طراحی سیستم FRP

مقاوم سازی ساختمان با اهداف مختلفی انجام می گیرد ، افزایش ظرفیت باربری سازه و بهبوپ عملکرد اصلی سازه علاوه بر اصلاح خطراهای اجرایی و طراحی ساختمان از اهداف اصلی مقاوم سازی سازه و بهسازی لرزه ای سازه ها می باشد ،‌همانطور که می دانید راهکارها و روش های مختلفی برای تقویت سازه وجود دارد ، ‌انواع روش های مقاوم سازی ساختمان با توجه به وضعیت سازه ی موجود و عملکرد مورد نظر اجرا می گردد ، هرکدام از این روش ها دارای مزایا و معایب خاص خود می باشند که در مقالات آشیان پی به طور مفصل به آنها پرداخته شده است . استفاده از سیستم مقاوم سازی با FRP یکی از روش های نوین در بهسازی سازه و ترمیم ساختمان می باشد که قابلیت اجرا در اکثر سازه ها و عناصر آنها را دارد بعلاوه از سهولت و سرعت بالایی در اجرا برخوردار است و مزایای فراوان آن از جمله وزن پایین نسبت به مقاومت بالا و عدم آسیب پذیری در برابر خوردگی نسبت به فولاد تقویت سازه با FRP را به یک روش پرطرفدار در مقاوم سازی سازه ها تبدیل کرده است .
طراحی سیستم FRP و رعایت ضوابط مربوطه برای ارائه ی طرح تقویت FRP پیش از اجرای FRP یکی از اصول مهم در بهسازی سازه و عناصر آنها می باشد . طراحی سیستم FRP بر اساس ضعف ها ،‌مشکلات سازه ی موجود و محاسبات و نقشه های as-builtبصورت بهینه توسط شرکت ساختمانی آشیان پی و کارشناسان متخصص آن انجام می گیرد. طرح تقویت و طراحی سیستم FRP بر اساس میزان مقاومت در برابر نیروی کششی انجام می شود و سازگاری کرنشی ورق های FRP با بتن بررسی می شود ضمنا در طراحی سیستم FRP مقاومت فشاری الیاف FRP در نظر گرفته نمی شود .

اصول طراحی سیستم FRP:

ارائه ی طرح تقویت FRP بر طراحی سیستم FRP براساس محاسبات، ‌طراحی سازه های بتنی و رفتار مکانیکی الیاف اف آر پی می باشد . برای تقویت سازه های بتنی،‌ طرح تقویت بر اساس آبا (آیین نامه ی بتن ایران) ارائه می شود تا حداکثر قابلیت خدمت رسانی و مقاومت سازه تامین گردد . از طرفی توصیه می شود برای طراحی سیستم FRP در ارائه ی طرح تقویت جهت بهسازی لرزه ای از اصول طراحی براساس ظرفیت در محاسبات و نقشه ها استفاده شود ضمنا لازم است برای اجرای طرح تقویت FRPمحدودیت های موجود جهت پیشگیری از فروریزش سازه و سایر آسیب ها در نظر گرفته شود . یکی از اصول مهم در طراحی سیستم FRP ، تحلیل و بررسی به منظور حصول اطمینان از بیشتر بودن احتمال وقوع پدیده ی گسیختگی خمشی نسبت به گسیختگی برشی در عناصر مقاوم سازی شده با FRP است . در واقع هدف اصلی از طراحی سیستم FRP علاوه بر افزایش مقاومت بتن ،‌افزایش مقاومت عناصر سازه در خمش و برش می باشد که سبب ایجاد پیش تنیدگی مضاعف می گردد .
از سایر محدودیت های موحود در طرح تقویت FRP و طراحی سیستم FRP، ‌اطمینان از عدم قرارگیری سایر حالت ها گسیختگی (برش،سوراخ شدگی و ...) تحت تاثیر مستقیم سیستم مقاوم سازی با FRP است ، لذا ضروری است که تمامی عناصر سازه قابلیت تحمل نیرو های افزوده شده بر اجزای تقویت شده را داشته باشند.

نکات مهم در طراحی سیستم FRP

ویژگی های فیزیکی و مکانیکی تمام مصالح ساختمانی تحت تاثیر برخی عوامل دستخوش تغییراتی می گردد، ‌الیاف FRP نیز این قاعده مستثنی نیست . به بیانی دیگر مقاومت الیاف FRP هنگام قرارگیری در برخی شرایط کاهش می یابد لذا هنگام ارائه ی طرح تقویت FRP و طراحی سیستم FRP لازم است پارامترهای تاثیرگذار محیطی مثل : مواد شیمیایی ، آب ،‌اشعه ی فرابنفش ، محیط های اسیدی و قلیایی و ... در محاسبات لحاظ گردد . در ادامه به پارامترهای تاثیرگذار در طراحی سیستم FRP می پردازیم .

الف) تاثیر محیط اسیدی و قلیایی در طراحی سیستم FRP :‌ میزان پایداری مقاومت سیستم مقاوم سازی با FRP در محیط های قلیایی و اسیدی ارتباط مستقیمی با رزین و الیاف موجود دارد ، بطور کلی الیاف کربن به محیط های اسیدی و قلیایی از مقاومت بهتری برخودارند و در مقابل الیاف شیشه نسبت به اسیدی و قلیایی بودن محیط حساسیت بیشتری دارند لذا توصیه می شود از الیاف کربن در چنین محیط هایی استفاده گردد. در نهایت لازم بذکر است استفاده از رزین اپوکسی مناسب می تواند تا حد زیادی از اثرات منفی پارامتر محیطی بکاهد ، بطور کلی لازم است رزین های اپوکسی بکار رفته در پوشش FRP نسبت به اسیدی و قلیایی بودن محیط مقاوم باشند . پس نتیجه گیری می شود که در طرح تقویت FRP باید با توجه به شرایط شیمیایی محیط تعیین گردد و نوع الیاف بکار رفته در سیستم طراحی FRP لحاظ گردد .

ب) تاثیر انبساط حرارتی در طراحی سیستم FRP : تغییرات درجه ی حرارت محیط تاثیر زیادی در خصوصیات انبساط حرارتی الیاف FRP می گذارد ، عموما گفته می شود . الیاف شیشه ضریب انبساط حرارتی نزدیک تری با بتن دارند اما ضریب انبساط حرارتی رزین ها حدودا ۵ برابر ضریب انبساط حرارتی بتن می باشد اما این تغییرات تاثیرات جدی و مهمی در نحوه ی عملکرد سیستم FRP و توانایی های آن نخواهد گذاشت طبق ضوابط بهسازی لرزه ای تفاوت انبساط حرارتی در مصالح FRP و بین تاثیر منفی در میزان چسبندگی الیاف در درجه حرارت ۲۸- تا ۲۸ درجه سیلیسیوس نخواهد داشت .

ج) تاثیر رسانایی الکتریکی در طراحی سیستم FRP : در حین طراحی سیستم FRP باید نسبت به ویژگی رسانایی الکتریکی الیاف در طرح تقویت FRP توجه داشت بطور مثال الیاف شیشه عایق الکتریکی می باشند و الیاف کربن قابلیت رسانایی الکتریکی دارند .

د) تاثیر مصالح FRP در طراحی سیستم FRP: طراحی سیستم طرح تقویت FRP باید به گونه ای باشد که الیاف CFRP در تماس مستقیم با فولاد نباشند تا از خوردگی الکترو شیمیایی فولاد جلوگیری شود. علاوه بر این جهت کسب اطمینان از ویژگی های الیاف FRP و تطابق آن با مقدار مورد نیاز از تست کشش FRP استفاده کرد.