روش NSM در ابتدا در سال 1940 ارائه شد. کابل های فولادی استفاده شد اما تأثیر بالای خوردگی باعث جایگزینی کابل های فولادی با FRP شد. در سال 1960 دانشمندان چسب اپوکسی محکمی تولید کردند و از آن در صنعت ساخت و ساز برای اتصال فولاد یا کامپوزیت FRP در شیارهای برش خورده  بر روی سطح بتن استفاده کردند. در روش NSM، میلگردها یا نوارهای پیش تنیده FRP در شیارهای سطح بتن وارد شده و با استفاده از چسب اپوکسی به بتن متصل می شوند. مقاوم سازی خمشی با استفاده از آرماتور FRP و روش NSM پیش تنیدگی می تواند مقاومت نهایی یک عضو بتن مسلح را به طرز چشمگیری افزایش دهد. همچنین به طور قابل توجهی رفتار عضو تحت بارهای سرویس را تغییر داده و به طور قابل توجهی سختی عضو را افزایش می دهد. FRP های پیش تنیده با استفاده از روش NSM همچنین می توانند شکل پذیری تیر مقاوم سازی شده را کاهش دهند. همچنین باید توجه داشت که در کاربرد مقاوم سازی با روش NSM، FRP بدون پیش کشیدگی تنها بخشی از مقاومت تقویت کننده FRP موثر است و این سیستم یک تکنیک مقاوم سازی غیرفعال است که تا زمان اعمال بارهای اضافی غیرفعال می ماند. بنابراین، با استفاده از پیش تنیدگی آرماتور FRP با روش NSM می توان عملکرد سرویس دهی را ارتقا داد.

چگونگی اجرای روش NSM

در این روش برای مقاوم سازی خمشی عضو بتنی ابتدا شیار های در وجه تحتانی عضو بتنی ایجاد می­شود. پس از رفع گرد وغبار و سایر آلودگی ها به وسیله فشار، با چسب اپوکسی تقریبا نیمی از شیار را پر کرده تا میلگرد و یا تسمه FRP درون آن قرار بگیرد. پس از قرارگرفتن FRP درون شیار تمام شیار را با چسب اپوکسی پر کرده و سطح آنرا صاف می­کنیم. اجرای این سیستم نیاز به نیروی آموزش دیده خاصی ندارد و طراحی آن با در نظر گرفتن راهنمایی های ACI 440-2 انجام می شود.

مقاوم سازی دال بتنی با روش NSM
مقاوم سازی دال بتنی با روش NSM

مزیت روش NSM نسبت به روش EBR

در روش EBR(Externally Bonded Reinforcement) مصالح FRP روی سطح بتنی می­چسبد و درون شیاری قرار ندارد. بطوریکه پس از تمیز کردن عضو بتنی و برداشتن لایه ضعیف بتن سطح کار با چسب اپوکسی آماده شده و FRP بر روی آن قرار گرفته و به عضو بتنی می­چسبد. یکی از مهمترین مود های شکست در این روش جدایش پیش از موعد (Premature Debonding) مصالح FRP از سطح عضو بتنی است که عملاً عملکرد مورد انتظار و امکان استفاده حداکثری از مقاومت کششی این مصالح را از بین می­برد. علی­رغم پیدایش راهکار­های بهتر جهت اجرایEBR همچون روش های EBROG,EBRIG و… جهت جلوگیری از جدایش پیش از موعد اما همچنان مصالح FRP در این روش از آنجا که به سطح چسبانده شده­اند در مقابل حرارت و ضربه‌ها و آسیب‌های مکانیکی آسیب­پذیر خواهند بود. این را هم باید اشاره کرد که ظاهر سازه پس از مقاوم سازی با روش NSM بدون تغییر می‌ماند و برای اجرا نیز نیاز به آماده سازی سطح ندارد.. بنابراین جهت رفع این ایراد روش جدید NSM ابداع و بکار گرفته شد.

(a)روش EBR (b)روش NSM
NSM & EBR method
(a)جداشدگی پیش از موعد در روش EBR (b) روش NSM

عملکرد روش NSM

مقاوم سازی خمشی اعضای بتنی جهت افزایش مقاومت در برابر خمش و جلوگیری از خیز و ایجاد ترک در عضو بتنی انجام می­گیرد. در سقف­های با دهانه بلند، تیرها و یا عرشه پل­ها­­،تیرهای با دهانه بلند و اعضایی که به دلایل مختلفی همچون طراحی نامناسب ، اجرای ضعیف، تغییر کاربری و غیره که باعث افزایش خیز و یا ایجاد ترک در عضو شده و نیاز به مقاوم سازی خمشی دارند روش NSM یک روش کارآمد می­باشد. در این روش مصالح FRP با مقاومت کششی بالای خود عضو بتنی را تحمل بارهای وارده همراهی و تقویت می­کنند. علاوه بر تقویت خمشی اعضا میتوان از این روش جهت تقویت برشی اعضا و جلوگیری از ایجاد ترک های مایل ناشی از بار برشی نیز اشاره کرد. در این حالت نیز جهت افزایش مقاومت برشی  شیارهای قائم و یا مایلی تعبیه شده و مصالح FRP درون آنها قرار می­گیرد و از بروز ترک در عضو جلوگیری می­کند. در تصاویر زیر نحوه مقاوم سازی خمشی و برشی با استفاده از روش NSM نشان داده شده است.

(a) تقویت خمشی عضو (b) تقویت برشی عضو

راهکار NSM برای مقاوم سازی سازه های بتنی در حال حاضر به عنوان جایگزینی برای الیاف کامپوزیت با اتصال خارجی در حال توسعه است. این فرایند شامل برش یک سری شیارهای کم عمق در سطح بتن در جهت مورد نیاز است. (بدیهی است که عمق شیار باید کمتر از پوشش باشد تا آرماتورهای موجود آسیب نبیند.) شیارها تا حدی با ملات اپوکسی پر می شوند و سپس میلگردها یا نوارهای کامپوزیت فیبر کربن در آن فشار داده می شود. باقیمانده شیار سپس با ملات اپوکسی پر شده و سطح آن مسطح و صاف می شود. از این رویکرد می توان برای افزایش خمش تیرها و دال ها یا ظرفیت برشی تیرها استفاده کرد. همچنین می توان برای مقاوم سازی دیوارهای مصالح بنایی بتنی نیز استفاده شود.

از آنجا که مواد کامپوزیت الیافی در بتن قرار داده شده اند ، مثلاً در اثر آتش سوزی، نسبت به مصالح اضافه شده به سطح کمتر در معرض آسیب اند. بدیهی است که برای مقاوم سازی سطوح بالایی دال ها، درصورتی که کامپوزیت های با اتصال خارجی به لایه محافظ نیاز داشته باشند، بسیار مناسب است. اگر لازم باشد لایه محافظتی در آینده برداشته شود، ممکن است به کامپوزیت آسیب برسد. یک مزیت بالقوه بیشتر این روش نسبت به استفاده از کامپوزیت با اتصال خارجی این است که هیچ گونه آماده سازی سطح بتن لازم ندارد. بدیهی است که یک محدودیت در این روش نیاز به پوشش کافی برای آرماتور موجود است تا بتوان شیارها را بدون خطر آسیب به آرماتورها برش داد.

روش NSM با FRP
روش NSM با FRP

هنگام مقاوم سازی سازه ای بتن مسلح با استفاده از سیستم NSM باید عوامل زیر را در نظر گرفت:

نوع آرماتور FRP

انتخاب مصالح FRP با مقاومت کششی و مدول الاستیسیته بالاتر مانند CFRP به جای GFRP و AFRP، امکان استفاده از FRP و سطح مقطع شیار کوچکتر را فراهم می کند، از این رو خطرات کمتری برای تداخل در آرماتور داخلی وجود دارد.

بعد شیار

عرض شیار، عمق، فاصله خالص بین دو شیار مجاور و فاصله خالص بین شیار و لبه تیر همه پارامترهای سازه ای هستند که می توانند عملکرد اتصال را تحت تأثیر قرار دهند. عمق شیار با عمق پوشش بتن محدود می شود.

پرکننده شیار

از نظر رفتار سازه ای، مهمترین ویژگی مکانیکی آن مقاومت برشی و کششی است. می تواند چسب اپوکسی یا ملات سیمانی باشد.

برای تأیید مناسب بودن CFRP پیش تنیده در تقویت تیرهای بتن مسلح، محققان پانزده آزمایش تیر بتن مسلح در مقیاس کامل با طول پیوندهای مختلف انجام دادند. دو نوع CFRP مورد بررسی قرار گرفت. مشخص شد که با استفاده از میلگردهای CFRP درجه دو پیش تنیده، ترک خوردگی، عملکرد و بارهای نهایی تیرهای مقاوم سازی شده را نسبت به تیر اولیه افزایش می یابد. در ادامه، دریافتند مزایای مقاوم سازی با CFRP غیر خورنده را در مقایسه با اثر پیش تنش خارجی مطالعه کردند. ترک خوردگی و بازده بالاتر از فولاد در تیرهای مقاوم سازی شده با نوارهای CFRP پیش تنیده رخ داده است. افزایش سطح پیش تنیدگی منجر به لنگرهای اسمی می شود. چندین محقق دیگر نیز به همین نتیجه رسیدند که کامپوزیت های پیش تنیده CFRP به دلیل ظرفیت کششی بالاتر می توانند با کارآیی بیشتری مورد استفاده قرار گرفته و در دو حالت سرویس و حالت نهایی به حفظ ظرفیت بارگذاری بالاتر کمک می کنند.

استفاده از روش مقاوم سازی NSMچه معایبی دارد؟

  • به مقدار پوشش بتن کافی نیاز دارد.
  • به آسانی کنترل کیفیت در کارگاه به اندازه روش EBR نمی باشد.
  • امکان اینکه حفر شکاف در سطوح سقف بسیار دشوار باشد وجود دارد.

استفاده از روش مقاوم سازی NSM چه مزایایی دارد؟

  • این روش نسبت به روش EBR موثرتر است.
  • به فراگیری روش اجرا نیازی ندارد.
  • برطرف کردن مشکل به آماده سازی سطح کار نیاز دارد.
  • قرار گرفتن در معرض شکاف را کاهش می دهد.
  • عملکرد در حین قرارگرفتن در معرض آتش سوزی را بهبود می دهد.
  • از قابلیت بازبینی مشخصات FRP قبل از نصب برخوردار می باشد.
  • به بتن اطراف که با نوار داخل شیار احاطه شده اند نیرو منتقل می کند و پیوستگی را بهبود می دهد.
  • از نوار در برابر عوامل محیطی خارجی محافظت می کند.
  • در میله های ضد زنگ فولادی به عنوان مقاوم کننده سازه های بنایی و پل های قوسی را تقویت می کند.
  • در برابر خوردگی مقاوم بوده و به دلیل اینکه وزن کمی دارد و اندازه شیار های آن به دلیل نسبت بالای مقاومت کششی به سطح مقطع در مصالح FRP کم است نصب آن به راحتی و سرعت بالایی انجام می گیرد.

پیش تنیدگی در روش NSM

پیش تنیدگی می تواند مقاومت نهایی یک عضو بتن مسلح را به طرز چشمگیری افزایش دهد. با پیش تنیدگی مصالح FRP می­توان سختی عضو را افزایش داده و تغییر شکل آن تحت بارهای وارده را بشدت کاهش داد.

اگر روش NSM را بدون ایجاد پیش تنیدگی انجام داد تنها بخشی از مقاومت کششی مصالح FRP موثر است و یک مقاوم سازی غیر فعال است و تا وقتی بارهای اضافه و فراتر از تحمل عضو بتنی به آن وارد نشود غیر فعال می­ماند.

با استفاده از روش پس کششی بعنوان روشی برای ایجاد پیش تنیدگی در مصالح FRP سیستم مقاوم سازی به یک سیستم فعال مقاوم در برابر بارهای وارده تبدیل می­شود. به گونه ای که عمل پیش تنیدگی باعث ایجاد کرنش فشاری در لایه پایینی فیبر می شود و در نتیجه یک خیز رو به بالا (منفی) ایجاد می شود که جابجایی عضو را در طول بارگذاری کاهش می­دهد.

تاثیر پیش تنیدگی در افزایش مقاومت کششی

انواع مصالح FRP مورد استفاده در روش NSM

1- تسمه (Strip) FRP : در روش تقویت به روش NSM با تسمه های کربن Strips CFRP ، سختی تیر به میزان قابل توجهی افزایش یافته و تغییر شکل‌ها مشخصاً کم می گردد.

2- استفاده از میلگردهای FRP در روش NSM : میلگردهای کربن CFPR-BARS ، شیشه GFPR-BARS ،آلومینیوم AFPR-BARS .  میلگردهای کربن به دلیل مقاومت کششی بالاتر کارآمدتر می­باشد ولی نسبت به دیگر میلگردها قیمت بیشتری دارد.

3- استفاده از میله های دست ساز MM FRP در روش NSM : میله های MM FRP از ورقه های FRP پیچیده شده حول یک میله‌ی چوبی ساخته می‌شوند. این میله‌ها نسبت به آرماتورهای FRP معمولی به ازای مقدار الیاف برابر، محیط بزرگ‌تری را فراهم می‌آورند؛ زیرا هسته‌ی میله‌ی MM FRP شامل یک میله‌ی چوبی کم مقاومت می‌باشد که محیط پیوستگی بزرگ‌تر و به دنبال آن مقاومت پیوستگی بزرگ‌تری را مهیا می‌کند.

مقاوم سازی عرشه پل با استفاده از روش NSM
مقاوم سازی عرشه پل با استفاده از روش NSM

2 دیدگاه برای “روش NSM

  1. ع رحیمی گفته:

    روز بخیر
    مزیت اصلی استفاده از روش nsm نسبت به استفاده از لمینیت های اف ار پی چیست؟؟

    • اکبری گفته:

      با سلام و وقت بخیر
      از مزیت های این روش مقاوم بودن مصالح FRP در برابر آتش سوزی است. همچنین این روش نیاز به آماده سازی سطح نیز ندارد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *