مقاوم سازی و بهسازی تیر

بهسازی و مقاوم سازی تیر بتنی شکست‌های برشی و خمشی، دو حالت عمده شکست در تیرهای بتنی می‌باشند. شکست خمشی عموماً نسبت به شکست برشی، ارجح است زیرا رفتار شکل‌پذیرتری از خود نشان می‌دهد. شکست نرم امکان پخش مجدد تنش را فراهم می‌آورد و به کاربران و حاضران در محل نیز فرصت بیشتری برای پی بردن به وضعیت بحرانی تیر می‌دهد. همچنین خرابی تیر بتن مسلح می‌تواند به علت تهاجم یون‌های شیمیایی صورت بگیرد.

 

بهسازی و مقاوم سازی تیر بتنی در زیر مورد بررسی قرار گرفته‌اند :

۱- استفاده از ژاکت بتن مسلح

در تیرهای بتنی می‌توان از ژاکت بتنی تیر در سه و یا چهار وجه تیر برای مقاوم سازی تیر بتنی و افزایش مقاومت آن استفاده نمود. با این روش می‌توان ناحیه کششی و فشاری تیر را با ژاکت بتنی تیر جدید تقویت کرد. برای تکمیل مکانیسم انتقال نیرو بین مصالح قدیم و جدید، زبر نمودن سطح بتن قدیمی و جوش دادن میلگردهای اتصال با آرماتورهای جدید و قدیم ضروری می‌باشد. اجرای ژاکت بتنی تیر در هر چهار وجه تیر مؤثرترین روش برای مقاوم سازی تیر بتنی می‌باشد. در این شیوه ضخامت بتنی که به وجه بالایی تیر افزوده می‌گردد باید در ضخامت سقف گم شود. اجرای تنگها نیز از طریق سوراخ هایی که در فواصل نزدیک به هم در دال سقف ایجاد می‌شود امکان‌پذیر می‌باشد.

اجرای ژاکت بتنی در سه وجه تیر برای افزایش ظرفیت خمشی و برشی تیر در برابر بارهای قائم انجام می‌شود، اما به دلیل آنکه در این حالت، افزایش ظرفیت باربری مقاطعی از تیرکه درنزدیکی تکیه‌ گاهها قراردارند امکان‌پذیر نیست، تیر را نمی‌توان درمقابل بارهای جانبی زلزله تقویت نمود. موفقیت در بهسازی و مقاوم سازی تیر بتنی مستلزم مهار مناسب خاموت ها از ضلع‌های  بالایی روکش است. بـه دلیل آنکه استفاده از قالب و ریختن بتن از بالای تیر امکان‌ پذیرنیست تنها راه ممکن استفاده از بتن پاشی می‌باشد.

۲- بهسازی و مقاوم سازی تیر بتنی با روکش فولادی

برای تقویت خمشی تیر بتنی می‌توان ورق‌هایی به ضخامت کم را با رزین اپوکسی به وجه کششی تیر چسباند. چسباندن ورق به وجه قائم تیرها در نزدیکی تکیه‌ گاه 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 . می‌توان بجای استفاده از ورق های فولادی که در وجوه تیر نصب می‌شوند از قفس‌های فولادی بصورت نبشی و رکابی استفاده نمود

۳- استفاده از نبشی و رکابی

در این روش مقاومت کششی با استفاده از دو نبشی تأمین می‌شود. این نبشی‌ها در کنج تیر قرار می‌گیرند و در این حالت رکابیها از پایین به نبشی جوش می‌شوند و از بالا به روی بتن سقف کاملاً آرماتور و مهار می‌شوند و محاسبات آن شبیه به تسمه‌های فولادی است. فقط به جای تسمه فولادی معادل نبشی قرارداده می‌شود. در آرماتورها کشش اولیه‌ای ایجاد می‌گردد که باعث کیپ شدن نبشی‌ها به تیر بتنی و عملکرد مشترک در رکابی و تیر بتنی می‌گردد. از آنجا که با افزایش بار احتمال ترک در بتن  می‌رود، از مقاومت Vc در طراحی صرف‌نظر می‌شود.

۴- افزایش مقاومت موضعی تیرهای دارای سوراخ

یکی دیگر از کاربردهای FRP  افزایش مقاومت موضعی تیرهای دارای سوراخ  ( معمولاً تأسیساتی ) می‌باشد. در این روش می‌توان اطراف سوراخ‌ها را بطور موضعی با FRP تقویت کرد.

۵- اعمال سیستم مهاربندی در انتهای لایه FRP

سیستم مهاربندی اصولاً به این جهت مورد استفاده قرار می‌گیرد که بتوان از ظرفیت باربری سیستم FRP  نهایت استفاده را برد. گسیختگی های ناشی از جداشدگی لایه‌های FRP عموماً در اثر نبود چنین سیستمی می‌باشد. در این روش از دور آرماتور کردن کامل انتهای FRP توسط نوارهایی از FRP استفاده می‌گردد. با توجه به اینکه معمولاً، ناحیه فوقانی تیرهای موجود به دلیل وجود دال، قابل دستیابی نیستند، از نوارهایی که فقط سطوح پایینی و جانبی تیر را می‌پوشانند استفاده می‌گردد. از سایر روش ها نیز می‌توان به استفاده از آرماتورهای مخصوص در انتهای لایهFRP  نام برد.

این روش یکی از اولین روشها بوده که جهت نصب و مهاربندی صفحات فولادی مورد استفاده قرارمی‌گرفت. بر اساس مطالعات انجام شده، این روش بر روی لایه‌های کامپوزیتی نیز مناسب بوده و اثر مثبتی از خود نشان می‌دهد ولی مشکلی که ایجاد می‌کند سوراخ شدن لایه FRP بوده که اثر نامطلوبی بر عملکرد آن خواهد داشت و باعث ایجاد تمرکز تنش در FRP  می‌گردد.

۶- اعمال سیستم پیش‌ تنیدگی در لایه FRP

این روش تقریباً مشابه روش مهاربندی در انتهای لایه FRP  می‌باشد، زیرا در این روش برای ایجاد پیش تنیدگی تعبیه سیستم مهاری لازم است. تنها فرق این روش، اعمال نیروی پیش‌ تنیدگی قبل از نصب کامل و عمل آوری لایه FRP می‌باشد. می‌توان نوارها یا صفحات پیش‌تنیده FRP را قبل از چسباندن بر روی بتن، پیش‌ تنیده کرد. مزیت اصلی این کار این است که چنین نوارهایی پس از چسبانده شدن بر روی المان در باربری المان سهیم می‌شوند و برای شرکت آنها در ظرفیت باربری المان دیگر نیازی به اضافه شدن بر مقدار بارهای وارده بر المان نمی‌باشد.

همچنین پیش‌ تنیدگی این نوارها باعث کاهش عرض ترک های موجود درطول المان می‌شود که این در برخی موارد موضوع بسیار حیاتی و مهمی می‌باشد. علاوه بر این ها بدلیل اینکه مصالح FRP  مقاومت کششی بالایی دارند، پیش‌ تنیده کردن آنها سبب استفاده بهتر و افزایش بهره‌وری از آن ها می‌گردد. البته این روش نیازمند نیروی کار ماهرتر و دقت بیشتر در طراحی و اجرا می‌باشد.

آماده سازی سطح بتن : 

پس از آماده‌سازی سطح بتن، نوارFRP  تا سطح معینی تحت کشش قرار گرفته است. سپس هم بر روی سطح بتن و هم برروی سطح نوار چسب زده می‌شود. تیر بتنی بالا برده می‌شود تا به نوار تحت کشش FRP  چسبانده شود. بعد از آن با اعمال فشار اندکی بر روی نوار FRP ، عمل‌آوری چسب انجام می‌شود. پس از اتمام عمل‌آوری، گیره های فولادی در نزدیکی دو انتهای نوار FRP  جهت مهاربندی کافی نصب می‌گردند.

پس از این مراحل و اتمام عملیات مهاربندی، نوارFRP  ( خارج ازمحدوده مهاربندی شده ) بریده می‌شود. سپس صفحات ضخیم FRP  درست در مجاورت دو گیره فولادی، روی صفحه پیش‌ تنیده قرارگرفته بر سطح بتن، چسبانده می‌شود. بعد از عمل‌آوری چسب، سوراخ هایی از میان ضخامت این صفحات ضخیم و نوار پیش‌ تنیده بـه درون تیر بتنی ایجاد می‌گردد و سپس بولت ها همراه با تزریق اپوکسی به داخل این سوراخ ها، فرو برده می‌شوند. پس ازعمل‌آوری چسب اطراف این بولت ها، گیره های فولادی دو انتهای نوار پیش‌تنیده برداشته می‌شود و طول اضافی این نوار ( خارج از صفحات ضخیم انتهایی ) بریده می‌شود. به این ترتیب عملیات به انجام می‌رسد

بطور کلی پیش تنیدگی در FRP دارای مزیت‌هایی از قبیل :

ـ افزایش سختی ـ کاهش عرض و توزیع ترک ـ بهبود خدمت‌ پذیری و دوام ـ تقویت برشی تیر بتنی و تقویت خمشی تیر بتنی ( بدلیل ترک نخوردن مقطع ) ـ اجتناب از مودهای شکست ناشی از پوسته پوسته شدن در ناحیه ترکها و انتهای لایه FRP ـ افزایش ظرفیت مقطع ( تار خنثی نسبت به حالت غیر پیش‌ تنیده پایین‌تر قرار می‌گیرد) ـ افزایش بار تسلیم مقطع می‌باشد. بنابراین دو روش بیان شده برای بهسازی و مقاوم سازی تیر بتنی به گونه‌ای عمل می‌کند که انتهای لایه FRP  را محکم نگه‌ داشته و بعد از ایجاد جدا شدگی، از لغزش و جدا شدگی کامل لایه FRP جلوگیری نماید. برای اطلاعات بیشتر مقاله مشکلات سازه بتنی و بهسازی آن را مطالعه نمایید.

بهسازی و مقاوم سازی تیر بتنی : 

در عمل، استفاده از مهاربندی مکانیکی انتهایی می‌بایست موقعی مدنظر قرارگیرد که کاربرد آن لازم باشد و همچنین تأثیر و سودمندی آن برای حفظ چسبندگی FRP  و بتن به اثبات برسد. در بسیاری از موارد، مهاربندی با استفاده از نوارهای U شکل انتهایی، امکان پذیر و یا مؤثر نمی‌باشد همانند مقاوم سازی تیرهای با عرض زیاد یا دالها. در چنین مواردی لازم است راه های دیگری برای مهاربندی مکانیکی بررسی و ابداع گردد. یکی از این راه ها، استفاده از مهارهای الیافی می‌باشد.

۷- استفاده از پیش‌ تنیدگی خارجی در تیر بتنی

پیش‌ تنیدگی خارجی جزء روشهای نوین بهسازی و مقاوم سازی تیر بتنی می‌باشد. کابلهای پیش‌ تنیدگی بکار گرفته شده برای این کار از همان نوع کابل‌ها و مفتول های متداول در کارهای پیش‌ تنیدگی هستند. مقاوم سازی تیر بتنی بدین روش می‌تواند موضعی و یا کلی باشد. در حالت کلی نیروهای پیش‌ تنیدگی که به سازه مقاوم شده القا می‌گردند، منجر به باز توزیع نیروهای داخلی گشته و باعث کاهش تنشها در اعضا نسبت به حالت اولیه آنها می‌شوند. با این حال ممکن است در برخی دیگر از اعضای سازه، پیش‌ تنیدگی موجب افزایش تنش گردد.

به همین دلیل در استفاده از پیش‌ تنیدگی خارجی باید آنالیز تنش در سازه مقاوم سازی شده به دقت مورد بررسی قرار گیرد. جدا از مسئله مهارها، به هنگام استفاده از کابل های پیش‌ تنیدگی یک سری المان های اضافی که اکثراً شامل انواع مختلفی از سخت کننده‌هاست، مورد نیاز است. این امر به ویژه در پیش‌ تنیدگی موضعی دیده می‌شود زیرا پیش‌ تنیدگی، نیروهای متمرکز جدیدی شامل نیروهای محوری اضافی در اعضا بوجود می‌آورد، از این رو اعضا باید بصورت موضعی برای حفظ پایداریشان تقویت شوند.

 

منبع:

آرین تیس