تقویت و مقاوم سازی سازه های بتنی – انواع روش های تقویت و مقاوم سازی ستون های بتنی
توانبخشي(بهسازي)، روند و شيوه تعميركردن يا اصلاح كردن يك سازه به منظور دستيابي به شرايطبهرهبرداري جديد و يا افزايش عمر مفيد بهرهبرداري آن است.
درواقع ما در طرح و اجرای مقاوم سازی به دنبال حصول شرایط جدید در سازه بتنی از نظربهره برداری و یا بارگذاری می باشیم. عملیات مقاومسازی می تواند به علل زیر مورد نیاز باشد :
· اشتباهات و مشکلات طراحی
· مشکلات و اشتباهات اجرایی
· تغییر در استانداردها و آیین نامه ها
· افزایش عمر مفید بهره برداری
· تغییر کاربری سازه
· افزایش طبقات و بار وارده
پرواضح است که در گزینه اول ما نیاز به شرایطی بوده ایم یا نیازمند آن می باشیم که به علت اشتباهات درطرح و اجرا الان دارای آن نبوده و نیازمند آن می باشیم که به آن برسیم . مانندزمانی که بتن نتوانسته مقاومت لازم را کسب نماید ، یا زمانی که ابعاد عضو باربرکوچک تر از ابعاد مورد نیاز اجرا گردیده است. همچنین این امر می تواند زمانی اتفاقبیافتد که ستون به صورت خارج از محور و یا دچار پیچش شده است.
درچهار گزینه بعد ، سازه در شرایط موجود مشکلی نداشته و شرایط جدید بهره برداریایجاب می کند که تغییراتی از منظر باربری در سازه ایجاد گردد. به طور مثال سازه درزمانی طراحی و اجرا می گردد و پس از چند سال تغییراتی در آیین نامه طراحی مانندآیین نامه 2800 داده می شود که نیازمند اصلاح استراکچر سازه می باشد.
یا ماسازه ایی داریم که اکنون عمر مفید آن اتمام یافته و یا در شرف اتمام است و ماتصمیم داریم چند سال دیگر از سازه بهره برداری نماییم. همچنین ممکن است ما سازه و ساختمان داشته باشیمکه طرح و اجرای ان براساس طاختمان مسکونی انجام شده باشد و در آینده ما تصمیمبگیریم از آن کاربری آموزشی و یا اداری داشته باشیم.
درخصوص گرینه آخر می توان ساختمانی را متصور شد که چند سال پس از احداث بنا بهتغییرات قوانین و یا توجیهات اقتصادی تصمیم گرفته می شود طبقاتی به سازه اضافهگردد که قبلا پیش بینی نشده است.
در همهاین موارد ما نیازمند ایت هستیم که باربری سازه را افزایش و به نقطه B برسانیم.
امروزروش های مختلفی برای مقاوم سازی و تقویت سازه های بتنی وجود دارد. هر یک از روشهای دارای مزایا ، معایب و محدودیت هایی می باشند. ازجمله مهمترین عوامل موثر در انتخاب روش تعمیر می توان به ابعاد و محدودیت هایابعادی در روش تعمیر ، محدودیت های معماری ، محدودیت ها افزایش باربری ، محدودیتهای زمانی ، محدودیت های بهره برداری اشاره کرد.
برخی از انواع روش هایمقاوم سازی ستون و سازه های بتنی به شرحذیل می باشد :
· استفاده از الیاف FRP
· ژاکت بتنی
· ژاکلت فلزی
· افزایش ابعاد عضو باربر
· افزایش ظرفیت برابر بستر ( مقاوم سازی فونداسیون)
· افزایش دیوارهای برشی
· افزایش اعضا باربر و کاهش بار وارده به عضو باربر
· ...
لازمبه ذکر است در پاره ای موارد ممکن است عملیات مقاوم سازی به صورت همزمان با فرآیندترمیم و تعمیر انجام شود تا سازه موجود ابتدا به شرایط قابل بهره برداری رسید وسپس ظرفیت های آن ارتقاء داده شود.
روشهای مقاوم سازی ستون های بتنی در ساختمان و سازه های صنعتی
تأثیر دورپیچکردن ستونهای بتن مسلح (با مقطع دایروی) با مصالح FRP در رفتار خمشی ـ محوری
تا پیش از دهه 1990، دو روش مرسوم برای مقاوم سازیستونهای بتن مسلح بی کفایت وجود داشت. یکی اجرای یک غلاف بتن مسلح اضافی به دورستون موجود و دیگری استفاده از غلاف فولادی با تزریق دوغاب. استفاده از روش غلاففولادی، به دلیل آنکه غلاف بتن مسلح فضای بیشتری اشغال کرده و وزن سازه را نیزافزایش می داد، فراگیرتر و مؤثرتر بوده است. البته هر دو روش یاد شده، نیازمندنیروی کار زیاد بوده و اغلب برای انجام در کارگاه مشکل می باشند. همچنین غلاففولادی در مقابل حمله شرایط جوی مقاومت کمی دارد.
در سالهای اخیر کاربرد روش مقاوم سازی ستونهای بتنمسلح با استفاده از مصالح FRP به جای غلاف فولادی بطورگسترده ای توسعه یافته است. مرسومترین شکل مقاوم سازی ستونهای بتن مسلح با مصالح FRP شامل دورپیچ کردن بیرونی ستون با استفاده از ورقها یا نوارهای FRP است.
مقاوم سازی ستونهای موجود بتن مسلح با استفاده از غلاففولادی یا FRP بر مبنایاین حقیقت استوار است که محصورشدگی جانبی بتن، سبب افزایش قابل توجه مقاومت فشاریمحوری، محوری ـ خمشی و شکل پذیری ستون می گردد. مطالعات بسیاری در مورد مقاومتفشاری و رفتار تنش ـ کرنش بتن محصور شده با FRP انجام شده است. این مطالعات بیانگرد آن هستند که رفتار بتن محصورشده با FRP با رفتار بتن محصور شده با فولاد متفاوت بوده و بنابراین توصیههای طراحی توسعه یافته برای ستونهای بتنی محصور شده با غلاف فولادی، علیرغم تشابهظاهری، برای ستونهای بتنی محصور شده با FRP قابل کاربردنیستند.
مشکلاتاجرایی سازه های بتنی موجود و بهسازی آنها
حرکت استمراری علم در عرصه مهندسی سازه ـ زلزله موجبگردیده است تا نوسازی و بهسازی در سالهای در اخیر از روشهای نوین و مصالحی جدیدبهره گیرد که در پیشینه طولانی ساخت و ساز سابقه نداشته است در میان این نوآوری هاFRP (مواد کامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیاف) از جایگاه ویژهبرخوردار می باشد تا آنجا که به نظر برخی از متخصصان FRP را باید مصالح ساختمانی هزاره سوم نامید. کامپوزیت FRP که ابتدا در صنایع هوا و فضا بکار برده شد با داشتن ویژگی هایممتاز چون نسبت بالای مقاومت به وزن، به وزن، دوام در برابر خوردگی، سرعت و سهولتدر حمل و نصب، دریچه ای نو پیش روی مهندسین عمران گشوده است به گونه ای که امروزسازه های متعددی در سرتاسر دنیا با استفاده از این مواد تقویت شدند استفاده ازمصالح کامپوزیت به طور قابل توجهی در صنعت ساختمان یک بازار تکان دهنده و با سرعتدر حال توسعه می باشد. اولین تحقیقات انجام شده در این زمینه از اوایل دهه 1980آغاز شده است، زلزله 1990 کالیفرنیا و 1995 کوبه ژاپن نیز از جمله عوامل موثرتریبرای بررسی کاربرد کامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیافFRP جهت تقویت و مقاوم سازی سازه های بتنی و بنایی در مناطق زلزله خیزگردید.
کاربرد ورق یا کامپوزیت FRP در مقاوم سازی سازه هایبتن مسلح امروزه نگهداری از سازه ها به دلیل هزینه ساخت و تعمیر بسیار حائز اهمیتمی باشد با مطالعه رفتار سازه های بتنی مشخص می شود عوامل متعددی مانند: اشتباهاتطراحی و محاسبه، عدم اجرای مناسب تغییر کاربری سازه ها، آسیب دیدگی ناشی از واردشدن بارهای تصادفی، خوردگی بتن و فولاد و شرایط محیطی از دوام آنها می کاهد ضمناًتغییر آیین نامه های ساختمانی (باعث تغییر در بارگذاری و ضرایب اطمینان می شود)نیز سبب ارزیابی و بازنگری مجدد طرح و سازه می گردد تا در صورت لزوم بهسازی وتقویت شود. سیستمهای الیاف مسلح شده پلیمری FRP برای تقویت سازه های بتنی پدیدار شده و به عنوان یک جانشین برایروش های سنتی از قبیل چسباندن صفحات فولادی، افزایش سطح مقطع با بتن ریزی مجدد وپیش تنیدگی خارجی می باشد.
با توجه به معایب این روشها مانند بازدهی کم و یا نیاز به امکانات و فن آوری خاصامروزه روش های مقاوم سازی با استفاده از کامپوزیت توسعه روز افزون دارد.
محدودیت استفاده و کاربرد کامپوزیت در مهندسی ساختمان بهقیمت بالای آنها برمی گردد البته هزینه و قیمت آنها به تدریج رو به کاهش می باشدبه این ترتیب استفاده از آنها بیشتر و بیشتر خواهد شد. استفاده از FRP در زمینه مقاوم سازی ، هر چند که هزینه بالایی در بردارد، اما باتوجه به هزینه اجرای کم و نیز سایر مزایای FRP، در کل بهصرفه ترین و موثر ترین راه مقاوم سازی سازه های بتنی امروزه به شمار می رود.
در این حین، جهت استفادهصحیح و مناسب از این ماده و طراحی مقاوم سازی سازه های بتنی، آیین نامه ها،راهنماها و گزارشهایی در سراسر جهان منتشر گردید با توجه به شروع رشد و استفاده ازمواد FRP ، در ایران تدوین راهنمایی برای طراحی مقاوم سازی به کمک اینمواد، بسیار ضروری است
مقاوم سازی ستون های بتنی موجود با بکارگیریالیاف FRP
· مقاومسازي اعضاي بتني با مصالح كامپوزيتي FRP روش نسبتا جديدي به شمار مي رود. مصالح FRP خواص فيزيكي مناسبي دارند كه مي توان به مقاومت كششيبالا و ضخامت و وزن كم آنها اشاره نمود . در ستونهاي بتني استفاده از FRP ضمن افزايش ظرفيت برشي ستون، مدگسيختگي آن را از حالتبرشي به خمشي تغيير داده و شكل پذيري را به ميزان قابل توجهي افزايش مي دهد.
· دورپيچي اعضاي فشاري با الياف FRP باعث افزايش مقاومت فشاري آنها مي گردد . اين امر همچنينباعث افزايش شكل پذيري اعضا تحت تركيب نيروهاي محوري و خمشي مي شود.
· براي محصور كردن عضو بتني، لازم است راستاي اليافتا حد امكان عمود بر محور طولي عضو باشد . در اين وضعيت، الياف حلقوي مشابه تنگ هايبسته يا خاموت هاي مارپيچي فولادي عمل مي كنند. در محاسبه مقاومت فشاري محوري عضو بايداز سهم الياف موازي با راستاي طولي آن صرفنظر گردد.
· هنگامي كه ستون يا عضو فشاري تحت بارهاي لرزه اي قرارمي گيرد، مسئله ظرفيت جذب انرژي و شكل پذيري ستون اهميت مي يابد. در ا ين ارتباط مقاومسازي يا بهسازي آن عضو با افزايش شكل پذيري انجام مي گيرد.
مقاوم سازی ستون با استفاده از روكش بتني (Concrete jacket)
· روكش بتني شامل لایه اي از بتن، ميلگردهاي طولي وخاموت هاي بسته مي باشد. روكش بتني مقاومت خمشي و برشي ستون را افزايش مي دهد و افزايششكل پذيري ستون در اين حالت كاملاً مشهود است.
· روكش بتن آرمه در مواردي كه ميزان شدت آسيب هاي واردهبه ستون زياد باشد و يا ستون از ظرفيت كافي در برابر نيروهاي جانبي برخوردار نباشد،بكار گرفته ميشود.
· روكش بتني بسته به شرايط مي تواند دور تا دور ستونو يا در يك وجه آن اجرا شود.مناسب بودن طرح روكش بتني به پيوستگي آن با عضو بستگي دارد
· اگر ضخامت روكش بتني كم باشد، افزايش سختي در ستونمقاوم سازي شده محسوس نمي باشد.
· روكش بتني باعث افز ايش ابعاد ستون مي گردد كه علاوهبر مسائل معماري، وزن ساختمان را نيز افزايش ميدهد.
· روكش بتن آرمه در مواردي كه ميزان شدت آسيب هاي واردهبه ستون زياد باشد و يا ستون از ظرفيت كافي در برابر نيروهاي جانبي برخوردار نباشد،بكار گرفته ميشود.
· روكش بتني بسته به شرايط مي تواند دور تا دور ستونو يا در يك وجه آن اجرا شود.مناسب بودن طرح روكش بتني به پيوستگي آن با عضو بستگي دارد
· اگر ضخامت روكش بتني كم باشد، افزايش سختي در ستونمقاوم سازي شده محسوس نمي باشد.
· روكش بتني باعث افز ايش ابعاد ستون مي گردد كه علاوهبر مسائل معماري، وزن ساختمان را نيز افزايش ميدهد.
مزایای استفاده از ژاکت بتنی
1. امکان اصلاح همزمان کليه مشکلات سختي و مقاومتي درقابهاي بتني
2. اصلاح اتصالات در قابها
3. امکان اصلاح باربري ثقلي ستونها
4. سهولت ايجاد پيوستگي بين اعضا
5. عدم نياز به پوشش ضد حريق
6. دخالت ناچيز در معمار
معایب استفاده ازژاکت بتنی
1. افزايش وزن قابل توجه در سازه
2. افزايش ابعاد تير و ستونها و کاهش فضاي مفيد
3. زمان زياد براي اجراي طرح
4. هزينه نسبتا زياد
5. نياز به قالب بندي وعمليات اجرايي متعدد
مقاوم سازی ستونها با استفاده از روكش فولادی(steel jacket)
· محصور نمودن ستون هاي بتني با پوشش فولادي (روكش فولادي)از ديگر روش هاي بهسازي لرزه اي ستون هاي بتني مي باشد.
· در اين روش، افزايش ناچيزي در ابعاد و وزن ستون بوجودمي آيد. موثر بودن اين روش منوط به سختي مناسب روكش در برابر تغيير شكل هاي جانبي بتنمي باشد.
· ورق هاي فولادي روكش در تمامي طول خود به هم جوش ميشوند و فضاي اندك بين روكش و ستون توسط ملات منبسط شونده پر ميگردد.
· براي بهبود عملكرد مجموعه مي توان از كاشت ميلگردبراي انتقال برش بين ورق و بتن استفاده نمود.
معایب و مزایای مقاوم سازی و تقویت ستون بتنی ژاکت فولادی steeljacket
· روكش فولادي مقاومت برشي و تا حدودي دورگيري ستونرا افزايش مي دهد.
· در صورت عدم پيوستگي بين روكش هاي فولادي ستون درطبقات مختلف، ظرفيت نيروي محوري ستون افزايش نمي يابد.
· تا زماني كه نتوان ورق هاي روكش فولادي را به فونداسيونمتصل كرد و پيوستگي بين روكش فولادي طبقات مختلف را از ميان دال ايجاد نمود، مقاومتخمشي ستون افزايش نمي يابد.
کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران ، علاوه بر دفتر مرکزی خود واقع در تهران ، اشرفی اصفهانی ، گلزار سوم ،پلاک ، واحد 4 ، و نیز دفتر جنوب کشور خود، واقع در استانخوزستان ، شهرستان اهواز ، زیتون کارمندی ، فلکه پارک ، جنب بانک تجارت ،ساختمان 88 ، در بسیاری از استان های دیگر از جمله استان هرمزگان (بندرعباس ، قشم، خارک و ... ) ، استان بوشهر (شهرستان بوشهر ، عسلویه ، جم ، برازجان، کنگان و ... ) ، استاناصفهان ( شهرستان اصفهان ، شهرضا،فولاد شهر، شاهین شهر ، زرین شهر ) ، استان یزد ، استان کرمان ، استان فارس (شهرستان شیراز ، نورآباد ممحسنی ، جهرم و ... ) ، استانکرمانشاه ، استان کردستان ( شهرستان سنندج) ، استان لرستان ( خرم آباد ، بروجرد ، دورود،نورآباد ، الشتر و ... ) ، استان آذربایجان شرقی وآذربایجان غربی ( شهرستان های تبریز و ارومیه ) ، استاناردبیل، استان زنجان، استان های خراسان رضوی ، خراسانجنوبی و شمالی ( شهرستان های مشهد ، بیرجند و ... ) ، استان زاهدان ( شهرستان های زاهدان ، ایرانشهر ، زابل ،سیرجان، پیرانشهر و ... )، استان البرز ( شهرستانکرج و ... ) ، استان کاشان ، استان قم ( شهرستان قم ) ، استانمازندران ( شهرستان های ساری ، بابل ، بابلسر، نوشهر ، چالوس ، محمود آبادو ... ) ، استان گیلان ( شهرستان های رشت ،بندرانزلی و ... ) ، استان ایلام ( شهرستان هایایلام و دهلران، مهران و ... )، استان همدان (شهرستان های همدان ، تویسرکان و کبودرآهنگ ) ،استانگلستان ( شهرستان گرگان ) ، استان خوزستان ( شهرستان اهواز ، دزفول ، ماهشهر، سربندر، آبادان ، خرمشهر ، بهبهان ، شوشتر، شوش ، مسجدسلیمان، رامهرمز ، گتوند و ... ) ،استان چهارمحال بختیاری ( شهرکرد ) ، جزیره کیش ، کشور عراق ( استان بصره، الاماره و نجف ) ، کشور افغانستان ( کابل و هرات ) ، دارای دفاتر فروش و ارائه خدمات مهندسی می باشد.شما می توانید با مراجعه یا تماس با ایندفاتر ضمن مشاور از خدمات و محصولات ارائه شده بهره مند شوید.