روش های مقاوم سازی بوسیله الیاف FRP

چگونگی ارائه طرح بهينه بهسازي لرزه اي و مقاوم سازي با لحاظ نمودن همزمان پارامترهاي فني، اقتصادي و اجرايی


مقاوم سازی در علم نوین مهندسی عمران به معنای بالا بردن مقاومت یك سازه (ساختمان) در برابر نیروهای وارده است.  لذا لازم است مخاطبین به این امر مهم توجه داشته باشند كه وقتی صحبت از مقاوم سازی می شود، در مورد ساختمانهای قدیمی و جدید ساخته شده صحبت می شود و ساختمانهایی كه هنوز ساخته نشده اند در این مقوله مورد بررسی قرار نمی گیرند. در این مقاله کارشناسان گروه مهندسی زیگورات ابتدا به بررسی وجوه مختلف بهسازی پرداخته اند و سپس ضرورت انجام عملیات مقاوم سازی و به طورعام تر بهسازی را مورد بحث قرار داده و در پایان به بررسی روشها و هزینه های مربوط به انجام عملیات بهسازی پرداخته اند .


روش‌هاي بهسازی  لرزه‌اي (مقاوم سازی )
راه کارهاي زير بعنوان نمونه مي تواند بصورت منفرد يا در ترکيب با يکديگر براي بهسازي ساختمان به کار رود:
اصلاح موضعي اجزاي سازه اي که داراي عملکرد نامناسبي در اثر زلزله مي باشند
رفع يا کاهش نامنظمي در ساختمان موجود
تأمين سختي جانبي لازم براي کل سازه
تأمين مقاومت لازم براي کل سازه
کاهش جرم ساختمان
کامل نمودن مسير بار
افزايش انسجام ساختمان با کلاف بندي
تغيير کاربري به منظور کاهش سطح عملکرد مورد انتظار از ساختمان
 به کارگيري سيستم هاي جداساز لرزه اي

انتخاب روش مقاوم سازی 

انتخاب روش تقويت بسيار حائز اهميت بوده و بستگي به شرايط کار و اهداف مورد نظر دارد. عوامل اصلي مورد  بررسي به شرح زير مي باشد.
شرايط بکارگيري روش و امکان سنجي استفاده از آن در تقويت اجزاي موردنظر
ميزان اثر بخشي مصالح تعميري در تقويت اجزا
ابعاد لايه تقويتي و تغيير در هندسه و وزن بنا
دوره زماني اجراي طرح تقويت

هزينه اجراي طرح تقويت
در برخي موارد ارزانترين روش، بهترين انتخاب است اما گاهي اوقات کار بايد در کوتاهترين زمان ممکن تمام شود. در بعضي از موارد ابعاد هندسي مقاطع نبايد بزرگ شود و در مواردي از مصالحي بايد استفاده نمود که دوام بالا و مقاومت خوبي در برابر خوردگي دارد.
 نرم افزارهای محاسبات مقاوم سازی بوسیله الیاف FRP
نرم افزار FRP Lamella  یک نرم افزار طراحی FRPمی باشد که برای تقویت خمشی و برشی تیرها در زمینه مقاوم سازی قابل استفاده است.
نرم افزار FRP analysis  نیز یکی از نرم افزارهای محاسبات طرح های مقاوم ساری با الیاف FRP  می باشد .
آئین نامه های بین المللی که عمدتاً  برای طراحی FRP در کشورهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرند به شرح زیر می باشد:

پرسش های متداول مقاوم سازی:


در مقاوم سازی، از الیاف FRP در چه مواردی استفاده میشود؟
 -تقویت خمشی و برشی تیرهای بتن مسلح
 -تقویت فشاری،خمشی و برشی ستون های بتن مسلح
 -تقویت خمشی و برشی دیوار برشی بتن مسلح
 -تقویت دال بتنی
 -تقویت میانقاب
 -تقویت لوله های انتقال
در مقاوم سازی، از کاشت میلگرد در چه مواردی استفاده میشود؟
 -تقویت فونداسیون
 -اجرای ژاکت بتنی
 -اجرای ژاکت فلزی
 -کاشت ستونچه
در مقاوم سازی، از ژاکت بتنی در چه مواردی استفاده میشود؟
 -تقویت ستون
 -تقویت تیر
 -تقویت دیوار برشی
در مقاوم سازی، از ژاکت فلزی در چه مواردی استفاده میشود؟
 -تقویت ستون
 -تقویت تیر
 -تقویت دیوار برشی
در مقاوم سازی دال بتنی از چه روشی استفاده میشود؟
 -الیاف FRP
 -تیرک فلزی
 -تیرک بتنی
آئین نامه مقاوم سازی با استفاده از الیاف FRP کدام آئین نامه است؟
 -نشریه 345 ایران
 -آئین نامه ISIS کانادا
 -آئین نامه ACI 440-2R-08 آمریکا
نشریه  توضیح انواع روش های مقاوم سازی کدام نشریه است؟
-نشریه 524 ایران
برنامه کامپیوتری محاسبات FRP چیست؟
در محاسبه  میزان افزایش مقاومت خمشی و برشی تیرها و میزان افزایش مقاومت فشاری ستون به وسیله FRP میتوان از برنامه FRP-ANALYSIS شرکت سیکا استفاده نمود.برنامه FRP LAMELLA  نیز یکی دیگر از این برنامه هاست .
آیا به وسیله محصورشدگی(Confinement) ستون بتن مسلح با استفاده از الیاف FRP مقاومت خمشی ستون نیز افزایش میابد؟
بله،بر طبق آئین نامه  ACI 440-2R-08 ، البته در صورت قرار داشتن ستون در ناحیه کنترل فشار.
به جهت تقویت کمبود میلگرد فشاری در پائین تیر در ناحیه کششی،آیا میتوان از الیاف FRP در زیر تیر استفاده نمود؟
خیر،به این دلیل که FRP در فشار کار نمیکند،ولی میتوان با اضافه نمودن الیاف FRP در بالای تیر نیاز به آرماتور فشاری را کاهش داد و به جواب مطلوب رسید ، در غیر اینصورت باید به سراغ دیگر روش های مقاوم سازی رفت.
آیا به جهت کاهش خیز تیر و دال، میتوان از الیاف FRP  استفاده نمود؟
بله
آیا به جهت تقویت خمشی تیرهای دارای خیز زیاد، میتوان از الیاف FRP  استفاده نمود؟
خیر،بهتر است از روش های دیگر استفاده نمود.
به جهت بررسی عملکرد غیر خطی دیوار برشی بتنی از چه برنامه ای میتوان استفاده نمود؟
Perform-3d;idarc-2d
در مقاوم سازی خمشی تیرها از چه نوع الیاف FRP استفاده میشود؟
از الیاف کربنFRP
 آیا استفاده از الیاف FRP سبب افزایش سختی کل سازه میشود؟
خیر،الیاف FRP سبب افزایش مقاومت و شکل پذیری المان ها میشوند.
برای مقاوم سازی سازه در برابر تغییر مکان نسبی یا مطلق ساختمان استفاده از FRP ممکن میباشد؟
خیر،میبایست از سیستم مهاربندی(دیوار برشی و...) به جهت افزایش سختی سازه استفاده نمود.
ضخامت،مقاومت کششی ، مدول الاستیسیته و کرنش نهایی الیاف FRP چقدر است؟
میبایست به دیتاشیت الیاف FRP مورد نظر مراجعه نمود.
الیاف FRP چه نقشی در مقاوم سازی  سازه هایی همچون سیلو های بتنی دارد؟
در سیلوها و یا سازه هایی شبیه به آن مود خرابی غالب مود جاری شدن میلگردها در کشش در پای سازه میباشد و یا در صورت پایین بودن مقاومت فشاری بتن،مود خرابی خرد شدگی فشاری بتن میباشد که در هر دو صورت الیاف FRP سبب افزایش ظرفیت کششی سازه و یا افزایش ظرفیت فشاری سازه میشود.
تا چه میزان میتوان مقاومت خمشی تیر را با الیاف FRP افزایش داد؟
تا هر میزان که روابط محاسباتی جواب میدهد و صرفا بهتر است در افزایش ظرفیت خمشی تیرهای دارای خیز نامناسب از الیاف FRP استفاده نشود.
از لحاظ اقتصادی استفاده از الیاف کربن FRP مناسب تر است یا الیاف شیشه FRP ؟
الیاف شیشه FRP اقتصادی تر از نوع کربن هست بشرط  آنکه در المان مورد نظر قابلیت استفاده داشته باشد برای مثال در مقاوم سازی خمشی تیر از الیاف شیشه استفاده نمیگردد.
از چه چسب اپوکسی در هنگام نصب الیاف FRP استفاده نمائیم؟
میبایست به دیتاشیت الیاف FRP مورد نظر مراجعه نمود.
عمق نفوذ میلگرد در کاشت میلگرد چگونه محاسبه میشود؟
بستگی به چسب کاشت میلگرد مورد استفاده دارد.
 چسب کاشت میلگرد متداول در ایران کدامند؟
هیلتی،کالم،ممو،اس تی سی
برای ترمیم ترک دال بتنی چه روشی مناسب تر هست؟
بستگی به ترک و دلیل اتفاق افتادن آن دارد و معمولا در صورت فعال نبودن ترک(استاتیک) میتوان با استفاده از تزریق اپوکسی درون ترک و سپس نصب الیاف کربن FRP  در نواحی ترک و نواحی حاصل از محاسبات با نظر طراح مقاوم ساز نسبت به تقویت دال استفاده نمود.
در مورد ستونی که مقاومت فشاری بتن ستون مقدار کمی کمتر از میزان مفروض در محاسبات است و نیاز به مقاوم سازی دارد،چه باید کرد؟
میبایست پس از انجام محاسبات(ارزیابی عملکرد) تصمیم گیری شود ولی معمولا میتوان از الیاف FRP در این مورد استفاده نمود.
در مورد ستونی که مقاومت فشاری بتن ستون بمراتب کمتر از میزان مفروض در محاسبات است و نیاز به مقاوم سازی دارد،چه باید کرد؟
میبایست پس از انجام محاسبات(ارزیابی عملکرد) تصمیم گیری شود ولی معمولا در این مورد نمیتوان از الیاف FRP  استفاده نمود و استفاده از ژاکت بتنی همراه با بتن SCC پیشنهاد میگردد.
در مورد ستونی که ضعف خمشی ستون مقدار کمی کمتر از میزان مفروض در محاسبات است و نیاز به مقاوم سازی دارد،چه باید کرد؟
معمولا میتوان از الیاف FRP در این مورد استفاده نمود.
در مورد ستونی که ضعف خمشی ستون مقدار بمراتب کمتر از میزان مفروض در محاسبات است و نیاز به مقاوم سازی دارد،چه باید کرد؟
معمولا در این مورد نمیتوان از الیاف FRP  استفاده نمود و  استفاده از ژاکت فلزی یا بتنی پیشنهاد میگردد.
در مورد ستونی که مقاومت فشاری بتن ستون و ضعف خمشی ستون مقدار کمی کمتر از میزان مفروض در محاسبات است و نیاز به مقاوم سازی دارد،چه باید کرد؟
میبایست پس از انجام محاسبات(ارزیابی عملکرد) تصمیم گیری شود ولی معمولا میتوان از الیاف FRP در این مورد استفاده نمود.
در مورد ستونی که مقاومت فشاری بتن ستون و ضعف خمشی ستون بمراتب کمتر از میزان مفروض در محاسبات است و نیاز به مقاوم سازی دارد،چه باید کرد؟
استفاده از ژاکت بتنی همراه با بتن SCC به عنوان یک راهکار پیشنهاد میگردد.
مشاهده گردیده ساختمانی اسکلت فلزی به دلیل خطای اجرایی و محاسباتی پس از اجرای سقف به دلیل کم بودن مساحت هر سقف و زیاد بودن ارتفاع سازه دچار لرزش شدید(غیر طبیعی و معمول نسبت به ساختمان های در حین ساخت دیگر) میباشد،در این مورد چه باید کرد؟
نیاز به انجام محاسبات و تشخیص دلیل و مرتفع کردن آن بر طبق محاسبات دارد ولی به عنوان یک راهکار میتوان با اضافه نمودن دیوار برشی بتنی و جانمایی آنها بر طبق محاسبات، و استفاده از تری دی پنل به عنوان میانقاب مشکل را رفع کرد.
در ساختمان بتنی(مسکونی-طول تیر در حدود 4 متر-آرماتورگذاری مناسب) به دلیل اشتباه قالبند، آویز یک تیر دو سانتیمتر کمتر از مقدار مندرج در نقشه، اجرا شده است،برای مقاوم سازی چه باید کرد؟
نیازی به مقاوم سازی ندارد(طراحی با بررسی عملکرد متفاوت است و ساختمانی ممکن است در طراحی جواب ندهد ولی در ارزیابی نیازی به مقاوم سازی دیده نشود).
معادل واژه بهسازی در انگلیسی چیست؟
rehabilitation
معادل واژه مقاوم سازی در انگلیسی چیست؟
retrofit
معادل واژه آسیب پذیری در انگلیسی چیست؟
vulnerability
مود خرابی معمول در ساختمان های بتن مسلح در حین زلزله چیست؟
ستون کوتاه ، شکست خمشی  و یا برشی ستون.
برای مدلسازی غیر خطی دیوار برشی بتنی در ساختمان بتنی چه برنامه ای پیشنهاد میگردد؟
idarc-2d
برای مدلسازی غیر خطی دیوار برشی بتنی در ساختمان فولادی چه برنامه ای پیشنهاد میگردد؟
perform-3d
در ساختمان بتنی به دلیل خطای محاسباتی و وجود تعداد کم دیوار برشی، دیوارهای برشی موجود  شدیدا در برش جواب نمیدهند(ضعف دارند)،چگونه میتوان مشکل را حل نمود؟
با لحاظ ملاحظات معماری،با اضافه نمودن دیوار برشی جدید در قسمت های دیگر ساختمان.
در ساختمان بتنی به دلیل خطای محاسباتی ، دیوارهای برشی موجود مقدار کمی در برش جواب نمیدهند(ضعف دارند)،چگونه میتوان مشکل را حل نمود؟
معمولا با تقویت برشی دیوار موجود با استفاده از الیاف FRP میتوان به نتیجه رسید.
در حین اجرای اسکلت ، در ساختمان فلزی به دلیل خطای محاسباتی(کم بودن ضخامت ورق ستون) ، یک ستون باکس(متشکل از چهار ورق) موجود از لحاظ محاسباتی مقداری در تحمل بار محوری(فشاری) ضعف دارد و ناظر ساختمان دستور مقاوم سازی داده است ،چگونه میتوان اقدام به مقاوم سازی نمود؟
معمولا با اضافه نمودن چهار نبشی(حاصل از محاسبات) در چهار گوشه( کنج) ستون باکس میتوان به نتیجه رسید با توجه به این نکته که در حین مقاوم سازی ستون میبایست با لحاظ تدابیری تا جای ممکن بار وارد بر ستون را کاهش داد.
در حین اجرای اسکلت ، در ساختمان فلزی به دلیل خطای محاسباتی(کم بودن بعد ستون) ، یک ستون باکس(متشکل از چهار ورق) موجود از لحاظ محاسباتی مقداری در تحمل خمش(حول یک محور) ضعف دارد و ناظر ساختمان دستور مقاوم سازی داده است ،چگونه میتوان اقدام به مقاوم سازی نمود؟
معمولا با اضافه نمودن دو پلیت(حاصل از محاسبات) میتوان به نتیجه رسید با توجه به این نکته که در حین مقاوم سازی ستون میبایست با لحاظ تدابیری تا جای ممکن بار وارد بر ستون را کاهش داد.
ضخامت الیاف کربن FRP تقریبا چه مقدار است؟
بسته به شرکت سازنده و وزن واحد طول الیاف FRP در ضخامت های 0.167،0.140 و 0.111 میلیمتر میتوان مواردی یافت.
مدول الاستیسیته الیاف کربن FRP تقریبا چه مقدار است؟
بسته به شرکت سازنده مواردی با مدول الاستیسیته برابر با 240GPa  میتوان یافت.
مقاومت کششی الیاف کربن FRP تقریبا چه مقدار است؟
بسته به شرکت سازنده مواردی با مقاومت کششی برابر با 4950MPa  میتوان یافت.
استفاده از الیاف 300 گرمی کربن FRP بهتر است یا 200 گرمی آن؟
معمولا تفاوتی در بهتر بودن ندارند و اختلافشان در ضخامتشان است که باعث کمتر شدن و بیشتر شدن عرض الیاف frp در هنگام طراحی میشود.
الیاف FRP برای مقاوم سازی خمشی ستون بتنی مناسبتر است یا ژاکت فلزی؟
از لحاظ مقاومت در برابر خمش، ژاکت فلزی ارجح تر است ولی از لحاظ سهولت در اجرا و آسیب ندیدن ستون استفاده از الیاف FRP ارجحتر است همچنین در صورت ضعف خمشی شدید ستون نمی توان از الیاف FRP  استفاده نمود(محاسباتی جواب نمیدهد).
آیا در هنگام اجرای ژاکت بتنی ستون،روکش(ژاکت) بتنی میبایست به دیافراگم سقف وصل باشد؟
بر طبق نشریه 524،اگر هدف از روکش بتنی تقویت خمشی ستون باشد،میبایست روکش بتنی از سقف عبور کرده و با آن درگیر باشد.اگر هدف تقویت برشی ستون باشد،الزامی به عبور از سقف و وصل شدن به دیافراگم سقف نیست.
در هنگام اجرای ژاکت بتنی ستون،حداقل ضخامت روکش(ژاکت) بتنی چقدر میباشد؟
بر طبق نشریه 524،حداقل ده ساتیمتر.
در هنگام اجرای ژاکت بتنی ستون،بتن ریزی به چه صورت انجام میگیرد؟
بصورت قالب بندی و ریختن بتن خود متراکم SCC ویا با اجرای شاتکریت.
در هنگام اجرای ژاکت بتنی ستون،مقاومت بتن جدید  چقدر باشد؟
بر طبق نشریه 524، 5MPa بیشتر از مقاومت فشاری بتن قدیم.


آئین نامه های طراحی سیستم تقویتی FRP            
ACI, 2008, Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures, ACI 440.2R-08, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI.

AC125, 1997, Acceptance Criteria for Concrete And Reinforced and Unreinforced Masonry Strengthening using Fiber-Reinforced Polymer (FFP) Composite Systems , ICC Evaluation Service, Inc., CA.

AC178, 2001, Acceptance Criteria for Inspection And Verification Of Concrete And Reinforced And Unreinforced Masonry Strengthening Using Fiber-Reinforced Polymer (FFP) Composite Systems, ICC Evaluation Service, Inc., CA.      
 CNR, 2004, Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Existing Structures – Materials, RC and PC structures, masonry structures, CNR-DT 200/2004, Italian National Research Council, Rome, Italy.    
 DAfStb-Richtlinie: Verstärken von Betonbauteilen mit geklebter Bewehrung

fib Bulletin No. 14, Externally bonded FRP reinforcement for RC structures , 2001, 138 pp, ISBN 2-88394-054-1.    
 fib Bulletin No. 35. Retrofitting of concrete structures by externally bonded FRPs, with emphasis on seismic applications, 2006, 220 pp, ISBN 978-2-88394-075-8.    
ISIS Design Manual No. 4 – Strengthening Reinforced Concrete Structures with Externally—Bonded Fibre Reinforced Polymers (FRPs). ISIS Canada
JSCE, 2001, Recommendation for Upgrading of Concrete Structures with use of Continuous Fiber Sheets, Concrete Engineering Series 41, Japan Society of SIA Norm 166, 2 Gesamtentwurf vom November 2001: Klebebewehrungen Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Postfach, CH-8039 Zürich, 48pp     

TR55, 2004, Design Guidance for Strengthening Concrete Structures Using Fibre Composite Materials, The Concrete Society, UK.    
TR57, 2003, Strengthening Concrete Structures WithFibre Composite Materials: Acceptance, Inspection And Monitoring, The Concrete Society, UK.

 در ایران نشریه شماره 345 سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور بعنوان راهنمای طراحی سیستم تقویتی FRP برای سازه های بتنی موجود می باشد.شما می توانید این نشریه را از قسمت مقالات و آئین نامه ها دانلود نمایید.

نرم افزار frp_ analysis  را در اینجا میتوانید دانلود کنید  .

نرم افزار frp-lamella را در اینجا میتوانید  دانلود کنید .

 

کلمات کلیدی : تقویت بتن ، مقاوم سازی با الیاف frp ، ترمیم و تقویت بتن با frp ، تقویت تیر با frp ، تقویت ستون با frp ، تقویت دال با frp ، تقویت سقف با frp ، تقویت دال با frp ، تقویت دیوار برشی با frp،تقویت پل با frp ، تقویت فونداسیون با frp  ، کامپوزیت frp ، الیاف کربن ، الیاف شیشه ، بازسازی بتن ، ورقه های frp ،اف ار پی کامپوزیت پلیمری frp  ، الیاف اف ار پی ، بهسازی بتن ، رزین اپوکسی ، الیاف آرامید ، مواد مرکب frp، تقویت سازه بتنی ،cfrp ، gfrp ،afrp ، مقاوم سازی با frp ، روش اجرای frp ، الیاف بازالت ، ترمیم بتن ، مقاوم سازی تیر ، مقاوم سازی ستون ، مقاوم سازی دال ، مقاوم سازی سقف ، مقاوم سازی فنداسیون ، مقاوم سازی مخزن ، مقاوم سازی پل، گروه مهندسی زیگورات، انستیتو تخصصی بتن و مقاوم سازی  

 

مطالب مفید عمرانی
 

تمامی حقوق مادی و معنوی این وب سایت متعلق به شرکت توسعه صنعت زیگورات می باشد .

طراحی سایت