خرابی ستون بتنی

وجود ضعف های مختلف در ستون های بتنی می توان سبب بروز شکست های متفاوتی در این عناصر شود. ضعف های برشی، خمشی، محصور شدگی، شکست ستون کوتاه و گسیختگی ناشی از کمانش میلگردهای ستون از خرابی های متداول در ستون های بتنی هستند که نیازمند انجام اقداماتی به منظور ترمیم و مقاوم سازی ستون بتنی خواهند بود. بارهای فشاری روی ستون از پارامترهای مهم در فرایند ترمیم و تقویت ستون ها محسوب می شوند. لازم به ذکر ستون ها عناصر مهمی در سازه هستند که خرابی آنها می تواند مقاومت کل سازه را تحت تاثیر قرار دهند بنابراین در ادامه به روش های اصلاح خرابی ستون ها و تقویت آنها می پردازیم. بسیاری از این روش ها قادرند افزایش ظرفیت باربری ستون ها را نیز تامین کنند. به همین دلیل می توان در شرایطی که ستون ها به دلیل قرارگیری در معرض بار اضافی دچار آسیب می شوند، از این روش ها استفاده کرد.

۱-خرابی ستون به دلیل کمبود خاموت

کمبود خاموت ها در ستون یکی از دلایل مهم در خرابی ستون های بتنی است. عدم وجود خاموت های عرضی در فواصل مناسب می تواند منجر به کمانش میلگردهای طولی پس از ریخته شدن رویه بتنی شود. در صورتی که فواصل مناسب در خاموت بندی میلگردهای طولی رعایت نشده باشد،‌ شاهده کمانه ی میلگردهای طولی بر اثر تحمل نیروهای اضافی پس از چندین سال بهره برداری از سازه خواهیم بود. بنابراین محصور کردن میلگردهای طولی ستون بوسیله ی خاموت های عرضی در فواصل معین، از موارد مهم در اجرای ستون های بتنی است. به منظور دستیابی به عملکرد بهتر ستون ها در برابر اعمال نیرو و جلوگیری از کمانه ستون ها توصیه می شود میلگردهای طولی در گوشه ی خاموت ها قرار بگیرند. علاوه بر این، ضخامت پوشش بتنی روی میلگردها باید به گونه ای باشد که پایداری میلگردها تحت الشعاع قرار نگیرد.

۲-خرابی ستون به دلیل وجود طبقات نرم در ساختمان

یکی از دلایل خرابی ستون های ساختمان مربوط به وجود طبقات نرم در ساختمان است. در واقع نواحی با سختی متفاوت در ساختمان رفتار متفاوتی نسبت به نواحی دیگر خواهند داشت. به دلیل وجود طبقات نرم، توزیع بار مثلثی استاتیکی از بین خواهد رفت و به دنبال آن رفتار غیر ارتجاعی سازه تحت اشعاع قرار خواهد گرفت. تغییر مکان سازه در نواحی طبقات نرم زیاد بوده و منجر به ناپایداری سازه خواهد شد. طبقات نرم در ساختمان منجر به تخریب دیوارهای پر کننده و به دنبال آن افزایش نیروی برشی وارد بر ستون و ترک خوردگی ستون می گردد. همین امر می تواند منجر به خرابی ستون ها به دلیل اعمال بیش از حد نیروهای برشی شود که نیازمند انجام اقدامات لازم برای اصلاح ترک ها و ترمیم ستون است.

۳-خرابی ستون به دلیل طرفیت برشی پایین ستون

سازه ها به منظور برقراری حالت ارتجاعی هنگام بروز زمین لرزه در مقاطع خود لوله های پلاستیکی ایجاد می کنند. بسیاری از لوله های پلاستیک در نواحی انتهایی ستون ها تشکیل می شود. در صورتی مقاطع مد نظر از ظرفیت برشی لازم برخوردار نباشند، پیش از استهلاک نیروهای زلزله در آنها تخریب می شوند.

۴-خرابی ستون به دلیل خرد شدن اتصالات تیر به ستون

مقدار زیادی از نیروهای زلزله بر اثر تغییر شکل عناصر ساختمان جذب می شوند. اتصالات سازه نقش مهمی در جذب این انرژي ها دارند. بنابراین ضروری است بررسی های مربوطه جهت پیش بینی قدرت تحمل تنش های برشی و نحوه ی انتقال آن ها در اتصالات سازه، حین طراحی مد نظر قرار گیرد. علاوه بر این به منظور کاهش احتمال تخریب در اتصالات سازه، حداقل مقاومت اتصالات برابر با مقاومت اجزای متصل به آن ها در نظر گرفته می شود.

۵-خرابی ستون بتنی به دلیل افزایش نیروی واژگونی

یکی از دلایل خرابی ستون های بتنی، افزایش نیروی برشی ستون در اثر پر شدن دهانه های قاب با دیوارهای پر کننده است. این امر سبب افزایش سختی سازه می شود و کاهش پریود طبیعی ساختمان را به دنبال خواهد داشت. بیشینه شدن نیروی برشی در ستون ها سبب ایجاد نیروی واژگونی کشش می گردد که همین مسئله خرابی ستون ها و به مرور زمان تخریب کل سازه را به دنبال خواهد داشت.

۶-خرابی ستون به دلیل شکست برشی ستون های کوتاه

یکی از عوامل تخریب ستون ها بتنی شکست برشی در ستون های کوتاه سازه است. در صورتی که ستون های سازه به هر دلیلی اعم از عوامل سازه ای و غیرسازه ای از جمله تیرهای عمیق، دیوار چینی های زیر پنجره و غیره، ستون های کوتاه در نظر گرفته شوند الگوی شکست ستون از خمشی به برشی در آنها تغییر پیدا خواهد کرد. در اثر کوتاه شدن ارتفاع ستون ها، دهانه ی برشی کاهش پیدا خواهد کرد بنابراین نیروی برشی به میزان چشمگیری افزایش پیدا خواهد کرد و خرابی ستون های بتنی را در پی خواهد داشت. به همین دلیل توصیه می شود در صورت وجود ستون های کوتاه در سازه تهمیدات لازم به منظور پیشگیری از اثرات نامطلوب آن ها صورت گیرد.

۷-خرابی ستون های بتنی به دلیل تخریب المان های غیرسازه ای

به صورت کلی عناصر سازه ای در ساختمان مقدار سختی سازه را بیشتر کرده و احتمال ایجاد نیروهای پیش بینی نشده در تمام عناصر سازه را افزایش می دهند. علاوه بر این عناصر غیرسازه ای ممکن است سبب تخریب ثانویه المان های سازه ای شوند. یکی از دلایل خرابی ستون های بتنی در سازه می تواند مرتبط با همین مسئله باشد.

۸-خرابی ستون های بتنی به دلیل ضربه زدن ساختمان مجاور

وارد شدن ضربه از سمت ساختمان مجاور می تواند منجر به خرابی ستون های بتنی در یک سازه شود. توجه کنید که عموما دو ساختمان مجاور یکدیگر از ویژگی های هندسی مشابهی برخوردار نیستند بنابراین حین بروز زلزله عملکرد متفاوتی را از خود نشان می دهند. تفاوت دو ساختمان با یکدیگر سبب وجود اختلاف در پریود و مودهای ارتعاشی و در نتیجه وارد کردن ضربه توسط دو ساختمان به یکدیگر خواهد شد. به منظور پیشگیری از وقوع چنین حوادثی فاصله ی لام بین دو ساختمان باید در نظر گرفته شود. اگر سقف یکی از ساختمان ها در ارتفاع وسط ستون ساختمان کناری باشد،‌ضربه های اعمالی تشدید و تخریب تشدید خواهد شد.

۹-خرابی ستون به دلیل طول کم وصله ها

به طور کلی تمامی میلگردها ستون را بعد از هر سقف و در یک مقطع قطع می کنند در چنین شرایطی اگر طول وصله ها متناسب با آیین نامه و استانداردها در نظر گرفته نشده باشد و از مقدار کوتاهی تعریف شده باشد، در هنگام زمین لرزه شاهد خرابی شدید ستون ها خواهیم بود.

۱۰-خرابی ستون بتنی در اثر کمانش

بطور خرابی ناشی از کمانش ستون های بتنی، از نظر ظاهری به شکل تغییر شکل های جانبی و ناگهانی در اجزای سازه در اثر قرارگیری نشان داده می شوند.
نیروها و تنش های فشاری اعمال شده به ستون با شدت بالا ممکن است منجر به تغییر شکل های جانبی در ستون های بتنی شود. کمانش ستون های بتنی سبب ایجاد ناپایداری و انهدام ستون های بتنی خواهد شد. تنش های کوچک تر از مقاومت نهایی مصالح سازه نیز می توانند منجر به کمانش یا اختلال در پایداری سازه گردند. پدیده خرابی ستون بتنی در اثر کمانش همچنین می تواند ناشی از وارد شدن تنش های فشاری کمتر از تنش تسلیم ماده تشکیل دهنده سازه باشد.

۱۱-خرابی ستون بتنی به دلیل طول کم وصله برای میلگردهای طولی

در بسیاری از پروژه ها عموما شاهد قطع میلگردهای ستون در یک مقطع هستیم (بعد هر سقف) بنابراین در صورتی که طول وصله ها در این نواحی از مقدار مجاز در آیین نامه ها و ضوابط کمتر باشد، شاهد آسیب دیدگی ستون در اثر زمین لرزه و سایر حوادث طبیعی خواهیم بود. مقاوم سازی پل ها در بسیاری از مواقع به دلیل وقوع همین رویداد در پایه ی پل ها انجام گرفته است.

۱۲-خرابی ستون بتنی به دلیل تخریب عناصر الحاقی

جهت پیشگیری از خرابی ستون های بتنی و ساختمان لازم است تا برای طراحی و اجرای عناصر الحاقی سازه، توجه بالایی صرف شود چرا که این عناصر اولین بخش هایی از سازه هستند که در اثر حوادث طبیعی آسیب خواهند دید. برای مثال لازم است نیروهای عمودی در طراحی بالکن، در نظر گرفته شوند.

ترمیم خرابی ستون های بتنی

با توجه به وضعیت موجود، روش های مختلفی برای ترمیم بتن ستون ها و اصلاح خرابی ستون ها وجود دارد که در ادامه به برخی از آنها اشاره خواهیم کرد.
۱-کاهش کلراید با هدف ایجاد تاخیر در خوردگی بتن
۲-استفاده از صفحات فولادی و ژاکت فلزی
۳-اجرای الیاف کربن CFRP
۴-اجرای ستون های مکمل
۵-اجرای سیستم های حفاظتی برای پیشگیری از خوردگی به مرور زمان
۶-ایجاد خاصیت قلیایی در میلگردها برای پیشگیری از خوردگی میلگرد در بتن
۷-اجرای حفاظت کاتدی برای توقف خوردگی فولاد مسلح کننده
۸-گسترش مقطع ستون ها