مقاوم سازی تیر بتنی با FRP یکی از روش های افزایش ظرفیت باربری سازه های بتنی است. وزن سبک و کاربرد آسان FRP باعث شده تا بسیاری از مهندسان برای اجرای پروژه های مختلف خود از کامپوزیت های FRP استفاده کنند. این الیاف دارای مقاومت و سختی مناسبی هستند.
دلایل نیاز به مقاوم سازی تیر بتنی چیست؟
تیر های بتنی یکی از اجزای اصلی ساختمان هستند. وظیفه اصلی آن ها انتقال بار های وارده به ستون های ساختمان است. به عنوان مثال زمان وقوع زلزله، این ستون ها باید بتوانند فشار و ضربه های وارد شده را به بادبند ها منتقل کنند. همین امر نشان می دهد که دلیل مقاوم سازی تیر های بتنی چیست. اگر این تیر های بتنی با استفاده از روش های مختلف، مقاوم سازی نشوند، خیلی زود بر اثر فشار های وارده و نیرو های خمشی یا برشی، می شکنند و آسیب می بینند.
دلایل مقاوم سازی تیر بتنی عبارتند از:
-
افزایش بار وارده بر تیر بتنی به علت تغییر کاربری ساختمان
تغییر کاربری املاک مسکونی به تجاری یا بالعکس، نیازمند رعایت شرایط خاصی است. اما بعضی مواقع تغییر کاربری بدون در نظر گرفتن شرایط عمومی انجام می شود و قوانین مورد توجه قرار نمی‌گیرند. به همین خاطر تغییرات ایجاد شده در ساختمان، موجب افزایش بار وارده بر تیر بتنی می شوند. پس هنگام بازسازی و مقاوم سازی ساختمان از روش های مختلفی برای مقاوم نمودن تیر بتنی استفاده می شود. روش FRP یکی از بهترین روش ها است که می تواند مقاومت تیر را در برابر خوردگی، سایش و حتی حرارت افزایش دهد. گاهی اوقات به دلیل قرار گرفتن آرماتور ها در شرایط نامساعد، دچار خوردگی می شوند و همین باعث می شود تا بار وارده بر آن ها، بیشتر شود. اما مصالح FRP می توانند این مشکل را به خوبی برطرف کنند.
-
کرموشدگی تیر بتنی بتن
زمانی که سطح ظاهری بتن خشن می شود یا دچار حفره می شود، اصطلاحاً به آن کرموشدگی بتن می گویند. تیر های بتنی که پوسته پوسته می شوند به خاطر عدم ترمیم، باعث بروز مشکلاتی در سایر اعضای سازه می شوند. این مشکل هم به خاطر عدم کیورینگ و بتن‌ریزی صحیح اتفاق می افتد. به کرموشدگی بتن لانه زنبوری و شن نما شدن هم می گویند و یکی از راه های برطرف کردن آن استفاده از کامپوزیت‌های FRP است. این مواد برای پر کردن منافذ تیر های بتنی استفاده می شوند و پایه سیمانی دارند.
-
زنگ زدگی و خوردگی میلگرد های تیر بتنی
یکی دیگر از دلایل مقاوم‌سازی تیر های بتنی، زنگ زدگی و خوردگی میلگرد های بتنی است. قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی و شرایط آب و هوایی نامطلوب، باعث آسیب دیدن مقاطع بتنی می شود. این آسیب دیدگی که اصطلاحاً به آن خوردگی میلگرد گفته می شود، معمولاً در مناطقی که شرایط آب و هوایی مرطوب دارند، بیشتر دیده می شود. بنابراین از روش های مقاوم‌سازی متعدد برای ترمیم سازه های بتنی استفاده می شود.
-
ترک خوردگی تیر بتنی
هنگام طراحی سازه های بتنی، اگر فضای کافی برای وفق دادن بتن در نظر گرفته نشود، تیر های بتنی در محل درز انبساطی، دچار ترک خوردگی می شوند. متأسفانه این ترک ها می توانند داخل جسم بتنی گسترش پیدا کنند و مشکلاتی مانند نشت آب به داخل سازه را به وجود بیاورند. ترک خوردگی بتن بر اثر حرارت نیز به وجود می آید. در زمان کیورینگ نیز به خاطر حرارت بالای هیدراتاسیون سیمان پورتلند، چنین اتفاق‌هایی پیش می آید. هرچه میزان حرارت افزایش پیدا کند، دمای داخلی سازه بتنی و میزان سختی آن هم بیشتر می شود.
انقباض های ثانویه نیز باعث می شوند تا سازه رو به سردی رود و به خاطر تنش های کششی داخلی، دچار ترک خوردگی شود. عوامل دیگری مانند کمبود نقطه تکیه‌گاه نیز باعث ترک خوردگی بتن می شوند. یکی از راه های برطرف کردن این مشکلات به کار بردن کامپوزیت های FRP است.
-
خطا در اجرای تیر بتنی
خطا در اجرای تیر بتنی و ساخت سازه های مقاوم بتنی، باعث آسیب‌پذیر شدن ساختمان در برابر آتش سوزی و زلزله می شود. اما با شناخت این خطا ها و مشکلات، می توان به راحتی از آن ها جلوگیری کرد. از جمله این خطا ها نیز می توان به عدم اجرای آرماتوربندی مناسب اشاره کرد. گاهی اوقات به خاطر رعایت نکردن پوشش بتنی در شناژ یا نداشتن همپوشانی کافی در شبکه های میلگرد گذاری فونداسیون، این مشکل به وجود می آید.
خطا هنگام اجرای چشمه اتصال تیر به ستون بتنی نیز جزو مواردی است که ممکن است باعث بروز این مشکلات شود. موارد زیادی هستند که می توان از آن ها به عنوان اشکالات اجرایی و خطا های مربوط به اجرای تیر های بتنی، اشاره نمود. اما امکان شناسایی این مشکلات و ترمیم آن ها وجود دارد.
-
خطا در طراحی و محاسبات تیر بتنی
گاهی اوقات هنگام طراحی و انجام محاسبات ضروری برای ساخت سازه های بتنی، اشتباهاتی صورت می گیرد. به عنوان مثال مدل محاسباتی نامناسب انتخاب می شود یا هنگام ارزیابی عوامل مؤثر بر سازه و تغییر شکل آن، مشکلاتی به وجود می آید. ارزیابی های انجام شده برای تعیین ابعاد و انتخاب مقاطع مناسب به درستی صورت نمی گیرد و همین باعث می شود تا سازه های بتنی به خاطر وجود تنش ها و فشار های مختلف، دچار آسیب دیدگی شوند.
توجه نکردن به ستون های غیر قائم، قاب ها و رانش قوس ها نیز از دیگر خطا های محاسباتی است. از جمله خطا های اجرایی نیز می توان به خطا های صورت گرفته در قالب‌بندی، آرماتوربندی، قالب‌برداری، بتن‌ریزی و … اشاره نمود. ارزیابی نادرست و عدم توجه به عوامل محیطی نیز جزو مواردی است که باعث آسیب دیدگی تیر های بتنی می شود.
مهم ترین روش های مقاوم سازی تیر بتنی چیست؟
در سال های اخیر آیین نامه های ساخت و ساز نسبت به سال های گذشته تغییرات زیادی پیدا کرده‌اند. به همین خاطر سازه های بتنی که دارای طراحی اصولی نیستند یا هنگام اجرای آن ها بی‌دقتی صورت گرفته، دیگر به تائید نظام مهندسی نمی رسند. به همین خاطر رعایت الزامات قانونی برای انجام ساخت و ساز های جدید ضروری است. یکی از این الزامات که به آن توجه ویژه‌ای می شود، روش های مقاوم سازی سازه های بتنی است.
در حال حاضر بسیاری از سازه های بتنی موجود مربوط به سال های گذشته هستند و به خاطر عدم ساخت اصولی یا تغییر دادن کاربری، دچار مشکلاتی شده‌اند. اما تخریب این بنا ها غیر اقتصادی است و امکان ساخت ساختمان های جدید با استفاده از سازه های بتنی مسلح در مدت زمان کوتاه وجود ندارد. به همین خاطر برای برطرف کردن این مشکل، اقدام به تقویت سازه های موجود می کنند و با بهسازی سازه های بتنی قدیمی با استفاده از روش های مختلف، ظرفیت باربری آن ها را افزایش می دهند. این روش ها عبارت‌اند از:
مقاوم سازی تیر بتنی به روش ژاکت فولادی
یکی از روش های مناسب برای مقاوم نمودن ساختمان های بتنی، استفاده از ژاکت فولادی است. این روش علاوه بر افزایش مقاومت سازه، باعث شکل پذیری بیشتر اعضای سازه می شود. از مزایای آن نیز می توان به این نکته اشاره نمود که ژاکت های فولادی وزن قابل ملاحظه‌ای به سازه های بتنی اضافه نمی کنند.
هنگام استفاده از این روش از ورق های فلزی استفاده می شود. با قرار دادن این ورق‌ها در بخش‌های آسیب‌پذیر ساختمان و روی سطوح بتن، این مشکل‌ها برطرف می‌شود. برای مقاوم‌سازی بخش‌های بتنی، ورق‌های فلزی به عضو آسیب‌دیده اتصال داده می‌شوند. استفاده از روش ژاکت فلزی، به صورت موضعی، نواری و دور پیچ اجرا می‌شود.
مقاوم سازی تیر بتنی به روش ژاکت بتنی
یکی از تکنیک های دیگری که برای مقاوم سازی ساختمان و افزایش ظرفیت باربری تیر ها به کار می رود. استفاده از ژاکت بتنی است. ژاکت بتنی می تواند تیر های فولادی یا بتنی که دارای ضعف باربری هستند یا آسیب دیده‌اند را ترمیم کند. در این روش از طریق اجرای بتن‌ریزی به صورت خود تراکم یا استفاده از قالب‌بندی و آرماتور های اضافه، مقاوم سازی صورت می گیرد.
مقاوم سازی تیر بتنی به روش کامپوزیت FRP
در سال های اخیر کمتر کسی از روش های سنتی مقاوم‌سازی استفاده می کند و اکثر مهندسان و طراحان ترجیح می دهند از روش های نوین مانند FRP استفاده کنند که می تواند یک پوشش محافظتی محسوب شود و موجب تقویت سازه‌ها شود. FRP مخفف عبارت پلیمر تقویت شده با فیبر است. روش مقاوم سازی FRP دارای دو جز اصلی فیبر و ماتریس است. الیاف به عنوان فایبر استفاده می شوند و رزین نیز همان ماتریس است. در این روش، وظیفه اصلی انتقال برش از الیاف به ماده مجاور به عهده ماتریس می‌باشد.
ماتریس می تواند کمانش موضعی الیافی که تحت فشار قرار گرفته‌اند را کنترل کند و از وارد شدن خسارت های مکانیکی به الیاف جلوگیری کند. در گذشته تصور می شد که استفاده از کامپوزیت های FRP بسیار گران قیمت باشد و به عنوان یک روش لوکس به آن نگاه می‌شد. اما امروزه استفاده از این روش رشد قابل توجهی پیدا کرده است و باعث ارتقاء اساسی زیرساخت های بتنی و افزایش طول عمر سازه های بتنی شده است.
ترمیم موضعی بتن با ملات ترمیم بتن
نوسازی و ترمیم موضعی بتن نیز یکی دیگر از روش هایی است که مورد استفاده قرار می گیرد. این تکنیک با جایگزین کردن خرابی بتن به خاطر عوامل جزئی مانند هوازدگی یا سوراخ‌کاری، باعث افزایش مقاومت سازه می شود. گاهی اوقات سازه های بتنی به علت یخ زدگی یا فرسایش در اثر عوامل محیطی، دچار فرو ریختگی می شوند. به همین خاطر از روش های موضعی برای ایجاد یک سطح صاف و مستحکم استفاده می شود.
البته می توان به این روش به عنوان یکی از مراحل اولیه مقاوم سازی با FRP نگاه کرد. برای ترمیم، بازسازی و نوسازی بتن از ملات های ترمیمی مختلفی استفاده می شود. به عنوان مثال ملات های سیمانی، پلیمری و ملات بر پایه اپوکسی جزو پرکاربردترین نمونه‌ها هستند که هر یک دارای ترکیبات مشخصی بوده و هدف اصلی استفاده از آن ها مقاوم سازی است. برای آشنایی بیشتر با روش های مقاوم سازی ساختمان، می توانید به مقاله روش های مقاوم سازی چیست، مراجعه نمایید.
روش مقاوم سازی تیر بتنی با کامپوزیت FRP چیست؟
پلیمر های تقویت شده با فیبر یا همان اف آر پی ها، کاربرد های زیادی در ترمیم و مقاوم نمودن ساختمان های بتنی دارند. این کامپوزیت ها که دارای دو جز فیبر و ماتریس هستند، برای مقاوم نمودن ساختمان های مسکونی، صنعتی، اداری، تجاری و … به کار می روند. این کامپوزیت ها جهت مقاوم نمودن زیرساخت های مهندسی عظیم مانند پل جاده‌ای، پل ریلی، سیلو ها و … نیز کاربرد دارند.
وجود فیبر و الیاف در این کامپوزیت ها باعث افزایش مقاومت مکانیکی FRP می شود. در واقع ماتریس نمی تواند نقش مهمی در باربری مکانیکی سازه کامپوزیت ایجاد کند. زیرا وظیفه اصلی آن، محافظت از الیاف در برابر آسیب دیدگی عوامل محیطی و خوردگی است. کامپوزیت های FRP به خاطر عواملی چون نوع الیاف، نحوه قرارگیری آن ها، ضریب انتقال حرارت و همچنین درصد مقدار الیاف موجود در آن ها، بهره‌وری های گوناگونی دارند.
مزایای روش مقاوم‌سازی تیر بتنی با FRP چیست؟
با توجه به ویژگی هایی که برای الیاف FRP عنوان کردیم، بهتر است کمی درباره مزایای استفاده از این روش و مقاوم سازی تیر بتنی با FRP صحبت کنیم. این مزایا عبارت‌اند از:
- افزایش طول عمر و دوام تیر بتنی
- افزایش مقاومت خمشی
- افزایش شکل پذیری
- اجرای آسان
- کنترل عرض ترک
- افزایش مقاومت برشی
- ترمیم خوردگی
- هزینه پایین در مقایسه با روش های دیگر
- استفاده از ورقه های FRP با ضخامت کم
- عدم ایجاد تغییر قابل توجه در ابعاد تیر بتنی
- مقاومت بالا در برابر خوردگی
در طراحی مقاوم سازی بتنی با FRP از چه آیین نامه هایی استفاده می شود؟
در طراحی مقاوم سازی بتنی با FRP از ضوابط و قوانین خاصی پیروی می شود. کامپوزیت هایی که با الیاف مسلح شده‌اند، جزو راهکار های مناسبی هستند که برای تقویت سازه های بتنی مورد استفاده قرار می گیرند. اما این کامپوزیت های مسلح شده با الیاف، حتماً باید بر اساس آیین نامه های جهانی یا داخلی طراحی شده باشند. از جمله آیین نامه های مورد استفاده برای طراحی این کامپوزیت ها، می توان به موارد زیر اشاره نمود.
آیین نامه ACI 440
آیین نامه ACI440 یکی از استاندارد های طراحی و اجرای کامپوزیت های FRP است که علاوه بر ارائه نمودن اطلاعاتی درباره تاریخچه و کاربرد مصالح، قوانینی را برای اجرای کامپوزیت های FRP تعیین می کند. تمامی روش های طراحی و اجرای FRP برای تقویت نمودن المان های بتنی از لحاظ برشی، خمشی، فشاری و کششی در آیین نامه ارائه شده است.
نشریه 345_ راهنمای طراحی و ضوابط اجرایی بهسازی ساختمان‌های بتنی موجود با مصالح FRP
این آیین نامه داخلی که توسط سازمان برنامه و بودجه تبیین شده، دارای اطلاعاتی درباره ویژگی های مصالح، نحوه کنترل کیفی، روش نصب و نگهداری از سیستم های FRP است. از این اطلاعات برای افزایش مقاومت و سختی تیر های بتنی مسلح استفاده می شود. این آیین نامه ها برای شکل پذیری ستون ها نیز کاربرد دارند.
مراحل اجرای مقاوم سازی خمشی تیر بتنی به روش کامپوزیت FRP چگونه است؟
مقاوم سازی خمشی تیر بتنی به روش FRP دارای مراحل مختلفی است. از مراحل نصب گرفته تا مراحل اجرا، همگی باید تحت استاندارد ها و آیین نامه های تعیین شده، صورت بگیرند. در تقویت خمشی سازه های بتنی با استفاده از FRP، الیاف به گونه‌ای نصب می شوند که راستای آن ها هم جهت با طول عضو خمشی باشد. به این صورت می تواند مقاومت خمشی عضو مورد نظر را افزایش دهد.
مراحل اجرای مقاوم سازی برشی تیر بتنی به روش کامپوزیت FRP چگونه است؟
یکی از دلایل استفاده از خاموت در تیر های بتنی، تامین کردن مقاومت برشی تیر بتنی است. در صورتی که تیر های بتنی، مقاومت کافی نداشته باشند، خیلی زود ترک می خورند و نیاز به ترمیم پیدا می کنند.
برای تقویت برشی تیر ها از الیاف پلیمری یا همان FRP استفاده می شود. این الیاف باید به صورت قائم یا مایل بر راستای ترک های برشی، قرار بگیرند. در واقع الیاف پلیمری به طرفین تیر می چسبند. مهندسان با کم کردن زاویه بین الیاف و راستای عمود بر ترک های برشی، باعث افزایش مقاومت آن می شوند.
از نوار های FRP به صورت U شکل، برای تقویت برشی تیر استفاده می شود و به صورت کامل اطراف آن را می پوشاند. مراحل این روش نیز از نظر جزئیات با روش های دیگر تفاوت هایی دارد، اما به صورت کلی این مراحل باید طی شوند.
- آماده سازی برای اجرای FRP
- حذف بخش‌های آسیب‌دیده
- جایگزین نمودن سطح تخریب شده
- استفاده از ملات برای ترمیم بتن
- اصلاح ناهمواری‌ها
- استفاده از پرایمر نصب
- اجرای FRP مطابق نقشه های اجرایی
قیمت مقاوم سازی تیر بتنی به روش FRP به چه فاکتور هایی بستگی دارد؟
قیمت استفاده از الیاف FRP نسبت به سایر روش های مقاوم سازی، کمتر است. اما به دلیل اینکه خرید مصالح مورد نیاز برای این روش دارای هزینه بالایی است، می توان گفت فاکتور های مختلفی بر قیمت مقاوم سازی با استفاده از روش FRP تاثیر دارند. این فاکتور‌ها به نوع الیاف، نحوه اجرای آنها، ابعاد و شکل الیاف، عمر ساختمان، میزان آسیب و خرابی سازه، نوع اسکلت، و شدت آسیب‌های وارد شده بر سازه بستگی دارند. از مهم ترین فاکتور ها نیز می توان موارد زیر را معرفی نمود.
-
قیمت طراحی و محاسبات مقاوم سازی تیر بتنی به روش FRP
قیمت طراحی و هزینه محاسبات مقاوم سازی با کامپوزیت FRP با توجه به شرایط کار و عواملی که روی این روش تاثیر دارد، تعیین می شود. هرچه کیفیت کار بیشتر باشد هزینه مقاوم سازی افزایش پیدا می کند. محل پروژه و شرایط محیطی هم می تواند روی هزینه مقاوم سازی تاثیر داشته باشد. البته مدت زمان اجرا و سطح عملکرد این روش مقاوم سازی نیز تاثیر زیادی روی هزینه دارد.
از آن گذشته نوع الیاف انتخاب شده برای مقاوم سازی نیز دارای هزینه های گوناگونی است. اما به طور کلی این روش نسبت به روش های سنتی مانند ژاکت بتنی، بسیار پایین‌تر است به عنوان مثال مقاوم سازی با الیاف FRP، ۳۰ الی ۷۰ درصد کمتر از روش ژاکت بتنی هزینه برمی‌دارد.
-
قیمت مصالح مورد استفاده در طرح مقاوم سازی تیر بتنی روش FRP
مصالح مورد استفاده برای روش FRP شامل الیاف گوناگون مانند الیاف کربنی، پلیمری و ورقه های FRP می شوند. هر یک از این مصالح دارای قیمت های گوناگونی هستند. بنابراین طبیعی است که قیمت مصالح مورد استفاده در این روش، روی هزینه نهایی طراحی و اجرای FRP تاثیر داشته باشد.
هزینه نصب و اجرای الیاف گوناگون با توجه به نوع آن ها نیز متغیر است. بنابراین نمی توان قیمت دقیقی برای طراحی و اجرای این روش ها ارائه نمود. برای استعلام قیمت دقیق باید با کارشناسان و مشاوران بخش فنی تماس بگیرید تا از قیمت های دقیق مصالح اطلاع پیدا کنید.
-
هزینه و اجرای مقاوم سازی تیر بتنی روش FRP
روش های گوناگونی برای تقویت سازه های بتنی وجود دارد. یکی از مرسوم‌ترین و کم هزینه‌ترین روش ها، الیاف FRP هستند. سبکی و مقاومت کششی بالای این الیاف باعث شده تا در سال‌های اخیر، از روش‌های سنتی بیشتر استفاده شوند. با توجه به الیاف مصالح FRP برای تقویت خمشی دال ها و مقاوم سازی آن ها مورد استفاده قرار می گیرند، بر اساس مصالح مصرفی، نحوه اجرا و میزان آسیب دیدگی سازه های بتنی، هزینه این روش متفاوت است و نمی توان قیمت دقیقی برای آن ارائه نمود.
گاهی اوقات مقاوم سازی در مکان های عمومی انجام می شود. به عنوان مثال وقتی بزرگراهی جهت مقاوم‌سازی بسته می‌شود، ایجاد ترافیک جایگزین و پیدا کردن راهکار برای عبور و مرور خودروها هزینه‌های قابل توجهی را به همراه دارد.
به همین خاطر باید عملیات مقاوم سازی خیلی سریع‌تر از حد معمول انجام شود. استفاده از تکنیک های پیشرفته و مقاوم سازی در سریع‌ترین زمان ممکن، نیاز به انرژی و نیروی کار زیادی دارد. با توجه به نوع پروژه، ممکن است مصالح گوناگونی مورد نیاز باشند و هر یک دارای قیمت های متفاوتی هستند. همین باعث می شود تا نتوانیم قیمت دقیقی برای این روش ارائه کنیم.
کلام پایانی
مقاوم سازی تیر بتنی با FRP باعث افزایش ظرفیت باربری اجزای ساختمان می شود. در این روش با افزودن المان های مقاوم به سازه های بتنی، مقاومت آن ها افزایش پیدا می کند. روش FRP دارای مزایای بسیاری است که در این نوشتار به آن ها اشاره کردیم. با توجه به انواع الیاف FRP، روش اجرای آن ها متفاوت است و هزینه های مختلفی هم دارند. اما الیاف FRP نسبت به روش های سنتی مقاوم سازی بتن، هزینه کمتری دارند و در سال های اخیر بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند.
