مقاوم سازی سازه ها می تواند با دلایل و اهداف مختلفی انجام شود که شاید ایمنی ساکنین در برابر زلزله از مهم ترین آن ها باشد. بالا بردن طول عمر ساختمان، محافظت از بناهای تاریخی و فرهنگی، تخلیه ی ایمن ساختمان و ... از دیگر هدف هایی است که در مقاوم سازی در نظر گرفته می شود. برای دستیابی به این اهداف روش های متنوعی برای مقاوم سازی وجود دارد اما یکی از نوین ترین آن ها استفاده از پلیمر تقویت شده با فیبر (Fiber – Reinforced Polymer) یا FRP است.

برای آشنایی با این شیوه ی مقاوم سازی ابتدا به طور مختصر در مورد FRP صحبت می کنیم.

FRP چیست؟

به طور کلی FRP ترکیبی از دو ماده است؛ که یک بخش ماتریس و بخش دیگر الیاف می باشد. ماتریس خود از برخی مواد شیمیایی مانند رزین‌های اپوکسی و پلی استر تشکیل شده است. این مواد جهت کاهش قیمت  تمام شده و بهبود خواص مکانیکی و شیمیایی دارای فیلرها و افزودنی‌هایی هستند. الیاف پلیمری نیز شامل الیاف شیشه ای، آرامیدی، کربنی و بازالتی می شوند. نقش الیاف و فیبر، تامین مقاومت مکانیکی کافی در FRP است.

اشکال مختلف FRP...

در حالی که ماتریس نقش باربری مکانیکی ندارد و تنها باید از الیاف در مقابل خوردگی، عوامل محیطی و آسیب دیدن محافظت نماید. FRP به اشکال مختلفی تولید می شود از جمله میلگردهای FRP، ورق های FRP، نوارهای FRP، پروفیل های FRP و مش های FRP.

توانمندی بالای مصالح FRP در محاسبات فنی و طراحی (سختی، مقاومت و شکل پذیری)، آن ها را به سیستم های بی نظیر در مقاوم سازی تبدیل کرده است. در این روش مقاوم سازی با تقویت تیر، ستون، دال و دیوار برشی انجام می شود.

روش اجرا

به منظور اجرای FRP، ابتدا باید محل مورد نظر را که دچار آسیب شده و یا اینکه نیازمند تقویت است شناسایی کرد و بتن‌های آسیب دیده را کنار گذاشت. سپس سطح را باید از غبار و زنگ و سایر زوائد پاکسازی کرد. با روش ساب زدن یا دستگاه فرز، سطحی صیقلی و صاف فراهم آورده که مانع از پاره شدن الیاف توسط قطعات تیز و سخت شود.

این مرحله را تا جایی ادامه می‌دهیم که سنگ دانه‌های بتن قابل رویت باشند. در نهایت با هوادهی، سطح مورد نظر را کاملا پاک می‌کنیم. به منظور افزایش پیوند میان سطح مورد نظر و ورقه FRP از یک لایه پرایمر اپوکسی استفاده می‌کنیم. همچنین از یک لایه چسب با لزجت بالا برای پر کردن خلل و فرج استفاده می‌کنیم.

در نهایت روی سطح آماده شده، به منظور اشباع کردن، رزین مالیده شده و ورقه روی سطح قرار می‌گیرد. اشاره به این نکته ضروری است که در قرارگیری ورقه روی سطح، هیچ‌گونه هوا و حبابی به وجود نیاید.

مقاوم سازی ستون های بتنی با FRP

یکی از کاربردهای FRP  در مقاوم سازی ساختمان، تقویت ستون است . در این حالت  ستون ها در برابر نیروهای وارده مقاوم می شوند تا در هنگام زلزله و تحمل بارهای لرزه ای بهترین عملکرد را داشته باشند. ضمن اینکه مقاوم سازی ستون های بتنی با FRP هیچ گونه خللی در معماری ساختمان ایجاد نمی کند . در این روش FRP دورپیچ شده مانع افزایش ترک های محیطی بتن شده و می تواند سبب افزایش قابل توجه کرنش نهای بتن گردد. 

مقائم سازی ستون..

FRP   در مقاوم سازی تمامی شکل های ستون (گرد، مربع، مستطیل) استفاده می شود؛ اما در تقویت ستون های گرد بهترین عملکرد را دارد. بنابراین در ستون های مقطع مربع یا مستطیل با گرد کردن گوشه های ستون، می توان تاثیر مقاوم سازی را به حداکثر خود رساند .

مقاوم سازی تیرها با FRP

به کمک ورقه های FRP  می توان تیرها را از نظر برشی و خمشی تقویت کرد و خیز آن ها را کنترل کرد و در برابر بارهای لرزه ای مثل زلزله مقاوم تر نمود. تقویت تیرها باFRP  یکی از جدیدترین روشهای مقاوم سازی می باشد . 

مقاوم سازی دال با FRP

دال های بتنی به دلایل مختلفی اعم از طراحی، اجرا و یا شرایط خاص نیاز به مقاوم سازی پیدا می کنند. همچنین گاهی به دلیل افزایش بارگذاری بر دال و در نهایت ترک خوردگی دال ها مقاوم سازی صورت می گیرد. خوردگی فولاد نیز یکی از دلایل کاهش ظرفیت اصلی دال می باشد که به کمک مقاوم سازی با الیاف FRP می توان ظرفیت از دست رفته را جبران کرد .
مقاوم سازی و بهسازی کف و دالهای بتنی بخصوص سقف بتنی از طریق پوشش  FRPباعث افزایش مقاومت خمشی، برشی و همچنین افزایش مقاومت در برابر خوردگی، ارتعاش، سایش (که سبب افزایش عمر دال می‌گردد) و… می‌شود.

مقاوم سازی دیوار برشی با FRP

استفاده از دیوار برشی به عنوان سیستم باربر جانبی سازه ها اکنون بسیار متداول است، اما در دیوارهای برشی قدیمی تر به دلیل عدم آگاهی از سیستم بهسازی لرزه ای و لحاظ آن در طراحی سازه به علاوه ی گذر زمان، امکان آسیب دیدن افزایش می یابد.

ظرفیت خمش و برش...

مقاوم سازی دیواربرشی به دلیل ظرفیت خمشی و برشی ناکافی، کاهش مقاومت درون صفحه ای، محصور شدگی نامناسب بتن و نقص های طراحی و اجرایی به روش های مختلفی صورت می گیرد. مقاوم سازی دیواربرشی با FRP یکی از روش های مناسب برای بهبود رفتار لرزه ای دیواربرشی می باشد. 
استفاده از سیستم مقاوم سازی دیوار برشی با  FRP ضمن افزایش مقاومت خمشی و برشی، باعث توزیع تنش در کل صفحه به جای تمرکز در یک نقطه خاص می‌شود. لذا دیوار در مقابل بارهای جانبی دینامیکی و رفت و برگشتی زلزله و محیط های مستعد خوردگی محافظت می‌گردد.

مقاوم سازی اتصالات سازه با FRP

یکی از آسیب پذیرترین بخش های سازه در برابر نیروهای جانبی، اتصالات سازه است. با مقاوم سازی این بخش با استفاده از ورق های FRP می توان آن را به خوبی تقویت کرد.

مزایای مقاوم سازی با FRP

  • وزن بسیار کم
  • مقاومت بالا به ویژه مقاومت کششی
  • مقاومت شیمیایی بالا در برابر خوردگی
  • عایق بودن در میدان های الکتریکی و مغناطیسی؛ که در ساختمان مراکز رادار، فرودگاه ها و مراکز تصویر برداری بسیار مهم است.
  • سهولت در حمل و نقل و انبار کردن
  • سهولت در اجرا؛ ورقه های FRP توسط رزین بر سطح بتن چسبانده می شود.
  • هزینه پایین
  • زمان کم در اجرا
  • عدم ایجاد تداخل و مزاحمت برای کاربری سازه به هنگام اجرا

مشکلات استفاده از سیستم مقاوم سازی باFRP

  • طراحی و محاسبات متفاوت به دلیل رفتار غیر ایزوتروپ
  • شکل پذیری پایین مصالح FRP
  • ضعف نسبی مصالح FRP در برابر حریق و آتش سوزی
  • در روش تقویت سازه با FRP، انتخاب نسبت مناسب الیاف به رزین، نوع الیاف و رزین مصرفی، مواد تکمیل کننده مورد نیاز و نیز نصب و اجرای لایه ها نیاز به دقت فراوانی دارد.

منابع