مقاوم سازی پل بتنی با استفاده از سیستم های پیش تنیده FRP

پل ها جزئی از سازه های استراتژیک در هر کشوری محسوب میشوند لذا حفظ، نگهداری و مقاوم سازی پل ها از اهمیت بسیار ویژه ای برخوردار است. بهترین روش مقاوم سازی پل، مقاوم سازی پل با استفاده از سیستم ورق و لمینیت کربن پیش تنیده است که دارای وزن کم و مقاومت بسیار بالا بوده و از تمام ظرفیت الیاف در آن استفاده میشود.

مراحل اجرای مقاوم سازی پل

  1. موقعیت یابی و پرداخت سطح بتن
  2. سوراخ کاری عرشه پل در سایزهای طراحی شده
  3. برش سطح بتن به عمق سانتی متر
  4. عملیات ساب بتن و ترمیم نقاط آسیب دیده
  5. کاشت بولت و سوراخ های مورد نظر
  6. نصب باکس های سیستم پیش تنیدگی
  7. نصب ملحقات باکس
  8. برش لمینیت کربن در سایزهای طرح شده
  9. مهار نمودن ورقهای لمینیت در داخل باکس
  10. شروع عملیات پیش کششی ثانویه
  11. سفت نمودن بولت ها وآزاد نمودن جک
  12. نصب صفحات مهاری بر روی لمینیت ها
  13. اعمال پوشش نهایی اپوکسی بر روی سیستم کامپوزیتی کربن

 

ملاحضات تقویت 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  10 تا 160 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 40 درصد به راحتی قابل تامین است.

 

فرضیات

فرضیات زیر در محاسبات تقویت خمشی مقطع بتنی با استفاده از سیستم FRP و مقاوم سازی پل بتنی 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.
  • حداکثر کرنش فشاری بتن فرض 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.

 

مقاومت برشی مقطع

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.

 

کرنش لایه زیرین بتن موجود

در صورتی که قبل از نصب مصالح FRP، تمامی بارهای روی عضو شامل وزن آن و هر نیروی پیش تنیدگی از روی عضو برداشته نشود، در محاسبات، کرنش اولیه در سطح کششی بتن در نظر گرفته می شود. کرنش اولیه از کرنش FRP کسر می گردد. میزان کرنش اولیه در لایه زیرین بتن، ، با استفاده از تحلیل استاتیک عضو با در نظر گرفتن تمامی بارهای وارده در حین نصب FRP محاسبه می شود. توصیه می شود این تحلیل با استفاده از خصوصیات مقطع ترک خورده انجام شود.

 

حالات گسیختگی خمشی

مقاومت خمشی یک مقطع تقویت شده به حالت شکست آن بستگی دارد. حالات گسیختگی خمشی زیر برای یک مقطع مورد بررسی قرار می گیرد.

  • خرد شدن بتن فشاری قبل از جاری شدن فولاد
  • شکست لایه های FRP به دنبال جاری شدن فولاد کششی
  • خرد شدن بتن فشاری به دنبال جاری شدن فولاد کششی
  • ورآمدن FRP از سطح بتن
  • جداشدگی پوشش بتن در سطوح کششی یا برشی

 

تقویت برشی عضوهای بتنی

چسباندن مصالح FRP بر وجوه جانبی تیرها و ستون های بتنی موجب افزایش مقاومت برشی آنها می گردد. قرار دادن لایه های FRP به صورت متقاطع با محور اصلی عضو و یا عمود بر جهت ترک های برشی باعث ایجاد مقاومت برشی اضافی در عضو می گردد. افزایش مقاومت برشی می تواند حالت شکست عضو را از شکست برشی به شکست خمشی که دارای شکل پذیری بیشتری است، تغییر دهد.

عوامل گوناگونی همچون هندسه و ابعاد تیر یا ستون، شکل قرار گرفتن لایه های FRP و مقاومت بتن موجود، در افزایش مقاومت برشی تاثیر گذار هستند.

سیستم‌های پس کششی FRP

امروزه استفاده از مصالح کامپوزیت پلیمری در صنعت ساخت و ساز به دلیل وزن سبک، نصب آسان، مقاومت بالا (5 برابر فولاد)، تنوع در محصول و کاربرد، مقاومت در برابر خوردگی و دوام بالا بسیار متداول شده است. استفاده از این مصالح بصورت پس کشیده علاوه بر موارد فوق افزایش مدول الاستیسیته، مقاومت خمشی و برشی و سختی المان سازه ای را به همراه خواهد داشت. تکنیک های پس کششی  FRP عمر بهره برداری المان سازه ای و ظرفیت کرنش نهایی آن را افزایش داده و ضریب ایمنی در مقابل مدهای گسیختگی را بالا می برد. نیروهای پس کشی توسط تاندون های پس کشیده استاندارد یا میلگردهای مقاومت بالا تامین می شود.

در حالت کلی، تنها بخشی از مقاومت کششی ورق های FRP در حالت غیر پیش تنیدگی مورد استفاده قرار می گیرد. با القای پیش تنیدگی به ورق های FRP می توان به شکل بهتری از ظرفیت این ورق ها استفاده نمود. در واقع پیش تنیدگی مزایایی چون دوام عالی، بهبود سرویس دهی و ظرفیت نهایی را با هم ترکیب می کند. با استفاده از پیش تنیدگی در عین حال که ظرفیت باربری مقطع افزایش پیدا می کند، شکل پذیری آن نیز افزایش می یابد.

کاربرد الیاف کربن در مقاوم سازی پل

الیاف کربنی تقویت شده پلیمری دارای مقاومت کششی بسیار بالایی 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 کششی 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 پل ها و 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

 

مزایا

  • نسبت بسیار زیاد استحکام به وزن
  • مقاومت کششی بالا (مقاومت کششی فوق‌العاده نسبت به وزن آن (الیاف کربن تقریباً یک سوم فولاد وزن و الی  برابر آن مقاومت دارد).)
  • 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 اشعهX از بارزترین خصوصیات الیاف کربن به‌شمار می‌رود)

معایب

  • کرنش گسیختگی بسیار کم و شکننده بودن
  • کربن هادی الکتریکی است.
  • کرنش کم در لحظه شکست
  • قیمت بالا
  • 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