021 88 88 44 73 تلفن تماس

مقاوم سازی ستون های بتنی با مصالح FRP

ستون ها به عنوان یکی از اعضای مهم سازه ای در اکثر سازه های ساختمانی و غیر ساختمانی می توانند نیازمند به مقاوم سازی تشخیص داده بشوند. دلایلی چون از دست رفتن ظرفیت ستون بر اثر خوردگی در گذر زمان، عدم رعایت شرایط و الزامات لرزه ای، افزایش بار زنده و یا مرده وارده به سازه و چند دلیل دیگر می تواند باعث شود تا تصمیم بگیریم تا به بهسازی و مقاوم سازی عضو بپردازیم. در زیر به روایت تصویر چند مورد از ستون هایی که مستعد خرابی اند و نیاز به مقاوم سازی دارند را مورد بررسی قرار می دهیم. 

column1

معمولاً در ساختمان ها طبقه اول به پارکینگ اختصاص داده می شوند و یا در برخی از شرایط این طبقه مورد استفاده هایی چون تالار و یا فروشگاه قرار می گیرند. به خاطر ماهیت معماری در این طبقات اکثر دیوارهای پیرامونی و میانی حذف می شوند تا فضای بیشتری فراهم شود و در مورد تالارها و فروشگاه ها حتی ارتفاع در طبقه افزایش داده می شود. این مساله موجب می شود تا ساختمان در طبقه اول دارای طبقه نرم باشد. طبقه نرم همچنان که از نامش پیداست به سختی جانبی کمتر این طبقه اشاره دارد. در زلزله تغییر مکان زلزله در این طبقه بسیار شدید بوده و باعث فروریختن این طبقه می شود. در عوض طبقات بالاتر چون تغییر شکل چندانی نداشته اند، کاملا سالم باقی می مانند در تصاویر بعدی این پدیده را در دو ساختمان مشاهده می فرمایید. طبقه اول در ساختمان سمت راست کاملا فرو ریخته است. 

همچنین می توانید مقاوم سازی با ژاکت بتنی Concrete jacket را بخوانید.

column2

 یکی دیگر از مواردی که ستون ها ممکن است در وقوع زلزله دچار خسارت شوند ستون های کوتاه می باشند در تصاویر زیر شرایطی که ممکن است در آن یک ستون کوتاه ایجاد شود را مشاهده می کنید. در ادامه ستون کوتاهی را مشاهده می کنید که تحت بار زلزله دچار آسیب شده است. 

column3

 column5

شکست برشی ستون کوتاه

 

در طراحی و ساخت سازه های احداث شده تا قبل از اواسط دهة 1970 هیچ گونه آیین نامه ای برای تعیین رفتار لرزه ای اعضای ساختمانی وجود نداشته و عدم رعایت الزامات لرزه ای کنونی در ساختمان های موجود از آن زمان به فراوانی دیده می شود، در این موارد عضو علاوه بر اینکه در برابر زلزله مقاومت لازم را ندارد از قابلیت شکل پذیری بسیار پایینی نیز برخوردار است. این مساله در ساختمان ها بسیار خطرناک بوده و باید به هر ترتیب از خرابی این اعضا جلوگیری به عمل بیاید. در زیر یک ستون با بتن بسیار ضعیف و دارای میلگرد جانبی ناکافی را مشاهده می کنید که به علت نقض الزامات لرزه ای نیازمند مقاوم سازی است. در ادامه تصویری از ستونی بدون آرماتور عرضی کافی را مشاهده می کنید که تحت افزایش بار محوری دچار گسیختگی شده است، مسلما گسیختگی مشابه با این تصویر مطلوب نیست و باید سعی شود تا مشکل این گونه ستون ها رفع شود. 

column4

column6

یکی از کاربردهای رایج از مصالح FRP در مقاوم سازی ستون ها است و در اکثر مواقع این مصالح چه از لحاظ سهولت و زمان اجرا و چه از لحاظ اقتصاد طرح  بهترین گزینه می باشد. 

خصوصیات و مزایا

مزایای استفاده از مقاوم سازی توسط مصالح FRP در ستون ها به شرح زیر است:

- مصالح FRP قابل نصب بروی تمام مصالح مهندسی می باشد (فولاد، بتن، چوب، مصالح بنایی و ...).

- قابلیت افزایش مقاومت محوری، برشی و خمشی ستون.

- افزایش شکل پذیری و قابلیت جابه جایی نسبی نهایی بیشتر. 

- کمترین افزایش در ابعاد پایه در بین روش ها مشابه. 

- سرعت بالای مقاوم سازی بدون توقف بهره برداری از سازه. 


مهندسین شرکت رادیاب  قادرند تا طرح مقاوم سازی ستون ها را همراه  با نقشه های اجرایی مناسب در اختیار کارفرمایان محترم قرار بدهند. همچنین این شرکت خدمات اجرا، کنترل کیفیت و تامین مصالح را برای پروژه های شما فراهم می آورد.  با ما تماس بگیرید.


توضیح علمی مقاوم سازی ستون های بتنی:

لازم دانستیم تا اندکی به چرایی افزایش مقاومت ستون با مصالح FRP بپردازیم و اطلاعاتی مفید را برای شما مهندسان عزیز که به تازگی با این مصالح آشنا شده اید، فراهم کنیم. همانطور که می دانیم محصور نمودن مصالح بتنی سبب افزایش قابل ملاحظه ای در ظرفیت محوری و نیز شکل پذیری این گونه قطعات می شود. محصورساختن عضو بتنی باعث می شود تا با افزایش نیروی محوری بر ستون و به تناسب آن افزایش کرنش محوری، در مقطع کرنش های عرضی ایجاد می شود. وقتی ستون با FRP محصور شده از افزایش کرنش عرضی جلوگیری به عمل آمده و تنش های جانبی در ستون ایجاد می شود.  بدین ترتیب نیروی بیشتری توسط ستون تحمل می شود. شکل زیر به خوبی گویای این مسئله می باشد:

confinement 2

شکل زیر نمودار تنش-کرنش استوانه بتنی محصورنشده و محصورشده با FRP را با تعداد لایه های مختلف نشان می دهد. همانطور که مشاهده می فرمایید با افزایش لایه های FRP مقاومت نهایی و شکل پذیری استوانه افزایش می یابد : 

confinement

برای استفاده از این بحث علمی در پروژه های اجرایی می توان از آیین نامه های موجود همچون ACI440.2R ، Fib Bulletin 14 ، ISIS  و یا حتی نشریه 345 استفاده نمود که در بخش استانداردهای سایت موجود بوده و قابلیت دانلود دارند.

در ادامه برای درک بهتر به عنوان یک مثال ستون دایره ای با قطر 300 میلیمتر را به شکل زیر با یک لایه نوار CFRP محصور می کنیم. 

میلگردهای طولی عضو= 6 عدد میلگرد با قطر 10 میلیمتر

مقاومت مشخصه نمونه استاندارد بتنی 25 مگاپاسکال و مقاومت تسلیم میلگرد نیز 400 مگاپاسکال است.

الیاف CFRP مدول الاستیسیته 75 گیگاپاسکال و کرنش نهایی موثر 10 پرمیل دارند. 

confinement 3


منحنی تنش کرنش این ستون را در مقایسه با ستون محصور نشده در زیر رسم می کنیم. همانطور که مشاهده می کنید با استفاده از یک لایه CFRP به دور ستون مقاومت ستون به میزان 60 درصد افزایش یافته است.