مقاوم سازی ساختمان

در سال های اخیر استفاده از کامپوزیت مسلح شده پلیمری به عنوان یک ماده با سطح عملکردی عالی در سازه های بتنی به شدت گسترش یافته است. کامپوزیت FRP از مزایایی چون قدرت بالا، سبکی و مقاومت در برابر خوردگی شهره اند.

با این حال، انواع مختلف این محصول، وجوه مقاومت و میزان تاب آوری متفاوت را از خود نشان می دهند. در این مقاله در ارتباط با تولید و به کار گیری FRP، انواع آن ها و مزایای آن صحبت خواهیم کرد.

کامپوزیت مسلح شده پلیمری
ظرف این دهه، کنترل و تحلیل سازه های بتنی و فولادی توجهات زیادی را به خود جلب کرد، نه فقط به خاطر کوتاهی عمر سازه بلکه در ارتباط با مسائل ایمنی. هرچند سازه های بتنی، به طور کلی سطح مقاومتی خوبی را از خود نشان می دهند، اما زلزله های سخت در کنار فرسودگی سازه های بتنی، گاها به خرابی های گسترده ای منتهی شده است.

به همین دلیل، مدت هاست که استفاده از جایگزین های قابل اتکاتر یا تقویت این سازه ها با مصالح کمکی مطرح شده است و موارد متعددی از مصالح جدید هم مورد آزمایش قرار گرفته است. یکی از این موارد هم کامپوزیت مسلح شده پلیمری یا FRP است.

ستون ها و تیرهای های بتنی تقویت شده به واسطه FRP در موارد مختلف مورد آزمایش قرار گرفت تا به عنوان یک جایگزین در سازه ها مورد استفاده قرار بگیرد.

استفاده از FRP به صورت مواد تقویتی طولی و عرضی در حال حاضر در ساختمان ها و پل ها عملا وجود دارد. دلیل استفاده از این ماده، عملکرد عالی و مقاومت ویژه آن در برابر خوردگی است.

کامپوزیت مسلح شده پلیمری درمقایسه با فولاد، از نسبت وزن به مقاومت بالا و قدرت تاب آوری مناسبی برخوردار است، که مجموع این ویژگی ها آن را به جایگزینی مناسب در بسیاری از سازه ها تبدیل می کند.

بررسی اثرات FRP روی رفتار بتن آرمه
برای اینکه تاثیر FRP در شاکله و ساختار سازه و تقویت تاب آوری آن را بررسی کنیم استفاده از آن در ستون ها و تیر ها را مدنظر قرار دادیم. تاثیر کامپوزیت مسلح شده پلیمری، بر کنش ستون ها و تیرها در آزمایش های مختلف مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است.

ستون ها و تیرهای تقویت شده به واسطه FRP قدرت و انعطاف پذیری مناسبی را در سازه ها و در مقابل لرزه ها از خود نشان داده اند. آزمایش های انجام شده تحت بار چرخشی معکوس نشان داد که میزان ظرفیت drift ستون ها و تیرها بیش از ۳ % است. تیرهای FRP همچنین قابلیت مناسبی را در تحمل فشار از خود نشان داده اند.

تاثیر استفاده از مواد FRP بر روی ستون بتن آرمه
مقاومت مناسب: استفاده از FRP در ستون ها یا تیرها، ضمن حفظ وزن در سطح مناسب، مقاومت کافی را نیز حاصل می کند.

خوردگی پایین: گفتیم که یکی از مسائلی که در مورد فولاد مورد استفاده در سازه مطرح است، خوردگی است. یکی از بهترین ویژگی FRP ها، مقاومت مناسب در برابر خوردگی است.

حمل و نقل آسان: به طور کلی FRP به خاطر مواد تشکیل دهنده، وزن بالایی ندارند و به همین دلیل حمل و نقل آن هم آسان است.

نما و ظاهر بهتر: به خاطر شکل و ساختار مکعب وار FRP و بتن های تقویت شده با FRP نمای ستون ها و تیرهای ساخته شده با آن در اسکلت هم بهتر است.

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

اثرات FRP بر رفتار ستون بتن آرمه
استفاده از FRP در بتن می تواند مقاومت آن را در مقابل فشار بالا ببرد. در این حالت به واسطه محصور سازی، الیاف FRP به صورت عرضی در طول ستون کشیده می شود و شکل ستون فقرات آن را ایفا می کند.

درواقع FRP در این وضعیت تنها در صورتی که فشار بر بتن به نقطه شدید برسد عمل می کند. به این ترتیب مقاومت تا حد زیادی بالا می رود. البته میزان مقاومت بتن در این روش تا حد زیادی به میزان الیاف FRP استفاده شده بستگی دارد.

تاثیر الیاف مختلف مورد استفاده در FRP
الیاف شیشه ای: الیاف شیشه ای به خاطر قیمت پایین تر، مقاومت کششی (انعطاف) بالاتر و قابلیت تاب آوری حرارتی بالا یکی از متداول ترین مواد مورد استفاده در FRP ها هستند. مقاوم بودن الیاف شیشه ای از نظر الکتریکی باعث می شود که از نظر ایمنی در برابر آتش سوزی در مواقع بحرانی کاربرد داشته باشند.

الیاف کربنی: الیاف کربن به خاطر قابلیت کششی بالا مقاومت بتن آرمه و انعطاف پذیری آن را در مواقع فشار بالا می برد.

معایب کامپوزیت مسلح شده پلیمری
هزینه بالا: برخی مواد ترکیبی در تولید برخی از کامپوزیت های FRP هزینه ای بالا را بر سازه تحمیل می کنند.
عدم تحمل حرارت: برخی الیاف های FRP مثل کربن و آرامید، از مقاومت پایین در برابر حرارت برخوردارند.
موارد استفاده از FRP
ارتقا ظرفیت باربری: از کامپوزیت مسلح شده پلیمری در بیشتر مواقع به عنوان چارچوبی کمکی و برای افزایش ظرفیت باربری سازه استفاده می شود.
تغییر و اصلاح: از کامپوزیت های تقویت شده با الیاف برای تغییر و اصلاح نقاط آسیب دیده یا در معرض آسیب هم استفاده می شود.
نتیجه گیری

بالا بردن مقاومت سازه های مختلف در برابر زلزله، دغدغه بزرگ همه دوران های زندگی یکجا نشینی بشر بوده است. استفاده از سازه های بتنی تا حد بسیار زیادی کارآیی خود را در برابر این حوادث غیرمترقبه نشان داده است.

با این حال، سازه های بتنی بعد از مدتی دچار خوردگی می شوند و در واقع عمر محدودی دارند، از طرفی در برخی نقاط خاص استفاده از سازه های بتنی، ایمنی کامل را حاصل نکرده است. به همین دلیل و با پیشرفت هایی که درزمینه تکنولوژی وجود دارد تلاش ها برای رسیدن به یک محصول جدید موثر در جریان است.

در این میان FRP با مواد پلیمری تقویت شده با الیاف یکی از روش هایی است که ظرف دهه اخیر به شدت مطرح شده است. البته توجه داشته باشید که کاپوزیت مسلح شده پلیمری با وجود ویژگی های مثبت بالا، هنوز تا رسیدن به نقطه ی ایمنی صد در صدی فاصله دارد.