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.

مراحل اجرای سیستم پس کششی FRP :

  • در صورت ناصاف بودن سطوح قبل از اجرای پس کشی باید سطح صاف و آماده شود تا از توزیع یکنواخت نیروهای پس کشی در مقطع عضو اطمینان حاصل شود.
  • ترک های موجود با تزریق اپوکسی یا روش های دیگر برطرف شود.
  • تاندون ها در نقاط مهاری (معمولا انتهای عضو) نصب شوند.
استفاده از روش پس کششی در مقاوم سازی سقف ها
استفاده از روش پس کششی در مقاوم سازی سقف ها

سیستم های پیش تنیده مقاوم سازی با FRP

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.

مزایای استفاده از FRP پیش تنیده

  • افزایش قابلیت سرویس دهی سازه و کاهش تغییر شکل ها
  • موثر در کاهش عرض ترک و تاخیر در ایجاد ترک ها
  • از بین بردن کرنش های داخلی آرماتور
  • افزایش مقاومت در برابر شکست ناشی از خستگی
  • جاری شدن میلگرد های داخلی در نیرو های بالاتر
  • کاهش تنش های ناشی از بار های مرده و زنده بر روی سازه
  • افزایش ظرفیت نهایی مقطع
  • افزایش ظرفیت برشی به وسیله افزایش تنش های طولی پیش تنیدگی

روش ایجاد پیش تنیدگی در ورق های FRP

  • روش سیستم های تیر منحنی (Cambered Beam System)
  • روش سیستم های کشش برخلاف تیر مستقل (Tensioning Against an Independent Beam System)
  • روش سیستم های کشش بر خلاف تیر اصلی (Tension Against the Strengthened Beam)
مقاوم سازی ساختمان بتنی با FRP پیش تنیده
سیستم FRP پیش تنیده

محدودیت های پیش تنیدگی و تنش لایه لایه شدن بتن

ورق های پیش تنیده با نیروی زیاد تمایل به ایجاد تنش برشی بالا در ابتدا و انتهای ورق FRP را دارند. این تنش برشی میتواند منجر به از بین رفتن کاور بتن حتی در تنش های پیش تنیدگی پایین گردد. برای جلوگیری از چنین اتفاقی، میبایست اقدامات لازم در زمان طراحی مورد توجه قرار گیرد. مقاومت برشی بتن را می توان با تقویت عرضی بتن بهبود داد. هم چنین اضافه کردن انکر در انتهای ورق FRP نیز میتواند تغییر شکل برشی را کاهش دهد.

روش سیستم های تیر منحنی

در این روش ورق های FRP به صورت غیر مستقیم و با بالابردن و خم کردن تیر اصلی با استفاده از جک های هیدرولیک در وسط دهانه تیر، پیش تنیده می گردند. در این روش تیر در حالت تغییر شکل داده شده،به وسیله جک ها نگهداری می شود. سپس ورق های FRP به سطح زیرین تیر چسبانده می شود و در نهایت زمانی که ماده اپوکسی کاملا عمل آوری شد، جک ها برداشته می شوند.

در این روش پیش تنیدگی پس از برداشتن جک ها و فقط در سطح پایین تیر صورت می پذیرد. عیب این روش آن است که سبب استفاده ناکارآمد از مصالح گردیده و می تواند منجر به آسیب به بتن گردد.

روش سیستم های کشش برخلاف تیر مستقل

این روش که مراحل آن در شکل زیر نمایش داده شده است، شامل کشش ورق های FRP بر خلاف یک سیستم و تیری مستقل از تیر اصلی که می خواهیم آن را تقویت نماییم است.در این روش دو انتهای ورق FRP به ورق های فولادی بسته شده و توسط جک هایی بر روی یک تخت تنش و برخلاف عکس العمل چهارچوب فولادی کشیده می شود (مستقل از تیر اصلی). در حالی که ورق FRP کشیده شده است، سطح پایینی تیر و سطح بالایی ورق FRP که بر روی تخت تنش قرار دارد، به یکدیگر متصل شده و به وسیله چسب اپوکسی به یکدیگر می چسبند. وقتی که چسب اپوکسی کاملا عمل آوری شد، سیستم پیش تنیدگی آزاد می گردد و نیروی پیش تنیدگی به تیر بتنی منتقل می گردد و سپس دو سر ابتدا و انتهای ورق FRP که به وسیله ورق های فولادی نگهداری می شد، بریده می شود. این روش در مقیاس آزمایشگاهی و برای تیر های کوچک بسیار مناسب بوده اما برای استفاده و کاربرد در مقیاس بزرگ و تیر های واقعی، نیاز به تجهیزات ویژه دارد.

روش سیستم های کشش بر خلاف تیر اصلی

این روش  انکر های مجزایی به تیر بتنی متصل می شوند، ورق های FRP  پیش تنیده به صورت مستقیم کشیده شده و به انکر های روی تیر متصل می گردد.لیزومو رفتار تیر T شکل را که به وسیله صفحه FRP از جنس کربن پیش تنیده شده بود را بررسی نمود. نتایج نشان داد که با پیش تنیده کردن ورق های FRP به این روش و با نیروی پیشتنیدگیبا 23 درصد ظرفیت نهایی کششی FRP از جنس کربن، می توان مقاومت خمشی تیر را تا 11 درصد بهبود داد.

تحقیقات دیگر بسیار زیاد و متنوعی در این زمینه انجام شده است که نشان می دهد استفاده از این روش برای تقویت تیر های بتنی به وسیله FRPهای پیش تنیده، سبب افزایش کارایی و مقاومت تیر می گردد.

مقایسه روش های پیش تنیدگی در کاربرد های عملی و میدانی

از بین سه روش اشاره شده در این گزارش، باید گفت که هر روش مزایا و معایب مربوط به خود را دارد. وقتی که ورقه FRP برخلاف تیر اصلی یا برخلاف یک تیر خارجی کشیده میشود، یک سطح قابل قبولی از پیش تنیدگی را در خود ایجاد می نماید. مزیت کشیده شدن بر خلاف تیر اصلی این است که نیاز به تجهیزات سبک دارد و این روش را میتوان در بسیاری از موقعیت ها از جمله محل هایی که دسترسی به سازه با محدودیت مواجه است، به کار برد. مزیت پیش تنیدگی بر خلاف تیر خارجی این است که انکر های پیش تنیدگی در این روش سبب ایجاد ناهمواری روی تیر نمیگردد و در عیت حال این روش به نیروی کار کمتری برای اجرا و پیاده سازی نیازمند است. باید به این موضوع نیز توجه داشت که استفاده از FRP پیش تنیده مستقل از نوع روش مورد استفاده برای پیش تنیدگی به نیروی کار بیشتری نیاز است.

محصولات مرتبط

راهکارهای مرتبط

4.1/5 - (11 امتیاز)