مقاوم سازی اتصالات بتنی

مقاوم سازی اتصالات بتنی یکی از فرایندهای مهم در مقاوم سازی ساختمان محسوب می شود. اتصالات بتنی از عناصر مهم سازه هستند که اتصال تیرها به ستون را ایجاد می کنند نقش اصلی در برابری جانبی سازه ایفا می کنند. هنگام بروز زمین لرزه نیروهای زیادی به اتصالات بتنی سازه اعمال می شود و عملکرد آن ها یکی از عوامل مؤثر در واکنش سازه به وقوع زمین لرزه است. ماهیت قاب های خمشی به شکلی است که نیروهای مختلفی در ناحیه ی اتصال با یکدیگر تلاقی می کنند، نیروهای اعمال شده به نواحی اتصال باید به شکل لنگر خمشی از طریق هسته اتصال منتقل شوند. آسیب های ایجاد شده در قاب های خمشی عموما به نواحی اتصال تیر به ستون وارد می شود. در گذشته قوانین کمی برای اتصالات بتنی ساختمان یا نواحی اتصال تیر به ستون در آیین نامه و دستورات مربوطه تعریف شده بود بنابراین سازندگان توجه به محدودی به آن داشتند و تنها تامین طول مهاری کششی برای میلگردهای منفی تیر توسط آن ها رعایت می شد. به ظور کلی عدم رعایت جزئیات مهم مربوط به آرماتوربندی نواحی اتصال تیر به ستون و یا اجرای ضعیف آن ها منجر به بروز رفتارهای نامطلوب در اجزای سازه ای می شود.

ضعف اتصالات بتنی

ضعف اتصالات بتنی و آسیب های وارد به نواحی اتصال تیر به ستون ناشی از دلایل مختلفی است. اما می توان گفت به طور کلی عدم دعایت ضوابط آرماتورگذاری در اتصالات بتنی و نواحی خاموتگذاری فشرده در تیر سبب بروز شکست برشی در این نواحی می شود. در اثر آسیب وارد شدن آسیب به اتصالات بتنی سازه، شکل پذیری آنها کاهش یافته و سبب خرابی زودتر این نواحی می شود. در ادامه به برخی از متداول ترین علل ضعف و آسیب های اتصالات بتنی اشاره خواهیم کرد.
۱-عدم رعایت ضوابط لرزه ای جدید در طراحی اتصالات بتنی
۲-وجود مشکلات اجرایی در ناحیه خاموت گذاری فشرده ی تیر و شکست برشی ناشی از آن
۳-کاهش شکل پذیری تیر و اتصالات بتنی به دلیل کمبود آرماتورهای عرضی و عدم محصور شوندگی مناسب بتن فشاری
۴-ضعف های اجرایی در نواحی اتصال تیر و ستون بتنی به دلیل کمبود خاموت های ستون
۵-ایجاد مفصل پلاستیک و ضعف برشی در اتصالات بتنی
علاوه بر این برای مقاوم سازی اتصالات بتنی و جلوگیری از آسیب آن ها، باید توجه بیشتری به نحوه ی اتصال تیر مسلح به ستون معطوف شود. چرا که در تیرهای مسلح طرفین ستون در اتصالات میانی تحت تنش‌ های مختلفی قرار می گیرند و در بسیاری مواقع هنگام وقوع زلزله، مفصل پلاستیک در تیر و نزدیک ستون ایجاد می شود که منجر به گسترش ترک در بتن تیرها می شود. ضعف اتصالات بتنی و خرابی آنها، ضعف تمام سازه را به دنبال خواهد داشت. همین مسئله نشان دهنده ی اهمیت مقاوم سازی اتصالات بتنی است.

آسیب های اتصالات بتنی

به طور کلی آسیب های ایجاد شده در اتصال تیر به ستون و لزوم مقاوم سازی اتصالات به شرح زیر است
۱-مقاوم سازی اتصالات بتنی به دلیل گسیختگی برشی
۲-تقویت اتصالات بتنی به دلیل کمانش میلگردهای طولی تیر و ستون
۳-وجود درز ساخت در اتصالات بتنی
۴-عدم وجود میلگردهای مثبت و منفی به مقدار کافی

علت مقاوم سازی اتصالات بتنی

در ادامه به برخی از متداول ترین علل مقاوم سازیی اتصالات بتنی می پردازیم

۱-مقاوم سازی اتصالات بتنی به دلیل گسیختگی برشی اتصال
گسیختگی برشی اتصالات بتنی یکی از دلایل مقاوم سازی اتصالات بتنی است. عدم وجود تنگ های کافی و مناسب تیر یا ستون در ناحیه بر اتصالات بتنی سبب گسیختگی برشی اتصالات بتنی می شود.

۲-مقاوم سازی اتصالات بتنی به دلیل کمانش میلگردهای طولی ستون در ناحیه اتصال
یکی از دلایل مقاوم سازی اتصالات بتنی کمانش میلگردهای طولی ستون به دلیل عدم استفاده از تنگ های مناسب و کافی در اتصالات بتنی است.

۳-مقاوم سازی اتصالات بتنی به دلیل کمانش میلگردهای طولی تیر در اتصالات بتنی
در صورت عدم دورگیری مناسب میلگردهای طولی تیر یا میلگردهای طولی ستون در نواحی اتصالات بتنی، شاهد کمانش میلگردهای طولی تیر خواهیم بود که مستلزم اجرای تهمیداتی جهت مقاوم سازی اتصالات بتنی خواهند بود. یکی از موارد مهم در کاشت میلگرد، اجرای آنها به شکل صاف و مستقیم در تیرها است. چرا که میلگردهای طولی خمیده ظرفیت بالایی در تحمل نیروهای فشاری ندارند.

۴-مقاوم سازی اتصالات بتنی به دلیل وجود درز سرد در اتصالات بتنی
یکی از عوامل خرابی اتصالات بتنی، وجود درز انقطاع در اطراف اتصالات بتنی است. بنابراین در تراز فوقانی ساختمان که احتمال زیادی در شکل گیری درز انقطاع وجود دارد، رعایت طول مهاری میلگرد طولی و خم های انتهایی ضروری است.

۵-مقاوم سازی اتصالات بتنی به دلیل برون محوری امتداد تیرها نسبت به امتداد ستون ها
برون محور امتداد تیرها نسبت به امتداد ستون ها یکی از دلایل اصلی خرابی اتصالات بتنی و شکست آن ها است.

۶-مقاوم سازی اتصالات بتنی به دلیل میلگردهای مثبت و منفی ناکافی
در صورتی که میلگردهای مثبت و منفی در اتصالات بتنی کمتر از مقدار لازم بکار رفته باشد، نیروهای لرزه ای می توانند سبب شکست و تخریب آن ها شوند. علاوه بر این عدم وجود میلگردهای طولی به مقدار کافی می تواند خرابی اتصالات بتنی تحت بارهای ثقلی را به دنبال داشته باشد.

روش های مقاوم سازی اتصالات بتنی

در صورتی که اتصالات بتنی و یا نواحی اتصال تیر به ستون از مقاومت کافی در تحمل لنگر و سایر نیروها برخوردار نباشند، می توان آن ها را به روش های مختلف تقویت کرد. لازم به ذکر است مقاوم سازی اتصالات بتنی، سبب بهسازی لرزه ای کل ساختمان نیز خواهد شد. به طور کلی روش های مقاوم سازی نواحی اتصال تیر به ستون عبارتند از:
۱-تعمیرات جزئی
۲-اجرای ژاکت بتنی
۳-اجرای روکش یا ژاکت فولادی
۴-اجرای تنگ خارجی
۵-مقاوم سازی با FRP

مقاوم سازی اتصال تیر به ستون

تقویت نواحی اتصال تیر به ستون یکی از اقدامات مهم جهت تقویت سازه های بتنی است که در صورت توجه به آن، می تواند نقش مؤثری در افزایش مقاوم سازی داشته باشد. بی توجهی به این مورد نیز ضعف سازه را به دنبال خواهد داشت. لازم به ذکر است عدم وجود مقاومت کافی در اتصالات بتنی مربوط به قاب های خمشی از اهمیت بالاتری برخوردار است چرا که بخش زیادی از بارهای جانبی به وسیله ی اتصالات تحمل می شوند. بنابراین مقاوم سازی اتصال تیر به ستون از نظر اقتصادی و زمانی نیز به صرفه خواهد بود. اجرای FRP برای مقاوم سازی اتصالات بتنی به دلیل عدم افزایش وزن اضافی سازه نسبت به اجرای روکش های فولادی برتری دارد. علاوه بر این، الیاف FRP از مقاومت شیمیایی بالایی برخوردار بوده و مانع از بروز رویدادهای نامطلوب نظیر زنگ زدگی میلگرد یا خوردگی فولاد خواهند شد. به طور کلی اجرای الیاف FRP از سهولت بالاتری نسبت به ورق های فولادی برخوردار است و نگهداری آن ها در مقایسه با ورق های فولادی راحت تر است. ضمنا اجرای الیاف FRP به روی اجزای مورد نظر سبب تغییر ابعاد و حجم آن ها نخواهد شد.

اتصال تیر به ستون با تزریق رزین

در صورتی که آسیب ایجاد شده در این نواحی جدی نباشد و تنها محدود به تعدادی ترک در بتن باشد می توان از روش تزریق رزین استفاده کرد. لازم به ذکر است، استفاده از این روش تنها در شرایطی امکان پذیر است که آرماتورهای طولی دچار کمانش نشده باشند. البته به دلیل وجود نتایج متناقض درباره ی بازگشت پیوستگی بین فولاد و بتن به کمک رزین، استفاده از این روش چندان مورد اعتماد نمی باشد.

اتصال تیر به ستون با طوق های پیش تنیده X شکل

یکی از روش های تقویت اتصالات تیر به ستون اجرای طوق های پیش تنیده X شکل است. در این روش ابتدا بتن های سست از سطوح بتنی جدا می شوند و عملیات ترمیم بتن به کمک ملات اپوکسی انجام می گیرد. سپس اتصالات با استفاده از طوق های خارجی که با کوپلر پیش تنیده شده اند، مقاوم سازی می شوند. در نهایت با نواحی مورد نظر با شبکه ای از مفتول های به هم جوش خورده پوشیده شده و بتن پاشی می شوند. البته امکان استفاده از این روش زمانی که چهار تیر به یک اتصال وارد می شوند وجود ندارد.

اتصال تیر به ستون با الیاف شیشه GFRP

یکی از دلایل اصلی در فروریزش ساختمان های دارای سیستم باربر خمشی ناشی از گسیختگی برشی اتصالات است. سیستم مقاوم سازی با FRP راه حل مناسبی برای این چالش محسوب می شود که استفاده از الیاف شیشه GFRP یکی از اقتصادی ترین مصالح در این زمینه است. مقاومت سازی تیر به ستون به کمک این مصالح خصوصا الیاف شیشه تک جهته، نه تنها سبب افزایش مقاومت برشی اتصالات خواهد شد بلکه شکل پذیری این اجزا را بهبود زیادی می بخشد.
در اجرای این روش و به منظور برقراری حالت گسیختگی همانند اجرای متداول FRP، لبه های الیاف مهار می شوند. اجرای صحیح این روش مستلزم عدم طلبه شدن ورقه های FRP است چرا که در صورت طلبه کردن و شکم دادن آنها، گسترش ترک ها شدت خواهد یافت. از مزایای مقاوم سازی اتصال تیر به ستون به کمک الیاف شیشه GFRP می توان به سرعت و سهولت در اجرا و مقاومت آنها در برابر عوامل مخرب شیمیایی اشاره کرد.

مقاوم سازی اتصال تیر به ستون با الیاف FRP

همانطور که به آن اشاره کردیم، اتصالات بتنی در سازه های بتنی با اتصال صلب نقش مؤثری در انتقال نیروها و لنگرها دارند. بنابراین هرگونه هرگونه تغییر مخرب در این نواحی سبب ایجاد اختلال در عملکرد آنها و انتقال نیروها می شود. لازم به ذکر است خرابی های ناشی از وقوع زلزله در نواحی اتصالات سازه بیشتر از سایر بخش های سازه است. مقاوم سازی اتصالات بتنی با FRP یکی از روش های تقویت این نواحی است. استفاده از الیاف FRP می تواند ظرفیت خمشی، برشی و میزان شکل پذیری را در اتصالات بتنی به مقدار زیادی افزایش داد. مراحل نصب FRP به این شکل که ابتدا لازم است سطوح مورد نظر کاملا پاکسازی شده و عاری از هرگونه مواد اضافی، گرد و غبار و آلودگی شوند. سپس الیاف FRP در ابعاد مورد نظر بریده شده و با استفاده رزین اپوکسی FRP چسبانده شوند. اتصال الیاف FRP می تواند به روش دستی و یا با استفاده از غلطک انجام گیرد. برای مقاوم سازی اتصالات بتنی با استفاده از الیاف کامپوزیتی می توان از انواع FRP استفاده کرد. بدین منظور می توان از الیاف شیشه، الیاف کربن، الیاف بازالت و الیاف آرامید استفاده کرد.

مقاوم سازی اتصالات بتنی با استفاده از ژاکت بتنی و فولادی

جهت مقاوم سازی اتصالات بتنی می توان از دو روش ژاکت بتنی و فولادی استفاده کرد که شباهت زیادی با یکدیگر دارند. در مقاوم سازی اتصالات بتنی با استفاده از ژاکت بتنی، نواحی مورد نظر در اتصالات بتنی سازه توسط بتن با رده ی مقاومتی یکسان، محصور شده و آنرا تقویت می کند. در مقاوم سازی اتصالات بتنی با استفاده از ژاکت فولادی نیز، بخشی از اتصالات بتنی سازه که نیازمند تقویت هستند با استفاده از یک پوشش خارجی فولادی تقویت می شوند. در مقاوم سازی اتصال تیر به ستون، ورق های فولادی با روش های مختلف از جمله جوشکاری، پیچ، مهره یا چسب های مخصوص به نواحی مورد نظر متصل می شوند. این روش علاوه بر افزایش سطح مقطع در نواحی مورد نظر، وظفیه ی تحمل بخشی از بار وارد شده به سازه را به عهده می گیرد. بطور کلی استفاده از ژاکت بتنی و فولادی در تقویت اتصالات بتنی، سبب افزایش ظرفیت باربری المان مورد نظر خواهد شد.

مزایای مقاوم سازی اتصالات بتنی

همانطور که در بخش های قبلی به آن پرداختیم، مقاوم سازی اتصالات بتنی یا مقاوم سازی نواحی اتصال تیر به ستون تأثیر به‌سزایی در بهبود عملکرد لرزه‌ای سازه خواهد داشت. این فرایند به سه روش اصلی ژاکت فولادی، ژاکت بتنی و الیاف FRP قبلیت اجرا دارد. در بین تمام روش‌های موجود، استفاده از الیاف FRP جهت تقویت اتصالات بتنی، طرفداران بیشتری نسبت به سایر روش‌ها دارد. چرا که مقاوم سازی بوسیله‌ی الیاف FRP قادر است بدون افزایش وزن سازه و استفاده از تجهیزات کارگاهی، عملیات مقاوم سازی اتصالات را انجام دهد. علاوه بر این اجرای الیاف FRP اف آر پی نسبت به سایر روش ها از سرعت و سهولت بالاتری برخوردار است و در مدت کوتاهی ساختمان را قابل بهره برداری می کند. یکی از کاربردهایFRP استفاده از آنها در نواحی در معرض خوردگی است. بنابراین می توان از محصولات جهت مقاوم سازی نواحی اتصال تیر به ستون در سازه های ساحلی یا مجاور آب نیز استفاده کرد.

معایب مقاوم سازی اتصالات بتنی

علاوه بر مزایای ذکر شده، مقاوم سازی اتصالات بتنی ساختمان محدودیت هایی نیز دارد. یکی از محدودیت هایی مقاوم سازی اتصالات بتنی ساختمان، معایب استفاده از ژاکت فولادی یا ورق های فولادی است. ورق های فولادی با اتصال جوش به شکل ثانویه جهت مقاوم سازی اتصالات بتنی استفاده می شوند. ورق های فولادی به دلیل عدم پیوند یکنواخت با سایر اعضای سازه در مواقع تنش کششی سبب آسیب دیدگی این اتصالات شده و تخریب آن ها را به دنبال دارد. یکی دیگر محدودیت های مقاوم سازی اتصالات بتنی مربوط به معایب استفاده از ژاکت بتنی است. اجرای ژاکت بتنی وزن زیادی را به سازه وارد می کند و هرچقدر مقاطع بتنی مورد استفاده بیشتر باشد، وزن اضافه شده به سازه نیز بیشتر خواهد بود. ضمنا مقاوم سازی اتصالات بتنی با استفاده از دو روش عنوان شده نیازمند تجهیزات و نیروی متخصص بیشتری خواهد بود. با توجه به دلایل ذکر شده، مقاوم سازی اتصالات بتنی به روش FRP نسبت به سایر روش ها ارجحیت دارد. البته باید توجه داشت که برخی اوقات استفاده از این روش هزینه ی بیشتری خواهد داشت.

مقاوم سازی انواع اتصالات بتنی

بطور کلی در فرایند مقاوم سازی ساختمان، می توان انواع اتصلات بتنی را تقویت کرد. این اتصالات به دو گروه اصلی تقسیم می شوند که در ادامه به آنها اشاره می کنیم:

اتصالات جداساز: اتصالات جداساز، یکی از انواع اتصالات بتنی هستند که هدف آنها جداسازی و تفکیک بخش های بتنی سازه از یکدیگر است. بخش هایی از سازه مثل دیوارها و ستون ها به دلیل داشتن پایه های مجزا و عمیق تر، به اندازه ی سایر المان های سازه توانایی تغییر ابعادی در اثر خشک شدن یا تغییرات دمایی را نخواهند داشت. جهت ایجاد اتصالات جداسازی، یک ماده ی اتصالی پیش ساخته را در نزدیکی ستون،‌دیواره ها یا لوله های تخلیه قرار می دهند. بدین ترتیب پیش از ریختن دال فضای کافی برای تغییرات ایجاد می شوند و مانع از ترک و شکستگی خواهند شد.

اتصالات ساختمانی: یکی از انواع اتصالات، اتصالات ساختمانی است. در صورتیکه طی اجرای پروژه، ناچار به توقف و اجرا در نوبت بعدی شوند لازم است دال های مجاور به دلیل انتقال بار از یک دال به دیگری، بهم دیگر گره خورده و ضخیم شوند. در چنین شرایط از اتصالات ساختمانی استفاده می شود. محل قرارگیری اتصالات ساختمانی در نواحی پشتیبانی جانبی در نظر گرفته می شود.