مقاوم سازی ستون بتنی با FRP | ستون یکی از اجزای مهم و اصلی در هر ساختمانی است، به همین جهت از گذشته تا به حال تلاش های زیادی در جهت مقاوم سازی ستون شده است، حتی در همین راستا مصالح ساختمانی جدیدی تولید شده و استفاده میشود. مقاوم سازی ستون‌ها، با هدف دستیابی به عملکرد و عمر مفید بالاتر سازه صورت می‌گیرد. مقاوم ستون بتنی با FRP یکی از این روش‌ها است.
این بحث در مواردی که ستون‌ها پتانسیل خرابی بیشتری دارند خیلی مهم‌تر است، اصطلاحا به این طبقات، طبقات نرم گفته میشود مانند پارکینگ‌هایی که بجای طبقه اول ساخته می‌شوند یا در تالارها و فروشگاه‌ها که به دلیل فضای بزرگ‌شان مجبور به حذف برخی از دیوارها هستند، به همین جهت ستون‌ها این دیوارها مستعد خراب شدن هستند.
همچنین دسته‌ای دیگر از ستون‌ها که مستعد خراب شدن هستند، ستونهای کوتاه هستند که نسبت ارتفاع به حداقل سطح آن کمتر از 3 و بیشتر از 12 نباشد. برای مقاوم سازی این ستون میتوان از روش مقاوم سازی ستون بتنی با frp استفاده کرد.
روش مقاوم سازی ستون بتنی با FRP چیست؟
روشی برای افزایش و تقویت مقاومت ستون بتنی در برابر زلزله، سایش، خوردگی، حرارت، آتش سوزی وغیره مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین در ساختمان‌ها، عواملی مانند زنگ زدگی، خوردگی، افزایش بار و خطا در ساخت، منجر به ضعیف شدن ستون‌ها میشود. یکی از روش‌های متداول برای مقاوم سازی ستون‌ها استفاده از مصالح FRP است، امروزه قیمت مقاوم سازی ستون بتنی FRP در مقایسه با روش‌های سنتی کمتر و از نظر اجرا آسان‌تر است.
برای مطالعه بیشتر درباره بتن ریزی ستون میتوانید به مقاله آن مراجعه کنید.
کاربرد‌های روش مقاوم سازی با FRP
میلگرد FRP درواقع الیاف کامپوزیتی مسلح پیچیده شده‌ای است که دارای مقاومت بسیار بالا در برابر خوردگی، خاصیت عدم هدایت الکتریکی و وزن سبک ( یک چهارم وزن میلگردهای فولاد) است. از میلگردهای frp برای ایجاد اتصالات باربر، مقاوم سازی و مسلح کردن اجزای سازههای بتنی و چوبی به کار می‌رود. استفاده از این میلگردها به این گونه است که میلگردهای frp با میلگردهای فولادی جایگزین میشود در تیر، ستون ساختمان‌های بتنی می‌باشد. برای اتصال میلگردهای frp و اجرای مقاوم سازی ستون بتنی با FRP اکثرا از چسب‌های اپوکسی استفاده میشود.
استفاده از روش مقاوم سازی ستون بتنی با FRP می‌تواند نقش میلگردهای فولادی را سازههای بتن حذف کند و به جای آن از الیاف FRP استفاده کرد. این الیاف در برابر خوردگی مقاومت بسیار زیادی دارد که در کنار ویژگی‌های دیگر آن مانند مقاومت کششی بالا، آن را برای استفاده بعنوان جایگزینی برای میلگرد مناسب می‌سازد.
مزایای مقاوم سازی ستون و سازههای بتنی با استفاده از الیاف FRP
- سرعت بالای مقاومسازی
- ضخامت پایین
- هزینه نسبتاً کم
- کمترین محدودیتهای اجرایی
- وزن پایین و کمترین افزایش در ابعاد پایه
مقاوم سازی ستون بتنی با FRP، هنگامی که ستون یا عضو فشاری تحت بارهای لرزه‌ای قرار می‌گیرد، مسئله ظرفیت جذب انرژی و شکل‌پذیری ستون اهمیت می‌یابد. در این ارتباط مقاوم سازی یا بهسازی آن عضو با افزایش شکل‌پذیری انجام می‌گیرد، از معایب این روش هزینه بالای آن، رفتار تردشکن و مقاومت کم آن در برابرآتش‌سوزی می‌باشد.
برای مطالعه بیشتر درباره مقاوم سازی سازه میتوانید به مقاله آن مراجعه کنید.
انواع ستونهای بتنی که میتوان با مصالح FRP تقویت نمود
- ستون های گرد بتنی، ستونهای لوله بتنی
- ستون های کتابی یا مستطیلی
- ستون های مربعی بتنی
مقاوم سازی ستون بتنی با FRP - ستونهای پیش ساخته بتنی
مزایا و خصوصیات مقاوم سازی ستون بتنی با FRP
یکی از موضوعات مهم میزان جذب نیرو شکل پذیری ستونهای بتنی در هنگامی که تحت فشار نیروهایی مانند زلزله هستند، است. مقاوم سازی ستون بتنی با FRP سبب تغییر مد گسیختگی ستون از وضعست برشی به خمشی میشود. استفاده از روش مقاوم سازی ستون بتنی با FRP باعث بهبود شکل پذیری ستون قابلیت افزایش ظرفیت برشی ستون را به میزان قابل توجه ای دارا است.
- افزایش مقاومت خمشی ستون
- افزایش مقاومت برشی ستون
- افزایش مقاومت فشاری ستون
- افزایش مقاومت در برابر خوردگی
- افزایش دوام و عمر
- کنترل گسترش ترک و عرض ترک
- ضخامت کم ورقه های FRP و عدم تغیر قابل توجه در ابعاد تیر
- سهولت در اجرا و قابل نصب بر روی کلیه سطوح از جمله فولاد و بتن
- هزینه پایین نسبت به روش های مرسوم دیگر
- افزایش شکل پذیری
طراحی و محاسبات مقاوم سازی ستون بتنی با FRP
همانگونه که اشاره شد بتن محصور شده مقاومت فشاری بسیار بالاتری نسبت به بتن محصور نشده دارد. محصور کردن ستون باعث ایجاد فشار جانبی بر بتن می شود و وجود فشار محیطی بر عضو بتنی سبب افزایش مقاومت فشاری آن میشود. محصور شدگی با جلوگیری از گسترش بارهای خارج از محور در ستون، ظرفیت تحمل بار محوری را افزایش می دهد.
بررسی تاثیر پلیمر مسلح شده با الیاف بر عملکرد ستون (محصور شدگی)
به طور کلی محصور نمودن بتن باعث افزایش قابل ملاحظه ای در ظرفیت محوری و شکل پذیری ستون میگردد. زمانی که ستون تحت اثر نیروی محوری قرار دارد کرنش های محوری و سپس کرنش های عرضی در ستون ایجاد می گردد. بنابر این زمانی که ستون بوسیله پلیمر مسلح شده با الیاف محصور میگردد کرنش های عرضی کنترل میگردد و همین امر سبب افزایش مقاومت محوری ستون میگردد.
برا اساس نتایج تحقیقات و آزمایش ها محصور کردن ستون با الیاف FRP روشی بسیار موثر در بهبود عملکرد ستون های لاغر از لحاظ افزایش مقاومت و شکل پذیری به خصوص در بارهای لرزه‌ای می‌باشد. اثر محصور سازی ستون های بتنی مستطیلی توسط FRP کمتر از ستون های دایره ای می باشد زیرا فشار محصور شدگی در ستون های مستطیلی بر خلاف ستون های دایره ای یکنواخت نیست و تنها قسمتی از سطح ستون توسط FRP به طور مؤثرمحصور میگردد.
در ستون های مستطیلی به منظور کاهش تنش در گوشه های مقطع از روش گرد کردن گوشه ها قبل از نصب FRP استفاده می گردد. از الیاف کامپوزیت به صورت دور پیچ خارجی برای تقویت ستون های بتنی استفاده میشود، که مکانیزم تقویت این روش، افزایش محصوریت ستون است.
مقاوم سازی ستون بتنی با FRP | دورپیچ کامل با FRP
از سیستم های FRP، میتوان جهت ایجاد محصورشدگی از طریق دورپیچ کامل FRP و به طبع آن افزایش مقاومت فشاری المان بتنی استفاده نمود. در این روش، قرارگیری الیاف FRP در امتداد عمود بر محور طولی عضو به صورت دورپیچ کامل، سبب ایجاد محصور شدگی انفعالی (Passive) در عضو میگردد.
از این رو FRP تا زمان بارگذاری و رخداد تغییرشکل های عرضی در المان بتنی موجود منفعل بوده و تحت تنش قرار نگرفته و تاثیری در باربری عضو ندارد. بدین سبب اجرا و نصب استاندارد و اطمینان از چسبندگی کامل بین بتن و FRP در این روش مقاوم سازی بسیار حائز اهمیت می‌باشد.
مقاوم سازی ستون بتنی با FRP|شکست برشی ستون های بتنی
نامطلوب ترین حالت شکست، شکست برشی ستون است که ابتدا ترکهای مایل و مورب در بتن ظاهر می‌شوند و پس از گسیختگی و یا باز شدن فولاد عرضی مقطع یا خاموت(تنگ)رویمی‌دهد. در نهایت با کمانش آرماتورهای طولی یک شکست ترد و یا انفجاری رخ می‌دهد این حالت شکست اساسا به دلیل کافی نبودن آرماتورهای عرضی مقطع رخ می‌دهد. ضعف خمشی، برشی و فشاری و حتی شکل پذیری ستون های بتنی را میتوان از طریق مصالح کامپوزیتی FRPارتقاء داد.
خرابی ناشی از ایجاد مفصل پلاستیک خمشی در ستون های بتنی
این حالت شکست پس از وقوع زلزله بسیار به چشم می خورد و عموما در مناطق انتهایی ستون روی می دهد و به ناحیه کوچکی منحصر میشود. در این حالت ابتدا قسمتی از پوشش بتن کنده میشود و سپس شکست آرماتورهای عرضی و در ادامه کمانش آرماتورهای طولی اتفاق می‌افتد. این ضعف ستون های بتنی را میتوان با دورپیچی الیاف FRP در محل اتصال تیر به ستون بر طرف نمود.
خرابی در محل وصله پوششی آرماتورهای طولی در ستون های بتنی
این حالت در ستون هایی روی می‌دهد که آرماتورهای طولی آنها در محلی که لنگر وارده زیاد است با یکدیگر همپوشانی دارند عموما در هنگام زلزله، انتهای ستون تحت خمش زیادی قرار می گیرد چنانچه طول وصله بسیار کوچک باشد در طول بارگذاری رفت و برگشتی آرماتورها جدا خواهند شد. با استفاده از سیستم تقویت با FRP به روش محصورسازی در محل هایی که آرماتورهای طولی همپوشانی کافی ندارند میتوان از این نوع خرابی جلوگیری کرد.
کلام پایانی
در مطالب بیان شده، مقاوم سازی ستون بتنی با frp مورد ببررس قرار داده شد و به تمام جزییات این موضوع به صورت کامل و واضح پرداخته ایم تا شما خواننده گرامی با مطالعه این مطلب به همه اطلاعات در این حوزه دست یابید.
