مقاوم سازی ستون بتنی با استفاده از الیاف کربن CFRP

مقاوم سازی ستون و به طور کلی اعضای بتنی با مصالح کامپوزیتی 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 و مقاوم سازی ستون 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 این ارتباط مقاوم سازی یا بهسازی آن عضو با افزایش شکل پذیری انجام می گیرد

ملاحظات مقاوم سازی ستون با الیاف کربن CFRP

با افزایش بار به سطح بارهای نهایی، امکان ایجاد ترک های شعاعی در ستون بتنی وجود خواهد داشت. در این حالت به وسیله مقاوم سازی ستون با FRP با جلوگیری از خردشدگی بتن باعث افزایش مقاومت آن می شود با توجه به اینکه در سطح بارهای بهره برداری، کرنش های شعاعی به اندازه کافی بزرگ نمی باشد، اثر محصور شدگی فعال نمی شود. برای اطمینان از عدم وقوع ترک های شعاعی تحت بارهای بهره برداری، کرنش شعاعی نباید از کرنش متناظر با کرنش ترک خوردگی بتن تحت بارهای بهره برداری تجاوز کند.

افزایش شکل پذیری

افزایش ظرفیت تحمل کرنش فشاری در اعضای بتنی محصور شده با مصالح CFRP منجر به افزایش شکل پذیری مقطع می شود. همچنین سیستم پوشش CFRP مانع کمانش زود هنگام میلگردهای طولی شده و باعث مهار جانبی بهتر وصله های هم پوشانی در نیروهای فشاری زیاد می گردد. در طراحی لرزه ای، سیستم های CFRP به گونه ای طراحی شده اند که بتوانند به مقدار کافی تنش های محصور کنندگی ایجاد کرده و تحمل کرنش های فشاری ایجاد شده در بتن ناشی از تقاضای تغییر شکل را افزایش دهند.

کاربرد الیاف کربن در مقاوم سازی

الیاف کربنی تقویت شده پلیمری که دارای مقاومت کششی بسیار بالایی است و مدول الاستیسیته آن در حدود 220 گیگاپاسکال است این ماده بصورت لمینیت و یا صفحه ای تولید می شود و با استفاده از چسب های رزین اپوکسی به سازه های بتنی و یا بنایی چسبانده میشود تا مقاومت فشاری و مقاومت برشی سازه را بوسیله محصور سازی سازه افزایش دهد.

 

الیاف کربنی تقویت شده بخاطر سبک بودن و مقاومت برشی بالا و روش استفاده ی ساده کاربرد های متفاوتی دارد:

  1. کاربرد الیاف کربن در صنعت ساختمان

مقاوم سازی ساختمان ها و تقویت سازه ها با کامپوزیت های CFRP، ساخت پلیت ها، شیت ها و لمینیت های کربن، الیاف تقویت کننده بتن ‌های مقاومت بالا، ساخت دیوارهای با مقاومت بالا و سبک کربنی، ساخت سازه های پس کشیده و پیش تنیده کربنی در سازه های بتنی، استفاده در جداره داخلی تونل ها.

  1. کاربرد الیاف کربن در صنعت خودرو

مخازن سوخت کربنی، ساخت سپرهای کربنی، کمک فنر، ملحقات چرخ و جعبه فرمان، لنت ترمز،بدنه ماشین مسابقه، بدنه کشتی ها، فنرهای لول و …

  1. کاربرد الیاف کربن در صنایع هوا فضا و هواپیما سازی و نظامی

اجزای سازه ای ماهواره ها، سازه های داخلی هواپیماهای مسافرین اعم از پنل صندلی های کربنی، میزهای کربنی و سایر پوشش های کربنی، نوک هواپیماهای مافوق صوت، قطعات حساس موتور هواپیماها و تقویت کننده بدنه موشک های بالستیک و جلیقه های ضد گلوله …

  1. کاربرد الیاف کربن در بخش انرژی

ساخت پره توربین های کربنی و آسیاب های بادی جهت تولید برق، ساخت و تولید پیل های سوختی و…

  1. کاربرد الیاف کربن در صنایع تجهیزات الکتریکی، الکترونیک و ماشین سازی

ساخت چرخ دنده های کربنی، غلتک های کربنی، چرخ دنده های پرسرعت کربنی، قطعات خود روغنکاری شونده، آنتن های کربنی، مخازن تحت فشار کربنی، قاب تلفن های همراه و …قویت کننده بدنه شاتل های فضایی

مزایای مقاوم سازی با FRP

  • نسبت بسیار زیاد استحکام به وزن
  • مقاومت کششی بالا (مقاومت کششی فوق‌العاده نسبت به وزن آن)
  • نسبت بالای مدول کششی الاستیسیته به وزن
  • استحکام مناسب در برابر خستگی
  • ضریب انبساط حرارتی بسیار پائین (کامپوزیت‌های سبک و مستحکم و پایداری در برابر حرارت آن را از سایر مواد مهندسی متمایز می‌سازد)
  • قابلیت بافت و تولید پارچه
  • مقاومت بالا در برابر خوردگی (دوام و عمر طولانی در برابر مواد شیمیایی و نفوذ ناپذیری در برابر اشعه X از بارزترین خصوصیات الیاف کربن به‌شمار می‌رود)

معایب مقاوم سازی با FRP

  • کرنش گسیختگی بسیار کم و شکننده بودن
  • کربن هادی الکتریکی است.
  • کرنش کم در لحظه شکست
  • مقاومت ضربه‌ای کم
>

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