مقاوم سازی با FRP
مقاوم سازی با FRP به صورتی است که سیستم های پلیمر مسلح شده با الیاف (Fibre-reinforced plastic or polymer) با نام اختصاری FRP در دنیا معرفی شدند که به دلیل داشتن دو جزء الیاف و ماده چسباننده به عنوان نوعی ماده مرکب یا کامپوزیت به شمار می روند.
تاریخچه استفاده از مقاوم سازی با FRP
استفاده از FRP به منظور مقاوم سازی و تقویت سازه های بتنی در اواسط دهه 80 میلادی در اروپا و ژاپن آغاز شد. در این سال ها ، پژوهش های زیادی به منظور استفاده بهینه از این مواد و همچنین توسعه کاربرد FRP در سازه ها و زیرساخت ها در شرایط محیطی مختلف انجام شده است که نتیجه آن تدوین آئین نامه های مختلف در حوزه بهسازی و طراحی مقاوم سازی می باشد . در ده سال گذشته انجمن مهندسین ژاپن (JSCE)چند گزارش در رابطه با نحوه طراحی سیستم های FRP ارائه داده است.
به طور همزمان در اروپا سازمان بین المللی سازه های بتنی (FIB)مجموعه ای برای اصول مقاوم سازی و طراحی سازه های بتنی با مصالح FRP ارائه داده است. انجمن استاندارد کانادا (CSA) نیز مجموعه های مشابهی را به منظور مقاوم سازی ساختمان های بتنی تدوین نموده است. در ایالات متحده مقاوم سازیFRP به عهده انجمن بتن آمریکا (ACI) واگذار شده که کمیته 440 ، هفت آئین نامه و دستور طراحی تدوین نموده است.
کاربرد FRP در مقاوم سازی اعضای بتنی
- *مقاوم سازی یک عضو سازه ای خسارت دیده
- *مقاوم سازی یک عضو سالم
- *رفع اشکالات اجرایی در سازه های در حال ساخت
- *ساخت اعضای سازه ای جدید
(مقاوم سازی تیروستون)
استفاده از خاصیت محبوس کنندگی برای افزایش مقاومت فشاری در ستون و افزایش مقاومت برشی وخمشی در تیر
مزایای استفاده از مقاوم سازی با FRP
* مقاومت کششی بسیار زیاد مزیت اصلی کاربرد در مقاوم سازی
مقاومت الیاف FRP دست کم دو برابر مقاومت فولاد است که این مقدار ممکن است تا 10 برابر نیز افزایش یابد، در حالیکه که وزن آنها فقط 20درصد وزن فولاد است. وزن کم این مواد سبب می شود که جابجایی و حمل و نقل آنها راحت تر باشد و هزینۀ استفاده از آنها و نیروی کار در اجرای مقاوم سازی، کاهش یابد.
* مقاومت زیاد در برابر خوردگی
مقاوم بودن آنها دربرابر خوردگی، سبب دوام و پایا بودن عملکرد آنهاست.
دیگر مزیت های FRP عبارت است از :
*قابلیت تغییر شکل بالا که موجب کاربرد راحت تر در فضا ها با دسترسی محدود در اجرای مقاوم سازی شده است.
*سختی متغیر که متناسب با نیازها و شرایط طراحی تعیین می شود.
*عدم نیاز به داربست و جک برای اجرای مقاوم سازی.
*به حداقل رساندن عملیات تخریب و عدم تغییر در معماری سازه در هنگام مقاوم سازی
*پوشش مناسب اتصالات
*سرعت اجرای مقاوم سازی بسیار بالا در مقایسه با روش ژاکت فولادی
* نبود مشکلات رایج در روش مقاوم سازی ژاکت فولادی از جمله : مشکل زنگ زدگی ورق های فولادی ، عدم سازگاری مناسب بتن و فولاد ، مشکلات جوش سربالا و غیر استاندارد و…
مشخصات مکانیکی FRP :
الیاف FRP به سه نوع GFRP (الیاف شیشه) الیاف کربن
) و AFRP (الیاف آرامید) دسته بندی می شود.
رزین های مورد استفاده هم عبارتند از: پلی استر، ونیل استر و اپوکسی
مشخصات مکانیکی انواع الیاف
| جنس | مدولالاستیسیته
(GPa) |
مقاومت کششی
(MPa) |
حدنهایی کرنش
کششی (%) |
| کربن | |||
| با مقاومت زیاد | 235-215 | 4800-3500 | 2-4/1 |
| بامقاومت بسیارزیاد | 235-215 | 6000-3500 | 3/2-5/1 |
| با مدول زیاد | 500-350 | 3100-2500 | 9/0-5/0 |
| با مدول بسیار زیاد | 700-500 | 2400-2100 | 4/0-2/0 |
| شیشه | |||
| E | 70 | 3000-1900 | 5 |
| S | 90-85 | 4800-3500 | 5/5-5/4 |
| آرامید | |||
| با مدول متوسط | 80-70 | 4100-3500 | 5-3/4 |
| با مدول زیاد | 130-115 | 4000-3500 | 5/3-5/2 |
مقاوم سازی با frp توسط مجموعه بیکران سازان شمال انجام می شود. جهت دریافت مشاوره رایگان و استعلام قیمت با شماره تلفن ۸۸۷۹۷۹۲۸-۰۲۱ تماس بگیرید.
مقاوم سازی تیر و ستون بتنی با استفاده از FRP
الف- رفتار خمشی تیر مقاوم سازی با FRP
تیرهای بتن آرمهء تحت خمش و همچنین تغییراتی را که در مراحل مختلف بارگذاری درمقادیر تنش وکرنش مقاطع حاصل میشود می توان تحت اثر بارهای متمرکز مورد بررسی قرارداد. منحنی نیرو-تغییر مکان در این تیرها دارای سه شیب متفاوت است بخش اول منحنی مربوط به حد فاصل ترک خوردن بتن کششی است که در این مرحله سختی تیر زیاد است( مشابه تیر تقویت نشده ) بخش دوم مربوط به حد فاصل ترک خوردگی بتن کششی تا هنگام جاری شدن میلگرد است که شیب نمودار کاهش می یابد ، ولی همچنان سختی آن نسبت به تیر تقویت نشده بیشتر می باشد و بخش سوم مربوط به حد فاصل تسلیم میلگردها تا گسیختگی FRP ویا جداشدگی FRP از سطح بتن است.
ب- رفتار برشی تیر مقاوم سازی با FRP
اگر یک تیر بتنی در تحمل برش ضعیف باشد یا پس از مقاوم سازی خمشی، ظرفیت برشی آن در تحمل نیروهای برشی نسبت به ظرفیت خمشی ، ضعیف تر باشد باید مقاوم سازی برشی آن هم مد نظر قرار گیرد. مقاوم سازی برشی در بیشتر موارد ، یک مرحله کلیدی و اساسی در مقاوم سازی موثر تیرهای بتنی است.
استفاده از صفحه زیرین FRP برای مقاوم سازی خمشی تیرهای بتن مسلح تاثیر چندانی در افزایش مقاومت برشی آنها ندارد، بنابراین از اثر مقاوم سازی خمشی تیرها هنگام طراحی برای مقاوم سازی برشی صرف نظر می شود .
در اینجا باید تاکید شود هرچند الیاف چسبانده شده به سطوح جانبی در راستای طول تیر کمک شایانی به ظرفیت برشی تیر نمی کند اما الیاف چسبانده شده به این وجوه تحت زوایای دیگر، در افزایش مقاومت برشی تیر سهیم می شوند. بیشتر زوایا برای چسباندن الیاف به وجوه جانبی به جز زاویه موازی با ترک های برشی، در مهار کردن و کاهش دادن عرض ترک ها مفید و موثرند.
<>طرح های مختلفی برای استفاده از مصالح FRP در مقاوم سازی برشی پیشنهاد شده است . این طرح ها شامل چسباندن FRP به سطوح جانبی تیر، استفاده از پوشش U شکل برای سطوح جانبی(U-JACKET) وسطح زیرین تیر و نیز دورپیچ کردن دور مقطع با استفاده از الیاف و نوارهای FRP است.
مقاوم سازی و افزایش مقاومت برشی تیر با استفاده از پوشش Uشکل برای سطوح جانبی (U-JACKET)
با توجه به مدول الاستیسیته بالای مواد FRP چسباندن آنها برروی تیر ، سبب افزایش سختی و کاهش خیز تیر می شود . همچنین مواد FRP تا لحظه گسیختگی رفتار تنش-کرنش خطی از خود نشان میدهند و بدون جذب انرژی کافی وعدم دارا بودن ناحیه تسلیم شبیه ناحیه تسلیم فولاد ، دچار گسیختگی می شوند.
بنابراین مقاوم سازی و نصب آنها برروی تیر سبب کاهش شکل پذیری و مقدار جذب انرژی می شود شایان ذکراست کاهش انرژی جذب شده در اصل به علت تسلیم شدن موضعی میلگردهای طولی در محدوده گسیختگی FRP است چرا که در تیرهای مقاوم سازی نشده تیر در محدوده ای وسیع ترک می خورد و میلگردها به تسلیم می رسند، در حالیکه در تیر های تقویت شده میلگردها فقط در مرحله گسیختگی FRP تغییر شکل می دهند و انرژی جذب می کنند . به طورکلی با افزایش لایه های FRP از شکل پذیری تیر کاسته می شود.
بنابراین با توجه به اینکه مقدار کرنش نهایی مواد FRP در مقایسه با فولاد بسیار زیاد است هنگامی که این مواد بوسیله اپوکسی به سطح کششی تیر برای مقاوم سازی و تقویت خمشی چسبیده می شود قبل از آنکه کامپوزیت FRP شروع به تحمل بار زیادی کند ، فولاد به حالت تسلیم خود می رسد.
بنابراین افزایش سختی تیر یا بار تسلیم آن بدون افزایش سطح مقطع FRP ، برای همکاری بیشتر در باربری تیر، قبل از به تسلیم رسیدن فولاد ممکن نیست. به طور کلی مقاوم سازی و تقویت تیر با سیستم FRP سبب افزایش ظرفیت نهایی مقطع می شود.
استفاده از صفحه زیرین FRP برای مقاوم سازی خمشی تیرهای بتن مسلح
ج-افزایش ظرفیت تغییر شکل در ستون مقاوم سازی با FRP
با نزدیک شدن تنش به حد مقاومت فشاری بتن ، ترک هایی در داخل بتن ایجاد می گردد و بتن در جهت عمود بر جهت اعمال نیرو از هم باز می شود. در این حالت اگر بوسیله میلگرد عرضی و یا هر ابزار دیگری مانع از حرکت عرضی بتن شویم بر مقاومت و شکل پذیری بتن افزوده می گردد.
نمونه ای از عملکرد محصورکننده الیاف شیشه (GFRP)در افزایش مقاومت و شکل پذیری نمونه های استوانه ای در شکل زیر ارائه شده است. در این آزمایش ها که در دانشگاه صنعتی شریف انجام شد، با افزودن لایه هایی از الیاف شیشه توانستیم مقاومت نهایی را تا حد دو برابر افزایش دهیم اما اثر خیلی مهمتر الیاف در این بود که ظرفیت تغییر شکل بتن را از حدود 6000 میکروکرنش برای بتن نا محصور به حدود 35000 میکروکرنش برای بتنمقاوم سازی شده افزایش داد.
بدین ترتیب اگر تیرها و ستونهای مجاور گره یک قاب بتنی را با این روش مقاوم سازی کنیم باید انتظار داشت ظرفیت جابجایی آن حدوداً 5 برابر شود. به عبارت دیگر حد پذیرش تغییرشکل چنین سازه هایی در زلزله سطح خطر مورد نظر به میزان پنج برابر افزایش می یابد.
استفاده از خاصیت محبوس کنندگی برای افزایش مقاومت فشاری در ستون
كاربردهاي ميلگرد FRP در نوسازی و مقاوم سازی
ميلگرد FRP در واقع الياف كامپوزيتي مسلح پيچيده شده اي است كه داراي مقاومت بسيار بالا در برابر خوردگي، خاصيت عدم هدايت الكتريكي و وزن سبك (حدود يك چهارم وزن ميلگردهاي فولادي) مي باشد.
این میلگردها براي ايجاد اتصالات باربر، مقاوم سازي و مسلح كردن اجزاي سازه هاي بتني و چوبي به کار میرود. استفاده گستردۀ اين ميلگردها به صورت جايگزين كردن ميلگردهاي فولادي با ميلگردهاي FRP در تير، ستون و دال ساختمان هاي بتني مي باشد. براي ارتباط ميلگردهاي FRP با اجزاي سازه اي اكثراً از چسب هاي اپوكسي استفاده مي شود.
سوالات متداول مقاوم سازی با FRP
مقاوم سازی سازه های فولادی با FRP چندان متداول نیست و تا کنون مانند کاربردی که در مقاوم سازی سازه های بتنی دارد، مورد توجه قرار نگرفته است. اما پیش بینی می شود که در آینده این روش برای مقاوم سازی ساختمان های فولادی نیز محبوب گردد.
محصولات FRP به شکل نوار (strip)، ورق (sheet)، پوشش لمینت (laminate) و همچنین میلگرد برای مقاوم سازی سازه های مختلف تولید می شوند.
سهولت در حمل و نقل و اجرا، قیمت مناسب و کاهش زمان فرایند مقاوم سازی از دلایل محبوبیت مقاوم سازی با الیاف FRP است.
هزینه ی مقاوم سازی با FRP به صورت دقیق پس از بررسی کارشناسان و مشخص شدن عوامل تاثیرگذار بر قیمت مقاوم سازی تعیین می گردد. برخی از این عوامل تاثیرگذار بر قیمت، نوع اسکلت سازه، قدمت و نقص های موجود در ساختمان می باشند.
FRP مخفف کلمه Fiber reinforced polymer به معنای پلیمر تسلیح شده با الیاف است.
FRP از دو بخش ماتریس (رزین FRP) و فیبر (الیاف FRP) تشکیل شده است که کاربردهای مختلفی در صنایع ساختمان سازی دارد.
[…] همینطور از یک لایه چسب اصلی لزجت بالا برای لبریز نمودن نقص و فرج به کارگیری میکنیم. پیش از چسباندن صفحه های اف آر پی نقص و فرج موجود در سطح عمل باید حساس استعمال از یک ماده مطلوب تماما لبریز شوند. آن‌گاه سطح را باید از غبار و زنگ و سایر زوائد پاکسازی کرد. به خواسته اجرای FRP، نخست می بایست محل مورد حیث را که مبتلا آسیب شده و یا این که تهیدست تقویت است شناسایی کرد و بتنهای آسیب چشم را کنار گذاشت. انجمن استاندارد کانادا (CSA) نیز گروه های مشابهی را به مراد مقاوم سازی ساختمان های بتنی تدوین کردن نموده است. به مراد ارتقاء پیوند میان تراز گزینه نظر و کاغذ FRP از یک لایه پرایمر اپوکسی به کار گیری میکنیم. در نهایت اهمیت هوادهی، تراز گزینه حیث را به طور کامل پاک میکنیم. مقدار اثربخشی مقاوم سازی بنا کلیدی FRP به طور کلی به انتقال بنیادی تنش از بتن به ورق های FRP توسط سطح مشترک بستگی دارد. کاشت میلگرد ، کرگیری ، ترمیم بتن ، الیاف کربن ، الیاف شیشه ، چسب کاشت میلگرد ، برش بتن ، frpمقاوم سازی ساختمان یکی از از اصول لازم و اضطراری در اجرای ساختمان ها و بنا ها و یا این که سپس از اتمام ساختمان می باشد و یک عدد از راهکارهای کلیدی و اضطراری در برابر زمین لرزه و مقاومت در برابر لرزش می باشد. در حالی که ماتریس نقش باربری مکانیکی ندارد و فقط می بایست از الیاف در علیه خوردگی، عامل ها محیطی و آسیب دیدن نگهداری نماید. آزمایش ها ، طراحی و کارگزاری سیستمهای مقاوم سازی مهم FRP در طی سی سال نشان داده می باشد که در صورت به کارگیری صحیح، کامپوزیت FRP می تواند به تیتر یک استراتژی بهسازی و مقاوم سازی اثرگذار در نظر گرفته شود.الیاف FRP نقش اهمیت در مقاومت و مشخصات مکانیکی مادهی مرکب دارد و وظیفه ی رزین به نیز متصل کردن الیاف FRP و مراقبت از آن ها در برابر عامل ها محیطی است.کامپوزیت های FRP برحسب جور الیاف FRP معمول مورد استفاده(کربن، شیشه و آرامید)، به سه گونه CFRP و GFRP و AFRP تقسیم میشوند. اگر‌چه به کارگیری از کامپوزیت الیاف به جهت مقاومسازی بهمنظور تجدید ساختمانها مستلزم ارائه طراحی مناسب، رهنمودها و جزییات است، ولی می بایست اطمینان حاصل شود طرح ارائهشده از نحوه و مصالح مطلوب استعمال میکند. مزایای ارائهشده از کامپوزیت FRP نشان می‌دهد که آنها در آینده نقش به سزایی در پروژههای ساختمانسازی خواهند داشت. بعلاوه، زلزله های آخر در بخشها شهری به وضوح نشان داد که تقویت و مقاوم سازی ساختمان امری میباشد اجتناب ناپذیر. 2. مقاوم سازی اصلی FRP نیاز به تخریب بخشهایی از سازه در مقایسه حیاتی بقیه روشهای مقاوم سازی ندارد. 6. ستون ها: FRP را کامل اطراف ستون پوشش دهید تا به مقاومت مورد نیاز برسید. در اینجا عمده به بررسی وب وبسایت فیلم مقاوم سازی ستون با frp. […]
[…] FRP در اکثر موارد ارزانتر از بقیه روش های مقاوم سازی مقاوم سازی کلیدی روش frp است. 4. مقاوم سازی اصلی FRP در عمده موردها ارزانتر از سایر […]
[…] مهار و از تاثیر تغییر رخ برشی بر بر روی ظرفیت آن مقاوم سازی اساسی الیاف frp پرهیز می شود. در نتیجه ها به دست آمده از باز‌نگری […]
[…] اهمیت گذشت زمان امکان های اهمیت بنا نظیر پایداری , مقاوم سازی بنا های بتنی دارای frp در برابر زلزله مقاومت و استحکام را از دست می دهند و امکان سرویس رسانی […]