مقاوم سازي ساختمان

در سال هاي اخير استفاده از كامپوزيت مسلح شده پليمري به عنوان يك ماده با سطح عملكردي عالي در سازه هاي بتني به شدت گسترش يافته است. كامپوزيت FRP از مزايايي چون قدرت بالا، سبكي و مقاومت در برابر خوردگي شهره اند.

با اين حال، انواع مختلف اين محصول، وجوه مقاومت و ميزان تاب آوري متفاوت را از خود نشان مي دهند. در اين مقاله در ارتباط با توليد و به كار گيري FRP، انواع آن ها و مزاياي آن صحبت خواهيم كرد.

كامپوزيت مسلح شده پليمري
ظرف اين دهه، كنترل و تحليل سازه هاي بتني و فولادي توجهات زيادي را به خود جلب كرد، نه فقط به خاطر كوتاهي عمر سازه بلكه در ارتباط با مسائل ايمني. هرچند سازه هاي بتني، به طور كلي سطح مقاومتي خوبي را از خود نشان مي دهند، اما زلزله هاي سخت در كنار فرسودگي سازه هاي بتني، گاها به خرابي هاي گسترده اي منتهي شده است.

به همين دليل، مدت هاست كه استفاده از جايگزين هاي قابل اتكاتر يا تقويت اين سازه ها با مصالح كمكي مطرح شده است و موارد متعددي از مصالح جديد هم مورد آزمايش قرار گرفته است. يكي از اين موارد هم كامپوزيت مسلح شده پليمري يا FRP است.

ستون ها و تيرهاي هاي بتني تقويت شده به واسطه FRP در موارد مختلف مورد آزمايش قرار گرفت تا به عنوان يك جايگزين در سازه ها مورد استفاده قرار بگيرد.

استفاده از FRP به صورت مواد تقويتي طولي و عرضي در حال حاضر در ساختمان ها و پل ها عملا وجود دارد. دليل استفاده از اين ماده، عملكرد عالي و مقاومت ويژه آن در برابر خوردگي است.

كامپوزيت مسلح شده پليمري درمقايسه با فولاد، از نسبت وزن به مقاومت بالا و قدرت تاب آوري مناسبي برخوردار است، كه مجموع اين ويژگي ها آن را به جايگزيني مناسب در بسياري از سازه ها تبديل مي كند.

بررسي اثرات FRP روي رفتار بتن آرمه
براي اينكه تاثير FRP در شاكله و ساختار سازه و تقويت تاب آوري آن را بررسي كنيم استفاده از آن در ستون ها و تير ها را مدنظر قرار داديم. تاثير كامپوزيت مسلح شده پليمري، بر كنش ستون ها و تيرها در آزمايش هاي مختلف مورد بررسي و تحليل قرار گرفته است.

ستون ها و تيرهاي تقويت شده به واسطه FRP قدرت و انعطاف پذيري مناسبي را در سازه ها و در مقابل لرزه ها از خود نشان داده اند. آزمايش هاي انجام شده تحت بار چرخشي معكوس نشان داد كه ميزان ظرفيت drift ستون ها و تيرها بيش از ۳ % است. تيرهاي FRP همچنين قابليت مناسبي را در تحمل فشار از خود نشان داده اند.

تاثير استفاده از مواد FRP بر روي ستون بتن آرمه
مقاومت مناسب: استفاده از FRP در ستون ها يا تيرها، ضمن حفظ وزن در سطح مناسب، مقاومت كافي را نيز حاصل مي كند.

خوردگي پايين: گفتيم كه يكي از مسائلي كه در مورد فولاد مورد استفاده در سازه مطرح است، خوردگي است. يكي از بهترين ويژگي FRP ها، مقاومت مناسب در برابر خوردگي است.

حمل و نقل آسان: به طور كلي FRP به خاطر مواد تشكيل دهنده، وزن بالايي ندارند و به همين دليل حمل و نقل آن هم آسان است.

نما و ظاهر بهتر: به خاطر شكل و ساختار مكعب وار FRP و بتن هاي تقويت شده با FRP نماي ستون ها و تيرهاي ساخته شده با آن در اسكلت هم بهتر است.

طول عمر بالا: به خاطر مقاومت در برابر خوردگي، طول عمر بتن آرمه در استفاده از FRP بالا مي رود.

اثرات FRP بر رفتار ستون بتن آرمه
استفاده از FRP در بتن مي تواند مقاومت آن را در مقابل فشار بالا ببرد. در اين حالت به واسطه محصور سازي، الياف FRP به صورت عرضي در طول ستون كشيده مي شود و شكل ستون فقرات آن را ايفا مي كند.

درواقع FRP در اين وضعيت تنها در صورتي كه فشار بر بتن به نقطه شديد برسد عمل مي كند. به اين ترتيب مقاومت تا حد زيادي بالا مي رود. البته ميزان مقاومت بتن در اين روش تا حد زيادي به ميزان الياف FRP استفاده شده بستگي دارد.

تاثير الياف مختلف مورد استفاده در FRP
الياف شيشه اي: الياف شيشه اي به خاطر قيمت پايين تر، مقاومت كششي (انعطاف) بالاتر و قابليت تاب آوري حرارتي بالا يكي از متداول ترين مواد مورد استفاده در FRP ها هستند. مقاوم بودن الياف شيشه اي از نظر الكتريكي باعث مي شود كه از نظر ايمني در برابر آتش سوزي در مواقع بحراني كاربرد داشته باشند.

الياف كربني: الياف كربن به خاطر قابليت كششي بالا مقاومت بتن آرمه و انعطاف پذيري آن را در مواقع فشار بالا مي برد.

معايب كامپوزيت مسلح شده پليمري
هزينه بالا: برخي مواد تركيبي در توليد برخي از كامپوزيت هاي FRP هزينه اي بالا را بر سازه تحميل مي كنند.
عدم تحمل حرارت: برخي الياف هاي FRP مثل كربن و آراميد، از مقاومت پايين در برابر حرارت برخوردارند.
موارد استفاده از FRP
ارتقا ظرفيت باربري: از كامپوزيت مسلح شده پليمري در بيشتر مواقع به عنوان چارچوبي كمكي و براي افزايش ظرفيت باربري سازه استفاده مي شود.
تغيير و اصلاح: از كامپوزيت هاي تقويت شده با الياف براي تغيير و اصلاح نقاط آسيب ديده يا در معرض آسيب هم استفاده مي شود.
نتيجه گيري

بالا بردن مقاومت سازه هاي مختلف در برابر زلزله، دغدغه بزرگ همه دوران هاي زندگي يكجا نشيني بشر بوده است. استفاده از سازه هاي بتني تا حد بسيار زيادي كارآيي خود را در برابر اين حوادث غيرمترقبه نشان داده است.

با اين حال، سازه هاي بتني بعد از مدتي دچار خوردگي مي شوند و در واقع عمر محدودي دارند، از طرفي در برخي نقاط خاص استفاده از سازه هاي بتني، ايمني كامل را حاصل نكرده است. به همين دليل و با پيشرفت هايي كه درزمينه تكنولوژي وجود دارد تلاش ها براي رسيدن به يك محصول جديد موثر در جريان است.

در اين ميان FRP با مواد پليمري تقويت شده با الياف يكي از روش هايي است كه ظرف دهه اخير به شدت مطرح شده است. البته توجه داشته باشيد كه كاپوزيت مسلح شده پليمري با وجود ويژگي هاي مثبت بالا، هنوز تا رسيدن به نقطه ي ايمني صد در صدي فاصله دارد.