تقویت تیرآهن و نقش آن در مقاوم سازی ساختمان چیست؟ [تصویر]
  • calendar icon 29 دی 1400

تقویت تیرآهن و نقش آن در مقاوم سازی ساختمان چیست؟

تقویت تیرآهن و نقش آن در مقاوم سازی ساختمان چیست؟ امروزه بسیاری از سازه ها از فولاد ساخته می شوند و برای سالیان متمادی، اکثر آسمان خراش ها از فولاد ساخته می شدند. سازه های فولادی در هنگام زلزله عملکرد بسیار خوبی دارند و رفتار آنها انعطاف پذیر است. سازه های فولادی زیادی وجود دارند که به دلایل مختلفی به مقاوم سازی نیاز دارند. چنین سازه هایی باید از نوع مقاوم سازی باشند تا در برابر بارهای نامطلوب مقاومت خوبی از خود نشان دهند و در حین کار با مشکل مواجه نشوند. مبحث مقاوم سازی سازه های فولادی بسیار گسترده است و ما در این مقاله به مقاوم سازی سازه های فولادی خواهیم پرداخت، پس تا پایان این مقاله با ما همراه باشید تا با تیرآهن های مقاوم سازی کننده و نقش آنها در مقاوم سازی ساختمان آشنا شوید.  

خرابی در تیرهای فولادی :

شایان ذکر است که عمده ترین خرابی ها در تیرهای فلزی شامل خمش کلی و موضعی بال و جان و گسیختگی در محل درزها و وصله ‌ها می ‌باشد و این موضوع مورد توجه تمامی مهندسان بوده و لذا مهندسان در طراحی تیرها و همچنین ستون های فولادی تلاش می کنند به گونه ای طراحی کنند که دچار کمانش نشوند اما در صورت آسیب دیدن تیرهای فولادی، لازم است این کار را با روش های مقاوم سازی انجام دهید (البته لازم به ذکر است که این روش ها باید به گونه ای باشد که سایر عناصر سازه سازه های فولادی آسیب نبینند. ). از آنجایی که بخشی از مقطع تحت فشار قرار می گیرد، خطر تاب برداشتن در این ناحیه وجود دارد و دلیل مهم تیرهای فولادی مقاوم سازی این نوع خرابی است. این چرخش می تواند به دو صورت اتفاق بیفتد که در زیر به آنها اشاره می شود:

 

خرابی در تیرهای فولادی :

 

کمانش موضعی:

به گونه ای که بال یا پروفیل اولیه در برابر تنش های فشاری به صورت موضعی می پیچد.

کمانش کلی:

به گونه ای که ناحیه فشاری سطح مقطع، مانند ستون فشرده به طور کلی، پیچ خورده است. دلایل اصلی چنین خرابی هایی که در اعضای فولادی رخ می دهد به شرح زیر است:

سطح مقطع کم تیر

اگر سطح مقطع تیر کم باشد، نقص در تیرهای فولادی ایجاد می شود. توجه به این نکته بسیار مهم است که یک محدودیت عملی برای افزایش ارتفاع تیر وجود دارد. زیرا در صورت افزایش بیش از حد نسبت سطح، پایداری جانبی تیر کاهش می یابد. از این رو، تیری با سطح مقطع مستطیلی بسیار باریک، بیشتر در اثر پیچش جانبی شکسته می شود.  

لاغری بیشتر از حدود مجاز

لازم به ذکر است که اگر نازکی تیرها و ستون های فولادی زیاد باشد باعث ترک خوردن و خمیدگی تیرها یا ستون ها می شود که بسیار مضر است. دلیل اینکه اعضای باریک در اسکلت مجاز نیستند این است که اجزای آنها بیش از حد نازک هستند و هنگامی که تحت نیروهای فشاری زیاد قرار می گیرند، تغییر شکل های جانبی آنها زیاد است و قبل از اینکه فشار تولید شده در اندام به بهره وری یا ظرفیت عضو برسد، عضو به علت کمانش های جانبی کلی در عضو، تخریب شده و ناپایداری در اسکلت ایجاد می شود.  

عدم فشردگی مقطع

پارتیشن های تعبیه شده دارای مقاطعی هستند که ضخامت بیشتری نسبت به انواع دیگر دارند و در قسمت هایی از سازه که در معرض زلزله نیستند، مانند تیرهای ساده و ستون های بدون امتداد قابل استفاده هستند.  در مقاطع ترکیبی اولاً بالها باید به صورت جامع و پیوسته به جان ها متصل شوند و ثانیاً نسبت عرض آنها به فشار آنها از λp کمتر باشد.

ضعف در جوش

ناپیوستگی هر گونه اختلال را در یک ساختار یکنواخت بیان می کند، یک نقص ناپیوستگی خاص است که مناسب بودن سازه یا بخشی را زیر سوال می برد. فرم ناپیوستگی را می توان به دو گروه کلی خطی و غیرخطی تقسیم کرد. ناپیوستگی های طولی بسیار بزرگتر از عرض هستند. هنگامی که ناپیوستگی خطی در جهت عمود فشار اعمال شده قرار می گیرد، حالت خطرناک تری نسبت به غیرخطی ایجاد می کند، زیرا احتمال انتشار و در نهایت پوسیدگی آن بیشتر است.  

زنگ زدگی و خوردگی تیر

لازم به ذکر است که اگر سطح فولاد به مدت طولانی با آب و رطوبت در تماس باشد دچار زنگ زدگی می شود. به همین دلیل ورق های گالوانیزه بهترین انتخاب برای مناطق مرطوب هستند. خواهشمندیم از نگهداری طولانی مدت تیرآهن و سایر پارتیشن های فولادی خودداری کنید و در صورت لزوم تمهیدات ویژه ای برای نگهداری این پارتیشن های فولادی داشته باشید.  

ایجاد ناحیه متأثر از حرارت بر اثر جوشکاری زیاد

نکته بسیار مهمی که هنگام ذوب مقاطع فولادی ناتمام باید در نظر گرفت، ذوب ناقص شکستگی در جوش است که در آن هیچ جوشی بین فلز جوش و سطوح همجوشی یا درزهای جوش رخ نمی دهد. گداخت ناقص به دلیل داشتن انتهای خطی و نسبتا تیز، یکی از ناپیوستگی های آشکار در جوش است و در موقعیت های مختلف در ناحیه جوش شکل می گیرد. نفوذ ناقص نشان می دهد که فلز جوش به طور کامل در ضخامت صفحه پخش نمی شود. محل این عیب نزدیک ریشه جوش است. ذوب و نفوذ ناکافی ناشی از عدم مهارت جوشکاری، شکل اتصال نادرست یا آلودگی اضافی است.

 

 

خستگی

می توان تشخیص داد که خستگی فلز زمانی رخ می دهد که فلز تحت فشارهای مکرر یا نوسانی قرار گیرد. بنابراین لازم است در طراحی کلیه سازه هایی که تحت تأثیر بارهای مکرر و رفت و برگشتی (نوسانی) قرار می گیرند، پدیده خستگی در نظر گرفته شود و وظیفه مهندس این است که تمام جزئیات عضو را به روشی طراحی کند. برش لنگر و نیروی محوری وارد شده به آن عضو در هر بار بارگذاری از حد مجاز مقررات تجاوز نمی کند و فشارهایی را برای ایجاد خستگی در سازه وارد نمی کند.  

مقاوم سازی اعضای فولادی:

وقتی صحبت از المان های مقاوم سازی کننده فولادی می شود، منظور عناصر سازه ای است که نقش عمده ای در سازه های باربر در سازه های فولادی دارند. عناصر سازه عبارتند از تیرها، ستونها، دیوارهای برشی، درزهای سازه و پی. تقويت اعضای فولادی شامل موارد زیر است :
  • تقويت تير
  • تقويت ستون
  • تقويت اتصال

 

راههای مقاوم سازی اعضا

از جمله روش های مقاوم سازی اعضای فولادی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
  1. سپر بتنی
  2. سپر فولادی
  3. پيش تنيدگي خارجي
در این مقاله به مقاوم سازی تیرچه های فولادی می پردازیم و مقاوم سازی تیرچه های فولادی بسیار مهم و حیاتی است. به موارد زیر توجه کنید:  

مقاوم سازی با زره فولادی

در مقاوم سازی با زره فولادی، چنین مقاوم سازیی باید برای برش و همچنین خمش ساخته شود تا تیرچه بتواند در برابر بارهای وارده و همچنین انتقال بار عملکرد بسیار خوبی از خود نشان دهد.کامپوزیت های مقاوم سازی‌کننده FRP ترک‌خوردگی اولیه را به تاخیر می‌اندازد، سرعت رشد ترک را کاهش می‌دهد، عمر خستگی را افزایش می‌دهد و تجزیه سخت را با انحطاط باقی‌مانده کاهش می‌دهد. پلیمر مقاوم سازی شده با فیبر کربن (CFRP) بهترین گزینه مقاوم سازی کننده است. محدودیت انتهایی با کاهش تنش های برشی و لایه برداری فضایی موضعی از جدا شدن بخش های CRRP در انتهای میله جلوگیری می کند.

مقاوم سازی با زره بتن آرمه

لازم به ذکر است که آیتم وضعیت مقاوم سازی یک زره بتنی ایجاد می کند. این سپر بتنی المان اصلی را می پوشاند و مانند زره فولادی با افزایش سطح مقطع و همچنین ایجاد فشار سه محوری در المان اصلی به تحمل فشار بیشتر کمک می کند. با توجه به اینکه سپر بتنی معمولاً اندازه بزرگی دارد، استفاده از آن محدودیت هایی دارد. به طور کلی، این روش بیشترین استفاده را برای پروژه های مقاوم سازی دارد.  

پيش تنيدگي خارجي

پیش تنیدگی خارجی یکی از روش های اصلی مقاوم سازی سازه های فولادی است. به عنوان مثال، کابل ها گاهی اوقات باید در یک ساختار موجود بررسی شوند و احتمالاً جایگزین یا مقاوم سازی شوند. این را می توان با روش پیش تنیدگی خارجی به دست آورد. کابل ها خارج از سازه هستند و در طول مسیر خود در دیافراگم ها یا منحرف کننده ها خم می شوند. این روش بیشتر برای سازه های مقاوم سازی استفاده می شود. آرماتوربندی اتصالات یکی از مهم ترین قسمت های مقاوم سازی سازه های فولادی است، بنابراین زمانی که اتصالات سازه های فولادی مناسب نباشد سازه با مشکلات زیادی مواجه شده و در حین بهره برداری خطرناک خواهد بود. به همین دلیل در صورت بروز مشکل در اتصالات، مهندسان موظف به رفع مشکل و همچنین مقاوم سازی سازه های فولادی هستند.   لازم به ذکر است که مقاوم سازی اتصالات شامل موارد زیر است:
  1. اتصالات صلب تیر به ستون
  2. وصله ستون ها
  3. وصله تیرها
انواع آسیب های وارد شده به ساختمان به شرح زیر است:
  • پاره شدن به دلیل خم شدن اعضاء و اتصالات گیره در قاب های فولادی مهار شده
  • پارگی صفحه ستون و محور مهار در قاب های مقاوم سازی شده و قاب های خمشی
  • پاره شدن اتصالات جوش داده شده از تیر به ستون در قاب های خمشی
 

دلایل احتمالی گسیختگی چیست؟

علل احتمالی گسیختگی عبارتند از:
  1. تنش های پسماند در جوش بال به جان
  2. تنش های بیش از حد در جوش های بال به دلیل بروز لنگرهای تسلیم M در تیر
  3. وجود بریدگی در جوش بال پایینی و نوع بقایای جوش در آن

پیش تنیدگی خارجی چیست ؟

لازم به ذکر است که در بحث مقاوم سازی ساختمان تنش خارجی یکی از روش های بسیار جدید مقاوم سازی تیرآهن فولادی می باشد که به همین دلیل مهندسان از این روش برای مقاوم سازی سازه های فولادی استفاده می کنند. کابل های پیش تنیده ای که برای این منظور استفاده می شود، همان کابل ها و سیم هایی هستند که معمولاً در کارهای پیش تنیده استفاده می شوند. مقاوم سازی بسته معدنی می تواند داخلی یا عمومی باشد، همانطور که به طور خاص در زیر توضیح داده شده است: به طور کلی نیروهای پیش تنیدگی در ساختار مقاومتی منجر به توزیع مجدد نیروهای داخلی و کاهش تنش ها در اندام ها نسبت به حالت اولیه می شود. می توان گفت در برخی دیگر از اعضای سازه، پیش تنیدگی ممکن است منجر به افزایش تنش شود. بنابراین، هنگامی که از تنش خارجی استفاده می شود، تحلیل تنش سازه های مقاوم سازی باید به دقت مورد مطالعه قرار گیرد. جدای از موضوع محدودیت ها، تعدادی موارد اضافی در هنگام استفاده از کابل های پیش تنیده مورد نیاز است که اغلب شامل انواع مختلفی از سخت کننده ها می شود. این امر به ویژه در پیش تنیدگی موضعی صادق است، زیرا کشش نیروهای گریز از مرکز جدید از جمله نیروهای محوری اضافی در انتهای انتهایی ایجاد می کند، بنابراین اندام ها باید به صورت موضعی مقاوم سازی شوند تا پایداری خود را حفظ کنند.

 

پیش تنیدگی خارجی چیست ؟

 

مقاوم سازی ساختمان فلزی با اضافه کردن بادبند ها :

  سازه های فولادی را می توان با براکت ها مقاوم سازی کرد تا بارهای زیادی را تحمل کند. افزودن پایه فولادی برای مقاوم سازی سازه های بتنی علاوه بر سازه های فولادی دارای مزایای زیر خواهد بود:
  1. افزایش سختی
  2. کاهش نیاز به شکل پذیری
  3. افزایش مقاومت برشی سیستم

استفاده از سیستم های مهاربندی واگرا (EBF) در مقاوم سازی

مقاوم سازی ساختمان های بتنی به دلیل هزینه‌های بالا و مشکلات اجرایی رواج چندانی ندارد، اما می‌توان از انواع مختلف سیستم‌های شیپورینگ همگرا برای بهبود و مقاوم سازی سازه‌های بتنی استفاده کرد. مشکل اتصال این اعضاست. به ساختار موجود و همچنین مشکلاتی که ممکن است در ساختار سازه به وجود بیاید از ایرادات این روش است.  

مقاوم سازی سازه های فولادی با استفاده از میراگرها :

میراگرها را می توان به صورت زیر توصیف کرد: تضعیف کننده دستگاه یا وسیله ای است که برای کاهش ارتعاشات سازه در هنگام زلزله و در نتیجه کاهش خسارات جانی و مالی در سازه های مناطق لرزه خیز نصب می شود. به طور کلی میراگر برای نصب در سازه های بلند مانند موارد زیر استفاده می شود:

برج‌ ها

  1. پل ها در مناطق لرزه خیز و بادخیز،
  2. در ساختمان های استراتژیک و
می توان تشخیص داد که میراگرها سیستم هایی هستند که انرژی مصرف می کنند یا جذب می کنند که به افزایش تضعیف مدول ساختمان بستگی دارد. اثرات اصلی میرایی به شرح زیر است:
  • کاهش دامنه نوسان و پاسخ ساختمان به نیروها.
  • دمپرها بیشتر انرژی ارتعاشی را هدر می دهند.
  • از دمپرها در براکت ها استفاده می شود که در تمامی طبقات ساختمان قابل استفاده است.
در روش های کنترل سازه غیرفعال مانند استفاده از میراگرهای لاستیکی ویسکوز و چسبناک، انرژی جذب شده توسط حرکات زمین توسط این فشار دهنده ها جذب شده و سیستم سازه اجازه ورود به ناحیه غیرخطی را ندارد. اخرین کلام مهمترین قسمت مقاوم سازی مربوط به مقاوم سازی تیرهای به کار رفته در سازه اصلی ساختمان می باشد که به دلایلی از جمله استفاده از تیرهای کم ضخامت، زنگ زدگی و خوردگی تیر، خستگی تیر در اثر تحمیل بار می باشد.  
: اشتراک گذاری