مقاوم سازی تیرها با استفاده از میلگردهای GFRP و FRP

یکی از روش‌های مدرن برای مقاوم سازی تیرها استفاده از الیاف پلیمری FRP است. این الیاف باعث مقاوم سازی تیرها و اعضای بتنی و صفحات جانبی و در نهایت افزایش ظرفیت برشی تیرها می شوند.

میلگردهای FRP و GFRP چیست؟

در معماری مدرن این میگردها بهترین جایگزین میلگردهای فلزی به حساب می آِیند. GFRP که به عنوان پلیمر تقویت شده با الیاف شیشه هم شناخته می شود یک روش بسیار کاربردی برای بهبود بتن تقویت شده در صنعت ساختمان سازی است.

این میلگردها قطری برابر با 12.5 میلی متر دارند و بسیار سبک، بدون خوردگی و دارای استحکام کششی و عملکرد مکانیکی بسیار بالا هستند. یکی از مهمترین دلایل استفاده از این کامپوزیت ها مقاومت آن ها در برابر خوردگی است و برای استفاده در محیطهای خورنده و اسیدی بسیار مناسبند. همچنین با استفاده از میلگرد FRP می توان مشکلات مجاورت با میدان های الکتریکی و مغناطیسی را تا حد بسیاری مرتفع ساخت.

از مزایای مهم این میلگردها می توان به قطر کم، مقاومت بیشتر و از همه مهمتر هزینه پایین تر آن ها اشاره کرد. از طرفی آرماتور FRP باعث افزایش میرایی سازه در برابر ارتعاشات زلزله می شود و به همین دلیل می توان گفت از این میلگرد برای ضدزلزله کردن ساختمان ها استفاده می شود.

انواع میلگردهای FRP و GFRP

• میلگرد شیشه یا آرماتور کامپوزیتی GFRP (Glass fiber-Reinforced Polymer)
• میلگرد کربن یا CFRP (Carbon fiber-Reinforced Polymer)
• میلگرد آرامید AFRP (Aramid Fiber-Reinforced Polymer)
• مقاوم سازی تیرها با استفاده از الیاف پلیمری FRP

امروزه برای تقویت سازه های بتن آرمه به شکل وسیعی از ورق های تقویتی FRP استفاده می شود. این ورق ها باعث بیشتر شدن مقاومت خمشی و برشی بتن خواهند شد. از دلایل اصلی انتخاب این روش برای تقویت سازه می توان به وزن بسیار پایین این میلگردها، مقاومت آن ها در برابر خوردگی و حمل و نصب آسان آن ها اشاره کرد.

نتایج استفاده از این نوع میلگردها در سازه ها نشان می دهد که تیرهای تقویت شده با میلگردهای GFRP بیشترین میزان مقاومت را در مقابل کمترین جابجایی از خود نشان می دهند و به اصطلاح تردترین رفتار را دارند.

مهمترین مزایای استفاده از میلگردهای FRP و GFRP

استفاده از این روش در ساخت سازه های مختلف مزایای بسیاری دارد، به طوری که می توان گفت استفاده از میلگردهای FRP و GFRP به میزان بسیاری مقاومت سازه ها را بالا می برند. در ادامه به بیان چند مورد از مزایای این روش خواهیم پرداخت.

مقاومت بالا در برابر خوردگی

شاید اولین دلیل برای استفاده از میلگردهای FRP و GFRP مقاومت بالای آن ها در برابر خوردگی باشد. این میلگردها بهترین نوع میلگرد برای ساخت خانه و انواع سازه ها در مناطق فراساحلی هستند.

مقاومت كششی بالا

در میلگرد FRP تسلیم رخ نمی دهد و به همین دلیل مقاومت کششی نهایی معیار است. قطر این میلگردها از انواع فولادی بسیار کمتر است و همینطور الیاف نزديك مركز سطح مقطع با الیاف نزديك به سطح خارجي، تنش هاي يكسان و يكنواختي ندارند. این ویژگی ها باعث شده تا از مقاومت کششی بسیار بالایی برخوردار باشند، اما در برابر فشار مقاومت آنچنان بالایی ندارند.

وزن مخصوص

میلگردهای فولادی معمولا هم وزن بالایی دارند و هم حمل و نقل آنها بسیار دشوار است. استفاده از میلگرد الیافی به طور کامل این مشکل را حل می کند. میلگرد FRP تنها 25 درصد وزن میلگرد فولادی را دارد و به همین دلیل انبار کردن، حمل و نقل و نصب آن بسیار راحت و بی دردسر است.

عايق الكتريكي و مغناطيسي

بسیاری از سازه ها در مناطقی ساخته می شوند که در میدان الکتریکی و مغناطیسی قرار دارند. استفاده از میلگرد فولادی در ساختن سازه های این مناطق حتی ممکن است خطرات جانی جبران ناپذیر در پیش داشته باشد. به همین دلیل برای ساخت اماکنی مثل بیمارستان ها، فرودگاه ها و مراکز راداری و… که بسیار در معرض امواج هستند، استفاده از میلگردهای پلیمری مثل FRP پیشنهاد می شود. این الیاف نارسانا بوده و در میدان های الکتریکی می توانند به عنوان عایق عمل کنند.

مقاومت در برابر خزش

الیاف کربنی و شیشه ای FRP و GFRP مقاومت بسیار بالایی در برابر خزش دارند. از طرفی جهت قرارگیری و حجم الیاف تقویتی نقش مهمی در عملکرد خزشی کامپوزیت دارد.

تحقیقات نشان می دهد که الیاف GFRP با کیفیت مناسب کرنش خزشی حدود 3 درصد کرنش الاستیک اولیه را داشته اند. به همین دلیل می توان گفت میزان مقاومت خزشی این میلگردهای الیافی بسیار بالاتر میلگردهای فولادی است.

از طرفی تحقیقات دیگری نشان می دهد که فولاد اگر تحت تنشی بیشتر از 75 درصد تنش نهایی خود قرار بگیرد به طور ناگهانی و بدون تغییر مقاومت با گسیختگی خزشی روبرو خواهد شد. اما در مورد میلگردهای FRP و GFRP گفته می شود که اگر تنش اعمالی به آن ها کمتر از 60 درصد مقاومت نهایی باشد، گسیختگی خزشی رخ نخواهد داد.

مقاومت بالا در برابر خستگی

به سیکل های متناوب بارگذاری یک سازه میزان خستگی آن سازه گفته می شود. مقاومت کامپوزیت FRP در برابر این سیکل ها بسیار بالاست و همین موضوع باعث شده تا از این الیاف برای صنعت هوافضا بیشترین استفاده شود. در مقابل فولاد مقاومت کمتری در برابر این سیکل ها دارد. البته تحقیقات نشان می دهد که GFRP بر خلال FRP مقاومت در برابر خستگی کمتری دارد و این مقاومت از فولاد هم کمتر است.

چسبندگی بالا

یکی از موضوعاتی که کار با میلگردهای کامپوزیتی را ساده تر می کند چسبندگی بالای آنهاست. نتایج تحقیقات نشان می دهد که چسبندگی الیاف FRP در برخورد با بتن بسیار بالاست. براي افزايش چسبندگي بين الیاف تقويتي و ماتريس رزين، از اصلاح سطحي نیز استفاده مي‌شود.

سخن پایانی ؛ مقاوم سازی مدرن با الیاف FRP و GFRP

در این مقاله به موضوع بسیار مهم مقاوم سازی تیرها با میلگردهای FRP و GFRP پرداختیم. استفاده از این میلگردها کار ساختمان سازی را بسیار ساده تر کرده است و بسیاری از هزینه ها را هم کاهش داده است. از طرفی این میلگردها باعث افزایش مقاومت سازه ها در برابر زلزله می شوند. نارسانا بودن این الیاف هم باعث شده تا در بسیاری از سازه ها یک انتخاب بدون جایگزین باشند.