مقاوم سازی تیر فلزی

تیرها یکی از عناصر مهم در ساختمان های فولادی و بتنی هستند که با توجه به آیین نامه ها طراحی و محاسبه می شوند. تقویت و مقاوم سازی تیر یکی از مواردی است که همواره در فرآیند مقاوم سازی ساختمان مورد توجه قرار گرفته است. در بسیاری از مواقع سازه های فولادی نیازمند اجرای فرآیند بهسازی لرزه ای هستند. در این فرآيند عمدتا به مقاوم سازی عناصر غیرباربر سازه و بهبود عملکرد آنها در برابر نیروهای وارده پرداخته می شود. به دلیل نقش مهم تیرها در انتقال بارها عمودی وارده بر ستون ها، اجرای عملیات مقاوم سازی تیرهای فولادی نیازمند طراحی و محاسبات دقیق و بکارگیری روش های مناسب می باشد. مقاوم سازی فونداسیون، تقویت ستون ها و تیرها از مواردی هستند که همواره در افزایش مقاومت سازه های فولادی مورد توجه قرار می گیرند. بطور کلی در عملیات مقاوم سازی ساختمان اسکلت فولادی، تقویت تیرهای فولادی و سایر المان ها باید به گونه ای انجام گیرد که علاوه بر بهبود رفتار سازه در برابر نیروهای احتمالی، خللی در بهره برداری از سازه ایجاد نکند.

دلایل مقاوم سازی تیرهای فولادی

به دلیل قرارگیری بخش هایی از مقاطع تیرهای فولادی در معرض نیروهای فشاری، احتمال بروز کمانش در آن ها بالا می باشد. کمانش تیرهای فولادی یکی از انواع خرابی تیرها که مستلزم بکارگیری روش های مقاوم سازی است. از سایر آسیب های تیرهای فولادی می توان به کمانش بال و جان تیرها و گسیختگی در نواحی درزها و وصله ها اشاره کرد. بنابراین برای جلوگیری از کمانش تیرها و ستون ها در سازه های فولادی لازم است براساس طراحی و محاسبات صورت گرفته نسبت به ارائه ی راهکار مناسب برای مقاوم سازی تیرهای فولادی اقدام گردد. تیرها عموما به دو شکل اصلی دچار کمانش خواهند شد. در کمانش موضعی تنها بال یا جان تیر به شکل موضعی در برابر تنش های فشاری دچار کمانش خواهد شد. در کمانش کلی بخش فشاری سطح مقطع به طور کل دچار کمانش می گردد.

نیاز به مقاوم سازی تیرهای فولادی

علاوه بر بروز کمانش های موضعی و کلی در تیرهای بتنی، دلایل دیگری می توان سبب کاهش ظرفیت باربری تیرها یا رفتار نامطلوب این المان در برابر نیروهای اعمالی ناشی از زمین لرزه یا حوادث دیگر شود. در ادامه به دلایل کلی آسیب تیرهای فولادی که سبب مقاوم سازی آنها می شود اشاره خواهیم کرد:

۱-مقاوم سازی تیر فولادی به دلیل لاغری بیشتر از مقدار مجاز
۲-تقویت تیر فولادی به علت سطح مقطع پایین
۳-مقاوم سازی تیر فولادی به دلیل وجود جوش های ضعیف در سازه
۴-تقویت تیر فولادی به دلیل خوردگی و زنگ زدگی
۵-مقاوم سازی تیر فولادی بعلت بروز پدیده ی خستگی در این المان
۶-تقویت تیر فولادی به دلیل ایرادهای طراحی سازه

روش های مقاوم سازی تیر فولادی

همانطور که گفتیم یکی از آسیب های متداول در تیرهای فولادی، بروز کمانش است. بنابراین می توان با افزایش ضخامت بال در تیرها بوسیله ی روکش های فولادی، ظرفیت باربری سازه را افزایش داده و مانع از بروز کمانش در این عناصر شد. لذا می توان گفت یکی از روش های مقاوم سازی تیر فولادی استفاده از روکش های فلزی می باشد.

مقاوم سازی تیر فولادی با ژاکت فولادی

بطور کلی مقاوم سازی با ژاکت فولادی یا فلزی یکی از روش های متداول در بحث مقاوم سازی ساختمان می باشد. از این روش می توان جهت مقاوم سازی تیر فولادی نیز استفاده کرد به این صورت که، ورق هایی به صورت موازی با جان تیرها تعبیه می گردد یا برای سخت کردن جان افزوده می شوند. در ادامه به توضیح هر یک از این روش ها پرداخته می شود.

مقاوم سازی تیرفولادی از طریق افزودن ورق های موازی با جان تیر:

تعبیه ی ورق های موازی با جان تیر سبب افزایش مقاومت برشی تیرها می گردد

مقاوم سازی تیر فولادی از طریق افزودن سخت کننده های جان:

یکی از راه های تاثیر گذار در افزایش مقاومت برشی تیر، اضافه کردن سخت کننده های جان به تیرها است. سخت کننده های جان عموما ورق هایی هستند که به حالت عمودی و با فاصله ی معین از یکدیگر به جان و بال فشاری تیر متصل می شوند.

مقاوم سازی تیر فولادی با ژاکت بتنی

بطور کلی ژاکت بتنی یکی از روش های متداول در افزایش مقاومت سازه است. بهسازی تیرهای فولادی با ژاکت بتنی سبب افزایش سختی برشی و خمشی این عناصر می شود. به خصوص در شرایطی که تیرهای فولادی دچار زنگ زدگی و خوردگی شده باشن توصیه می شود حتما از ژاکت فولادی برای مقاوم سازی آنها استفاده شود. علاوه بر مزایای گفته شده در مقاوم سازی تیر فولادی با ژاکت بتنی، این روش مقاومت بالایی در برابر حریق ایجاد می کند. بطور کلی به دلیل مقاومت فولاد و المان های فولادی در برابر آتش سوزی، می توان از بتن و راهکارهای آن برای مقاوم سازی المان های فولادی در برابر آتش سوزی و آسیب های ناشی از حرارت بالا استفاده کرد.

مقاوم سازی تیر فولادی به روش پیش تنیدگی خارجی

یکی از انواع روش های مقاوم سازی ساختمان استفاده از روش پیش تنیدگی خارجی است. مقاوم سازی تیر فولادی به این روش هم می تواند به صورت موضعی هم به صورت کلی انجام گیرد. برای مقام سازی تیر فولادی به این روش از انواع کابل ها و مفتول ها استفاده می شود. استفاده از این روش از تنش های وارد بر سازه می کاهد و به این ترتیب سبب تقویت تیرهای فولادی می گردد. البته لازم بذکر است استفاده از این روش ممکن است در برخی از المان های سازه سبب افزایش تنش گردد. به همین دلیل لازم است پیش از انجام این روش، وضعیت کنونی سازه، طراحی و محاسبات آن به دقت بررسی گردد. استفاده از روش پیش تنیدگی سبب ایجاد نیروهای متمرکز جدید در عناصر سازه می شود بنابراین جهت افزایش مقاومت المان های سازه لازم است از یکسری عناصر اضافی برای افزایش مقاومت موضعی اجزای سازه استفاده گردد.

مقاوم سازی خمشی تیر فولادی با FRP

یکی از روش های مقاوم سازی تیرهای فولادی استفاده از سیستم مقاوم سازی با FRP است. اجرای FRP نسبت به روش های سنتی از مزایای بیشتری برخوردار است. در این روش همانند مقاوم سازی تیر بتنی با FRP، تیرهای فولادی با می توان از طریق اتصال الیاف FRP به مقاطع کششی تقویت کرد. در این روش بال های تحتانی تیر فولادی با اجرای FRP تقویت می شوند. علاوه بر این می توان در تیرهای دو سر گیردار یا تیرهایی که در قاب های چند دهانه استفاده می شوند، الیاف FRP را در میانه ی طول عضو و بال فوقانی در مناطق نزدیک تکیه گاه اجرا کرد. با این روش تقویت خمشی تیرهای فولادی صورت می گیرد. از جمله مزایای مقاوم سازی تیر فولادی با استفاده از الیاف پلیمری اف آر پی نسبت به سایر روش ها، عدم محدودیت در اجرا و سهولت در حمل و نقل است. علاوه براین الیاف FRP بدلیل داشتن وزن پایین سبب افزودن بار اضافی به تیرهای سازه نخواهند شد. علاوه بر این در بسیاری از سازه ها ممکن است امکان اجرای روش هایی مثل ژاکت بتنی و فولادی وجود نداشته باشد. در چنین شرایطی با آگاهی از معایب این روش ها از جمله افزایش وزن عناصر پس از مقاوم سازی به این روش ها و امکان خوردگی فولاد در بتن به خصوص در محیط های مستعد زنگ زدگی، می توان از مقاوم سازی تیرهای فولادی با FRP استفاده کرد. استفاده از الیاف FRP در فرآیند بهسازی تیرهای فولادی سبب مهاربندی بال تیرها و به تاخیر افتادن کمانش موضعی می گردد یا در برخی موارد مانع از وقوع کمانش موضعی خواهد شد. برای دستیابی به نتایج بهتر حاصل از مقاوم سازی تیر فولادی با FRP لازم است مواردی رعایت گردد. به این منظور توصیه می شود سطح تیرهای فولادی و پارچه FRP کاملا از هرگونه آلودگی و مواد اضافی پاکسازی شوند تا احتمال جدا شدن الیاف FRP از تیرهای فولادی تا مقدار زیادی کاهش پیدا کند. نکته ی مهم دیگر در مقاوم سازی تیر فولادی بوسیله FRP، جهت نصب FRP است. بدلیل قرارگیری این عناصر در معرض نیروهای خمشی و با در نظر گرفتن راستای تنش های کششی و فشاری، توصیه می شود الیاف اف آر پی در راستای طول تیرها اجرا شوند.

مزایای مقاوم سازی تیر فولادی با FRP

الیاف FRP به دلیل داشتن وزن پایین مشکلات ناشی از افزایش وزن سازه وحمل و نقل مصالح را به حداقل می رساند. الیاف FRP با سهولت بالایی به محل پروژه منتقل می شوند و با استفاده از رزین اپوکسی مخصوص FRP به عناصر مورد نظر متصل می شوند. مقاوم سازی تیر فولادی به این روش سبب افزایش استحکام مقاطع مورد نظر در برابر آسیب های ناشی از خوردگی می شود. استفاده از الیاف FRP در مقاوم سازی تیر فولادی علاوه بر افزایش ظرفیت باربری سازه سبب بهبود سختی تیرها نیز می گردد. برای دستیابی به نتایج بهتر در مقاوم سازی تیر فولادی، توصیه می شود از الیافی با مدول الاستیسیته ی بیشتر مثل الیاف CFRP استفاده شود.