American Concrete Institute

راهنماي طراحي و اجراي تقويت سازه هاي بتني با كمك چسباندن سيستم FRP به صورت خارجي

پليمرهاي تقويت شده به وسيله الياف (FRP ) به عنوان يك جايگزين براي روشهاي مقاومسازي قديمي مانند چسباندن صفحات فولادي چسبيده ، افزايش سطح مقطع و پيش تنيدگي خارجي ، براي سازه هاي بتني پديدار شده است .

سيستمهاي مقاومسازي FRP از مواد كامپوزيتي FRP به صورت يك عضو تقويت كننده اضافي چسبيده به خارج قطعه استفاده مي كنند .

سيستمهاي FRP مزايايي نسبت به روشهاي مقاومسازي سنتي داشته كه عبارتند از :

سبك بودن ،

روش نصب نسبتا آسان

و دارا بودن مقاومت لازم در برابر خوردگي .

به جهت خصوصيات و رفتار ويژه مواد FRP ، وجود يك راهنما در نحوه استفاده و اجراي اين مواد ضروري مي باشد . اين نوشته اطلاعات جامعي در مورد تاريخچه و نحوه استفاده از سيستمهاي FRP ، خصوصيات ويژه اين مواد ، توصيه ها و پيشنهادهاي كميته در طراحي ، اجرا و نظارت و بررسي اين سيستمها به جهت تقويت سازه هاي بتني ارائه مي كند . راهنماي مورد نظر بر اساس دانش بدست آمده از تحقيقات ، آزمايشها و پروژه هاي مختلف در سراسر دنيا ، پايه ريزي شده است .

سيستمهاي FRP مي توانند براي ترميم و بازسازي يا بازگرداندن مقاومت المان سازه اي ضعيف شده مورد استفاده قرار گرفته و يا جهت    بهينه سازي و مقاومتر كردن اعضاي سازه بدون عيب جهت تحمل بار بيشتر بدليل تغيير در نوع كاربرد آن و يا در جهت مورد توجه قرار دادن ايرادهاي طراحي و يا اجرا استفاده گردند . يك مهندس بايد قبل از انتخاب سيستم FRP بررسي كند كه آيا استفاده از اين سيستم جهت مقاومسازي ، روش مناسبي است يا خير .

جهت اين ارزيابي مهندس بايد ظرفيت باربري سازه ، نقايص و كمبودهاي آن را مشخص كرده و شرايط بتن بستر را معين كند . كليات اين ارزيابي بايد شامل بررسي و بازبيني دقيق ، مرور طراحي موجود يا جزئيات اجراي سازه و يك آناليز بر اساس ACI 364.1R  باشد .

منظور از جزئيات  مواردي شامل طراحي ها ، خصوصيات ، اطلاعات اجراي سازه ، گزارش آزمايشات ، تعميرهاي پيشين و تاريخچه نگهداري سازه مي باشد . مهندس بايد كليه تحقيقات و بازرسي هاي خود را در مورد سازه موجود بر اساس ACI 437R يا ديگر آيين نامه هاي در دسترس هدايت نمايد . مقاومت فشاري بتن در سطوحي كه FRP بر روي آن نصب مي شود بايد توسط آزمايش مقاومت چسبندگي كششي بر اساس ACI 503R بررسي شده و كنترل گردد .

بعلاوه اساس تحقيقات بايد توسط موارد زير مشخص شود :

-اندازه و ابعاد اعضاي سازه

-محل ، اندازه و علت تركها و پوسته پوسته شدنها

-محل و ميزان خوردگي فولاد

-مقدار و محل قرارگيري فولاد موجود

-مقاومت فشاري درجاي بتن

-استحكام بتن علی الخصوص پوشش بتنی در تمام نواحی که سیستم FRP بر روی آن نصب می شود.         

مقدار ظرفيت باربري سازه موجود بايد بر اساس اطلاعات گردآوري شده از تحقيقات و بازرسي ها و مرور جزئيات و مؤلفه هاي موجود بوده و      به وسيله روشهاي عددي مناسب ، محاسبه شود . استفاده از آزمايشهاي بارگذاري يا ديگر روشها مي تواند در صورت مناسب به نظر رسيدن ، به عنوان ضميمه اي جهت روند محاسبه كلي پذيرفته شود . مهندس بايد جهت اطمينان از انتخاب سيستم FRP و پوشش محافظ مناسب ، با سازندگان اين سيستم مشاوره نموده و از بروشورهاي آنها استفاده نمايد . سيستمهاي FRP چسبيده به صورت خارجي جهت مقاومسازي و ترميم سازه هاي بتني موجود از حدود اواسط سال 1980 ميلادي مورد استفاده قرار گرفت .

تعداد پروژه هايي كه از سيستمهاي FRP در سراسر جهان استفاده مي كنند ، به طور چشمگيري از ده سال پيش تا هزاره اخير رشد نموده است . اعضاي سازه اي كه توسط سيستمهاي FRP چسبيده به صورت خارجي  مقاومسازي مي شوند عبارتند از تيرها ، دال ها ،     ستون ها ، ديوارها ، اتصالات ، كوره ها و دود كش ها ، طاقها ، گنبدها ، تونلها ، سيلوها ، لوله ها و خرپاها .

سيستم هاي FRP همچنين جهت تقويت سازه هاي بنايي ، چوبي ، فولادي و چدني مورد استفاده قرار گرفته اند .

ايده مقاومسازي سازه هاي بتني به وسيله چسباندن تقويت كننده ها به صورت خارجي ، يك ايده جديد نمي باشد . سيستم هاي FRP چسبيده به صورت خارجي با جايگزيني FRP به جاي تقويت كننده هاي ديگر مانند صفحات فولادي و پوششهاي بتني ، شكل گرفته است . اولين مرحله استفاده از سيستم هاي FRP چسبيده به صورت خارجي جهت تقويت سازه هاي بتني در سال 1980 در اروپا و ژاپن به طور همزمان صورت گرفت.

Japanese Society for Civil Engineering

توصيه هاي انجمن مهندسين عمران ژاپن در مورد مقاومسازي 

   سازه هاي بتني با استفاده از ورقه هاي اليافي

از سال 1995 ، بعد از زلزله هانشين (Hanshin) ، استفاده از FRP به واسطه مقاومت بالا ، وزن كم و آساني نصب ، جهت مقاومسازي     سازه هاي بتن آرمه در ژاپن رواج پيدا كرد .

مؤسسه هاي مختلف در ژاپن ، مانند انجمن تحقيقات حرفه اي راه آهن (RTRI) ، مؤسسه بزرگراههاي ژاپن (JHPC) و ديگر مؤسسات اجرايي و حمل و نقل ، عملكرد ورقه هاي FRP را بر تقويت سازه هاي بتن آرمه بررسي نموده و هر كدام بسته به نوع كاربردشان از اين ورقه ها ، راهنماهاي خاصي را منتشر نمودند . با توجه به اهميت و توسعه استفاده از ورقه هاي FRP در ژاپن ، انجمن مهندسين عمران ژاپن (JSCE) ، يك راهنماي جامع و كلي را جهت ترميم و تقويت سازه هاي بتني موجود ، ارائه نمود . اين آيين نامه بعد از انجام تحقيقات فراوان و اصلاح راهنماهاي قبلي در سال 2000 به چاپ رسيد . ترجمه انگليسي اين آيين نامه در آپريل 2001 منتشر گرديد .

اين آيين نامه به دو بخش اصلي :

1- طراحي و ساخت 

2- روشهاي آزمايش ، تقسيم شده است .

بخش اول براساس مشخصات عملكردي سازه هاي بتني تقويت شده با ورقه هاي FRP ، به مباحث سهم خمشي ، برشي ، شكل پذيري و همچنين دوام ورقه هاي FRP مي پردازد .

بخش دوم شامل روشهاي آزمايش جهت تعيين خصوصيات ورقه هاي FRP بوده كه اين روشها به 9 دسته تقسيم مي شود .

ملاحظات اجرايي

توصيه هاي ارائه شده در راهنما ، جهت اجرا و نصب مناسب FRP مي باشد . علي الخصوص ، نحوه اتصال بين ورقه FRP و بتن بسيار مهم است . توجه زيادي در زمينه چگونگي آماده سازي چسب ها ، سطوح بتني و چسباندن ورقه بر روي آن و همچنين عمل آوري آنها بايد صورت گيرد .

اين فصل به مباحث اجرا و نصب FRP پرداخته و خلاصه اي از تجربيات عملي جهت مقاومسازي را ارائه نموده است . بازبيني و بررسي دقيق هر مرحله جهت به پايان رساندن عمليات به طور صحيح ، لازم و ضروري مي باشد .

روشهاي آزمايش

كميته 9 روش آزمايشي را جهت تعيين خصوصيات مكانيكي و دوام ورقه هاي FRP ، ارائه كرده است . اين آزمايشها جهت تعيين خصوصيات ليست شده در زير معرفي شده اند :

1. مقاومت كششي ورقه
2. مقاومت مهاري بين ورقه ها
3. مقاومت چسبندگي بين ورقه و بتن
4. مقاومت چسبندگي بين ورقه و صفحه فولادي
5. مقاومت چسب موجود بين ورقه و بتن
6. مقاومت خستگي كششي ورقه
7. آزمايشهاي سرعت دهنده در شرايط در معرض قرارگيري
8. آزمايشهاي يخ زدگي و آب شدگي
9. مقاومت در برابر آب ، اسيد و قليا 

بيشتر اين روشهاي آزمايش ، خصوصيات خود ورقه را مورد توجه قرار مي دهد ، اما آزمايشهاي مربوط به چسبندگي مربوط به بررسي مقاومت بين ورقه ، نوع چسب و شرايط بستر بتني مي باشد.

Intelligent Sensing for Innovative Structures

مقاومسازي سازه هاي بتن آرمه با پليمرهاي تقويت شده با الياف (FRP) چسبيده به صورت خارجي

  در كانادا ، بيش از 40 درصد پلهاي موجود داراي عمري بالاتر از 30 سال هستند . تعداد قابل ملاحظه اي از آنها نياز به مقاومسازي و تعمير فوري دارند . بيشتر پلها همانند ديگر سازه ها مانند گاراژ پاركينگها ، به علت خوردگي و خرابي ناشي از محيط آب و هوايي دور آنها و وجود نمكهاي مختلف ، آسيب ديده اند . به علت افزايش بار سرويس و سختگيرتر شدن آيين نامه ها ، بيشتر سازه ها به واسطه طراحي قديمي براساس استانداردهاي قبلي از نظر عملكردي ضعيف بوده و قادر به برآورده كردن ضوابط آيين نامه اي امروزي نمي باشند .

پليمرهاي تقويت شده با الياف (FRP ) ، داراي الياف هاي با مقاومت بالايي بوده كه به وسيله يك رزين ماتريس پليمري احاطه شده و به شكلهاي ورقه ، صفحه و لايه ساخته مي شوند . اين مواد به سرعت به عنوان يك انتخاب جهت مقاومسازي و بهسازي سازه هاي عمراني درنظرگرفته شدند . اين مواد با مقاومت بالا و وزن كم به واسطه مقاومت در برابر خوردگي ، دوام بالا و راحتي نصب ، بسيار مورد علاقه مهندسين عمران قرارگرفته است . با وجود اينكه اين مواد به تازگي در سازه هاي عمراني مورد استفاده قرارگرفته اند ، روشهاي ترميم و مقاومسازي به كمك FRP مقبوليت زيادي را به واسطه مؤثر بودن و اقتصادي بودن پيدا نموده اند .

پروژه هاي FRP شامل محدوده وسيعي از مواد شده كه عبارتند از :

مقاومسازي تيرها و ستون ها ،

بهسازي لرزه اي ،

ترميم آسيبهاي ناشي از خوردگي در تيرها و ستون ها ،

مقاومسازي اجزاي بيشماري از سازه مانند ، دال هاي پلها ، شمعها ، صفحات بتني پيش تنيده پيش ساخته ، دودكش ها ، برجهاي فانوس دريايي ، طاقها ، تانكهاي آبي پيش تنيده و غيره .

قبل از آنكه FRP به عنوان يك راه حل براي رفع مشكلات سازه اي و مقاومسازي آنها استفاده گردد ، بايد يك آيين نامه عملي در اين زمينه در دسترس باشد . اخيرا راهنماهاي عملي و روابط طراحي زيادي به وسيله انجمنهاي تحقيقاتي مختلف ارائه شده است . بعضي از راهنماهاي طراحي نيز توسط سازنده سيستم FRP در اختيار قرار مي گيرد .

در ISIS Canada ، چندين محقق جهت ارائه تكنولوژيهاي پيشرفته مقاومسازي سازه هاي عمراني ، تلاش كرده اند . علي الخصوص مقاومسازي به وسيله FRP بسيار زياد مورد بررسي قرارگرفته است . نتيجه اين بررسيها و تحقيقات ، راهنماي طراحي حاضر مي باشد . اين راهنما پروسه طراحي را جهت مقاومسازي تيرها ، دال هاي يكطرفه و ستون هاي بتن آرمه به وسيله FRP ارائه مي كند . در ابتدا روند طراحي و روابط ، ارائه شده و سپس مثالهاي عملي جهت مشخص تر شدن روش ، مطرح مي گردد .  

هدف از ارائه اين نوشته ، دراختيار گذاشتن راهنمايي براي طراحي مقاومسازي سازه هاي بتن آرمه با لايه هاي FRP مي باشد . اين راهنما جزئي و يا پيش نويسي از آيين نامه ملي يا بين المللي نبوده ، بلكه براساس نتايج آزمايشگاهي محققين كانادا و ديگر مؤسسات و آزمايشگاههاي دانشگاههاي جهان مي باشد .

بايد دقت شود كه هر پروژه ترميم يا مقاومسازي به كمك FRP براساس تاريخچه بارگذاري ، شرايط مواد و نيازهاي ويژه ترميم يا مقاومسازي متمايز از ديگر پروژه ها مي باشد . بنابراين در انتخاب طرح مقاومسازي FRP استفاده شده ، بايد كيفيت بتن موجود و شرايط كارگاه لحاظ گردد . استفاده كننده از اين راهنما بايد آگاه باشد كه هنوز موضوعات زيادي وجود دارد كه به وسيله محققين تحت بررسي مي باشد كه از آن جمله   مي توان به دوام FRP و اعضاي ترميم شده ، تأثير شرايط كارگاهي بر روي خصوصيات مواد ، روشهاي مهاربندي و غيره را نام برد . بنابراين ، اين راهنما جامعيت لازم را نداشته و بايد به عنوان مرجعي براي ارائه نظر مهندسين مورد استفاده قرارگيرد .

      مهندس بايد نقشه هاي مختلف و مطالب ويژه مورد نياز براي مقاومسازي سازه هاي بتن آرمه به وسيله FRP را ، آماده كند . اين مطالب بايد مطابق نيازهاي روند كدها و استانداردها (يعني آيين نامه ملي ساختمان كانادا ، استاندارد CSA A23.3 و CSA S6 ) بوده و بايد دربرگيرنده مطالب زير در رابطه با سيستم FRP باشد :

• مشخصات FRP مورد استفاده
• خصوصيات مكانيكي مورد نياز FRP
• خصوصيات مكانيكي مواد سازه موجود
• محل نصب تقويت كننده هاي FRP در سازه موجود
• ابعاد و ترتيب قرارگيري هر لايه از سيستم مقاومسازی FRP
• تعداد لايه ها و ترتيب نصب آنها
• محل و مقدار همپوشاني لبه اي
• خلاصه اي از بارهاي طراحي مورد نظر، تنشهاي مجاز و غيره
• ضروريات آماده سازي سطح شامل گردكردن گوشه ها
• روند نصب شامل درجه حرارت نصب و شرايط رطوبت و ماكزيمم و مينيمم تأخير بين زمان نصب لايه هاي متوالي
• ضروريات آماده سازي
• تكميل نهايي سطح
• انتقال ، ذخيره ، كاربرد و عمر مفيد رزينها
• كنترل كيفيت ، نظارت و آزمايشهاي انجام شده و
• آزمايشهاي بارگذاري درصورت نياز

اين مطالب بايد شامل عملكرد براساس خصوصياتي بوده كه نشان دهنده استفاده از استانداردهاي مناسب و روشهاي آزمايش براي تعيين ضوابط عملكردي مختلف مي باشد ( يعني ، مقاومت كششي نهايي سيستم FRP ، كرنش گسيختگي نهايي ، چسبندگي به بستر و غيره )

Japan Building Disaster Prevention Association

راهنماي طراحي و ساخت بهسازي لرزه اي ساختمانها به وسيله كامپوزيت هاي FRP در ژاپن

در سال 1995 ، زلزله هيوگوكن ـ نانبو ( Hyogoken – Nanbu ) ، باعث شد در شهر كوبه بزرگترين فاجعه بعد از جنگ در ژاپن رخ دهد . بعد از اين فاجعه و به دليل كم نمودن اثر مخرب زلزله در ديگر قسمتهاي كشور ، انجمن تحقيقات ساختمان ژاپن (BRI) به جهت مقاومسازي ساختمانها در برابر زلزله ، برنامه اي را ترتيب داد . يكي از اين برنامه ها استفاده از پليمرهاي تقويت شده با الياف (FRP) بود . در سپتامبر 1999 ، انجمن حفاظت ساختمانهاي ژاپن در برابر آسيب (JBDPA) ، يك راهنما با عنوان “ راهنماي طراحي و اجراي بهسازي لرزه اي براي ساختمانهاي      بتن آرمه و كامپوزيت ( تركيبي از مقاطع فولادي و دال هاي بتني ) موجود ، به كمك مواد FRP ” منتشر كرد . اين راهنما براساس نتايج و بررسيهاي انجام شده در ژاپن علي الخصوص ، بعد از سال 1995 شكل گرفته و نتيجه سعي و تلاش توأم دانشگاهها و آموزشگاهها ، صنعت و آژانسهاي دولتي ژاپن بود .

حدود و حوزه عمل راهنماي JBDPA براي مقاومسازي با كمك FRP :

راهنماي بهسازي لرزه اي ساختمانهاي بتن آرمه به كمك مواد FRP در ژاپن (JBDPA 1999) ، جهت كاربرد و اجراي مناسب اين مواد ، ويژگيهايي از خصوصيات مواد FRP رايج در ژاپن را گردآوري كرده و ارائه نموده است . همچنين توصيه هايي جهت طراحي مناسب مقاومسازي كه عموما به صورت تقويت برشي تيرها و ستون ها مي باشد ، ارائه شده است .

اجراي عمليات مقاومسازي

راهنماي JBDPA ، توصيه هاي كافي براي مقاومسازي اعضاي بتن آرمه با تركيبهاي مختلف از الياف ها و رزين هاي آغشته كننده فراهم كرده است . اين تركيبات شامل رزين اپوكسي/CFRP ، متاكريلات/CFRP و رزين اپوكسي/AFRP مي باشد . از آنجايي كه هيچ نتايج آزمايشگاهي براي متاكريلات/AFRP در دسترس نمي باشد ، خصوصيات مربوط به اين تركيب خاص فراهم نشده است . بسته به تركيب رزين ـ الياف استفاده شده ، وزن لازم بر اساس واحد سطح و فاصله زماني براي هر مرحله از نصب FRP تعيين شده است .

عمليات مقاومسازي نياز به بازرسي بعد از نصب سيستم FRP دارد . اين بازرسي ها به جهت اطمينان از عدم نقص و كاستي مانند وجود  حفره هاي هوا و جداشدگي هاي موضعي و رسوب رزين مي باشد . اگر حفره هاي هوا مشاهد گردد ، مي توان از يك رزين سازگار با رزين قبلي جهت تزريق در اين برآمدگي ها استفاده نمود . هنگامي كه جداشدگي هاي موضعي ديده مي شود ، توصيه مي گردد كه بدون صدمه زدن به FRP چسبيده ، ناحيه جداشده را بريده ، سپس ورقه جديدي در آن محل چسبانده شود . لايه جديد بايد حداقل به مقدار 200 mm بر روي لايه قبلي اورلپ گردد . اگر مقداري رزين رسوب كرده مشاهده گردد ، مي توان از كاغذ سنباده بدون صدمه زدن به لايه FRP ، استفاده نمود .

مطالب مرتبط: کاشت ميلگرد و بولت با رزين و چسب اپوکسی, مخازن آب جی آر پی و مخازن آب اف آر پی, انواع جداسازهای لرزه ای و جداگرهای لرزه ای, مشخصات الیاف کربن و شيشه اف آر پی, بهسازی لرزه ای سازه بتنی, مقاوم سازی ساختمانهای بتنی و فولادی

کلمات کليدی: مخزن آب پلاستیکی , مقاوم سازي ساختمان , الیاف frp , روش اجرای frp , پروژه بهسازی لرزه ای , کاشت بولت , مقاوم سازی , اپوکسی رزين , ساخت مخازن frp , جداگر لرزه ای , شرکت مقاوم سازی