يكشنبه، 28 شهریور 1400
Menu

بهسازی تیرهای بتنی

تیرها عموما بصورت افقی و یا شیبدار در سازه قرار می گیرند و بارهای قائم وارده بر محور خود را به ستونها منتقل می نمایند. در سازه های با قاب خمشی، تیرها علاوه بر تحمل بارهای ثقلی باید بارهای جانبی ناشی از زلزله را نیز تحمل نمایند. در زلزله های شدید ستونها نباید آسیبی ببینند و مفصل های خمیری خمشی و برشی باید به تیرها و یا بادبندها منتقل شوند. بدین منظور به هنگام مقاوم سازی، همواره تیر مقاوم سازی شده نباید قوی تر از ستون متصل به آن باشد. معایب تیرها بر اثر طراحی نادرست، جزئیات ناقص، ساخت نامناسب و کیفیت پایین مصالح می باشد. بر اساس نوع تیر (بتنی یا فولادی) و معایب آن روش های متعددی برای بهسازی تیرها وجود دارد که در ادامه به آن پرداخته شده است

عوامل موثر در انتخاب طرح مقاوم سازی تیر های بتنی مسلح

میزان دسترسی به تیر در محل دسترسی به کل محیط تیر وضعیت بارهای وارده بارهای یکنواخت، بارهای متناوب و رفت و برگشتی. میزان افزایش مقاومت برشی و خمشی مورد نیاز . دسترسی به انواع مصالح برای مقاوم سازی. ملاحظات اقتصادی در برخی موارد ارزانترین روش، بهترین انتخاب است اما گاهی اوقات کار باید در کوتاه ترین زمان ممکن تمام شود .در بعضی از موارد ابعاد هندسی مقاطع نباید بزرگ شود و گاهی نیز از مصالحی باید استفاده نمود که دوام و مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارند.

 

مرمت موضعی تیرهای بتنی مسلح

در مواردی که ترک جزئی (افقی یا قطری) بدون اثر خردشدگی بتن و آسیب در آماتور دیده شود، میتوان با تزریق اپوکسی یا دوغاب سیمان نسبت به مرمت عضو آسیب دیده اقدام نمود. عمل تزریق در تیرها جهت مرمت ترک های جزئی بکار می رود، ماده تعمیری شامل دو جزء میباشد اول ماده چسب مثل اپوکسی، پولی استر، پولی یورتان، اکریلیک و ... ، دوم ماده پرکننده تکنیک تزریق اپوکسی ساده و سریع است .مرمت اعضای سازه ای با تزریق اپوکسی، جهت ایجاد پایداری در کل سیستم در مقابل زلزله دارای محدودیت هایی است اگر بیش از ۲۵ % كل اعضاء مرمت شوند، دیگر سازه دارای کیفیت سازه اولیه نخواهد بود . در این حالت باید علاوه بر تزریق اپوکسی تدابیر دیگری نیز جهت مرمت و تقویت اندیشیده شود.

 




تعمیر و بازسازی مقطع آسیب دیده تیرها

روش مناسب تعمیر بستگی به وسعت خرابی دارد . بطور کلی روش های تعمیر به قرار زیر می باشند:

 تعمیر دستی یا ماله کشی در مواردی که آسیب دیدگی در نقاط متعدد و در وسعت کم است، پاشیدن بتن معمولا در مورد تعمیر سطوح وسیع مورد استفاده قرار می گیرد، قالب بندی مجدد در مواردی که قسمت زیادی از عضو آسیب دیده نیاز به مواد تعمیری دارد در صورت مشاهده خردشدگی یا گسیختگی آماتور در تیر باید تعمیر انجام گیرد، قبل از جدا کردن بتن خردشده یا آرماتورگسیخته شده باید تیر آسیب دیده را توسط تکیه گاه های موقت مهار نمود .تراکم بتن در تیرها دقت خاصی می خواهد تراکم بتن در قسمت های تحتانی تیر از سایر مواضع دیگر دشوارتر است. وقتی خرابی بیش از حدود قبلی باشد تقویت و مرمت قسمت های آسیب دیده از طریق زره پوش کردن عضو به یکی از روشهایی که در زیر توضیح داده خواهد شد انجام می شود.شکست های برشی و خمشی، دو حالت عمده شکست در تیرهای بتن مسلح می باشند.

شکست خمشی عموما نسبت به شکست برشی، ارجح است زیرا رفتار شکل پذیرتری از خود نشان می دهد. شکست نرم امکان پخش مجدد بتن را فراهم می آورد و به کاربران و حاضران در محل نیز فرصت بیشتری برای پی بردن به وضعیت بحرانی تیر می دهد. همچنین خرابی تیر بتن مسلح می­تواند به علت تهاجم یونهای شیمیایی صورت بگیرد(خوردگی). برای تقویت تیرهای بتن مسلح می توان از راهکارهای زیر استفاده نمود.

1. روکش بتن مسلح (CONCRETE JACKET)

۲. روکش فولادی (STEEL JACKET)

٣. روکش FRP

 

روکش بتن مسلح (CONCRETE JACKET)

استفاده از ژاکت بتنی در واقع افزایش ابعاد مقطع برای افزایش مقاومت خمشی و برشی تیر بتنی است. تیرهای تقویت شده با سیستم ژاکت بتنی، شکست خمشی مشابه تیرهای مرجع ارائه می دهند. سیستم ژاکت بتنی اعمال شده می تواند شکل پذیری را بهبود بخشد در حالی که رویکرد مقاوم سازی با ورق های طولی FRP نمی تواند شکل پذیری کافی را فراهم نماید. بنابراین، ژاکت بتن آرمه را می توان در مناطق لرزہ خیز به عنوان جایگزینی برای روش FRP استفاده کرد. شاید بتوان گفت که این روش، قدیمی ترین روش مقاوم سازی اجزای بتنی است که هم در مورد ستون ها و هم تیرها به کار برده شده است . در این تکنیک با قالب بندی مجدد دور مقطع اصلی و آرماتورگذاری آن ابعاد مقطع افزایش می یابد . برای پیوستگی بین بتن قدیم و بتن ژاکت پیشنهاد شده است که مقاومت بتن ژاکت بتنی باید حداقل ۵ مگاپاسکال بیشتر از بتن موجود باشد. ژاکت بتنی را می توان در سه وجه تیر و همچنین چهار وجه تیر بکار برد که در شکل جزییات آن نشان داده شده است.

 






 

  

 

 

روکش فولادی (STEEL JACKET)

برای تقویت خمشی تیر بتنی می‌توان ورق‌هایی به ضخامت حداکثر 3 سانتی متر را با رزین اپوکسی به وجه کششی تیر چسباند. چسباندن ورق به وجه قائم تیرها در نزدیکی تکیه‌گاه ها موجب افزایش ظرفیت برشی و چسباندن ورق به بال تحتانی موجب افزایش ظرفیت خمشی تیرمی‌گردد . در صورت نیاز به استفاده از ورقه‌هایی با ضخامت بیشتر باید از آرماتورها و بولت های مهاری برای انتقال برش استفاده نمود. در این حالت نیز توصیه می‌شود ابتدا ورق فولادی با چسب اپوکسی چسبانده شده و بعد آرماتور‌ها به صورت میانگذار یا کاشته شده مورد استفاده قرار گیرد.

 

 

 

 


روکش FRP

با توجه به اینکه الیاف FRP مقاومت کششی بسیار بالایی نسبت به ورقهای فولادی دارند (در حدود 10 برابر)، استفاده از این الیاف برای تقویت خمشی و مقاوم سازی تیرهای بتنی گزینه مناسبی است.

با چسباندن صفحات FRP  به قسمت تحتانی تیر بتنی (بخشی که به کشش می افتد) که تحت نیروی خمشی قرار گرفته، مقاومت خمشی تیر به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.

نتایج آزمایشات مختلف نشان می‌دهد که سختی تیرهای بتنی تقویت شده با الیاف کربن یا شیشه CFRP و GFRP، بعد از ترک خوردگی بسیار بیشتر از سختی تیرهای تقویت نشده بعد از ترک خوردگی است که این مسئله در هنگام زلزله بسیار کار آمد و مفید است.

اتصال مصالح FRP به ناحيه كششي بتن به طوري كه راستاي الياف آن در جهت طولي يك عضو خمشي باشد، باعث افزايش مقاومت خمشي آن عضو ميگردد و در صورتی که راستاي الياف عمود بر محور طولي تير يا مايل باشد (نقش رکابی خارجی U شکل) موجب افزایش مقاومت برشی تیر می شود.

 



 

مزایای روش مقاوم سازی تیر بتنی توسط FRP

افزایش مقاومت خمشی تیر

افزایش مقاومت برشی تیر

افزایش شکل پذیری تیر

افزایش مقاومت در برابر خوردگی

افزایش دوام و عمر

کنترل عرض ترک

ضخامت کم ورقه های FRP و عدم تغیر قابل توجه در ابعاد تیر

سهولت در اجرا

ترمیم ناشی از خوردگی

تقویت برشی تیر بتنی با FRP

استفاده از الیاف FRP به صورت رکابی‌های خارجی، سبب افزایش مقاومت و تقویت تیرهای بتنی با در سازه‌های بتن آرمه می‌شود. در این روش صفحات FRP ‌به وجوه جانبی تیر چسبانده می‌شود به طوری که راستای الیاف عمود بر محور طولی تیر یا مایل باشد. برای داشتن رکابی خارجی U ‌شکل، مصالح FRP  به صورت ممتد روی دو وجه جانبی و زیر تیر نصب می‌شود که این امر سبب بهبود مهاری تقویت خمشی FRP ‌نیز می‌شود. برای افزایش کارآیی تقویت‌های برشی، تامین مهار انتهایی لازم است.

 

 


با توجه به اینکه طول موجود برای نصب رکابی‌های FRP،  به ارتفاع تیر محدود می‌شود، بتن موجود باید از کیفیت مناسبی برخوردار باشد. سطح بتن باید متناسب با نیازمندی‌های مصالح FRP‌ مورد استفاده و در صورت لزوم ترمیم شود. به منظور پرهیز از گسیختگی رکابی‌های FRP در اثر تمرکز تنش در گوشه‌های مقطع تیر، این گوشه‌ها باید به شعاع حداقل ۳۰ میلی‌متر گرد شوند.

 

تقویت خمشی تیر بتنی

اتصال مصالح FRP به ناحيه كششي بتن به طوري كه راستاي الياف آن در جهت طولي يك عضو خمشي باشد، باعث افزايش مقاومت خمشي آن عضو مي گردد. مباحث اين بخش افزايش مقاومت خمشي اعضاي قاب خمشي شكل پذير مقاوم در برابر زلزله را كه انتظار تشكيل مفصل پلاستيك در آن باشد، در بر نمي گيرد. در طراحي اين حالات بايد رفتار قاب تقويت شده با در نظر گرفتن كاهش قابل توجه چرخش و انحنا در قسمت هاي تقويت شده مورد بررسي قرار گيرد . همچنين در اين وضعيت تاثير بارهاي متناوب بر مصالح FRP نيز بايد بررسي شود.