کاربرد صفحات FRP برای مقاوم سازی ستون ها معمولا به منظور کاستی های زیر است:

  • ظرفیت برشی ناکافی
  • ظرفیت فشاری ناکافی ناشی از کمبود نیروی محصور کنندگی بتن
  • وصله نامناسب آرماتورها

استفاده از صفحات FRP برای ستون ها و پل ها روش مناسب و شناخته شده ای محسوب می شود. دورپیچ کردن ستون ها و مقاوم سازی با FRP باعث افزایش نیروی محصور کنندگی بتن، افزایش گیرداری وصله های پوششی و جلوگیری از کمانش آرماتورهای طولی می شود. همچنین می توان از این صفحات جهت افزایش مقاومت برشی ستون ها استفاده نمود.

به طور کلی در قاب های بتنی که شرایط ستون قوی – تیر ضعیف وجود ندارد. استفاده از FRP جهت افزایش مقاومت ستون مناسب نیست، مگر اینکه به علت محدودیت های خاص اجرایی امکان استفاده از سایر روش ها وجود نداشته باشد. در هر صورت در این خصوص باید  تحلیل و طراحی بسیار دقیق صورت گیرد. عدم قطعیت در تامین  مواردی چون سازگاری کرنش بین FRP و سطح بتنی و طول گیرداری مناسب،این روش را نامطلوب می سازد.

یکی از آسیب های اصلی وارد بر ستون های بتنی طی زلزله های گذشته ناشی از کمبود مقاومت برشی بوده است دو ناحیه از ستون باید برای برش ارزیابی شود: انتهای ستون در ناحیه مفصل پلاستیک (در این ناحیه زوال مقاومت بتن رخ می دهد)، و ناحیه خارج از مفصل پلاستیک (در این ناحیه زوال مقاومت بتن اتفاق نمی افتد).

اثر محصور کنندگی در افزایش مقاومت ستون های دایره ای بیشتر از ستون های با مقطع مستطیل است. اتساع مقطع ستون در اثر نیروی فشاری، در مقاطع دایره ای، یکنواخت بوده و صفحه FRP اثر زیادی در جلوگیری از وقوع آن دارد. در مقاطع مستطیلی، صفحه FRP فقط از اتساع گوشه های مقطع جلوگیری می کند و اضلاع بین گوشه ها در اثر فشار خمیده می شوند.

در مقاطع مستطیلی اندازه هسته بتنی کاهش می یابد. به همین دلیل توصیه می شود نسبت اضلاع مقاطع مستطیلی به 1.5 محدود شود و بزرگترین ضلع از 90 سانتی متر کمتر باشد.

محصور کردن ستون توسط FRP هر چند باعث افزایش اندکی در مقاومت خمشی و سختی ستون می گردد، ولی برای رسیدن به این اهداف، استفاده از روش ژاکت بتنی مناسب تر است. افزایش ظرفیت خمشی مقطع محصور شده به دلیل افزایش مقاومت پوسته و هسته بتن در اثر محصور شدگی است که در هر انتهای ستون در ناحیه ای به نام ناحیه مفصل پلاستیک اولیه رخ می دهد.

در صورتی که فقط ناحیه مفصل پلاستیک اولیه تقویت شود، در مجاورت ناحیه مفصل پلاستیک اولیه، امکان ایجاد لنگر خمشی بزرگتر از ظرفیت مقطع وجود خواهد داشتکه به ناحیه مفصل پلاستیک ثانویه موسوم است. محصور کنندگی FRP باید تمام طول نواحی مفصل پلاستیک اولیه و ثانویه را پوشش دهد.

مقاوم سازی با FRP

مقاوم سازی خمشی

اتصال مصالح FRP به ناحیه کششی بتن به طوری که راستای الیاف آن در جهت طولی عضو باشد، باعث افزایش مقاومت خمشی آن می گردد. نتایج تحقیقات مختلف مقدار افزایش مقاومت خمشی توسط سیستم FRP را تا 150 درصد نشان داده اند. به هر حال با در نظر گیری محدودیت های مقاوم سازی، شکل پذیری و بهره برداری، افزایش مقاومت خمشی تا حد 50 درصد به راحتی قابل تامین است.

فرضیات زیر در محاسبات تقویت خمشی مقطع بتنی با استفاده از سیستم FRP به کار می رود.

  • محاسبات طراحی براساس ابعاد واقعی موجود، نحوه استقرار میلگردها و خصوصیات مصالح عضو تقویت شده است.
  • کرنش در بتن و مصالح FRP متناسب با فاصله آنها از محور خنثی است. به عبارت دیگر، شکل مقطع قبل و بعد از بارگذاری تغییر نمی کند.
  • هیچ نوع لغزشی نسبی بین FRP و بتن رخ نمی دهد.
  • تغییر شکل برشی در لایه چسب، با توجه به ضخامت خیلی کم آن، نادیده گرفته می شود.
  • از مقاومت کششی بتن صرف نظر می شود.
  • رابطه تنش – کرنش FRP تا نقطه شکست آن، به صورت الاستیک خطی فرض می شود.

البته باید توجه داشت که بعضی از فرض های فوق رفتار دقیق تقویت خمشی با FRP را منعکس نمی کند و استفاده از آنها به دلیل سادگی محاسبات می باشد. برای مثال در لایه چسب به سبب لغزش نسبی FRP و بتن، تغییر شکل برشی وجود دارد. به هر حال تقریبی بودن فرضیات تاثیر قابل ملاحظه ای بر مقاومت خمشی عضو تقویت شده با FRP نخواهد گذاشت.

مقاوم سازی برشی

هنگامی که از مصالح FRP برای افزایش مقاومت خمشی عضو استفاده می شود، عضو مربوط باید بتواند نیروی برشی مربوط به افزایش ظرفیت خمشی مقطع را تحمل کند. ظرفیت گسیختگی برشی مقطع به وسیله مقایسه مقاومت برشی طراحی و مقاومت برشی مورد نیاز مقطع بررسی می گردد. در صورتی که به مقاومت اضافی نیاز باشد، لایه های FRP باید در جهت عرضی تیر طراحی شود.

مقاوم سازی ستون های بتنی موجود با بکارگیری الیاف FRP

مقاوم سازی با FRP روش نسبتا جدیدی به شمار می رود. مصالح FRP خواص فیزیکی مناسبی دارند که می توان به مقاومت کششی بالا و ضخامت و وزن کم آنها اشاره نمود . در ستونهای بتنی استفاده از FRP ضمن افزایش ظرفیت برشی ستون، مدگسیختگی آن را از حالت برشی به خمشی تغییر داده و شکل پذیری را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.دورپیچی اعضای فشاری با الیاف FRP باعث افزایش مقاومت فشاری آنها می گردد . این امر همچنین باعث افزایش شکل پذیری اعضا تحت ترکیب نیروهای محوری و خمشی می شود. برای محصور کردن عضو بتنی، لازم است راستای الیاف تا حد امکان عمود بر محور طولی عضو باشد . در این وضعیت، الیاف حلقوی مشابه تنگ های بسته یا خاموت های مارپیچی فولادی عمل می کنند. در محاسبه مقاومت فشاری محوری عضو باید از سهم الیاف موازی با راستای طولی آن صرفنظر گردد. هنگامی که ستون یا عضو فشاری تحت بارهای لرزه ای قرار می گیرد، مسئله ظرفیت جذب انرژی و شکل پذیری ستون اهمیت می یابد. در ا ین ارتباط مقاوم سازی یا بهسازی آن عضو با افزایش شکل پذیری انجام می گیرد.

در ویدیو تست شبیه سازی مقاومت ستون بتنی با پوشش FRP در مقابل زلزله به نمایش گذاشته شده است تا شاهد تغییرات حالت در ستون و مقاومت ستون تقویت شده باشید. ستون مستطیلی بتنی سالمی قبل از بارگذاری کاملا با الیاف تقویت شده کربن CFRP تقویت می شود به آن نیروی شبیه سازی زلزله وارد می شود و این نیرو تنش در ستون وارد می کند که باعث جابجایی ستون می شود ولی الیاف تقویت شده ستون را یکپارچه نگه می دارند و فقط بخشی از ستون که توسط الیاف تقویت شده پوشش داده نشده است می توان شکست و گسیختگی ستون بتنی را در ویدیو مشاهده نمود و اگر کل ستون توسط فیبر پوشش یابد شاهد جدایی ستون از پی خواهیم بود.

به اشتراک بگذارید:

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Insert math as
Block
Inline
Additional settings
Formula color
Text color
#333333
Type math using LaTeX
Preview
\({}\)
Nothing to preview
Insert