مقاوم سازی بوسیله FRP

افزایش مقاومت خمشی ، برشی وظرفیت تغییر شکل تیروافزایش مقاومت فشاری ستون تقویت شده با کامپوزیت FRP

الف- رفتار خمشی تیر تقویت شده 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.

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 نسب 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 تقویت 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 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 تقویت تیر با سیستم FRP  سبب افزایش ظرفیت نهایی مقطع می شود.

استفاده از صفحه زیرین FRP برای مقاوم سازی خمشی تیرهای بتن مسلح

ب- رفتار برشی تیر تقویت شده 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.

افزایش مقاومت برشی تیر با استفاده از پوشش Uشکل برای سطوح جانبی (U-JACKET)

ج-افزایش ظرفیت تغییر شکل و تاثیر محصورکنندگی در ستون تقویت شده 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 بتن محصور افزایش داد.بدین ترتیب اگر تیرها و ستونهای مجاور گره یک قاب بتنی را با این روش محصور کنیم باید انتظار داشت ظرفیت جابجایی آن حدودا" 5 برابر شود. به عبارت دیگر حد پذیرش جابجایی 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

در لینک زیر میتوانید راهنمای طراحی و ضوابط اجرایی بهسازی ساختمان های بتنی موجود با استفاده از  FRP مصالح تقویتی را که به صورت pdf در121 است دانلود کنید !

دانلود