مقاوم سازی پایه و ستون پل با FRP

زلزله‌های اخیر در سراسر جهان، مانند زمین لرزه آمریکا در سال ۱۹۹۴و زمین لرزه کوبه ژاپن در سال ۱۹۹۵ موجب لزوم مقاوم سازی پل های بتنی در برابر آسیب های لرزه ای شده است. در بسیاری از موارد ضعف پایه پل و نداشتن تقویت جانبی کافی باعث خرابی و فروریختن پل ها شناخته شده است و خسارات جانی و مالی فراوانی را که در اثر تخریب آن‌ها رخ می‌دهد را آشکار کرده‌اند. در موارد بسیاری که این پایه ها شناور و زیر آب هستند، اجرای مقاوم سازی پایه پل دشوارتر می‌شود.

لنگرها و نیروهای جانبی ایجاد شده در اثر بارهای لرزه ای منجر به ایجاد نیروهای برشی بزرگ در پایه پل می­شوند که از طریق تقویت جانبی می­توان آنها را مهار کرد. تقویت جانبی در صورت دقیق بودن می­تواند مانع از کمانش میلگردهای طولی و از بین رفتن ناگهانی اتصالات شود. بنابراین تقویت جانبی پایه ی پل ها برای تأمین شکل پذیری و ظرفیت برشی امری ضروری است.

استفاده از انواع FRP به نوع پایه پل و نحوه اجرای آن بستگی نداشته و در هر صورت مقاومت را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد. پایه سازه های دریایی و اسکله ها نیز شامل چنین مشکلاتی بوده و به سادگی با تکنولوژی FRP قابل ترمیم و ارتقاء عملکرد می‌باشند.

انواع گسیختگی پل ها

پایه پل ها ممکن است دچار سه نوع گسیختگی شود:
گسیختگی برشی یا شکست ترد: این نوع گسیختگی معمولاً به صورت ناگهانی و در ضعیف ترین ناحیه ستون رخ می دهد علت آن کم بودن ظرفیت برشی در مقابل ظرفیت خمشی است. ستون های کوتاه معمولاً در معرض گسیختگی برشی هستند.
گسیختگی خمشی: این نوع گسیختگی ناشی از کمبود ظرفیت خمشی می باشد. به آن مد شکل پذیر نیز گفته می شود چون ترک خوردگی به صورت تدریجی اتفاق می افتد و ناگهانی نیست.
گسیختگی چسبندگی: این نوع گسیختگی زمانی رخ می دهد که طول مهاری کافی نداشته باشیم، در این صورت میلگرد در بتن شروع به سر خوردن می کند و گسیختگی رخ می دهد. این نوع گسیختگی ترد است و در راستای آرماتور طولی اتفاق می افتد.

اثر زلزله بر پل ها - مقاوم سازی پل
تخریب پایه پل در اثر زلزله

روش های مقاوم سازی پایه پل

 استفاده از نوارهای فولادی اطراف ستون به صورت تنگ

در این روش آرماتورهای عرضی از بیرون ستون را احاطه می کنندو موجب افزایش ظرفیت برشی ستون می شوند. در مواقعی که فاصله ی بین نوارهای فولادی کم باشد آنها کار محصور سازی را هم انجام می دهند.

 استفاده از ستونهای (CFT (Concrete Filled Tube

ستونهای CFT می توانند هم در نوسازی و هم در مقاوم سازی پایه پل ها استفاده شوند. استفاده از آنها در مقاوم سازی پایه ها به این صورت است که دو نیم ژاکت فولادی در اطراف ستون قرار می گیرند، درز را جوش یا پیچ می کنند و حد فاصل ژاکت و صفحه فولادی را با بتن پر می کنند. CFT ها مقاومت و شکل پذیری خوبی دارند چون تمام بتن توسط ژاکت فولادی محصور می شود. از مزایای این روش این است که ژاکت فولادی می تواند به صورت قالب درجا استفاده شود و نیاز به قالب بندی ندارد.

 استفاده از ژاکت بتنی

دراین روش از روكش بتني شامل لایه اي از بتن، ميلگردهاي طولي و خاموت هاي بسته استفاده می شود. ژاکت بتني مقاومت خمشي و برشي ستون را افزايش مي دهد.

استفاده از مواد FRP

مواد FRP به دلیل وزن کم و خاصیت مقاوم در برابر خوردگی، امروزه به طور گسترده ای برای تعمیر پل های آسیب دیده و بهسازی پل هایی که دیگر قابلیت برآورد نیازهای روزافزون را ندارند، به ویژه بهسازی پایه پل ها جهت بهبود ظرفیت باربری لرزه ای مورد استفاده قرار می گیرند.

مواد FRP به شکل ورقه های FRP، نوارهای FRP و میلگردهای FRP موجود هستند که میتوانند به صورت پیوسته و یا گسسته برای مقاوم سازی پایه پل استفاده شوند.

مزایا و ویژگی های استفاده از FRP

• افزایش ظرفیت محوری، برشی، و خمشی پایه پل ها
• ایده‌آل بودن این راهکار برای مقاوم سازی پایه پل شناور در آب
• به حداقل رساندن افزایش ابعاد پایه پل پس از مقاوم سازی به کمک مصالح کامپوزیت پلیمری
• حذف مرحله تعمیر سطح بتن پیش از روند اصلی مقاوم سازی
• کاهش شدید خوردگی به دلیل بدون درز بودن این روش
د سرعت زیاد اجرای مقاوم سازی پایه پل به کمک مصالح کامپوزیت پلیمری شرکت افزیر بدون ایجاد اختلال در بهره‌برداری

روش ژاکت پلیمری فایبرگلاس برای تقویت پایه پل

ژاکت پلیمری فایبرگلاس روشی جدید بر پایه مصالح کامپوزیتی FRP برای مقاوم سازی پایه پل می‌باشد که توسط شرکت افزیر ارائه می‌گردد. ژاکت پلیمری فایبرگلاس حاصل آغشته‌کردن لایه های فیبر کربن یا شیشه به رزین و سپس تحت فشار و گرما قرار دادن آن‌هاست؛ نتیجه محصولی است که به صورت رول‌ هایی به ضخامت حدود ۰/۷ میلی‌متر، عرض ۱/۲ متر و طول ۹۱ متر عرضه می‌گردد. بسته به جنس لایه ها، ژاکت پلیمری فایبرگلاس مقاومتی ۲ تا ۴ برابر فولاد دارد. در اجرا این لایه ها را می‌توان به طول دلخواه بریده و سپس دو یا چندین بار به دور پایه پل پیچاند تا پوسته‌ای محکم و بدون درز پایه پل را دربر بگیرد؛ فاصله بین پایه پل و ژاکت پلیمری فایبرگلاس نیز به کمک دوغاب یا رزین پر می‌شود. پوسته حاصل از طریق ایجاد محصور شدگی و جلوگیری از نفوذ رطوبت، خوردگی را تقریباً به طور کامل متوقف می‌کند.
یکی از مشکل‌ترین حالات مقاوم سازی پایه پل، هنگامی است که پایه پل دارای ابعاد بزرگی است و علاوه بر آن، مغروق نیز هست. روش اخیر ارائه شده توسط مهندسین مقاوم سازی پایه پل به کمک مصالح کامپوزیت پلیمری FRP شرکت افزیر، روشی بسیار ایده‌آل برای این‌گونه سازه هاست و شامل ترکیب روش اجرای FRP به صورت تر و استفاده از پانل های پیش‌ساخته FRP می‌باشد.
مهندسین شرکت مقاوم سازی افزیر پس از بررسی دقیق شرایط کنونی پایه پل، طراحی های لازم برای تقویت محوری، برشی و خمشی پایه پل را انجام داده و با ارائه طرح مقاوم سازی پایه پل به کمک مصالح کامپوزیت پلیمری شرکت افزیر به کارفرمای محترم، پایه پل موردنظر حتی از پیش از وقوع خرابی در آن نیز مقاوم تر می‌نمایند.
مطالعات نشان می دهد ضعف رایج در پایه پل ها کمبود محصور سازی یا کمبود ظرفیت برشی است.

استفاده از مواد FRP برای تقویت برشی پایه پل

برای تقویت برشی ستون ها الیاف باید در راستای افقی و در تمام ارتفاع ستون به کار گرفته شوند.

الیاف را می توان عمود بر جهت ترک های برشی احتمالی یعنی با زاویه ۴۵ درجه نیز قرار داد اما در این حالت اگر جهت بارگذاری تغییر کند جهت ترک ها نیز تغییر می¬کند و این الیاف دیگر عمل نمی کنند. اما در حالت افقی اگرچه نصفه عمل می کنند ولی همیشه فعال هستند.

در ستونها، FRP کاملا اطراف ستون دورپیچ می شود که این موثرترین روش می باشد و به آن Fully wrapping می گویند.

استفاده از مواد FRP برای تقویت خمشی پایه پل

مطالعات نشان می دهد که ظرفیت و مود شکست پایه پل بستگی به عکس العمل سازه فوقانی/زیرساخت و شرایط مرزی پایه پل دارد و تقویت خمشی پایه پل ممکن است برخی از مشکلات ساختاری پل را حل کند . برای تقویت خمشی باید اتصالات پایه به تیر و اتصالات پایه به فونداسیون بهبود یابد، بنابراین الیاف FRP باید در راستای قائم به کار گرفته شوند.

استفاده از مواد FRP برای محصور سازی پایه پل

برای محصورسازی پایه پل، FRP تنها در ناحیه پلاستیک استفاده می شود.( بالا و پایین ستون ) مگر در حالتی که محصورسازی به منظور افزایش نیروی محوری باشد.

اهداف محصور سازی ستون با FRP:

افزایش نیروی محوری: وقتی FRP به دور ستون پیچیده می¬شود به ستون این امکان را می دهد که نیروی محوری بیشتری را تحمل کند برای مثال زمانی که می خواهیم بار محوری قطار در ریل های راه آهن را افزایش دهیم از محصورسازی استفاده می¬کنیم. برای افزایش بار محوری FRP باید در تمام ارتفاع ستون و با تعداد لایه های یکسان استفاده شود، چون نیروی محوری در تمام ارتفاع ستون یکسان است.
– افزایش شکل پذیری: برای تقویت شکل پذیری ستون فقط بالا و پایین ستون یعنی ناحیه مفصل پلاستیک را با FRP می پوشانیم. وسط ستون شکل پذیری کمی دارد و نیاز به محصورسازی ندارد اما برای ملاحظات ثقلی می¬توانیم تعداد لایه های کمی برای وسط ستون استفاده کنیم.
جلوگیری از گسیختگی از نوع وصله پوششی: این نوع گسیختگی زمانی اتفاق می افتد که طول شاخه میلگرد محدود باشد و از نظر مکانیکی نیاز داشته باشیم که میلگرد ادامه پیدا کند بنابراین باید میلگرد قدیمی را به یک میلگرد جدید وصله کنیم، اگر طول این وصله کافی نباشد خطرناک است و نمی¬توانیم به تنش تسلیم برسیم و گسیختگی رخ می دهد.FRP با اعمال فشار خارجی ناحیه¬ی وصله شده را بهبود می بخشد.
جلوگیری از کمانش میلگردهای طولی: زمانی که فاصله میلگردهای عرضی در ارتفاع ستون زیاد باشد میلگرد طولی که حد فاصل میلگردهای عرضی است کمانش می کند، FRP با ایجاد فشار جانبی نقش تکیه گاه را برای میلگرد طولی ایفا می کند و از کمانش آن جلوگیری می کند.

پایه پل ها از نظر سطح مقطع معمولا به دو نوع تقسیم می شوند:

– پایه پل با سطح مقطع مستطیلی
– پایه پل با سطح مقطع دایروی

پایه پل با سطح مقطع مستطیلی

در مقطع مستطیلی به دلیل نداشتن تقارن فشار جانبی در سرتاسر مقطع یکسان نیست. فشار در گوشه های مقطع بیشتر است و زمانی که از گوشه ها دور می شویم فشار جانبی کاهش مییابد. هر چه میزان شعاع گوشه ها بیشتر باشد محصورسازی مؤثرتر خواهد بود.
مهندسان برای حل این مشکل می توانند گوشه های مقطع را قبل از نصب FRP گرد کنند . گرد کردن گوشه ها باعث جلوگیری از تمرکز تنش در گوشه ها و افزایش سطح مؤثر محصورسازی می شود.
برای گرد کردن گوشه های مقطع محدودیت وجود دارد، سقف گرد کردن گوشه ها کاور بتن است. اگر افزایش شعاع بیش از اندازه صورت بگیرد کاور بتن از بین می رود و میلگردهای عرضی نمایان می شوند.

پایه پل با سطح مقطع دایروی

به دلیل تقارن، فشار جانبی ناشی از FRP در همه جا یکسان خواهد بود.

 

PileLaminateTM روشی جدید بر پایه مصالح کامپوزیتی FRP برای مقاوم سازی پایه پل می‌باشد که توسط شرکت افزیر ارائه می‌گردد. PileLaminateTM حاصل آغشته‌کردن لایه های فیبر کربن یا شیشه به رزین و سپس تحت فشار و گرما قرار دادن آن‌هاست؛ نتیجه محصولی است که به صورت رول‌ هایی به ضخامت حدود ۰/۷ میلی‌متر، عرض ۱/۲ متر و طول ۹۱ متر عرضه می‌گردد. بسته به جنس لایه ها، PileLaminateTM مقاومتی ۲ تا ۴ برابر فولاد دارد. در اجرا این لایه ها را می‌توان به طول دلخواه بریده و سپس دو یا چندین بار به دور پایه پل پیچاند تا پوسته‌ای محکم و بدون درز پایه پل را دربر بگیرد؛ فاصله بین پایه پل و PileLaminateTM نیز به کمک دوغاب یا رزین پر می‌شود. پوسته حاصل از طریق ایجاد محصور شدگی و جلوگیری از نفوذ رطوبت، خوردگی را تقریبا به طور کامل متوقف می‌کند.

یکی از مشکل‌ترین حالات مقاوم سازی پایه پل، هنگامی است که پایه پل دارای ابعاد بزرگی است و علاوه بر آن، مغروق نیز هست. روش اخیر ارائه شده توسط مهندسین مقاوم سازی پایه پل به کمک مصالح کامپوزیت پلیمری FRP شرکت افزیر، روشی بسیار ایده‌آل برای این‌گونه سازه هاست و شامل ترکیب روش اجرای FRP به صورت تر و استفاده از پانل های پیش‌ساخته FRP می‌باشد.

مهندسین شرکت مقاوم سازی افزیر پس از بررسی دقیق شرایط کنونی پایه پل، طراحی های لازم برای تقویت محوری، برشی و خمشی پایه پل را انجام داده و با ارائه طرح مقاوم سازی پایه پل به کمک مصالح کامپوزیت پلیمری شرکت افزیر به کارفرمای محترم، پایه پل موردنظر حتی از پیش از وقوع خرابی در آن نیز مقاوم تر می‌نمایند.

بهسازی لرزه ای و مقاوم سازی پل با الیاف کربن FRP
مقاوم سازی پایه بتنی پل با الیاف FRP

 

هزینه اجرای مقاوم سازی پایه پل با مصالح کامپوزیت پلیمری FRP شرکت افزیر

برای مشاوره و کسب اطلاع درمورد هزینه اجرای مقاوم سازی پایه پل با کارشناسان شرکت مقاوم سازی افزیر در تماس باشید.

محصولات مرتبط

راهکارهای مرتبط