مقاوم سازی با FRP راهکاری مقرون به صرفه برای مقابله با کابوس زلزله

سازه های بتنی از یک اسکلت بتنی شامل تیرها و ستون ها تشکیل شده است که در برابر درجه حرارت بالا، بادهای بسیار شدید و رطوبت عملکرد خوبی داشته و علاوه بر آن، نسبت به سازه های فلزی، دوام و طول عمر بیشتری نیز دارند. اما از آنجایی که یک ساختمان بتنی، انعطاف پذیری کم و وزن مرده زیادی دارد، ممکن است در شرایط زلزله موجب بروز خسارات بسیاری شود. علاوه بر این، فاکتورهای دیگری همچون افزایش باربری ساختمان، مشکلات اجرایی و بروز خطا در طراحی سازه، فرسایش به دلیل گذشت زمان و عوامل محیطی نیز بر ایمنی و مقاومت سازه های بتنی تاثیر گذار است و بنابراین مقاوم سازی سازه های بتنی یک امر متداول و اجتناب ناپذیر است.

مقاوم سازی سازه بنا به تعریف کارشناسان مقاوم سازی افزیر در واقع مجموعه راهکارها و تمهیداتی است که موجب بالا رفتن ظرفیت باربری سازه شده و هدف آن بهبود عملکردی اجزای آن سازه است تا در هنگام بروز حادثه، آسیب ها و خسارت های مالی و جانی به حداقل برسد. با پیشرفت تکنولوژی و ارائه فناوری های جدید، روش های مختلفی برای این منظور پیشنهاد شده است که از جمله آن می توان به موارد زیر اشاره نمود:

- ژاکت بتنی

- ژاکت فولادی

- بادبند

- دیوار برشی

- جدا سازها

- و مقاوم سازی با FRP

هر کدام از این روش ها مزایا و معایبی مختلفی دارند، اما مزایای استفاده از کامپوزیت FRP که در حقیقت یکی از جدیدترین انواع محصولات مقاوم سازی سازه است، به طور چشمگیری بالاتر از سایر روش ها بوده و به طور قابل توجهی جایگزین روش های سنتی شده است.

کامپوزیت FRP و مزایا و معایب آن

کامپوزیت FRP که در واقع متشکل از الیاف آغشته به مواد پلیمری است، ابتدا در صنایعی همچون هوافضا، صنایع دریایی و صنعت خودرو استفاده می شد، اما پتانسیل ها و ویژگی های منحصر به فرد این محصول موجب شد که به طرز باورنکردنی ای جایگزین مواد تقویت کننده قدیمی و سنتی در صنعت ساختمان شود.

از جمله مزایای فوق العاده مقاوم سازی سازه با این محصول عبارت است از:

- نسبت مقاومت به چگالی بالا

- نسبت مدول الاستیک به چگالی بالا

- چگالی و دانسیته کم

- مقاومت در برابر خستگی بالا

- تغییر ابعاد کم و ناچیز

- مقاومت در برابر خوردگی

- سهولت در اجرا

- و در آخر به لحاظ اقتصادی، مقرون به صرفه بودن آن

اما با تمام این مزایا، مقاوم سازی با FRP معایبی نیز دارد که عبارت است از:

- انعطاف پذیری و شکل پذیری کم محصول

- رفتار غیر ایزوتروپیک

- حساس بودن به شرایط محیطی

- تاثیرپذیری در برابر حرارت و آتش

- تاثیرپذیری در برابر UV

انواع کامپوزیت FRP و کاربردهای آن

همانطور که اشاره شد FRP یک کامپوزیت دو جزئی با ماتریس پلیمری است که این ماتریس پلیمری علاوه بر جلوگیری از ساییدگی و تخریب الیاف ها و انتقال نیرو برشی، وظیفه اتصال کامپوزیت به سازه بتنی را نیز بر عهده دارد.

ماتریس یا زمینه پلیمری از دو دسته رزین های گرما نرم (ترموپلاستیک هایی مانند پلی اتیلن و پلی آمید) و یا رزین های گرما سخت (ترموست هایی مانند رزین اپوکسی، پلی استر و وینیل استر) تشکیل می شود. در حال حاضر، اغلب کامپوزیت های FRP با ماتریس های ترموست تولید می شوند که پس از سخت شدن به حالت خمیری در نیامده و احتمال کمانش الیاف در برابر تنش فشاری را کاهش می دهند. اما الیاف کامپوزیت FRP که در واقع جزء باربر کامپوزیت هستند، معمولا از فیبر شیشه یا الیاف و فیبر کربن و یا فیبر آرامید ساخته می شوند. بر این اساس، کامپوزیت FRP به سه دسته تقسیم بندی می شوند که عبارت است از:

۱. کامپوزیت GFRP

کامپوزیت های FRP مسلح شده با الیاف شیشه که به دلیل ارزانتر بودن نسبت به سایر انواع، بیشترین کاربرد را مقاوم سازی سازه دارد. مقاومت برشی در این کامپوزیت تقریبا برابر با مقاومت جاری شدن فولاد معمولی است.

۲. کامپوزیت CFRP

کامپوزیت های FRP مسلح شده با الیاف و فیبر کربن که نسبت به سایر گروه ها قیمت بالاتری داشته و در مقاوم سازی ستون ها، دال ها و تیرهای بتن مسلح استفاده می شود. مهمترین مزیت مقاوم سازی با FRP حاوی فیبرهای کربن، مقاومت بالا در برابر حرارت و عوامل محیطی است. مقاومت کششی آن دو تا ۵ برابر بیشتر از مقاومت جاری شدن فولاد معمولی است.

۳. کامپوزیت AFRP

کامپوزیت های FRP مسلح شده با الیاف آرامید که در برابر تنش فشاری شکل پذیر بوده اما در برابر تنش کششی رفتار تردی از خود نشان می دهند. نکته برجسته و نقطه قوت این نوع کامپوزیت، مقاومت ضربه بسیار بالای آن است به طوری که از این نوع کامپوزیت در جلیقه های ضد گلوله نیز استفاده می شود.

انواع سیستم های مقاوم سازی سازه های بتنی با استفاده از FRP

· مقاوم سازی ستون با FRP

اولین بار از کامپوزیت FRP برای مقاوم سازی ستون ها استفاده شد. ستون ها در واقع عضو اصلی باربری یک ساختمان بتنی هستند و بالطبع در شرایط زلزله، حساسیت بیشتری دارند. برای تقویت ستون ها در برابر تنش برشی و خمشی اعمال شده در حین زلزله، می توان از نوار یا لمینت FRP و رزین اپوکسی در جهت حلقوی استفاده نمود. با این کار ظرفیت و مقاومت برشی ستون به طور قابل توجهی بهبود یافته و مد گسیختگی در آن به مد خمشی غیر الاستیک تبدیل می شود و شکل پذیری خمشی آن نیز افزایش می یابد.

· مقاوم سازی دیوار برشی با FRP

دیوارهای برشی که در واقع عضو جانبی باربری در سازه های بتنی هستند، نسبت به سایر المان های سازه، سختی جانبی درون صفحه ای بالاتری دارند. دیوار برشی در ساختمان های قدیمی، بیشتر در معرض آسیب و تخریب قرار دارد. اخیرا به دلیل نسبت استحکام به مقاومت بالاتر، استفاده از کامپوزیت FRP برای تقویت و مقاوم سازی دیوارهای برشی مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. این کار، مقاومت برشی را افزایش داده و همچنین استهلاک انرژی آن را بهبود می بخشد.

برای مقاوم سازی سازه های بتنی در دیوار برشی، از نوارهای کامپوزیت FRP در دو جهت عمودی و افقی استفاده می شود که این کار موجب افزایش مقاومت خمشی دیوار برشی شده و در نتیجه گسیختگی برشی را کاهش خواهد داد.

· مقاوم سازی دال بتنی با FRP

دال بتنی در واقع نوعی سقف یکپارچه بتنی است که در کف سازی انواع ساختمان ها و عرشه انواع پل ها استفاده می شود. دال ها در پی عواملی مانند طراحی اشتباه، افزایش بار وارده بر دال، ایجاد ترک در بتن و خوردگی آرماتورهای دال و نشست بالاتر از حد مجاز، نیاز به تقویت و مقاوم سازی دارند.

قبلا از صفحات فلزی برای تقویت دال ها استفاده می شد، اما امروزه کامپوزیت های FRP جایگزین این روش سنتی شده است. این کار، ظرفیت باربری به هنگام تنش های برشی و خمشی در ممان مثبت و ممان منفی را افزایش می دهد.

· مقاوم سازی تیرهای بتنی با FRP

برای تقویت تیرهای بتنی می توان از نوار یا میلگرد کامپوزیت FRP در سطح در معرض کشش تیر، استفاده نمود. این کار مقاومت خمشی تیر را افزایش داده و مانع از گسیختگی ناشی از اتصال نامناسب تیر می شود. مقاوم سازی سازه و تیر با استفاده از کامپوزیت FRP، موجب بهبود شکل پذیری تیرهای مسلح شده و در نتیجه بهبود عملکرد لرزه ای می شود.

در تحقیقات صورت گرفته نشان داده شده است که مقاومت برشی تیرهای مقاوم شده با کامپوزیت CRFP نسبت به تیرهای مسلح نشده، ۱۱۴ درصد افزایش داشته است.

· مقاوم سازی اتصالات ستون به دال بتنی با FRP

یکی از دلایل افزایش تلفات جانی در زلزله، ضعف و آسیب اتصالات ستون به دال بتنی است.  یکی از روش های اقتصادی و خلاقانه برای تقویت و بهبود استحکام در این نقاط، مقاوم سازی با FRP است که موجب بهبود مقاومت باربری جانبی و سختی در محل اتصال می شود. در این روش از کامپوزیت CFRP یا همان کامپوزیت FRP تقویت شده با الیاف و فیبر کربن استفاده می شود.

تامین و خرید انواع کامپوزیت FRP

شرکت مقاوم سازی افریز با تکیه بر دانش متخصصان خود اقدام به تولید و عرضه انواع محصولات ترمیم و مقاوم سازی سازه از جمله الیاف و فیبر کربن و شیشه و رزین  و چسب FRP نموده است. این شرکت در زمینه عرضه و ارائه انواع کامپوزیت های FRP فعال بوده و همچنین موفق به اخذ گواهینامه صلاحیت پیمانکاری و گواهینامه صلاحیت خدمات مشاوره از سازمان برنامه و بودجه کشور شده است. لذا شما کارفرمایان، پیمانکاران و مجریان محترم، می توانید با خیالی آسوده جهت اطلاع از هزینه و خرید محصولات مقاوم سازی و انواع کامپوزیت FRP به وب سایت این شرکت به آدرس www.afzir.com مراجعه نمایید.