سازه مورد استفاده قرار می گیرد، اتصال ورقه های پارچه یا الیاف کامپوزیت به سازه است. فیبر موجود در کامپوزیت می تواند از شیشه، آرامید یا فیبر کربن تشکیل شده باشد.

مورد دوم بارها و بارها ثابت شده است که در ساخت سازه های بتنی مطلوب است. چسبی که برای چسباندن پارچه یا لمینت به سطح بتن استفاده می شود یک چسب اپوکسی دو جزئی مقاوم است که همراه با الیاف به کامپوزیت پلیمر روی سطح سازه تبدیل می شود. ساختار قدیمی و مواد پیوند شده جدید یک رابطه ساختاری ایجاد می کند که مقاومت بیشتری نسبت به ساختار اصلی دارد.

کاربردهای روش مقاوم سازی با اف آر پی

در گذشته، هزینه بالای مواد FRP، کاربرد آن ها را در مناطقی که کاهش وزن مهمتر از هزینه بود، محدود می کرد، مانند صنایع هوافضا و کالاهای ورزشی. اخیراً، نیاز به ارتقا و تعمیر زیرساخت منجر به افزایش تحقیقات و استفاده از مواد FRP در کاربردهای مهندسی سازه شده است. برای تعمیر سازه های موجود، لمینت های FRP (با ضخامت تقریبی 1 تا 2 میلی متر) به سطح کششی تیرها و دال ها چسبانده شده اند. ورق‌ها و پارچه‌های FRP برای بهبود شکل‌پذیری و مقاومت به دور ستون‌های دایره‌ای پیچیده شده‌اند و برای افزایش مقاومت برشی به دور تارهای تیرها پیچیده شده‌اند. ویژگی های غیر خورنده و مقاومت بالای FRP آن را به جایگزینی جذاب برای آرماتورهای فولادی در سازه های بتنی تبدیل کرده است. FRP به صورت میلگرد و کابل هم به عنوان آرماتور معمولی و هم به عنوان رکاب در سازه های بتنی جدید استفاده می شود.

اولین سوالی که باید در مورد کامپوزیت های الیافی در صنعت ساختمان مطرح شود این است که آیا در مقایسه با مصالحی که امروزه استفاده می شود، مزیتی دارند؟پاسخ به این بدون شک “بله” است. دوام سازه های بتنی اغلب به خوردگی در آرماتورهای فولادی مربوط می شود. به زبان ساده – عدم وجود فولاد، به وجود نیامدن خوردگی. علاوه بر این، این مواد دارای مقاومت بالا، وزن کم و انعطاف پذیری هستند، به عنوان مثال. انواع جدیدی از سازه ها را می توان ساخت که چند سال پیش غیرممکن بوده. از منظر کوتاه‌تر، احتمالاً جالب‌ترین کاربردها در حوزه‌های نگهداری، تعمیر و مقاوم سازی سازه‌های موجود است. ساختمان‌های موجود در جهان روز به روز قدیمی‌تر می‌شوند و با وجود اینکه بخش زیادی از آن از نظر عملکردی توانمند هستند، مقدار زیادی نیز نیاز به تعمیر یا مقاوم‌سازی دارند. زیرساخت هایی مانند پل ها تحت تأثیر تقاضای جامعه برای افزایش بار به دلیل افزایش فشار محور مجاز و وزن کل هر وسیله نقلیه است. این به نوبه خود منجر به نیاز به ارتقاء با توجه به ظرفیت حمل بار می شود.

مزایای استفاده از FRP در پروژه های مهندسی عمران و مقاوم سازی

عوامل زیادی می توانند بر بسیاری از مشکلات سازه ای و ضعیف بودن بتن تأثیر بگذارند، اما راه حل های فنی وجود دارد. برخی از این عوامل عبارتند از: هزینه مواد، نیاز به مقاومت و سختی مکانیکی، مقاومت در برابر ضربه، مقاومت در برابر اثرات محیطی، خواص طولانی مدت مانند سستی و خزش، روش های کاربرد و تولید. علاوه بر این، در برخی موارد ممکن است مشتری با راه حل مورد نظر آشنا نباشد و بنابراین روش مرسوم تری را انتخاب می کند. با این حال، مقاوم سازی با اف آر پی چندین مزیت بالقوه دارد:

• جابجایی و انتقال

مواد کامپوزیتی که برای مقاومت قسمتی استفاده می شوند بسیار سبک بوده و کار با آن آسان است. در مقایسه با اتصال ورق فولادی که در آن صفحاتی با طول بیش از 2 تا 3 متر عملا قابل جابجایی نیستند، در اینجا می توان صفحات یا ورق های با طول زیاد را جابجا کرد.

• دوام و نگهداری

کامپوزیت های فیبر کربن دارای دوام ویژه، خواص خستگی طولانی مدت هستند و نیازی به نگهداری در طول زمان ندارند.

• لایه های تقویت کننده نازک

لایه های نازک تقویت کننده در بسیاری از شرایط می توانند سودمند باشند. لایه های نازک ابعاد ساختار موجود را تغییر نمی دهند و همچنین می توانند با پوشش های بتنی نازک یا مواد محافظ سطح ترکیب شوند. کاربرد آن ها می تواند در زیرگذرهای کم ارتفاع برای عبور و مرور باشد، در غیر این صورت به روش های پیچیده مقاوم سازی نیاز است.

• مدت زمان ساخت

زمان همیشه یک عامل مهم در صنعت ساخت و ساز است. اگر بتوان زمان را کاهش داد – می توان در هزینه ها صرفه جویی کرد.مقاوم سازی با اف آر پی اغلب می تواند در مدت زمان کم و بدون اختلال در عبور و مرور انجام شود و سخت شدن ماده چسباننده زمان کوتاهی می برد.

• هزینه

هزینه مقاوم سازی با کامپوزیت ها در مقایسه با روش های سنتی اغلب کمتر است، حتی اگر هزینه مواد بیشتر باشد.

همه آنچه می خواهید درمورد تقویت کننده اف آر پی بدانید:

بازار تقویت کننده اف آر پی در سال 2020 حدود 68 میلیارد دلار تخمین زده شد و انتظار می رود تا سال 2026 به 109 میلیارد دلار برسد.

این ماده در بسیاری از زمینه های تولید اهمیت فزاینده ای دارد. اما تقویت کننده اف آر پی دقیقا چیست؟ هدف ما در این پست این است که شما را در مورد تمام اصول اولیه ای که باید بدانید، آگاه کنیم.

پلاستیک تقویت شده با فیبر چیست؟

پلاستیک مسلح شده با فیبر یک ماده کامپوزیت است، از یک ماتریس تشکیل شده است (همان قسمت پلاستیک) که با نوعی فیبر تقویت شده.

الیاف تعبیه شده در پلاستیک سخت شده به آن کمک می کند تا با مقاومت بسیار بیشتری نسبت به ماتریس به تنهایی در کنار هم بماند.

پلاستیک یک حالت مصنوعی از پلیمر می باشد، مولکولی است که ساختاری زنجیره مانند دارد که از حلقه های کوچک و تکرار شونده زیادی تشکیل شده است. پلیمر در طبیعت هم یافت می شود، یک نمونه آن لاک لاک پشت است. پلاستیک، به هر حال، به شکل شیمیایی ساخته می شود.

از آنجایی که پلاستیک ها پلیمر هستند، اصطلاح پلیمر تقویت شده با الیاف را نیز خواهید دید. این به همین موضوع اشاره دارد، هر دو را می توان به اختصار FRP نامید. ممکن است با مخفف GFRP یا CFRP نیز برخورد کنید. این ها به ترتیب مخفف پلیمرهای تقویت شده با الیاف شیشه یا پلیمرهای تقویت شده با فیبر کربن هستند که یک نوع خاص از تقویت کننده اف آر پی است.

 چه زمانی پلیمر تقویت شده با الیاف اختراع شد؟

انسان ها مدت هاست که برای تقویت کردن ماتریس از الیاف استفاده می کنند. به عنوان مثال، در بین النهرین باستان، از نی برای تقویت آجرهای گلی استفاده می کردند. اما اولین پلیمر کاملاً مصنوعی به نام باکلیت تا سال 1907 توسط شیمیدان آمریکایی لئو باکلند ساخته نشد. مدت کوتاهی پس از اختراع، باکلند الیاف آزبست را به عنوان تقویت کننده به باکلیت اضافه کرد. این اولین نمونه از تقویت کننده اف آر پی بود.

اگرچه باکلیت یک محصول محبوب بود، اما انفجار واقعی در بازار پلاستیک تقویت شده با الیاف کمی دیرتر رخ داد. در دهه 1930، Games Slayter و Dale Kleist پیشگام تکنیک های جدیدی برای تولید الیاف شیشه ای ارزان و فراوان شدند. این الیاف با پلیمرهای جدیدی که در اوایل دهه 1940 توسعه یافتند ترکیب شدند تا فایبرگلاس ایجاد شود. این کامپوزیت جدید مقرون به صرفه بود و ساخت آن آسان بود و به گسترش سریع استفاده از FRP کمک کرد. فایبرگلاس (یا GFRP) امروزه پرکاربردترین نوع تقویت کننده اف آر پی است.

از کدام انواع الیاف می توان برای تقویت پلاستیک استفاده کرد؟

ما به تازگی به الیاف شیشه اشاره کردیم که رایج ترین الیاف مورد استفاده برای تقویت پلاستیک هستند. همه الیاف شیشه شبیه هم نیستند، به هر حال. شیمیدان ها فرمول های شیمیایی مختلف را برای الیاف شیشه توسعه دادند و حتی تکنیک های مختلف تولید با توجه به قابلیت مورد انتظار محصول نهایی ایجاد کردند. به عنوان مثال، برخی از فرمول های شیشه ای به ویژه عایق های حرارتی یا الکتریکی خوبی هستند. برخی دیگر برای مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی ایجاد شده اند. با این حال، بقیه ساخته شده اند تا به ویژه قوی باشند.

یکی دیگر از انواع الیاف که رایج تر می شود فیبر کربن است. این الیاف به جای شیشه از زنجیره های بلند اتم های کربن ساخته شده اند. اگرچه این بستگی به فیبر شیشه خاصی دارد که ما در مورد آن صحبت می کنیم، الیاف کربن معمولاً کمی قوی تر، سخت تر و سبک تر از الیاف شیشه هستند.

برای کاربردهای تخصصی، گاهی از الیاف آرامید (یا پلی آمید معطر) نیز استفاده می شود. شاید نام این الیاف را با نام تجاری Kevlar شنیده باشید. این الیاف سخت علاوه بر استفاده در جلیقه های ضد گلوله، در کامپوزیت های مورد استفاده در صنایع هوافضا و خودرو نیز نمایان می شود.

برخی از مزایا تقویت کننده اف آر پی

صحبت از ویژگی های عملکرد، آنچه FRP ها را برای تولید کنندگان در بسیاری از زمینه ها جذاب می کند؟ به طور کلی، کامپوزیت ها روشی عالی برای ترکیب قدرت دو یا چند ماده برای رسیدن به محصول نهایی است که به خودی خود نسبت به هر یک از مواد برتر است.

عملکرد اصلی الیاف تقویت کننده افزایش مقاومت است. این حس شهودی دارد. رشته های بلندی که به ماتریکس متصل شده و از میان آن عبور می کنند شکستن، خم شدن یا کشش آن را سخت تر می کند. با این حال، الیاف می توانند مزایای بسیاری دیگر را نیز اضافه کنند. آن ها می توانند خاصیت ارتجاعی را افزایش دهند، که به معنای ظرفیت خم شدن کامپوزیت بدون تغییر شکل دائمی است. آن ها می توانند مقاومت در برابر ضربه را افزایش دهند و سایش را طولانی تر کنند. آن ها می توانند به کامپوزیت اجازه دهند تا به عنوان یک عایق حرارتی یا الکتریکی کارآمد عمل کند. آن ها می توانند به ایجاد ماده ای کمک کنند که نسبت به وزن آن بسیار قوی باشد.

نتیجه این فرآیند تقویت یک ماتریس پلاستیکی با انواع مختلف الیاف تقویت کننده، ایجاد مواد فوق العاده قوی، سبک، بادوام و مقاوم در برابر خوردگی است. صنایع زیادی وجود دارد که ترکیبی از خواص در آن ها بسیار مفید است.

استفاده اصلی تقویت کننده اف آر پی چیست؟

قویت کننده اف آر پی به طور گسترده در موارد زیر استفاده می شود:

• زیرساخت و ساخت و ساز: کاربردهای زیادی در این مناطق وجود دارد که مقاومت بالا و وزن کم همراه با دوام مطلوب است. سیستم های تقویت کننده اف آر پی با موفقیت برای تقویت ساختمان ها، پل ها، سیلوها، مخازن، تونل ها و لوله های زیرزمینی استفاده شده است. هزینه بالاتر مواد تقویت کننده اف آر پی با کاهش هزینه های نیروی کار، استفاده از تجهیزات و خرابی در حین نصب جبران می شود و آن ها را نسبت به تکنیک های مقاوم سازی سنتی مقرون به صرفه تر می کند. در نتیجه، استفاده از FRP برای تقویت و مقاوم‌سازی در بین متخصصان طراحی نسبت به تکنیک‌های مقاوم‌سازی مرسوم، مانند نصب قاب‌ها و عناصر فولادی سازه‌ای مکمل، محبوبیت بیشتری پیدا می‌کند.
• هوافضا و خودرو: ساخت و ساز جت تجاری به طور فزاینده ای بر کامپوزیت ها برای اجزای سبک تر مانند بال ها متکی است که می تواند مصرف سوخت را کاهش دهد و در عین حال مقاومت در برابر خوردگی را بهبود بخشد. به عنوان مثال، بوئینگ 787 دریم لاینر، 80 درصد از نظر حجمی کامپوزیت است. قطعات کم وزن و بادوام به همین دلایل در خودروها استفاده می شود.
• محصولات ورزشی: تقویت کننده اف آر پی به دلیل نسبت قدرت به وزن فوق‌العاده‌اش ماده خوبی برای همه چیز از تخته موج‌سواری گرفته تا چوب گلف تا راکت تنیس ثابت کرده است.

چگونه می توانیم مواد تقویت کننده اف آر پی را خریداری کنم؟

همه کسانی که این مقاله را می خوانند این آخرین سوال را نخواهند داشت، اما اگر درگیر فرآیند تولید هستید و نمی دانید که در مورد استفاده از پلاستیک تقویت شده با الیاف با چه کسی می توانید تماس بگیرید، مایلیم با هم صحبت کنیم. مهندسان ما چندین دهه تجربه در کمک به طراحان، سازندگان و سازندگان در صنایع مختلف دارند تا ایده های خود را به واقعیت تبدیل کنند. همین امروز تماس بگیرید.

تفاوت فایبرگلاس و فیبر کربن

محصولات کامپوزیت به طور فزاینده ای به ویژگی مشترک دنیای امروز تبدیل شده اند که به شدت در ساختمان و ساخت و ساز، زیرساخت ها، توزیع ابزار و صنایع خودرو استفاده می شود. تفاوت فایبرگلاس و فیبر کربن چیست؟ هر کدام دارای ویژگی های کمی متفاوت هستند که ممکن است آن را برای کاربردهای خاص مناسب تر کند. این بخش برخی از تفاوت های کلیدی بین فایبر گلاس و فیبر کربن را تجزیه می کند.

• وزن و قدرت: فیبر کربن یک ماده کربنی فیبری است که قوی است و چگالی کمتری نسبت به آلومینیوم دارد، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر دمای بالا و هدایت الکتریکی مانند مس دارد. مزیت آن این است که نسبتا سبک است، از نظر الکتریکی و حرارتی بسیار رسانا است و همچنین خواص مکانیکی بالایی دارد. وزن کربن حدود 70 درصد فایبرگلاس است. فیبر کربن نیز مقاومت الیاف بیشتری نسبت به فایبرگلاس نشان می دهد. این به بخش کربن کوچکتر و سبک تر اجازه می دهد تا مقاومت یک بخش فایبرگلاس بزرگتر و سنگین تر را داشته باشد.
• سفتی و چقرمگی: فیبر کربن علاوه بر اینکه از فایبرگلاس قوی تر است، سفت تر نیز می باشد. این مقاومت اضافی می تواند بسیار مفید باشد و به سازندگان اجازه می دهد تا نیازهای سختی بسیار دقیق تری را برآورده کنند. با این حال، این افزایش سختی لزوماً به این معنی نیست که فیبر کربن انتخاب بهتری برای همه کاربردها است. از طرف دیگر فایبرگلاس – با ماهیت نسبتاً انعطاف پذیر – انتخاب بسیار بهتری برای کاربردهایی است که دارای الگوهای انعطاف پذیر بالا هستند. فیبر کربن که نسبتاً سفت است، ممکن است برای آن کاربردها مناسب نباشد. فایبرگلاس عموماً سخت‌تر از فیبر کربن در نظر گرفته می‌شود زیرا ماهیت انعطاف‌پذیرتر آن را قادر می‌سازد تا به راحتی در برابر تنش مقاومت کند.
• انبساط حرارتی: در مقایسه با موادی مانند فولاد و آلومینیوم، فایبرگلاس ضریب انبساط حرارتی نسبتا کمی دارد – به این معنی که در نتیجه تغییرات دما به طور قابل توجهی بزرگتر نمی شود. فیبر کربن از این نظر دارای خاصیت قابل توجهی است: در واقع دارای ضریب انبساط حرارتی منفی است. در نتیجه، فیبر کربن با کاهش دما منبسط می شود.
• سهولت کاربرد: فایبرگلاس نسبتا مقرون به صرفه تر است. تولید الیاف کربن طویل فرآیندی زمان‌بر و دشوار است که طبیعتاً فیبر کربن را گران‌تر می‌کند. به همین ترتیب، طیف وسیع‌تر استفاده از فایبرگلاس – از جمله محصولات بدون برآمدگی – به اطمینان از رقابتی‌تر بودن قیمت آن کمک می‌کند. در نهایت، هم فایبرگلاس و هم فیبر کربن خواص منحصر به فردی از خود نشان می دهند. نیازها و پارامترهای یک محصول را به دقت در نظر بگیرید تا بهترین مواد را برای نیازهای خود انتخاب کنید.

رزین های اپوکسی، پلی استر و وینیل استر

با استفاده از کامپوزیت FRP، تعدادی رزین برای انتخاب وجود دارد، بنابراین مهم است که بین رزین های مختلف انتخاب درستی انجام شود، زیرا هر یک (رزین) می تواند بر مقاومت، دوام، طول عمر و هزینه تقویت کننده اف آر پی تأثیر بگذارد. آن ها ترکیبات شیمیایی و خواص فیزیکی متفاوتی دارند. قبل از تصمیم گیری برای انتخاب یک یا دیگر رزین برای کاربرد خاص خود، ایده روشنی از خواسته های برنامه خود داشته باشید. به عنوان مثال، مقاومت در برابر آتش، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش و غیره. درک نقاط قوت هر رزین به شما کمک می کند تا لیست عوامل مهم عملکرد مواد مورد نیاز از محصول نهایی را محدود کنید تا به انتخاب شما کمک کند.

در این پست به بررسی سه رزین اپوکسی، پلی استر و وینیل استر می پردازیم.

• رزین اپوکسی

رزین های اپوکسی به طور گسترده در بسیاری از کاربردها مورد استفاده قرار می گیرند و یک گزینه محبوب هستند. رزین های اپوکسی سرعت انقباض کمی دارند. همچنین می توان سرعت عمل آوری رزین اپوکسی را با استفاده از سخت کننده ها و/یا کاتالیزورها یا حتی سایر رزین های اپوکسی برای دستیابی به نتیجه مطلوب کنترل کرد.

در زیر به برخی از خواص فرمول های رزین اپوکسی اشاره شده است:

1. مقاوم در برابر حرارت
2. مقاومت شیمیایی
3. عایق برق
4. جذب رطوبت کم
5. مقاومت سایشی
6. خواص مکانیکی بسیار بالا و مقاومت در برابر خستگی را فراهم می کند
7. انقباض کم پس از عمل آوری

سازندگان قطعات خودرو، وسایل هوافضا، تجهیزات ورزشی و صدها پروفیل دیگر را با ترکیباتی که با رزین اپوکسی تقویت می‌شوند، می‌سازند.

با این حال بیشترین تأثیر را در عملیات تقویتی دارد. رزین یا چسب اپوکسی ماندگاری بالاتری نسبت به پلی استر و وینیل استر دارد و به همین دلیل از رزین اپوکسی بیشتر از سایر رزین ها برای تقویت سازه های بتنی استفاده می شود.

• رزین پلی استر

پلی استر پرمصرف ترین رزین در صنعت ساخت کامپوزیت است، زیرا 75 درصد از کل رزین های مورد استفاده در پالتروژن را تشکیل می دهد.

رزین های پلی استر ایزوفتالیک مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارند. بنابراین، آن ها یک گزینه محبوب برای استفاده در کاربردهایی هستند که در محیط های بسیار خورنده می باشد. در مقابل، رزین های پلی استر عمومی دارای مقاومت متوسطی در برابر آب هستند و در ساخت محصولاتی که در محیط های کمتر خورنده استفاده می شوند، کاربرد دارند.

• رزین وینیل استر

رزین های وینیل استر گزینه ای ارجح هستند که در آن دوام طولانی مدت یک نیاز است. استرهای وینیل را می توان بسیار مؤثرتر از برخی پلی استرها کشیده و به مواد هسته چسباند و لایه لایه شدن ممکن است مشکل کمتری داشته باشد. در مقایسه با برخی از پلی استرها، استرهای وینیل نسبت به دما و رطوبت حساسیت کمتری دارند.

مقاوم سازی ساختمان بتنی با FRP

در دهه ۸۰ میلادی سیستم های پلیمر مسلح شده با الیاف Fibre Reinforced Polymers به نام اختصاری FRP در دنیا معرفی شدند که به دلیل داشتن دو جزء اصلی شامل الیاف و ماده چسباننده آن ها به یکدیگر به عنوان نوعی ماده مرکب یا کامپوزیت به شمار می رود. در کامپوزیت ها مشخصات شیمیایی و فیزیکی هر کدام از اجزای متشکله به تنهایی محفوظ است، اما در کنار یکدیگر تشکیل ماده ای جدید با خصوصیات فیزیکی و رفتار مکانیکی تازه ای را می دهند که کاربردهای ویژه دارند. در کامپوزیت های FRP مشخصات فیزکی جدید، سبکی وزن، نازک بودن، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت کششی بالا و چندین برابر فولاد و ضریب ارتجاعی مناسب که تقریبا در حدود فولاد است، کاربردهای آن ها را در مقاوم سازی و بازسازی سازهای بتنی، فولادی و بنایی بسیار فراگیر و گسترده کرده است.
کامپوزیت ها می توانند به صورت ورقه هایی با جنس های مختلف باشند که به دسته های CFRP، GFRP و AFRP تقسیم بندی می شوند که اولی از جنس کربن، دومی از جنس شیشه و سومی نیز از جنس آرامید می باشد. این ورقه ها دارای الیافی می باشند که می توانند در راستاهای مختلف قرار گرفته و در نوع مورد نظر مقاوم سازی، مورد استفاده قرار گیرند. از مهمترین دلایل استفاده از کامپوزیت ها در صنعت ساختمان مقاومت بالای آن ها در برابر خوردگی، استحکام و… مزایایی است که در مقایسه با دیگر مصالح جایگزین از اهمیت بالایی برخوردار است. به کارگیری پروفیل ها و آرماتورهای کامپوزیتی تولید شده به روش های پالتروژن، تزریق رزین و ذخیره رطوبت، باعث افزایش عمر و کاهش هزینه های ساخت و ساز و نگهداری در محیط های خورنده ساحلی و دریایی گردیده است و در ضمن کاربرد کامپوزیت ها را در شرایط خورنده آب های شور و سواحل دریایی بالا برده است. آمارها در سطح جهان نشان می دهد که سالیانه دو میلیارد دلار صرف جبران خسارت خوردگی در سازه های ساحلی در حاشیه دریا می شود. نیاز به کاهش هزینه تعمیر و نگهداری سازه های عظیم و متعدد ساحلی و فراساحلی، ما را به استفاده از مواد نوینی که دارای مزیت های نسبی نسبت به نمونه های مشابه استفاده (بتن، فولاد، چوب و …) دارا می باشد، سوق داده است. سازه های بتن آرمه به عنوان بخش گسترده ای از سازه ها، چنانچه بر حسب محاسبات دقیق و روابط شکل پذیری طراحی و اجرا شوند، ساختمان های بسیار مطلوبی خواهند بود، اما کیفیت ساخت در برخی ساختمان ها به دلایل مختلفی بسایر نامطلوب بوده که از جمله آن ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱_ عدم تامین مقاومت برشی لازم در هر طبقه توسط ستون ها و دیوارهای برشی
۲_ شکست برشی ستون هایی که طول آن ها به طور ناخواسته ای توسط دیوارها و سایر عناصر غیر سازه ای کوتاه شده است.
۳_ لغزش میگردها در اتصال تیر به ستون
۴_ شکست برشی اتصال تیر به ستون
۵_ شکست ترد دیوارهای برشی که دارای بازشو هستند یا دیوارهایی که به اعضای افقی اتصال دارند
۶_ پیچش ناشی از برون محوری و تمرکز تنش در یک طبقه به دلیل توزیع نامنظم سختی در ارتفاع

کاربرد الیاف FRP در مقاوم سازی سازه ها

مقاوم سازی عبارت است از فرآیند تعمیر یا اصلاح یک سازه برای حصول شرایط بهره برداری مورد نظر. کامپوزیت های پلیمری مسلح شده با الیاف (FRP) به صورت گسترده ای برای تعمیر، مقاوم سازی انواع سازه ها خصصوصا سازه های بتنی مورد استفاده قرار می گیرد.
مزایای پوشش های FRP مورد استفاده در مقاوم سازی عبارتند از:

• سهولت نصب
• مقاومت در برابر خوردگی
• زمان کوتاه اجرا
• عدم نیاز به تعمیر و نگهداری
• وزن سبک و نداشتن تاثیر بر سازه اصلی
• هزینه پایین، روش مقاوم سازی با صرفه اقتصادی نسبت به دیگر روش ها

البته الیاف FRP معایب خاص خود را هم دارند که این موارد توسط مهندسان نادیده گرفته نمی شوند، همانند: بر خلاف فولاد که رفتار کشسان – مومسان دارد، کامپوزیت FRP عمومأ تا مرحله شکست، بدون آنکه نقطه تسلیم مشخصی داشته باشد، با تغییر شکل مومسان از خود نشان دهد، خطی و کشسان باقی می ماند و این منجر به کاهش شکل پذیری خواهد شد.

علاوه بر این هزینه مواد و مصالح مصرفی مرکب پر مقیاس وزن، چندین برابر بیشتر از فولاد است. همچنین برخی از مصالح پایه ای که در FRP به کار گرفته می شوند، همانند کربن و آرامید ضریب انبساط حرارتی ناسازگاری با ضریب انبساط حرارتی بتن دارند. نهایت این که در معرض حرارت بالا قرار گرفتن آنها مثلا در حین آتش سوزی ممکن است سبب از بین رفتن زود هنگام این مواد شود. برخی رزین های اپوکسی در دمای ۴۵ تا ۷۰ درجه سانتی گراد شروع به نرم شدن می کنند). در نتیجه الیاف FRP نمی توانند به طور کامل جایگزین فولاد با هر مصالح دیگر در امر ساخت و ساز گردد. ولی در عین حال مزایای استفاده از آنها در کنار معایب نام برده ارزیابی می شوند و تصمیم نهایی برای استفاده از آنها با ملاحظه و در نظر گرفتن عامل های متعددی صورت می گیرد. این عوامل نه تنها شامل ابعاد و زوایای عملکرد و فیزیکی مکانیکی آنها است بلکه قابلیت کاربردی بودن و دوام طولانی مدت آنها را هم در بر می گیرد.

از ویژگی های پوشش های FRP مورد استفاده در مقاوم سازی انواع سازه ها به موارد زیر می توان اشاره کرد:

• انعطاف پذیری
• مقاومت بالا
• مدول الاستیک بالا
• نصب آسان
• عمر مفید بالا
• مقاومت در برابر دمای بالا
• دوست دار محیط زیست

پوشش های از جنس فیبر کربن (CFRP) برای مقاومت برشی، مقاومت محصور شدگی و مقاومت خمشی مورد استفاده قرار می گیرد.
موارد مورد استفاده FRP (اف ار پی) جهت مقاوم سازی عبارتند از:

• افزایش ظرفیت باربری
• مقاوم سازی لرزه ای
• بهبود شرایط سازه ای
• مقاوم سازی اعضای سازه ای آسیب دیده
• تغییر در کاربرد سازه
• رفع خطاهای به وجود آمده در طراحی و یا ساخت

پوشش های FRP در زیرساخت های زیر می تواند مورد استفاده قرار گیرد:

• زیر ساخت های از جنس بتن
• زیر ساخت های از جنس فولاد
• یر ساخت های از جنس مصالح بنایی
• زیر ساخت های از جنس الوار و چوب

همچنین اجزای سازه ای همچون ستون ها، تیر ها، دال ها و دیوار ها را می توان با استفاده از الیاف FRP مقاوم سازی نمود.

مزیت های سیستم مقاوم سازی بتن آرمه FRP

مزیت اصلی مصالح FRP، نسبت زیاد مقاومت به وزن و مقاومت بالای آن در مقابل خوردگی است. مقاومت بالای آن ها در عین حال که وزن کمی نیز دارند، موجب می شود که جابه جایی و نقل و انتقال آن ها راحت تر باشد و هزینه استفاده از آن ها و نیروی کار، کاهش یابد. به علاوه مقاوم بودن آن ها در مورد خوردگی سبب دوام و پایا بودن عملکرد آن هاست. مقاومت صفحات FRP دست کم دو برابر مقاومت صفحات فولادی است که این مقدار ممکن است تا ۱۰ برابر نیز افزایش یابد، در حالی که وزن آن ها فقط ۲۰ درصد وزن فولاد است. محدودیت استفاده و کاربرد آن ها در مهندسی ساختمان به دلیل قیمت بالای آن هاست. استفاده از این نوع کامپوزیت ها در زمینه مقاوم سازی سازه ها، هرچند هزینه زیادی دارد، اما با توجه به هزینه اجرای کم و نیز سایر مزایای FRP، به صورت کلی به عنوان یکی از موثرترین راه های مقاوم سازی سازه های بتنی به شمار می رود.

دلایل تقویت سازه های بتنی

• خطاهای طراحی
• خطاهای اجرایی
• افزایش بار سازه
• تغییرات آیین نامه ای
• شناخت بهتر نیروهای زلزله نسبت به گذشته
• تاثیر شرایط محیطی مخرب
• آسیب دیدگی سازه ها ناشی از حوادثی چون ضربه، آتش سوزی، باد، زلزله و … .

مزایای کامپوزیت های پلیمری FRP

• وزن کم
• انعطاف پذیری بالا
• سهولت در حمل و نصب
• عدم نیاز به سیستم های محافظ در برابر خوردگی
• برشکاری در قطعات دلخواه
• نسبت بالای مقاومت به وزن
• مقاومت و سختی بالا
• امکان تقویت به دو صورت داخلی و خارجی

معایب کامپوزیت پلیمری FRP

• آسیب پذیری در مقابل اتش سوزی
• کم تجربگی مشاوران و پیمانکاران
• عدم امکان استفاده از ورق های FRP در سطوح ناصاف
• افزایش وقوع شکست ترد با مصرف این گونه کامپوزیت ها

روش های ساخت و خصوصیات فیزیکی مواد کامپوزیت FRP

شکل گیری FRP به صورت قرار دادن الیاف پیوسته در یک رزین است که این رزین نقش نگهداری و به هم مرتبط کردن این الیاف جداگانه را ایفا می کند. الیاف متداول مورد استفاده نیز کربن، شیشه و آرمید هستند و همین طور، رزین های مورد استفاده هم عبارتند از پلی استر، ونیل استر و اپوکسی.
دو روش متداول برای استفاده از FRP در مقاوم سازی سازه های بتن مسلح وجود دارد. روش اول چسباندن تر است. در این روشف در محل اجرا از رزین برای آغشته سازی الیاف به هم بافته نشده یا الیاف در یک جهت نگه داشته شده استفاده می شود. روش دوم استفاده از مصالح FRP پیش ساخته است. مصالح پیش ساخته FRP را می توان به اشکال متفاوتی تولید کرد که هم مناسب برای مقاوم سازی تیرها در برابر خمش باشند و هم به شکل صفحاتی باشند که بتوان از آن ها برای دور پیچ کردن ستون ها استفاده کرد. مصالح FRP به طور معمول به صورت بسته بندی شده و همراه با دستورالعمل استفاده عرضه می شود. از جمله خصوصیات فیزیکی این گونه مصالح می توان به موارد زیر اشاره کرد که به صورت ازمایشگاهی نیز اثبات شده اند.

چگالی

محدوده چگالی مواد FRP از ۲/۱ تا ۱/۲ گرم بر سانتی متر مکعب است که حدود ۴ تا ۶ برابر کمتر از چگالی فولاد است. این کاهش در وزن به کاهش هزینه حمل و نقل، کاهش وزن بار مرده اعمال شده به سازه و امکان حمل و نقل و نصب در کارگاه به صورت دستی منجر می شود.

جدول ۱- چگالی مواد FRP رایج بر حسب گرم بر سانتی متر مکعب

ضریب انبساط حرارتی

ضریب انبساط حرارتی مواد FRP تک جهتی در جهت طولی و عمود بر آن متفاوت است و به نوع الیاف، رزین و مقدار الیاف به کار رفته بستگی دارد. جدول زیر ضریب های طولی و عرضی انبساط حرارتی برای مواد FRP تک جهتی رایج را نشان می دهد.

جدول ۲- ضریب انبساط حرارتی مواد FRP

مشخصات مکانیکی مواد مرکب FRP

تاکنون از هر سه نوع FRP یعنی GFRP، CFRP و AFRP برای مقاصد عملی مقاوم سازی استفاده شده است. جدول زیر مشخصات بدست آمده مصالح FRP با الیاف یک جهتی یا خطی را نشان می دهد. باید یادآور شد که این ارقام و محدوده ها برای مصالح معمولی و متداول FRP تهیه شده است و ممکن است محصولی خاص در شرایطی خاص، مشخصات دیگری را از خود بروز دهد. همچنین وقتی الیاف دو یا سه جهتی باشند، مشخصات FRP با آنچه ذکر شده، متفاوت خواهد بود.

جدول ۳- مشخصات مصالح FRP با الیاف خطی

رزین ها

رزین های پلیمری هم به عنوان ماده نگه دارنده الیاف در ساخت لایه FRP و هم برای چسباندن این لایه ها بر روی بتن استفاده می شوند. کاربرد آن ها به عنوان متصل کننده FRP به بتن بسیار حیاتی تر است، زیرا چسبندگی ضعیف ممکن است سبب شکست ناگهانی و غیرمنتظره سیستم مرکب شود.

فلسفه طراحی

به طور کلی هدف از طراحی یک سازه، تامین ایمنی در مقابل فروریختگی و تضمین عملکرد مناسب در زمان بهره برداری است. روش های متداول طراحی سازه های بتن آرمه و تفاوت آن ها از نظر جنبه های سازه ای و نحوه منظور کردن ایمنی مورد بررسی خواهد گرفت.

روش‌های طراحی

برای طراحی سازه‌های بتن آرمِ، سه روش کاربرد بیشتری دارند که عبارتنداز:
روش تنش مجاز
روش مقاومت نهایی
روش طراحی بر مبنای حالات حدی

روش تنش مجاز

این روش که پیش از این، روش تنش بهره برداری یا روش تنش باز نامیده می‌شد و اکنون بانام روش دیگر طراحی آیین‌نامه شناخته می‌شود، اولین روشی است که به‌صورت مدون برای طراحی سازه‌های بتن آرمِه به کار گرفته شد. در این روش، یک عضو سازه‌ای به نحوی طراحی می‌شود که تنش‌های ناشی از بارهای بهره‌برداری (سرویس) که به کمک نظریه‌های خطی مکانیک جامدات محاسبه می‌شوند، از مقادیر مجاز تنش‌های تجاوز نکنند.

روش مقاومت نهایی

روش مقاومت نهایی که در آیین‌نامه ACI به روش طراحی بر مبنای مقاومت موسوم است، حاصل پژوهش گسترده روی رفتار غیرخطی بتن و تحلیل عمیق مسئله ایمنی در سازه‌های بتن‌آرمه است.
روند طراحی را در این روش می‌توان به‌صورت زیر خلاصه کرد:
بار بهره‌برداری به‌وسیله ضریبی موسوم به ضریب بار افزایش داده می‌شود. بار حاصل را در اصطلاح، بار ضریب دار یا بار نهایی می‌نامند.

روش طراحی بر مبنای حالات حدی

به‌منظور تکامل روش مقاومت نهایی، به‌ویژه ازنظر نحوه منظور کردن ایمنی، روش طراحی بر مبنای حالات حدی ابداع شد.
آنچه به‌طور خلاصه در مورد روش طراحی بر مبنای حالت‌های حدی می‌توان گفت این است که این روش ازنظر اصول محاسبات، مشابه روش مقاومت نهایی است، تفاوت عمده آن با این روش در نحوه منطقی‌تر ارزیابی ظرفیت باربری و احتمال ایمنی اعضاست. اعضا و سازه‌های بتن‌آرمه باید با توجه به سه حالت حدی زیر آنالیز و طراحی شوند:
حالت حدی نهایی که مربوط به ظرفیت باربری می‌شود (مانند مقاومت و پایداری)
حالت حدی تغییر شکل (مانند تغییر مکان و ارتعاش اعضا)
حالت حدی ترک‌خوردگی یا باز شدن ترک‌ها
به حالت تغییر شکل و ترک‌خوردگی یا باز شدن ترک‌ها، به‌طورمعمول حالت‌های حدی بهره‌برداری گفته می‌شود.

محدودیت‌های مقاوم‌سازی با مصالح FRP در حالت مقاومت نهایی

توصیه‌های طراحی در آیین‌نامه ACI بر اساس اصول حالت مقاومت نهایی پایه‌گذاری شده است. این روش بر اساس درجه ایمنی است و برخلاف دو حالت دیگر طراحی (حالت حدی سرویس که بر اساس تغییر شکل زیاد و ترک‌خوردگی است و حالت نهایی که بر اساس شکست، گسیختگی تنش و خستگی است) می‌باشد.

گسیختگی

ملاحظات دقیق و معقولی باید برای تعیین محدودیت‌های مقاوم‌سازی اختصاص داده شود. این محدودیت‌ها به دلیل تضمین عدم فروریختن سازه و وقوع دیگر گسیختگی‌های سیستم FRP، ناشی از آتش‌سوزی، خرابکاری یا دلایل دیگراست. به این منظور توصیه می‌شود که باید اعضای سازه‌ای مقاوم‌سازی نشده، بدون نصب تقویت‌کننده‌های FRP، ظرفیت تحمل کافی برای مقاومت در برابر مقدار مشخص از بار را داشته باشند. بر اساس این ایده، در حوادثی که خرابی در سیستم FRP منجر می‌شود، سازه هنوز قادر به مقاومت مناسبی در برابر بارها بدون این‌که دچار تخریب شود، مواد بود. توصیه لازم برای کافی بودن مقاومت موجود سازه برای تحمل بار در رابطه زیر آورده شده است.
(φR_n )_existing ≥ (۱٫۲۵S_DL+0.85S_LL )_new
در این رابطه φ ضریب کاهش ظرفیت وR_n مقاومت مقطع است. ترکیبات بارهای مرده وزنده و زلزله به‌صورت زیر مشخص می‌گردند.
U=104DL+107 LL
U=0.75(104DL+107LL+107E)

جدول ۴- ضریب کاهش مقاومت اسمی

تحمل سازه در برابر آتش

میزان مقاوم‌سازی سازه به‌وسیله دستگاه‌های FRP چسبیده به‌صورت خارجی، اغلب توسط آیین‌نامه‌های مربوط به آتش‌سوزی محدود می‌شود. رزین‌های پلیمری، یکپارچگی و استحکام سازه‌ای خود را در درجه حرارت‌های محدوده ۶۰ تا ۸۰ درجه سلسیوس از دست خواهند دادن اگرچه سیستم FRP خود به‌تنهایی مقاومت کمی در برابر آتش‌سوزی دارد، اما با ترکیب با عضو بتنی موجود، سبب مقاومت کافی عضو بتنی در برابر حریق می‌گردد.

بررسی خمش در تیرهای بتن‌آرمه

وقتی یک تیر بتن‌آرمه تحت خمش قرار می‌گیرد، نمودار لنگر – انحناء آن مطابق شکل زیر هست.

شکل ۱- نمودار لنگر – انحنا تیر بتنی
حال اگر منحنی بار – تغییر مکان را برای تیر تقویت‌شده با FRP با تیر تقویت نشده مقایسه کنیم، به نتایج مهمی خواهیم رسید.

شکل ۲- منحنی بار – تغییر مکان برای تیر تقویت‌شده با FRP و تیر معمولی

بررسی معایب مقاوم‌سازی خمشی تیرها با کامپوزیت FRP

به دلیل برخی خواص رفتاری مواد کامپوزیتی FRP، مودهای گسیختگی یک عضو بتن‌آرمه تقویت‌شده در خمش به‌وسیله FRP به حالت‌های زیر تقسیم می‌شود:
• شکست در اثر گسیختگی FRP در اثر کشش ناشی از خمش
• شکست در اثر خرد شدن بتن فشاری تیر در اثر فشار ناشی از خمش در وجه بالایی تیر
• شکست برشی
• جدا شدن پوشش بتن
• جدا شدن انتهای لایه مقاوم کننده چسبانده شده از بتن
• از بین رفتن چسبندگی در سطح تماس FRP

شکل ۳- مودهای گسیختگی تیر بتنی تقویت شده با ورق FRP

بررسی خمش در دال های بتن آرمه

دال‌ها متداول‌ترین نوع پوشش کف را در سازه‌های بتن‌آرمه تشکیل می‌دهند. دال‌ها با توجه به رفتار خمشی به دودسته دال‌های یک‌طرفه و دوطرفه تقسیم می‌گردند و ازنظر ساخت به دال‌های تیر و دال و تخت و قارچی و مجوف و انواع دیگر اجرا می‌گردند. درحالی‌که تحقیقات موجود درزمینهٔ مقاوم‌سازی خمشی تیرها در بسیاری موارد در مورد دال‌ها هم قابل‌استفاده است، اما این دو بحث تفاوت‌هایی باهم دارند. درهرصورت، اساس مقاوم‌سازی خمشی در دال‌ها بر استفاده از مصالح مرکب FRP و چسباندن نوارها یا صفحات FRP بر روی سطوح تحت کشش استوار است.

شکل ۴- تقویت دال در جهت اصلی

شکل ۵- نحوه قرارگیری FRP در قسمت‌های مختلف دال

شکل ۶- شکل‌گیری خطوط تسلیم در دال تقویت‌شده در قسمت مرکزی

شکل ۷- تقویت در هر دو جهت

بررسی برش در تیرهای بتن‌آرمه

برای درک بهتر نحوه انتقال بار در مقاطع تحت برش، پدیده ترک‌خوردگی، نوع گسیختگی و نقش آرماتورهای برشی و چگونگی مقاوم‌سازی برشی تیرها، بررسی رفتار تیرهای بتنی تحت برش در مراحل مختلف بارگذاری ضروری است.

شکل ۸- رفتار برشی تیرها
شکست‌های برشی و خمشی، دو حالت عمده شکست در تیرهای معمولی بتن مسلح هستند.
افزایش مقاومت برشی تیرها به روش چسباندن صفحات FRP، احتمال گسیختگی خمشی را نسبت به گسیختگی برشی بیشتر کرده و درنتیجه عضو سازه‌ای شکل‌پذیرترمی شود.
طرح‌های مختلفی برای استفاده از مصالح FRP در مقاوم‌سازی برشی پیشنهادشده است. این طرح‌ها شامل چسباندن FRP به سطوح جانبی تیر، استفاده از پوشش U شکل برای سطوح جانبی و سطح زیرین تیر و نیز دورپیچ کردن مقطع با استفاده از الیاف و نوارهای FRP است.

شکل ۹- انواع تقویت برشی در تیرها

بررسی رفتار ستون‌های بتن‌آرمه

به‌طورکلی هر عضوی که تحت بارمحوری فشاری یا کششی قرار داشته باشد، یک عضو محوری نامیده می‌شود. این نام‌گذاری شامل اعضایی مه به‌طور هم‌زمان تحت خمش قرار دارد نیز می‌شود. متداول‌ترین روش مقاوم‌سازی ستون‌ها با FRP، دور پیچ کردن سطح خارجی ان ها با نوارهای FRP است. اساس این مقاوم‌سازی که درواقع محصور کردن ستون و ایجاد فشار جانبی بر بتن آن است، بر این اصل استوار است که وجود فشار محیطی بر روی یک المان بتنی، سبب افزایش مقاومت فشاری و شکل‌پذیری آن می‌شود.

روش‌های مقاوم‌سازی را می‌توان به سه گروه عمده تقسیم‌بندی کرد

•  دور پیچ کردن مقطع ستون
• پیچیدن مارپیچی
• پوشاندن با پوسته‌های پیش‌ساخته

شکل ۱۰- حالت‌های مختلف مقاوم‌سازی ستون

بررسی رفتار ستون‌های بتن‌آرمه

روش‌های مختلفی برای طراحی ساختمان‌هایی با کارایی کماسب در برابر زلزله، آزمایش‌شده و به کار گرفته‌شده‌اند. در روش‌های مرسوم، ساختمان با استفاده از ترکیبی از سختی، قابلیت شکل‌پذیری و همچنین استهلاک انرژی در برابر زلزله از خود مقاومت نشان می‌دهد.

شکل ۱۱- منحنی نیروی جانبی – تغییر مکان سازه بتن‌آرمه
به‌طورکلی برای بهسازی سازه‌های بتن‌آرمه، تیرها و ستون‌ها و دال‌ها و دیوار برشی و پی بایستی به‌طور جداگانه موردبررسی و مقاوم‌سازی قرار گیرند تا رفتار کل سیستم سازه بهبود یابد.

شکل ۱۲- نحوه تقویت خمشی وبرشی قاب خمشی با سیستم FRP

سوالات متداول