صنايع شيميايي ژيكاوا

استفاده از مواد FRP در تير و ستون

استفاده از مواد FRP در تير و ستون

تأثير دورپيچ كردن ستونهاي بتن مسلح (با مقطع دايروي) با مصالح FRP در رفتار خمشي ـ محوري
تا پيش از دهه 1990، دو روش مرسوم براي مقاوم سازي ستونهاي بتن مسلح بي كفايت وجود داشت. يكي اجراي يك غلاف بتن مسلح اضافي به دور ستون موجود و ديگري استفاده از غلاف فولادي با تزريق دوغاب. استفاده از روش غلاف فولادي، به دليل آنكه غلاف بتن مسلح فضاي بيشتري اشغال كرده و وزن سازه را نيز افزايش مي داد، فراگيرتر و مؤثرتر بوده است. البته هر دو روش ياد شده، نيازمند نيروي كار زياد بوده و اغلب براي انجام در كارگاه مشكل مي باشند. همچنين غلاف فولادي در مقابل حمله شرايط جوي مقاومت كمي دارد.
در سالهاي اخير كاربرد روش مقاوم سازي ستونهاي بتن مسلح با استفاده از مصالح FRP به جاي غلاف فولادي بطور گسترده اي توسعه يافته است. مرسومترين شكل مقاوم سازي ستونهاي بتن مسلح با مصالح FRP شامل دورپيچ كردن بيروني ستون با استفاده از ورقها يا نوارهاي FRP است.
مقاوم سازي ستونهاي موجود بتن مسلح با استفاده از غلاف فولادي يا FRP بر مبناي اين حقيقت استوار است كه محصورشدگي جانبي بتن، سبب افزايش قابل توجه مقاومت فشاري محوري، محوري ـ خمشي و شكل پذيري ستون مي گردد. مطالعات بسياري در مورد مقاومت فشاري و رفتار تنش ـ كرنش بتن محصور شده با FRP انجام شده است. اين مطالعات بيانگرد آن هستند كه رفتار بتن محصور شده با FRP با رفتار بتن محصور شده با فولاد متفاوت بوده و بنابراين توصيه هاي طراحي توسعه يافته براي ستونهاي بتني محصور شده با غلاف فولادي، عليرغم تشابه ظاهري، براي ستونهاي بتني محصور شده با FRP قابل كاربرد نيستند.
مشكلات اجرايي سازه هاي بتني موجود و بهسازي آنها
حركت استمراري علم در عرصه مهندسي سازه ـ زلزله موجب گرديده است تا نوسازي و بهسازي در سالهاي در اخير از روشهاي نوين و مصالحي جديد بهره گيرد كه در پيشينه طولاني ساخت و ساز سابقه نداشته است در ميان اين نوآوري ها FRP (مواد كامپوزيت پليمري تقويت شده با الياف) از جايگاه ويژه برخوردار مي باشد تا آنجا كه به نظر برخي از متخصصان FRP را بايد مصالح ساختماني هزاره سوم ناميد. كامپوزيت FRP كه ابتدا در صنايع هوا و فضا بكار برده شد با داشتن ويژگي هاي ممتاز چون نسبت بالاي مقاومت به وزن، به وزن، دوام در برابر خوردگي، سرعت و سهولت در حمل و نصب، دريچه اي نو پيش روي مهندسين عمران گشوده است به گونه اي كه امروز سازه هاي متعددي در سرتاسر دنيا با استفاده از اين مواد تقويت شدند استفاده از مصالح كامپوزيت به طور قابل توجهي در صنعت ساختمان يك بازار تكان دهنده و با سرعت در حال توسعه مي باشد. اولين تحقيقات انجام شده در اين زمينه از اوايل دهه 1980 آغاز شده است، زلزله 1990 كاليفرنيا و 1995 كوبه ژاپن نيز از جمله عوامل موثرتري براي بررسي كاربرد كامپوزيت پليمري تقويت شده با اليافFRP جهت تقويت و مقاوم سازي سازه هاي بتني و بنايي در مناطق زلزله خيز گرديد.
كاربرد كامپوزيت FRP در مقاوم سازي سازه هاي بتن مسلح امروزه نگهداري از سازه ها به دليل هزينه ساخت و تعمير بسيار حائز اهميت مي باشد با مطالعه رفتار سازه هاي بتني مشخص مي شود عوامل متعددي مانند: اشتباهات طراحي و محاسبه، عدم اجراي مناسب تغيير كاربري سازه ها، آسيب ديدگي ناشي از وارد شدن بارهاي تصادفي، خوردگي بتن و فولاد و شرايط محيطي از دوام آنها مي كاهد ضمناً تغيير آيين نامه هاي ساختماني (باعث تغيير در بارگذاري و ضرايب اطمينان مي شود) نيز سبب ارزيابي و بازنگري مجدد طرح و سازه مي گردد تا در صورت لزوم بهسازي و تقويت شود. سيستمهاي الياف مسلح شده پليمري FRP براي تقويت سازه هاي بتني پديدار شده و به عنوان يك جانشين براي روش هاي سنتي از قبيل چسباندن صفحات فولادي، افزايش سطح مقطع با بتن ريزي مجدد و پيش تنيدگي خارجي مي باشد.
با توجه به معايب اين روشها مانند بازدهي كم و يا نياز به امكانات و فن آوري خاص امروزه روش هاي مقاوم سازي با استفاده از كامپوزيت توسعه روز افزون دارد.
محدوديت استفاده و كاربرد كامپوزيت در مهندسي ساختمان به قيمت بالاي آنها برمي گردد البته هزينه و قيمت آنها به تدريج رو به كاهش مي باشد به اين ترتيب استفاده از آنها بيشتر و بيشتر خواهد شد. استفاده از FRP در زمينه مقاوم سازي ، هر چند كه هزينه بالايي در بردارد، اما با توجه به هزينه اجراي كم و نيز ساير مزاياي FRP، در كل به صرفه ترين و موثر ترين راه مقاوم سازي سازه هاي بتني امروزه به شمار مي رود.
در اين حين، جهت استفاده صحيح و مناسب از اين ماده و طراحي مقاوم سازي سازه هاي بتني، آيين نامه ها، راهنماها و گزارشهايي در سراسر جهان منتشر گرديد با توجه به شروع رشد و استفاده از مواد FRP ، در ايران تدوين راهنمايي براي طراحي مقاوم سازي به كمك اين مواد، بسيار ضروري است. در اين مجموعه به بررسي و معرفي بعضي از آيين نامه ها و راهنماهاي معتبر در مورد ورقه هاي FRP تقويت كننده به صورت خارجي، براي آشنايي بيشتر آنها پرداخته شده است. بر اين اساس تعدادي از راهنماهاي طراحي با توجه به منابع در دسترس مورد بررسي قرار گرفته است. راهنماهاي طراحي مورد بررسي عبارتند از:
ACI 440.2R-02 ، راهنماي طراحي تقويت سازه هاي بتني با كمك چسباندن سيستم FRP به صورت خارجي
Fib Bulletin 14 (2001) راهنماي طراحي تقويت كننده هاي FRP چسبيده به صورت خارجي براي سازه هاي بتن آرمه
UK Concrete Society Technical Report No. 55 (2000) راهنماي طراحي مقاوم سازي بتن آرمه با استفاده از مواد كامپوزيتيFRP
ISIS (2000) مقاوم سازي سازه هاي بتن آرمه با پايمرهاي تقويت شده با الياف FRP
JSCE توصيه هاي انجمن مهندسين عمران ژاپن در مورد مقاوم سازي سازه هاي بتني با استفاده از ورقه هاي اليافي
JBDPA راهنماي طراحي و ساخت بهسازي لرزه اي ساختمانها به وسيله كامپوزيت هاي FRP در ژاپن
CSA استاندارد كانادا در مورد طراحي و اجراي ساختمانهاي تقويت شده با FRP

مواد و مصالح
مصالح هميشه نقش عمده اي در تكامل سازه هاي پلي ايفا كرده اند . پيشرفت در كيفيت در مصالح بتوني ، فولادي و الواري همچنان ادامه خواهد يافت. ولي بيشترين تغييرات متحول كننده در حوزه هاي پلاستيك با فيبر تقويت شده (FRP ها) ، فولاد با استحكام بالا و با كارايي زياد ، بتون بالا (HPC) و مخلوطي از و مخلوطي از FRP و الوار خواهد بود.
FRP ها
امروزه FRP ها دوران نخستين خود را به عنوان مصالح ساخت پل مي گذرانند. با اين حال ، انجام آزمايش هاي بيشتر با تركيبات گوناگون مصالح FRP به راه حلهاي ابتكاري و با دوام براي مسايل ساده و پيچيده ي مربوط به ساخت پل منتهي خواهد شد. پروژه هاي پل FRP آزمايشي نشان داده اند كه اين ماده مشكلات ذاتي زيادي از نظر تغيير شكل، چكش خواري مصالح (يا كش پذيري )، وارفتگي بتون، واكنشگري با بتون و فولاد و عملكرد تحت تماس طولاني مدت با نور ماوراء بنفش و عوامل محيطي ديگر نظير رطوبت، انجماد- حرارت، و جمله ي مواد شيميايي از خارج دارند. به منظور كمك به حل اين مشكلات ، استانداردهاي مربوط به تست كردن اين مواد و روش هاي طراحي براي متناسب كردن خواص مواد FRP ابداع خواهند شد. يك تلاش تحقيقي جامع در سطح كشوري براي قابل اعتماد ساختن FRP به انجام خواهد رسيد، مصالح پلي با هزينه تعمير و نگه داري پايين قادر به ارايه عملكرد بالا در طول مدت زمان (عمر مفيد) سازهي پل مي باشند.
همكاري و تشريك مساعي طراحان، مهندسان ساختمان و صاحبان پل ها FRP را تبديل به يك گزينه ي عملي و قابل رقابت با مصالح مربوط به پل هاي رايج خواهد ساخت. دانشگاهها برنامه ي درسي خود را طوري گسترش خواهند داد كه FRP و مواد كامپوزيت ديگر را در دوره هاي مربوط به مصالح و سازه در بر بگيرد تا به اين طريق متخصصان آينده ي پل سازي را به قبول و استفاده ي كامل از FRP تشويق نماييم.
فولاد با استحكام و با كارايي بالا
بر خلاف FRP ، مواد و مصالح فولادي با استحكام بالا آسانتر توسط مهندسان پل سازي مورد قبول قرار خواهد گرفت . قبول اوليه به خاطر مواد فولادي جديد حاصل خواهد شد كه كاهش بارهاي مرده سازه را امكان پذير مي سازد. قبول اين مواد در سطح گسترده تر به خاطر خواص پيشرفته مصالح خواهد بود. نتايج بدست آمده از بهبود اين مصالح سختي و جوش پذيري فولاد هاي با استحكام بالا به تمام درجات فولاد افزايش خواهد يافت . مشخصات طراحي همچنان به روز خواهد شد تا با مسايل مربوط به عملكرد مصالح نظير جوش كاري ، سختي و قابليت ساخت و تغيير شكل متناسب گردد. مصالح فولادي با كارايي بالا امروزه براي ساخت پل در آينده استاندارد خواهند شد.
پيشرفت هاي به عمل آمده در ساخت و آزمايش انواع پل ،نظير قاب هاي فضايي و سازه هاي كامپوزيت جديد ، به بهينه سازي هر چه بيشتر مصالح فولادي منتهي خواهد شد. FRP مركب با فولاد با استحكام بالا براي سازه هاي پلي آينده پتانسيل بالايي دارند.
ميله هاي تقويت كننده با كارايي بالا در هزاره ي جديد معمول خواهند شد. ميله هاي كامپوزيت با هسته ي فولادي و پوشش استيل و يا يك ماده ي غير قابل خوردگي مورد استفاده يگسترده اي در سازه هاي بتوني پيدا خواهد كرد. همراه با استفاده از HPC در بدنه ي پل ها ، طول عمر متوسط اين گونه سازه ها ممكن است به دو برابر طول عمر سازه هاي مشابه برسد كه قبل از اين ساخته شده است. سياست ها و خط مشي آينده مستلزم تجزيه تحليل هزينه در طول عمر پل مي باشد كه انگيزه اي براي استفاده ي بيشتر از مصالح جديد بدنه ي پل ها ايجاد خواهد كرد.

تيرهاي كامپوزيتي
به كارگيري تيرهاي كامپوزيت FRP ، موضوع جديدي در خدمات برق رساني نيست ، با اين وجود تيرهاي انتقال برق FRP پالترود شده 21 تا 24 متري داستان ديگري است . تيرهاي FRP با يك سوم وزن تيرهاي چوبي ، نضف وزن تيرهاي فولادي و تنها يك دهم وزن تيرهاي بتني ، انتخاب بسيار جذابي براي اغلب شركتهاي خدماتي برق رساني هستند .
شركت آمريكايي بريستول تنسي الكتريك سيستم BTES به تازگي 144 تير FRP را در دوخط انتقال نصب كرده است. شركت استرانگ ولStrongwell Corp واقع در ايالت ويرجينيا اين تيرهاي FRP پالترود شده SE 28 را با بيشترين ظرفيت ممان اينرسي در مقطع پاييني طراحي و براي جايگزيني تيرهاي چوبي ، فولادي و بتني در خطوط انتقال برق توليد كرده است . شركت هاي خدمات برق رساني در حال كشف برتري هاي تيرهاي SE 28 ، نسبت به تيرهاي ساخته شده از مواد سنتي هستند . تيرهاي SE 28 شركت استرانگ ول ، سبك ، محكم و داراي ويژگي هاي هدايتي خيلي كمي هستند . اين تيرها همچنين در برابر خوردگي ، پوسيدگي ، پرتوهاي فرابنفش ، نفوذ آب ، حشرات و داركوب ها مقاومت بسيار بالايي دارند .
به عقيده دكتر مايكل برودر ، مدير عامل شركت BTES ، تيرهاي كامپوزيتي SE 28 ، در مقايسه با تيرهاي چوبي ، با گذشت زمان استحكامشان را از دست نمي دهند و تقريبا ً به هيچ گونه ترميم و تعميري احتياج ندارند . او هم چنين به ويژگي هاي الكتريكي تيرهاي FRP و تحمل ضربه و بار ناشي از بادهاي شديد توسط آن ها اشاره مي كند .
خواص كامپوزيت هاي FRP
بر طبق گزارش اداره فدرال بزرگراه هاي آمريكا هنگام بررسي پلها از نظر سازه اي به دليل پوشش كم بتن ، طراحي ضيعف ، عدم مهارت كافي هنگام اجرا و ساير عوامل همانند شرايط آب و هوايي سبب ايجاد ترك در بتن و خوردگي آرماتور هاي فولادي شده است.
پس از سالها مطالعه بر روي خوردگي ، FRP به عنوان يك جايگزين خوب آرماتور هاي فولادي در بتن پيشنهاد شده اند.
سه نوع ميلگرد ( AFRP) , ( CFRP ) , ( GFRP ) از انواع تجاري آن هستند كه در صنعت ساختمان كاربرد دارند.
از اين مواد به جاي آرماتور هاي فولادي يا كابلهاي پيش تنيده در سازه هاي بتني پيش تنيده و يا غير پيش تنيده استفاده مي شود. مواد FRP موادي غير فلزي و مقاوم در برابر خوردگي است كه در كنار خواص مهم ديگري همانند مقاومت كششي زياد آنها را براي استفاده بعنوان آرماتور مناسب مي كند.
از آنجايي كه FRP ها مصالحي ناهمسانگرد هستند نوع و مقدار فيبرورزين مورد استفاده ، سازگاري فيبر و كنترل كيفيت لازم هنگام ساخت آن نقش اصلي را در بهبود خواص مكانيكي آن دارد.
به طور كلي مزاياي آن به صورت زير دسته بندي مي شود:
1-مقاومت كششي بيشتر از فولاد
2- يك چهارم وزن آرماتور فولادي
3- عدم تاثير در ميدانهاي مغناطيسي و فركانس هاي راديويي ، براي مثال تاثير روط دستگاه هاي بيمارستاني
4- عدم هدايت الكتريكي و حرارتي
لذا به دليل مزاياي بالا به عنوان يك جايگزين مناسب براي آرماتورهاي فولادي در سازه هاي دريايي ، سازه پاركيمگ ها ، عرشه هاي پل ها، ساخت بزرگراه هايي كه بطور زيادي تحت تاثير عوامل محيطي هستند و در نهايت سازه هايي كه در برابر خوردگي و ميدانهاي مغناطيسي حساسيت زيادي دارند پيشنهاد مي كند.

بررسي اثر دوده سيليسي بر سازه هاي بتني
اثر دوده سيليس بر مقاومت و نفوذ پذيري مخلوط هاي بتن غلتكي سد سازي با خمير سيمان كم يا متوسط يكي از موضوعاتي است كه آقايان مهندس عليرضا باقري و مهندس مجتبي محموديان ، مورد بررسي و پژوهش قرار داده اند.
به گفته ايشان عدم توليد خاكستر بادي در كشور و ابهامات موجود در خصوص فعاليت و يكنواختي پوزولان هاي طبيعي ايران، موانعي در دسرسي به مخلوط هاي بتن غلتكي مي باشد.
به عقيده اين محققان جايگزين ديگري كه به عنوان ماده افزودني معدني مي تواند مد نظر قرار گيرد ، سوپر پوزولاني به نام دوده سيليسي است كه به صورت محصول جانبي صنايع فروسيليسيم در كشور توليد مي شود.
گفتني است، نتايح تحقيقات آزمايشگاهي انجام شده براي ارزيابي اثر كاربرد درصدهاي مختلف دوده سيليسي در ارتقاء كيفيت بتن غلتكي با مواد سيماني كم يا متوسط ، نشانگر تاثير قابل ملاحظه اي در افزايش مقاومت فشاري و كشش مخلوط هاي بتن غلتكي مي باشد
ايشان در ادامه مي افزايند: بهبود مقاومت بين 25 تا 60 درصد جايگزيني اثر دوده سيليس به ميزان 5 تا 15 درصد مواد سيماني صورت گرفت. همچنين آزمايشات نفوذ پذيري انجام شده روي نمونه ها ، نشانگر كاهش قابل ملاحظه نفوذ پذيري در اثر كاربرد اثر دوده سيليسي مي باشد.
شايان ذكر است مهندس اسماعيل گنجيان و مهندس همايون صادقي پويا معتقدند استفاده از دوده سيليسي در ساخت سازه هاي بتني دريايي نظير اسكله ها و بنادر با هدف افزايش دوام در دهه اخير افزايش چشمگيري داشته است.
همچنين ايشان به بررسي دوام نمونه هاي خمير سيمان و بتن با كاربرد سيمان نوع 2 همراه با 7 و 10 درصد اثر دوده سيليس به عنوان جايگزين سيمان در شرايط عمل آوري در آب معمولي ، در ساحل دريا و در مخزن شبيه سازي تر وخشك در مقاومت فشاري و جذب موئينه آب پرداخته اند.
گفتني است نمونه هاي حاوي دوده سيليسي در شرايط تر و خشك افت مقاومت شديدتري در طي زمان 180 روز پس از ساخت ، نسبت به نمونه هاي عمل آوري شده در آب معمولي نشان داده اند.
همچنين بايد اشاره كرد با افزايش ميزان اثر دوده سيليس ، ميزان جذب آب نمونه ها در شرايط مخرب ساحل دريا و شرايط جذر و مد متناوب و مخزن شبيه سازي تر و خشك ، افزوده شده است.

افزودني هاي بتن
در سال هاي اخير استفاده محدودي از آرماتورهاي غير فلزي آغاز گشته است هر چند تحقيقات بر روي كاربرد وسيعتر آنها و عملكرد دراز مدت اين نوع آرماتورها ادامه دارد اين آرماتورها كه معروف به آرماتورهاي با الياف پلاستيكي (FRP) هستند از الياف مختلفي چون الياف شيشه اي (GFRP) الياف آراميدي (Afrp) والياف كربني (CFRP) در يك رزين چسباننده تشكيل شده اند. خاصيت عمده اين آرماتورها كه سبب كار برد آنها شده است مقاومت در برابر خوردگي آنهاست كه مي تواند در محيط هاي بسيار خورنده دوام دراز مدتي داشته باشند. علاوه بر اين مقاومت بالا، مقاومت به خستگي بالا، ظرفيت بالاي تغيير شكل ارتجاعي، مقاومت الكتريكي زياد و هدايت مغناطيسي پايين و كم اين مواد از مزاياي آنها شمرده مي شود. البته اين مواد معايبي چون كرنش گسيختگي كم و شكننده بودن و خزش زياد و تفاوت قابل ملاحظه ضريب انبساط حرارتي آنها در مقايسه با بتن را به همراه دارند. اخيراً از الياف مختلف شبكه هايي بافته شده و به صورت يك شبكه آرماتور در سطح بتن براي كنترل ترك و كم كردن عرض آن و همچنين در ديوارهاي نماي بتني ازآن استفاده مي كنند. تحقيقات روي كاربرد صفحات اليافي به جاي صفحات فولادي براي تقويت قطعات خمشي و تيرها و دال ها به ويژه در پل ها ادامه دارد. اين صفحات با رزين هاي اپوكسي به نواحي كششي از خارج اتصال داده مي شود. كاربرد صفحات با الياف كربني براي اين تقويت بيشتر رايج گشته و در چندين پل در ژاپن و در بعضي كشورهاي اروپايي از آن استفاده شده است.
منبع: http://iranomran.com/por…/civil-engineer/concrete-structures

 

 


برچسب: FRP،
امتیاز:
 
بازدید:
+ نوشته شده: ۲۵ تير ۱۳۹۴ساعت: ۱۱:۵۷:۳۹ توسط:س.ا موضوع: مقالات عمراني

ارسال نظر
نام :
ایمیل :
سایت :
پیام :
خصوصی :
کد امنیتی :