مقاوم سازی ستون های بتنی با GFRP

مقاوم سازی ستون های بتنی با GFRP

در این پروژه به علت عدم نظارت صحیح بر مراحل اجرا، در بعضی از ستون های بتن مسلح، آرماتورهای طولی مطابق با نقشه اجرا نشده بود و در این ستون ها مثلا به جای ۸ عدد میلگرد ۱۶ ، از ۴ عدد میلگرد ۱۶ و ۴ عدد میلگرد ۱۲ استفاده شده بود. برای جبران کاهش مقاومت در این ستون ها می توان از دورپیچ چارچه های FRP استفاده کرد. محصور شدگی در ستون باعث افزایش مقاومت محوری می شود. در این پروژه ۱۴۰۰۰ متر مربعی فقط ۲۵ عدد ستون مقاوم سازی شد که تعدادی با CFRP آالیاف کربنی) ، تعدادی با GFRP ( الیاف شیشه) و تعدادی نیز به صورت ژاکت فولادی مقاوم سازی شد.

مبانی طراحی و تقویت ستون ها با مصالح FRP

محصور نمودن ستون که همچنین با نام های دورپیچ کردن ستون یا  مقاوم سازی به روش FRP Wrap نیز شناخته می شود یکی از  پرکاربردترین روش های مقاوم سازی ساختمان محسوب می شود. اگر ابعاد ستون بتنی و یا مقدار آرماتور طولی آن کمتر از حد نیاز باشد و یا اینکه بتن ستون آسب دیده باشد، ستون فاقد مقاومت کافی بوده و نیاز به مقاوم سازی دارد.  همچنین اگر فاصله بین خاموت ها یا همان آرماتورهای عرضی  زیاد باشد،  سایز آرماتور عرضی کوچکتر از  آنچه در محاسبات تعیین شده است استفاده شده باشد علاوه بر اینکه مقاومت برشی در ستون تامین نمی‌شود  شکل پذیری ستون به شدت کاهش پیدا کرده  و یا در حین بارگذاری فشاری آرماتورهای طولی کمانش می‌کنند. اگر اینگونه معایب در یک ستون وجود داشته باشد. مقاومت خمشی و فشاری ستون تامین نخواهد شد و  در حین بارگذاری گسیختگی حاصل می شود.

یکی از بهترین روش ها برای مقاوم سازی اینگونه از اعضا استفاده از روش محصور سازی ستون با پارچه FRP  می باشد. برای تقویت ستون ها در این شرایط، می‌توان الیاف FRP توسط چسب اپوکسی به پیرامون ستون متصل کرد. محصور سازی ستون با این روش مقاومت فشاری و خمشی ستون را افزایش می دهد. لازم به ذکر است مقاومت فشاری بتن محصور شده از بتن معمولی بیشتر است زیرا محصور شدگی باعث ایجاد تنش های دو جهته در  بتن می شود.  قابل ذکر است در این روش مقاوم سازی جهت الیاف باید عمود بر راستای ستون، یعنی هم جهت با خاموت های ستون 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.

توضیح علمی مقاوم سازی ستون های بتنی:

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:

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

برای استفاده از این بحث علمی در پروژه های اجرایی می توان از آیین نامه های موجود مانند ACI440-2R نسخه ۲۰۱۷ استفاده نمود

طبق آیین نامه ACI440-2R ، طراحی اعضای تقویت شده با مصالح FRP همانند روش طراحی در آیین نامه ACI318 روش مقاومت نهایی می باشد. پارچه های FRP توان تحمل کشش را دارند و در فشار کمانش می کنند. پس این مصالح به گونه ای باید روی عضو قرار گیرند که فقط در کشش قرار بگیریند.

در این آیین نامه محاسبه حداکثر ظرفیت فشاری ستون را با درنظرگرفتن تقویت ستون بوسیله محصورشدگی با دورپیچ FRP را به صورت زیر محاسبه می کند.

رابطه ۱۲٫۱a برای ستون با خاموت های دورپیچ و رابطه ۱۲٫۱b برای ستون با خاموت های تنگ موازی می باشد. همانطور که مشاهده می کنید روابط همان روابط ACI318 می باشد ولی با این تفاوت که به جای f

f’c از f’cc استفاده شده است. f’cc مقاومت فشاری بتن محصور شده با FRP می باشد که طبق پژوهش های ثبت شده در این آیین نامه، نمودار تنش کرنش بتن محصور شده با FRP به وسیله Lam and Teng (2003) ارائه شده است:

طبق پژوهش های انجام گرفته توسط Lam and Teng (2003) مقدار حداکثر تنش مقاوم بتن محصور شده (f’cc) و همچنین حداکثر کشش ایجاد شده در پارچه های FRP  (fl) به صورت زیر محاسبه می شود:

روابط آیین نامه ACi440-2R

منبع: ساخت دکتر ضیاء الحق

۴۶۸×۶۰ content ad

درباره نویسنده

کارشناس ارشد مهندسی زلزله از دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی تهران | مهندس محاسب و طراح | مدرس دوره های تخصصی Etabs و SAP2000 | شماره تماس مستقیم : 09382904800 |

مطالب مرتبط: