نحوه مقاوم سازی سازه بتنی

تیرها، عرشه ها، ستون ها و دیوارها می توانند با قرار دادن میلگردهای مسلح کننده طولی و رکاب ها یا بستن دور اعضاء و سپس پوشاندن عضو به وسیله بتن پاشی یا بتن ریزی درجا در محل مقاوم سازی شوند. بتن چسبندگی بین میلگردهای جدید و عضو موجود را میسر می کند، بتن پاشی اضافه شده اندازه عضو را افزایش می دهد. اضافه شدن بار عضو ناشی از این قبیل موارد باید کنترل شود.

دیوارهای بتنی مسلح و بنایی با اضافه کردن لایه های سطحی میلگردهای مسلح کننده یا الیاف سیمی جوش داده شده و اعمال بتن پاشی، مقاوم سازی می شوند. بتن پاشی اتصال (چسبندگی) بین مسلح کننده های جدید و دیوار را نیز مهیا می کند. اغلب داول ها در سوراخ های دریل شده محیط (پیرامون) ستون ها و تیرها برای اتصال بین اعضای قاب و مقاوم سازی دیوار بتن پاشی شده قرار می گیرند.

تیرها، ستون ها و مقاطع دیوارها اخیراً با الیاف کربنی، CFRP، الیاف شیشه ای، GFRP یا مواد مرکب مشابه که چسباننده های رزینی اجرا می شود، مقاوم سازی می شوند. آزمایشات آزمایشگاهی به وسیله کارخانه های تولیدی انجام می شود که معیارهای طراحی را برای استفاده سیستم های مواد خود مهیا می کنند. ارزیابی مقاومت دراز مدت در شرایط کارگاهی موارد اشاره شده هنوز در امریکا مدون نشده است، اما این روش چندین سال است که در اروپا استفاده می شود. چسباندن و مقاو سازی با کربن یا ورقه های شیشه ای و یا ورقه های باریک و مواد مرکب مشابه روش های مقاوم سازی کم هزینه ای است که برای ارتقای اعضای سازه ای که به طراحی با آیین نامه های لرزه ای به روز شده ای نیاز دارند، استفاده می شود. این روش برای استفاده در جایی که بارها در طول بهره برداری افزایش می یابد و شکل پذیری دراز مدت مدنظر است با تدارک صحیح برای ضدآتش و ضدآب کردن آن، مناسب است.

 محدودیت ها

زمانی که از صفحه های بتنی استفاده می شود، سختی در اکثر اعضای ترمیم شده افزایش می یابد، بنابراین توزیع بار در سازه تغییر می یابد و باید تحلیل شود. تنش های زیادی ممکن است ناشی از انتقال بین مقاطع مقاوم سازی شده و غیر مقاوم سازی شده ایجاد شود. اعضای مقاوم سازی شده و ترمیم شده شامل فونداسیون، باید برای شرایط با بهره برداری بررسی شوند. مقاوم سازی با مواد مرکب ممکن است برای مقاوم کردن ضروری باشد، اما به علت رفتار کشسان FRPها، رفتار نهایی مسلح کننده های FRP باید به دقت ارزیابی شود.

مسلح کننده های بیرونی همواره فضاهایی که قبل از ترمیم برای دیگر استفاده ها موجود است را اشغالمی کنند.

اگر چسبندگی برای عمل مرکب مورد نظر باشد، آماده سازی سطح فولاد و بتن بسیار بحرانی است. در فصل سوم روش های تخصصی آماده سازی سطح تشریح شد.

زمانی که از چسبنده های سازه ای، به ویژه اپوکسی، استفاده می شود باید دقت کافی بشود، زیرا نرم شدگی و کاهش مقاومت بر اثر افزایش دما در نزدیک و بالای دما انتقال شیشه است که می تواند در حدود 50 درجه سانتی گراد باشد. زمانی که در برابر آتش مهیا شود محافظت ویژه ای نیاز است. جزئیات صحیح و محافظت ویژه وقتی مواد مرکب برای مقاوم سازی استفاده می شود بحرانی و تعیین کننده است، زیرا آنها به طور کلی تابع لایه های زیرین با اپوکسی ها هستند. اغلب چسبنده های حساس به آب وقتی به سطوح مرکب و نمناک اعمال می شوند، چسبندگی مناسبی نخواهند داشت.

مثال ها

مقاومت برشی تیرهای بتنی مسلح با اجرای بست های فولادی در اطراف تیرها افزایش یافت. بست های مشابهی با عرض mm50 و ضخامت mm3/1 استفاده شد. گوشه های تیر با صفحه های فولادی خم شده ای به ضخامت mm5/1 محافظت شد.

مقاومت برشی تیرهای بتنی سقف و عرشه پارکینگ با استفاده از اضافه کردن رکاب های پوشانده شده با بتن پاشی افزایش یافت. روند ترمیم مطابق زیر صورت گرفته شود :

1- کناره ها و پایین تیرها برای به دست آمدن سطوحی تمیز، ماسه پاشی شد.

2- جفت های رکاب های جدید و U شکل با هم پوشانی در دور تیر قرار داده شد. در مقطع های افقی میله های U شکلی نیز در حفره ها و شیارهای بریده شده در بالای تیرها قرار گرفت.

3- این رکاب ها و ضفحات با بتن پاششی پوشیده شدند.

4- بتن پاششی فشاهایی که نچسبیده را پوشاند. در بعضی موارد بخش هایی که هنوز نچسبیده بودن برداشته و مجدداً بتن پاشی شد.

پوشش ها و بست ها

تشریحت

پوشش دهی (Jacketing) روندی است که مقطع عضو سازه ای موجود به مقدار ابعاد اصلی برگردد، یا با توجه به پوشش دادن به وسیله مواد و مصالح مختلف (متفاوت) افزایش یابد. شبکه مسلح کننده فولادی یا پوشاندن با مواد مرکب می تواند در حول مقاطع آسیب دیده اجرا شود و بر روی آنها با بتن پاشی یا بتن ریزی درجا در محل پوشش داده شود.

بست ها و ژاکت ها پوشش هایی هستند که برخلاف روش پیش تنیده کردن بیرونی تنها بخشی از ستون یا پایه را احاطه می کنند و معمولاً به منظور افزایش حمایت دال یا تیر در قسمت بالای ستون استفاده می شود

شکل پوشش معمولاً موقتی یا دائمی و شامل چوب، فلز جمع شده، بتن پیش ساخته، لاستیک، پشم شیشه یا الیاف مخصوص است و نسبت به هدف و شرایط محیطی از آنها استفاده می شود. این نوع پوشش در دور مقطعی که احتیاج به ترمیم دارد قرار می گیرد و فضای حلقه مانند خالی بین پوشش و سطح عضو موجود ایجاد می کند. پوشش باید با جدا کننده هایی، برای اطمینان از تراز و یکسان بودن بین پوشش و عضو، آماده شود.

معمولاً از مواد مختلفی از جمله بتن معمولی و ملات، ملات اپوکسی، گروت و ملات و بتن لاتکسی اصلاح شده به عنوان مواد اندود و پوششی استفاده می شود. روش های پر کردن فضاهای خالی شامل پمپ کردن، لوله ترمی یا بتن با سنگدانه های پیش آکنده است.

مزیت ها و موارد استفاده

این نوع پوشش بخصوص در ترمیم خرابی ستون ها، پایه و تیرکوبی یا پایه های تیر، در جایی که نیاز است همه یا بخشی از مقطع زیر آب باشد، کاربرد دارد. این روش برای حفاظت از بتن، فولاد و مقاطع چوبی در برابر خرابی های بیشتر و برای مقاوم سازی کردن آنها اعمال می شود. پوشش های دائمی در محیط های دریایی و برای اضافه شدن محافظت در برابر فرسایش، سایش و آلودگی های شیمیایی دارای مزیت و مورد نظر هستند. بست ها در تهیه سر ستون های جدید روی ستون های موجود برای حمایت از دال کف ها موثر هستند. بست ها ظرفیت برشی دال ها را افزایش و طول موثر ستون را کاهش می دهد. بست ها ممکن است کمک مفیدی برای زیبایی و معماری بهتر باشد.

 محدودیت ها

در ژاکت ها و بست ها ضروری است که کل بتن خراب شده برداشته، ترک ها ترمیم و مسلح کننده های موجود تمیز و سطوح آماده سازی شود. در این آماده سازی مواد جایدهی شده جدید باید به سازه موجود بچسبد. به علت اینکه آماده سازی ژاکت ها اغلب در زیر آب صورت می گیرد، بنابراین گران و مشکل است. با این همه، در موارد خاص ژاکت ها و بست ها به طور گسترده و با هزینه مناسب، به عنوان راهکاری برای حمایت سازه ای عضو خراب شده به کار می روند. در شرایط زیر آب صفحات پلاستیکی اعمال می شود تا به حداقل کردن سایش کمک کند.

ژاکت ها و بست ها فضاهایی را که برای استفاده های دیگر قبل از ترمیم موجود بوده است، اشغال می کنند.

جزئیات اجرا (نصب)

روش های قالب بندی و تصمیم گیری برای استفاده از قالب های موقتی یا دائمی از جرئیات مهم در ژاکت کردن است. قالب های چوبی یا مقوایی می تواند به عنوان قالب های موقتی یا حتی دائمی استفاده شود. سوار کردن قالب های فلزی جمع شده، آسان است و قاب های موقت یا دائم قابل قبولی هستند. قالب های دائمی پشم شیشه (فایبر گلاس)، پلاستیکی و الیافی (پارچه ای) تا حد زیادی پذیرفته شده اند و مورد استفاده قرار می گیرند. برخی از آنها حتی بعد از کامل شدن ترمیم، مقاومت در برابر حمله شیمیایی نشان می دهند.

اعضای تکمیلی (مکمل)

 تشریح

اعضای مکمل ستون ها، تیرها، شمع (گیره)‌یا دیوارهای پرشده جدیدی هستند که برای حمایت اعضای سازه ای آسیب دیده اجرا شده اند. این مورد در  تشریح شده است. اعضای مکمل معمولاً در زیر نواحی گسیخته شده یا تغییر شکل یافته برای پایداری قاب سازه ای قرار می گیرند.

مزایا  و موارد استفاده

این روش ترمیم در حالتی که هیچکدام از روش های تخصصی مقاوم سازی مناسب نباشد مورد استفاده قرار می گیرد و اگر پیکر بندی سازه ای از دیگر روش های تخصصی جلوگیری می کند به کار می رود. اعضای مکمل سریع نصب می شوند و بنابراین راه حل های ترمیم اضطراری موقت مناسبی محسوب می شوند. معمولاً اعضای جدید برای حمایت جدی از ترک خوردگی و منحرف شدن مارپیچ اعضا نصب می شوند. معمولاً استفاده از اعضای مکمل مقرون به صرفه است.

محدودیت ها

ایجاد ستون یا تیرهای جدید فضای داخل ستون ترمیم شده را محدود می کند. ستون های جدید عبور را مسدود می کند. تیرهای جدید ارتفاع اتاق را کاهش می دهد. از نظر زیبایی، تیر یا ستون های جدید بازدارنده اند. پشت بندهای ضربدری، دیوارهای پر شده یا دیگر مواردی که مقاومت در برابر بارهای بیرونی را مهیا می کنند، اگر سازه اصلی نتواند مقاومت مورد نظر را مهیا کند، ضروری است. علاوه بر این پشت بندها فضاهای بهره برداری داخلی بیشتری محصور می کنند. بارها و تنش ها در سازه موجود ممکن است تحمل نشوند، مگر اینکه روند ویژه ای مد نظر باشد.

اعضای مکمل ممکن است باعث تقسیم بارها و نیروهایی بالاتر از تنش طراحی شده در عضو مجاور، فونداسیون یا هر دو آنها شوند.

 جزئیات اجرا

اعضای مکمل جدید ممکن است، چوب، فولاد، بتن یا مصالح بنایی باشد. اعضای جدید در محل باید محکم، جوش یا انکر شوند که بتوانند بارها را به عضوهای جدید انتقال دهند. لازم است که از بلند شدگی اعضای سازه ای موجود، به دلیل توزیع بار و تنش های بالاتر از میزان طراحی تیرها یا اعضاء حمایت کننده مجاور، جلوگیری شود.

 (الف) حمایت کننده های جدید به کمک تیرهای با ظرفیت خمشی ضعیف آمده است. عضو جدید به فوندانسیون کافی نیاز دارد. یک دهانه با بخش های خمشی منفی و مثبت که ممکن است بخش های مثبت و منفی آن معکوس شود در نظر گرفته می شود. اگر ترک خوردگی اتفاق بیفتد در ناحیه لنگر منفی جدید، موارد قابل قبول باید کنترل شود.

(ب) تشریح می کند که چگونه ستون اضافه شده مقاومت برشی را اصلاح می کند و دهانه موثر تیر موجود کاهش می یابد. معمولاً چنین ستون های اضافه شده ای در مجاورت ستون موجود نسبت به بست ها اقتصادی تر است. ستون ها ممکن است در جای غیرمعمولی برروی فوندانسیون موجودی که در  تحلیل شده است به منظور افزایش اندازه یا مقاومت مورد نیاز انتخاب شوند.

در اجرا و جایدهی ستون، ممکن است به جک های دائمی و گوه ها نیاز باشد. مشاور باید موثر بودن جک زدن در توزیع بارهای مرده را مورد توجه قرار دهد.

(ج) قرار گیری تیرهای مکمل پایین دال تغییر شکل داده موجود را، تشریح می کند. فضای میان تیر جدید و سازه موجود باید گوه کاری یا بسته شود. مهیا کردن پایداری بیرونی عضو مکمل نیاز است. انکر مکانیکی برای اتصال دال های موجود و ستون ها به کار می رود. اگر دال های موجود برای تیرها حمایت می شوند، تیر جدید می تواند با ستون های جدید به جای تیرهای موجود باشند.

 مثال بتن های مسلح چندین طبقه، برش شدید و تیرها طبقه دوم ترک خوردگی خمشی را تحمل می کنند. تیرهای اصلی حمایت کننده در ناحیه لابی(همکف) بیشتر از تراز پارکینگ اجرا می شوند تا موجب دسترسی نیافتن پارکینگ نشوند. ستون های فولادی گوه شده در زیر بسیاری از تیرهای اصلی قرار می گیرد. پی های پهن شده با بتن های مسلح کوچک در زیر ستون های جدید مشخص می شود.