مقاوم سازی تیر بتنی با FRP اف آر پی

تیرهای بتنی بدلیل نقش در جریان انتقال نیروهای جانبی و ثقلی دیافراگم به ستون عضو مهمی از ساختمان سازه تلقی می شوند که هر گونه ضعف در آن باعث ایجاد آسیب کلی در ساختمان سازه می شود و خسارات جبران ناپذیری را بدنبال دارد از این رو تقویت یا مقاوم سازی تیرهای بتنی همواره مورد توجه قرار گرفته است  . عموما در سازه های بتنی بدلیل عدم پیش بینی دقیق از نیروهای وارد بر سازه مثل زلزله پیش از مرحله ی اجرا و بدنبال آن عدم طراحی صحیح ، تیرهای بتنی با مشکل کمبود مقاومت مواجه هستند
در هنگامی که سازه های بتنی بدلایل مختلفی نظیر تغییر در کاربری ساختمان ، تغییر در آیین نامه های جدید ، وجود خطا در اجرا ، بکار بردن مصالح کیفیت پایین ، عدم طراحی صحیح و ... دچار مشکل در مقاومت ساختمان شوند می توان عملیات تقویت سازه های بتنی را جهت افزایش ظرفیت باربری و مقاوم سازی تیرانجام داد . برای برای تقویت تیرها می توان از روش های مختلف مقاوم سازی ساختمان مثل : مقاوم سازی با ژاکت فولادی یا بتنی ، تقویت سازه با میراگرها ، تقویت با جداگرهای لرزه ای و روش نوین مقاوم سازی با FRP اف آر پی  استفاده کرد . امروزه مقاوم سازی تیر با FRP در طول و عرض تیر بدلیل وزن سبک و مقاومت بالای محصول در کنار استفاده ی آسان از آن بسیار محبوب شده است و در پروژه های مختلف مقاوم سازی در سراسر دنیا استفاده می شود .
 

مقاوم سازی خمشی تیر بتنی با FRP

اگر طراحی اولیه تیرها و دال های بتنی بویژه در دهانه های بلند دارای مشکل باشد می توان به کمک الیاف FRP اف آر پی مقاومت خمشی آنها را افزایش داد و تیرهای بتنی را تقویت کرد کرد . عموما بدلیل پایین بودن نسبت ضخامت و ارتفاع المان به دهانه ، مقاومت خمشی آن کم می شود و در نتیجه در وسط دهانه ها یا دال ها مقدار نشست تیر بیشتر می شود .
علت بوجود آمدن ترک های قائم در زیر تیرو دال های بتنی ، عدم وجود آرماتور خمشی به مقدار مورد نیاز در آنها می باشد ، یعنی هنگامی که تعداد آرماتورها از مقدار استاندارد آنها کمتر باشد ترک ها عمود بر آرماتور های طولی شکل میگیرند و در این ناحیه به بیشترین مقدار خود می رسند .

همانطور که گفتیم برای تقویت خمشی و مقاوم سازی تیرهای بتنی می توان از الیاف کربن اف آر پی یا همان CFRP استفاده کرد . الیاف FRP اف آر پی بدلیل داشتن مزیت وزن کم ، مدول الاستیسیته ی زیادی دارند در نتیجه می توان مقاومت و سختی عضو بتنی (دال ها یا تیرها) را افزایش بدهند که بدنیال آن خیز در عضو مورد نظر نیز کاهش پیدا میکند . الیاف CFRP اف آر پی در راستای آرماتورهای فولادی به بیشترین مقدار از مقاومت کششی خود می رسند به همین جهت باید آنها را در همین راستا نصب و اجرا کرد .
با استفاده از سیستم مقاوم سازی با frp اف آر پی می توان سختی خمشی را در سازه های مختلف از جمله : پل ها ، عرشه ها ، تیرها و دال های بتنی افزایش داد و تیرهای بتنی را تقویت و مقاوم سازی کرد .

مقاوم سازی برشی تیر بتنی با FRP

همانطور که می دانید بدلیل مقاومت برشی پایین در بتن از خاموت های عمود بر راستای تیر جهت تامین مقاومت برشی تیرها استفاده می شود با این وجود همچنان برخی از تیرهای بتنی مقاومت برشی لازم را ندارند لذا از الیاف FRP اف آر پی برای افزایش مقاومت برشی تیرهای بتنی استفاده می شود .
اگر تیرها مقاومت برشی لازم را نداشته باشند ، ترک های بتن در محل برشی به مقدار بیشینه ی خود می رسند و یا در محل تکیه گاه بصورت مایل با زاویه ی حدود 45 درجه تشکیل می شوند که برای ترمیم بتن و مقاوم سازی تیرهای بتنی الیاف FRP اف آر پی را در جهت عمود بر ترک ها یا مایل می چسبانند ، هرچه زاویه بین نصب الیاف FRP اف آر پی با ترک ها کمتر باشد مقدار مقاومت برشی نیز افزایش می یابد . الیاف FRP اف آر پی را هم می توان به صورت U شکل نصب کرد و هم میتوان به نحوی نصب کرد که کاملا دور تا دور تیر را بپوشاند.

مقاوم سازی سطحی تیر بتنی با FRP
باید توجه داشت که استفاده از ورق FRP در فرآیند مقاوم سازی سطح تیر بتنی با FRP در برابر حوادث مختلفی از جمله ضربه، حرارت، آتش و اشعه ی ماورا بنفش آسیب پذیر هستند. برای رفع این مشکل می توان از مقاوم سازی با FRP به روش NSM استفاده کرد. طی این فرآیند در ابتدا شکاف هایی با عمقی کمتر از ضخامت پوشش بتنی در سطح تیر بتنی ایجاد می شوند. سپس میلگرد FRP و میلگرد GFRP درون شکاف های ایجاد شده بوسیله ی چسب مخصوص تعبیه می شوند و سطوح مطلوبی بین آنها ایجاد می گردد. 
 

مقاوم سازی تیر با استفاده از FRP

در سازه ی بتنی می توان المان های بتنی مثل تیرها را جهت رسیدن به مقاومت مورد نظر با FRP اف آر پی تقویت کرد . الیاف FRP اف آر پی به جهت داشتن وزن و ضخامت کم در کنار مقاومت بالا ضمن داشتن قیمت و کاربری مناسب آن توانسته جایگزین سایر روش های سنتی در مقاوم سازی سازه های بتنی شود . ضمنا الیاف و ورقه های FRP اف آر پی بدلیل ضخامت پایین بدون تغییر زیاد در ابعاد اصلی تیر سبب مقاوم سازی تیرهای بتنی با FRP اف آر پی می شوند . مقاوم سازی تیرهای بتنی با FRP و تقویت تیرهای بتنی با FRP اف آر پی روش جدیدی است که طی آن با افزایش مقاومت کششی و برشی ، افزایش ظرفیت باربری ، افزایش مقاومت در برابر خوردگی و سایش می توان سازه ی مورد نظر را تقویت کرد . در مقاوم سازی تیرهای بتنی با FRP ، سازه هایی که آرماتور آنها توسط عوامل فرسایش دهنده دچار خوردگی شده را هم می توان با مصالح FRP اف آر پی مقاوم کرد در نتیجه المان مورد نظر ضمن کسب مقاومت برشی و خمشی مورد نظر در برابر عوامل شیمیایی و محیطی نیز محافظت می شوند . در مقاوم سازی و تقویت تیرهای بتنی از طریق افزایش سختی کششی و برشی ، افزایش ظرفیت باربری و افزایش مقاومت عضو مورد نظر در برابر فرسایش و خوردگی می توان سازه را در برابر افزایش بارهای وارده مثل زلزله ، مقاوم سازی و بهسازی کرد . لازم به ذکر است در مقاوم سازی تیرهای بتنی ، الیاف FRP از مقاومت کششی بالاتری نسبت به ورقه های فولادی برخوردارند بطوریکه طی پروسه ی مقاوم سازی تیرهای بتنی با FRP اف آر پی در طی 3 الی 4 روز به مقدار 3 برابر مقاومت کششی فولاد می رسند . عوامل تاثیر گذار در مقاوم سازی تیرهای بتنی با FRP اف آر پی شامل : اندازه ، سطح مقطع تیر بتنی ، مساحت ، ویژگی های مکانیکی میلگردها ، مشخصات فنی FRP بکار رفته و میزان مقاومت بتن موجود می باشند .  عوامل ذکر شده در مقدار افزایش مقاومت خمشی سازه های بتنی طی عملیات تقویت تیرهای بتنی با FRP اثرگذارند . افزایش مقاومت خمشی سازه های بتنی تا حداکثر مقدار 40% قابل قبول و استاندارد است . همچنین در مقاوم سازی تیرهای بتنی با FRP با هدف افزایش مقاومت برشی تیر ، نصب الیاف FRP عمود بر محور طولی تیر در ناحیه کششی بتن توصیه شده است .



در هنگام زلزله مقاومت تیرهای بتنی تقویت شده با FRP اف آر پی بعد از ترک بسیار بیشتر از مقاومت تیرهای تقویت نشده با FRP اف آر پی بعد از ترک خوردگی است .
همچنین در محیط هایی که آرماتور ها در برابر عوامل خورنده و سایشی محیط قرار دارند می توان از الیاف FRP اف آر پی جهت تقویت تیرها و دال های بتنی استفاده کرد .
تقویت سازه با FRP مستلزم رعایت ضوابط دقیق است ، شرکت ساختمانی اشیان پی با بررسی دقیق شرایط پروژه ضمن طراحی نقشه مقاوم سازی و انتخاب محصولات FRP با کیفیت ، تعداد الیاف و نحوه جهت گیری آنها برای نصب و اجرا را در هر لایه مشخص کرده و بطور دقیق محاسبه می کند تا خدمات مقاوم سازی تیرهای بتنی با FRP را به شکل تخصصی ارائه دهد .
 

مراحل اجرای مقاوم سازی تیر بتنی با FRP اف آر پی

برای شروع مقاوم سازی تیرهای بتنی با الیاف FRP اف آر پی سطح عضو بتنی مورد نظر جهت نصب و اجرای FRP باید آماده سازی گردد . ضمنا ورقه های FRP باید به دقت بررسی شوند تا عاری از هرگونه آلودگی باشند . اجرای اماده سازی شامل مراحل زیر است .

1- آماده سازی سطح بتن پیش از نصب FRP اف آر پی : قبل از اینکه FRP اف آر پی بوسیله ی رزین اپوکسی روی بتن نصب و اجراء شود ، باید اقداماتی صورت بگیرد چون اگر الیاف FRP اف آر پی روی سطح ناهموار چسبیده شوند دچار کشش می شوند و همین سبب ایجاد تنش های جدا کننده می ود که پس از مدتی ممکن است الیاف از سطح بتن کنده شوند لذا  سطح عضو بتنی مورد نظر باید در تمام قسمت های ناصاف و غیر هموار ، صاف و یکدست شود . سطح بتن باید از تمام آلودگی ها و ذرات اضافی نیز پاک گردد .

2- آماده سازی سطوح FRP  اف آر پی از نصب :
سطح الیاف FRP اف آر پی باید از هرگونه آلودگی ، ذرات اضافی و چربی پاک و عاری باشد چراکه در صورت وجود آلودگی احتمال جدا شدن الیاف FRP اف آر پی از چسب افزایش می یابد .

چسب FRP  :
در نصب  و اجرای FRP چسب های مصرفی از اهمبت بسیاری برخوردارند ، شرکت ساختمانی آشیان پی با در اختیار داشتن چسب و رزین اپوکسی های با کیفیت و مقاوم و استفاده از آنها طی عملیات تقویت تیرهای بتنی با FRP اف آر پی به مقاومت مورد نظر و محاسبه شده می رسد  . استفاده از چسب های استاندارد در نصب FRP بدلیل دارا بودن مقاومتی بیشتر از مقاومت بتن اهمیت دارند ، چرا که اگر شکستی اتفاق بیافتد این شکست در بتن ایجاد می شود و به ندرت چسب ها دچار شکست می شوند ولی در صورت استفاده از چسب ها و رزین اپوکسی های غیر استاندارد یا اجرای نامناسب انها امکان ایجاد شکست در چسب وجود  دارد .
 

مزایای مقاوم سازی تیر با FRP  اف آر پی:

-اقتصادی بودن مقاوم سازی تیرها با FRP  اف آر پی
-نصب آسان تر FRP اف آر پی در مقاوم سازی تیرها نسبت به سایر روش های مقاوم سازی
-امکان برش الیاف FRP در ابعاد مختلف
-امکان مقاوم سازی تیرهای بتنی از خارج
-دارا بودن مقاومت کششی 3 برابر فولاد
-بکار بردن تجهیزات ساده تر و در نتیجه بهره برداری آسان نسبت به سایر روش های مقاوم سازی
-عدم نیاز به نصب داربست های گسترده در تقویت تیرهای بتنی مانند سایر روش های سنتی مقاوم سازی
-کمترین تغییرات در ویژگی های معماری ساختمان سازه مثل ابعاد ،شکل و وزن بدلیل ضخامت پایین FRP
-امکان افزایش ظرفیت خمشی تیرهای بتنی به میزان قابل توجه به هنگام نصب الیاف FRP هم جهت با راستای تیر .
-امکان استفاده از ویژگی سختی کششی الیاف FRP در اجزای بتنی تحت خمش مثبت و منفی در صورت نصب الیاف FRP اف آر پی در قسمت بالا و پایین
-در صورت نصب الیاف بصورت عمود یا قائم با جهت راستای تیر امکان افزایش ظرفیت برشی تیرهای بتنی به میزان قابل توجهی افزایش می یابد .
-امکان مقاوم سازی طرفین حفره های محل عبور تاسیسات در تیر با استفاده از FRP اف آر پی
-ایجاد سطوح مقاوم در برابر سایش در مقاوم سازی تیرهای بتنی با FRP
-سختی زیاد مصالح FRP در برابر سایش نسبت به سایر روشهای سنتی
-اماکن ترمیم تیر و جبران مقاومت از دست رفته ی بتن آن با الیاف FRP اف آر پی
-بدلیل کم شدن عرض ترک ها مقاومت در برابر خوردگی نیز افزایش پیدا می کند .
-مقاوم سازی با FRP اف آر پی در گذر زمان نیاز به تکرار ندارد ضمن اینکه نیاز به محافظت خاصی نیز بعد از اجرای آنها وجود ندارد .
-عمر مقاوم سازی با FRP طولانی و مفید است و نیاز به تعمیر ندارد .
-انجام مقاوم سازی با FRP اف آر پی ، عمر مفید سازه را افزاش می دهد بدلیل اینکه از اجزای سازه نظیر بتن و آرماتور در برابر عوامل آسیب زای محیطی محافظت می کند .
-الیافFRP  دارای چگالی حدود 20 % فولاد است
-نسبت بالای سختی به وزن در الیاف FRP
-امکان استفاده از FRP در فضاهایی با دسترسی محدود به دلیل وزن و اندازه کم آن .

کاربرد مقاوم سازی تیر با FRP  اف آر پی :

- مقاوم سازی تیر بتنی با FRP در پروژه هایی که بودجه ی محدود دارند .
- مقاوم سازی تیر با FRP در پروژه هایی که در دچار محدودیت در اجرا هستند .
- مقاوم سازی تیر با FRP در پروژه هایی که نیاز به نصب و اجرای فوری وجود دارد .
- مقاوم سازی تیر با FRP در پروژه هایی که عدم تغییر در معماری سازه اهمیت دارد .
- مقاوم سازی تیر با FRP در تیرهایی که مقاومت برشی و خمشی مورد نظر را ندارند .
- مقاوم سازی تیر با FRP در بخش هایی که نیازمند مقاوم سازی موضعی است .
- مقاوم سازی تیر با FRP در ساختمان هایی که در شرایط محیطی آسیب زا قرار دارند و نیازمند افزایش و حفظ طول عمر سازه هستند .
- مقاوم سازی تیر با استفاده از FRP اف آر پی در شرایطی که نیاز به ایجاد و تامین پوشش های نارسانای الکتریکی و مغناتیسی  داریم .
- مقاوم سازی تیر با FRP در پروژه هایی که دچار خیز و عواقب آن شده اند .
- مقاوم سازی تیر با FRP در پروژه هایی که بدلیل خطاهای طراحی و اجرا دچار مشکل شده اند .
- مقاوم سازی تیر با FRP در سازه هایی که به علت تغییر کاربری نیازمند افزایش ظرفیت باربری هستند .
 

انواع تیرهای بتنی مقاوم سازی شده با FRP

 - مقاوم سازی تیر بتنی مسلح
- مقاوم سازی تیر بتنی پیش تنیده
- مقاوم سازی تیر بتنی پیش ساخته

 

علت مقاوم سازی تیر بتنی با FRP
 

هزینه ی پایین مقاوم سازی تیر بتنی با FRP: استفاده از الیاف کامپوزیتی FRP به عنوان نسل جدیدی از مصالح ساختمانی در فرآیند مقاوم سازی تیر بتنی با FRP سبب کاهش هزینه های مرتبط با طراحی مقاوم سازی، تولید و نصب FRP می شود. 
 
رفع محدودیت اجرایی مقاوم سازی تیر بتنی با FRP: مقاوم سازی تیر بتنی با FRP به دلیل داشتن وزن و حجم پایین نسبت به روش های سنتی قابلیت اجرا در شرایطی که دارای محدودیت ‌های اجرایی هستند را دارد. علاوه بر این قابلیت اجرا بصورت خارجی، قابلیت برش آسان در ابعاد دلخواه و نصب آسان به روی تیرها سبب افزایش کاربرد الیاف FRP در بهسازی لرزه ای می شود. 
 
اجرای سریع مقاوم سازی با تیربتنی با FRP: در پروژه هایی که سرعت بالای اجرای مقاوم سازی حائز اهمیت باشد می توان از الیاف FRPاستفاده کرد. مقاوم سازی تیر بتنی با الیاف FRP بدلیل عدم نیاز به عمل آوری و زمان اجرای پایین قادر است مقاومت المان را در یک روز تا ۳ برابر مقاومت کششی فولاد افزایش دهد.
 
عدم ایجاد اختلال در مقاوم سازی تیر بتنی با FRP: مقاوم سازی تیر بتنی با FRP بدلیل استفاده از تجهیزات ساده حین اجرا و عدم نیازمندی به کارگاهی دشوار و کاشت میلگرد و کاشت بولت بر خلاف روش های سنتی هیچگونه اختلالی در شرایط بهره برداری ایجاد نمی کند. 
 
عدم ایجاد اختلال در معماری مقاوم سازی تیر بتنی با FRP: استفاده از الیاف FRP بدلیل ضخامت پایین نسبت به روش های سنتی از جمله ژاکت بتنی و فولادی کمترین اختلال را معماری سازه ایجاد می کند. 
 
جبران ضعف خمشی در مقاوم سازی تیر بتنی با الیاف FRP:
در صورتیکه الیاف FRP در راستای تیرهای بتنی اجرا شوند، ظرفیت خمشی تیر به مقدار قابل توجهی افزایش پیدا می‌کند. ضمنا برای استفاده از ظرفیت کششی الیاف FRP می توان آنها را در وجه فوقانی یا تحتانی سازه اجرا کرد.
 
جبران ضعف برشی در مقاوم سازی تیر بتنی با الیاف FRP:
برای جبران مقاومت برشی در تیر می توان الیاف FRP را بصورت عمود یا مایل نسبت به راستای تیر اجرا کرد. ضمنا در صورت اجرای الیاف FRP به صورت رکابی خارجی U ممتد می توان وضعیت مهاری تیر بتنی را نیز بهبود بخشید.
 
مقاوم سازی موضعی تیرهای بتنی سوراخدار بوسیله ی الیاف FRP: 
برخی از تیرهای بتنی بدلیل عبور تاسیسات دارای حفره می باشد در چنین شرایطی می توان بو کمک الیاف FRP تیرهای بتنی را تقویت کرده و سطح آنها را در برابر پوشش محافظت کرد. مقاوم سازی تیرهای بتنی سوراخدار بوسیله ی FRP مانع از گسترش ترک شده و مقاومت تیرها را در برابر زنگ زدگی میلگرد در بتن با کاهش عرض ترک ها، افزایش می دهد.
 
 
افزایش عمر مفید تیر با مقاوم سازی تیرهای بتنی بوسیله ی الیاف FRP:
مقاوم سازی تیرهای بتنی بوسیله ی الیاف FRP سبب افزایش عمر مفید سازه می شود. این روش بر خلاف سایر روش های سنتی با گذر زمان دچار افت کیفیت نشده و نیاز به تکرار ندارد. پوشش الیاف FRP سبب محافظ از آرماتورهای بکار رفته در تیر می شود و آنها را در برابر خوردگی ناشی از عوامل مخرب محافظت می کند. 
 
مقاوم سازی تیر بتنی با FRP برای آب بندی: 
استفاده از سیستم مقاوم سازی با FRP سبب آب بندی بتن در تیرها می شود. ایجاد پوشش آب بندی و پیشگیری از نفوذ آب به درون تیرهای بتنی مانع از خوردگی سریع میلگردها شده و عمر مفید سازه را افزایش می دهد. 
 
مقاوم سازی تیر بتنی با FRP جهت تامنیت فضای نارسای الکتریکی و مغناتیسی
مقاوم سازی تیر بتنی با الیاف FRP سبب محافظت از تیر بدلیل پوشش نارسای الکتریکی و مغناتیسی می شود. علاوه بر این چگالی الیاف FRPحدود ۲۰ درصد فولاد بوده در حالیکه از وزن پایینی برخوردار می باشد. بنابراین الیاف FRP گزینه ی مناسبی برای مقاوم سازی تیرهای بتنی می باشند. 
 
مقاوم سازی تیر بتنی با FRP برای رفع اشتباهات طراحی و اجرایی 
در بسیاری از مواقع اشتباهات طراحی نظیر آرماتور گذاری اشتباه، اجرای اشتباه خاموت ها، خیز در دال به حالت غیر مجاز سبب سبب بروز مشکلات متعددی در سازه می گردد. در چنین شرایطی می توان تیرهای بتنی را با استفاده از الیاف FRP مقاوم سازی کرد. جداشدگی سنگ دانه‌ها و کرمو شدگی بتن نیز از اشتباهات اجرایی بوده که با استفاده از الیاف FRP قابل برطرف شدن است.
 
مقاوم سازی تیر بتنی با FRP به علت تغییر کاربری
در عملیات بازسازی ساختمان می توان ضعف اتصالات سازه را با روش اجرای FRP برطرف کرد. برای تغییر کاربری سازه و تامین ظرفیت های بارگذاری جدید نیز می توان از سیستم مقاوم سازی تیر بتنی با الیاف FRP استفاده کرد.