شما اینجا هستید

ترمیم و مقاوم سازی تیرها به روش FRP

نویسنده : کلینیک بتن ایران

تاریخ ثبت : 02 مرداد ، 1397

آشنایی با مقاوم سازی تیرها با روش FRP

استفاده از FRP ها به علت وزن سبک و کاربرد آسان و همچنین مقاومت و سختی مناسب، بسیار مورد توجه و استفاده مهندسان قرار گرفته و پروژه ‌های متعددی در دنیا و کشورمان انجام گرفته است. کاربرد FRP در تیرهای بتنی در جریان انتقال نیروهای ثقلی و جانبی دیافراگم به ستون نقش دارند، از این‌ رو جزئی از سیستم سازه می ‌باشند.
از روش‌ های تقویت المان‌ های سازه‌ ای می ‌توان به ژاکت فولادی و بتنی، استفاده از کامپوزیت ‌های FRP جهت افزایش مقاوم سازی ساختمان با FRP ظرفیت باربری عضو و اضافه کردن المان‌ های مقاوم لرزه ‌ای مانند بادبند و میراگر اشاره کرد. به یاد داشته باشید جهت مقاوم سازی تیرها و یا سطوح بتنی حتما زیر سازی باید انجام گردد یا از ترمیم کننده های لاتکسی بتن بر پایه سیمانی به مانند ترمیم کننده بتن MTOSIVE1020 یا از ترمیم کننده های اپوکسی و گروت اپوکسی به مانند MTOFLOW650 در شرایط خاص استفاده می گردد. تقویت خمشی با استفاده از پلیمرهای مسلح شده با الیاف (FRP):
یکی از کاربرد پلیمرهای مسلح شده با الیاف (FRP) تقویت خمشی تیرها و یا دال‌های بتنی در دهانه‌های بلند می باشد. البته این به این معنی نیست که نمی‌توان از FRP در تیرها و دال‌های با دهانه‌های کوچک استفاده کرد.
درصورتی ‌که طراحی اولیه عضو نامناسب باشد می‌توان با استفاده از الیاف FRP سختی و مقاومت خمشی راه افزایش داد. اگر نسبت ضخامت و ارتفاع عضو به دهانه آن کم باشد، سختی آن کم و در نتیجه خیز وسط دهانه عضو (تیر یا دال) افزایش می‌یابد. همچنین اگر مقدار آرماتور خمشی در تیر یا دال از حد نیاز کمتر باشد، ترک‌های خمشی در زیر تیر یا دال ایجاد می‌شود. این ترک‌ ها به‌ صورت قائم بوده و در راستای خمش (عمود بر راستای آرماتورهای طولی) در محل لنگر خمشی بیشینه ایجاد می ‌شوند.
برای افزایش سختی و مقاومت خمشی می ‌توان ورق‌ های پلیمری کربنی (CFRP) را توسط چسب اپوکسی به وجه کششی عضو خمشی چسباند. درنتیجه وسط تیر ورق ‌های پلیمری باید به وجه تحتانی و تکیه‌ گاه این ورق‌ها باید به وجه فوقانی چسبانده شوند. جهت الیاف باید در راستای آرماتور های فولادی باشند زیرا سختی و مقاومت کششی الیاف در راستای آن بیشترین مقدار را دارند. با وجود ضخامت کم الیاف پلیمری، مدول الاستیسیته بالایی دارند که سختی تیر یا دال افزایش پیدا می‌کند و درنتیجه خیز آن کاهش می ‌یابد.

مقاوم سازی تیر بتنی با FRP

تقویت برشی با استفاده از الیاف پلیمری در تیرهای بتنی

در تیر های بتنی خاموت‌ها که در جهت عمود بر راستای تیر قرار می ‌گیرند، نقش تأمین مقاومت برشی آن را ایفا می ‌کند. همانطور که می‌دانیم به علت مقاومت برشی کم بتن، از خاموت برای تأمین مقاومت برشی کافی در تیرها استفاده می ‌شود. چنانچه تیری فاقد مقاومت برشی کافی باشد، ترک‌ های برشی در محل برش بیشینه، برای تکیه گاه، به‌ صورت مایل با زاویه حدودا ۴۵ درجه تشکیل می ‌شوند. برای تقویت برشی تیرها معمولا الیاف پلیمری (FRP) را به‌ صورت مایل یا قائم (عمود بر راستای ترک‌ های برشی) به طرفین تیر می‌ چسبانند. هرچه زاویه بین الیاف با راستای عمود بر ترک‌ های برشی کمتر باشد اثر آنها در افزایش مقاومت برشی تیر بیشتر است. نوارهای FRP که برای تقویت برشی تیر به کار می ‌روند می ‌توانند به صورت U شکل باشند و یا کاملا پیرامون تیر را بپوشاند.

کاربرد FRP در تیرهای بتنی

تیر بتنی مسلح
تیر بتنی پیش تنیده
تیرهای بتنی پیش ساخته
مزایای روش مقاوم‌ سازی تیر بتنی با FRP
افزایش مقاومت خمشی تیر
افزایش مقاومت برشی تیر
افزایش شکل پذیری تیر
افزایش مقاومت در برابر خوردگی
افزایش دوام و عمر
کنترل عرض ترک
ضخامت کم ورقه های FRP و عدم تغیر قابل توجه در ابعاد تیر
سهولت در اجرا
هزینه پایین نسبت به روش های مرسوم دیگر
ترمیم ناشی از خوردگی

چسب FRP و کاربرد در تیرهای بتنی

در حال حاضر چسب های FRP بسیار قدرتمندی در دسترس می‌باشند که می ‌توانند در چسباندن و استفاده از نوارها، لمینیت ها و الیاف FRP مورد استفاده قرار گیرند. با توجه به اینکه مقاومت رزین ها و چسب ها از مقاومت بتن بیشتر است، به همین دلیل در اغلب حالات مکانیزم شکست در بتن رخ می ‌دهد و شکست در لایه چسب به ندرت رخ می‌دهد. تنها در صورت استفاده از چسب نامناسب و یا اجرای غلط و نامطلوب در سیستم FRP، امکان بروز مشکل در لایه چسب وجود دارد. این مشکل در سطح مشترک چسب و الیاف FRP و یا در سطح مشترک بتن و چسب رخ می ‌دهد.

تقویت خمشی تیر و کاربرد در تیرهای بتنی

یکی از موارد کاربرد الیاف پلیمری FRP تقویت خمشی تیرها و یا دال های بتنی در دهانه های بلند می باشد.در این موارد، اگر طراحی اولیه عضو نامناسب باشد می توان با استفاده از الیاف FRP سختی و مقاومت خمشی آن را افزایش داد. اگر نسبت ضخامت (یا ارتفاع) عضو به دهانه آن کم باشد، سختی آن کم و در نتیجه خیز وسط دهانه عضو (تیر یا دال) افزایش می یابد. همچنین اگر مقدار آرماتور خمشی در تیر یا دال از حد نیاز کمتر باشد، ترک در تیر بتنی ساختمان در زیر تیر یا دال ایجاد می شود. این ترک ها به صورت قائم بوده و در راستای خمش (عمود بر راستای آرماتورهای طولی) در محل لنگر خمشی بیشینه ایجاد می شوند. به بیان دیگر، در وسط تیر ترک های خمشی در وجه زیرین آن و در محل تکیه گاه ها ترک های خمشی در وجه فوقانی تیر ایجاد می شوند. برای افزایش سختی و یا مقاومت خمشی عضو می توان ورق های پلیمری کربنی (CFRP) را توسط چسب اپوکسی به وجه کششی عضو خمشی چسباند. در نتیجه در وسط تیر ورق های پلیمری باید به وجه تحتانی و در بر تکیه گاه ها این ورق ها باید به وجه فوقانی چسبانده شوند. جهت الیاف باید در راستای آرماتور های فولادی باشند، زیرا سختی و مقاومت کششی الیاف در راستای آن بیشترین مقدار را دارند. با وجود ضخامت کم الیاف پلیمری (کمتر۱ میلیمتر) مدول الاستیسیته بالای آنها (۱۰ برابر فولاد) باعث افزایش سختی تیر و در نتیجه کاهش خیز آن می شود.

تقویت برشی و کاربرد FRP در تیرهای بتنی

در تیرهای بتنی، خاموت ها، که در جهت عمود بر راستای تیر قرار می گیرند، نقش تامین مقاومت برشی آن را ایفا می کنند. چنانچه تیری فاقد مقاومت برشی کافی باشد، ترک های برشی در محل برش بیشینه، بر تکیه گاه، به صورت مایل با زاویه حدود ۴۵ درجه تشکیل می شوند. برای تقویت برشی تیرها معمولا الیاف پلیمری را به صورت قائم و یا مایل (عمود بر راستای ترک های برشی) به طرفین تیر می چسبانند. هرچه زاویه بین الیاف با راستای عمود بر ترک های برشی کمتر باشد اثر آن ها در افزایش مقاومت برشی تیر بیشتر است. نوارهای پلیمری که برای تقویت برشی تیر به کار می روند می توانند بصورت U شکل باشند و یا کاملا پیرامون تیر را بپوشانند. برای افزایش کارآیی تقویت های برشی، تامین مهار انتهایی لازم است. با توجه به اینکه طول موجود برای نصب رکابی های FRP به ارتفاع تیر محدود می‌شود، بتن موجود باید از کیفیت مناسبی برخوردار باشد. سطح بتن باید متناسب با نیازمندی های مصالح FRP مورد استفاده و در صورت لزوم ترمیم شود. به منظور پرهیز از گسیختگی رکابی ‌های FRP در اثر تمرکز تنش در گوشه‌ های مقطع تیر، این گوشه‌ ها باید به شعاع حداقل ۳۰ میلی ‌متر گرد شوند. جهت انجام و مشاوره این نوع طراحی مقاوم سازی می توانید با واحد فنی کلینیک بتن ایران (مهندسین مشاور مهرازان پایدار) تماس حاصل فرمایید.

تقویت تیر بتنی