آیین نامه ی مقاوم سازی با FRP

امروز استفاده از الیاف FRP به رغم مزایای بیشماری که دارد، کاربرد گسترده ای در صنعت پیدا کرده است. در پی گسترش استفاده از مصالح کامپوزیتی FRP به منظوری کاربردی کردن دانش فنی، روش های طراحی مناسبی ارائه شده است. روش های تحلیل و در نظر گرفتن ضرایب اینی با ملاحظات اقتصادی در طراحی های مربوطه منجر به تدوین دستورالعمل ها و آیین نامه های محاسباتی و اجرایی در این حوزه ی مقاوم سازی با FRP شده است که از جمله برخی از آیین نامه های مقاوم سازی می توان به آیین نامه های ISIS کانادا، fib اروپا و ACI 440R ایالات متحده اشاره کرد. با توجه به کاربردهای FRP در مقاوم سازی ساختمان و افزایش استفاده از آنها در بهسازی لرزه ای سازه در آیین نامه ۳۴۵، راهنمایی ها و توضیحات مناسبی در این خصوص ارائه شده است که در ادامه به سر فصل های آن و خلاصه ای از آیین نامه ی مقاوم سازی با FRP خواهیم پرداخت.
۱-در این راهنما به محدودیت ها و شرایط استفاده از مصالح کامپوزیتی FRP پرداخته شده است.
۲-مراجع مورد استفاده در تهیه راهنما به همراه نشانی مربوطه به منظور کسب اطلاعات بیشتر ذکر شده است.
۳-مثال های طراحی شده که در بردارنده ی مراحل طراحی است در پیوست راهنما موجود است.
۴-برای آشنایی بیشتر کاربران با چگونگی طراحی و جزییات اجرایی، نقشه ها و جزییات اجرایی در این نشریه ضمیمه شده است.
۵-واژه های به کار رفته در آیین نامه ی مقاوم سازی با FRP تا حد زیادی مطابق با واژه های پیوست آیین نامه ی بتن ایران (آبا) است.
۶-در تهیه ی راهنما و آیین نامه ی مقاوم سازی با FRP، سازگاری روابط و ضرایب جزیی ایمنی طراحی با ایین نامه ی بتن ایران مد نظر بوده است.

۱-کلیات آیین نامه ی مقاوم سازی با FRP

بطور کلی به منظور ترمیم و مقاوم سازی ساختمان های مختلف که به دلایلی نظیر خطاهای اجرایی و طراحی و یا اعمال بارهای مضاعف دچار نارسایی و کاهش شکل پذیری شده اند با روش های مختلفی صورت می گیرد. از ژاکت فلزی یا بتنی، سیستم های پس کشیدگی یا پیش تنیدگی و غیره می توان به عنوان انواع روش های مقاوم سازی ساختمان نام برد. تقویت سازه با FRP در سالهای اخیر روشی مناسب بجای استفاده از راهکارهای سنتی در نظر گرفته می شود. در سیستم مقاوم سازی با FRP از الیاف و رزین اپوکسی FRP به منظور ایجاد چند لایه مرکب استفاده می شود. در آیین نامه ی مقاوم سازی با FRP از مقاومت این مصالح در برابر خوردگی و مقاومت کششی بالای آنها به عنوان ویژگی های برتر مصالح FRP نامبرده شده است. الیاف FRP در شکل ها و ابعاد مختلفی عرضه می شوند البته در شرایطی که ظاهر نهایی بی نقص و امکان دسترسی مد نظر باشد عموما از پروفیل های نسبتا نازک عمل آوری شده استفاده می شود. استفاده از الیاف FRP در مقاوم سازی ساختمان دلایل مختلفی دارد. هرچند که مصالح FRP نسبت به سایر مصالح اعم از فولاد و بتن گران تر هستند اما هزینه ی مقاوم سازی با FRP به دلیل نصب و دستمزد پایین تری که دارند، مقرون به صرفه تر محسوب می شود. براساس آیین نامه ی مقاوم سازی با FRP، عموما از این مصالح در شرایطی که با مشکل دسترسی یا اجراهای متعارف مواجه باشیم استفاده می شود. در آیین نامه ی مقاوم سازی با FRP در نشریه ۳۴۵، به بررسی ویژگی های مصالح، روش نصب، کنترل کیفی و نگهداری سیستم FRP به عنوان مسلح کننده بیرونی پرداخته شده است. به کمک این اطلاعات می توان میزان مقاومت و سختی اجزای سازه اعم از تیرها، ستون ها، اتصالات و غیره را افزایش داد. اگرچه عموما مراحل مربوط به طراحی واضح است اما در این استاندارد و آیین نامه به شکلی محتاطانه تر به آن پرداخته شده است. البته دوام و عملکرد الیاف FRP نیازمند تحقیقات و پژوهش های بیشتر است که با گذشت زمان و کسب تجربیات بیشتر تکمیل می گردد. در این حوزه همچنان اطلاعات برآورد شده از تجربیات دراز مدت در دسترس نیست به همین دلیل نمی توان عمر سیستم های مقاوم سازی با FRP را برآورد کرد. در این آیین نامه اثرات محیطی و دوام دراز مدت به شکل اعمال ضرائب کاهش در شرایط محیطی گوناگون لحاظ می گردد. معادلات طراحی ارائه شده در آیین نامه ی مقاوم سازی با FRP حاصی نتایج تحقیقات به روی ابعاد متعارف و اعضای متناسب منشوری است. این در حالی است که سیستم های FRP به روی سایر اعضای غیرمنشوری نیز عملکرد موثری دارند.

۲-۱-شرایط استفاده از الیاف FRP براساس آیین نامه
براساس آیین نامه ی مقاوم سازی با FRP، از این مصالح عموما به منظور بازسازی ساختمان یا افزایش و حفظ استحکام سازه و اجزای فرسوده ی آن استفاده می شود. بنابراین انتظار می رود در شرایطی که سازه به دلیل خطاهای طراحی و اجرایی از استحکام کافی برای تحمل بارهای افزایش یافته برخوردار نباشد، از الیاف FRP استفاده شود. هرچند که ضروری است مهندسین پیش از انتخاب روش مقاوم سازی با FRP نسبت به مناسب بودن این روش برای مقاوم سازی وضعیت موجود سازه اطمینان کسب کنند.
براساس آیین نامه مقاوم سازی با FRP، پیش از اجرای این مصالح لازم است ظرفیت باربری، نواقص و شرایط موجود ارزیابی کمی شوند. ارزیابی کمی ساختمان عبارت است از بازرسی های میدانی، کسب اطلاعات درباره ی سازه و بررسی مدارک مربوط به طراحی و تحلیل سازه. براساس این آیین نامه، بازدیدهای میدانی باید شامل موارد زیر باشد:
۱-ابعاد موجود اجزای سازه ای
۲-مقاومت فشاری در جای بتن
۳-موقعیت و میزان خوردگی میلگرد در بتن
۴-نوع، مقدار و موقعیت آرماتورهای موجود
۵-موقعیت، ابعاد و عوامل ایجاد ترک در بتن
۶-سلامت بتن خصوصا سطح بتن اجرایی FRP

۳-۱-محدودیت های اجرای FRP براساس آیین نامه
در بخش یکم آیین نامه ی مقاوم سازی با FRP به محدودیت های اجرایی این سیستم پرداخته شده است که در ادامه خلاصه ای از آن را ارائه می دهیم. براین اساس توصیه می شود که افزایش ظرفیت باربری عضو تقویت شده با FRP محدود گردد تا کاهش یا حذف سیستم FRP سبب گسیختگی عضو قرار گرفته در برابر بارهای ثقلی نشود.

ایمنی و دوام در برابر حریق
به جهت آنکه این مصالح اغلب از مقاومت حرارتی کمی برخوردارند، در طراحی سازه در برابر حریق از مقاومت آنها صرف نظر می شود و انتظار می رود تا اجزای سازه ای بدون در نظر گرفتن الیاف FRP از مقاومت کافی در برابر آتش برخوردار باشند. در نهایت به منظور مقاوم سازی ساختمان در برابر حریق، لازم است تا مقاومت حرارتی پایین FRP با اجرای پوشش های ضد حریق به روی آنها و یا استفاده از رزین های مخصوص افزایش یابد.

حداکثر دمای بهره برداری
براساس آیین نامه ی مقاوم سازی با FRP، خواص فیزیکی و شیمیایی این مصالح در دماهای بیش از حدی به نام گذار شیشه ای افت می کند. این دما، حد آستانه ی رزین است که با افزایش آن رزین از حالت سخت به نرم تغییر حالت می دهد که این مسئله منجر به کاهش خواص ساختار لایه ای می گردد. دمای گذار شیشه ای برای هر سیستم FRP مقادیر متفاوت در نظر کرفته می شود اما عموما دمایی بین ۶۰ الی ۸۳ درجه سلسیوس است.

حداقل مقاومت سطوح بتن
تنها با اجرای این مصالح به روی سطوح سالم بتنی می توان از مزایای آنها بهره برد بنابراین نواحی مورد نظر برای نصب و اجرای FRP باید فاقد فولادهای خورده شده یا بتن فرسوده باشند مگر اینکه با روش های مناسب ترمیم شده باشند. بنابراین لازم است تا پیش از هر عملی نسبت به شناسایی آسیب دیدگی های سطوح بتنی و اصلاح آنها اقدام کرد. براساس این آیین نامه، مقاومت بتن و وضعیت موجود آن به منظور محاسبه ی ظرفیت چسبندگی بین مصالح تعمیری و بتن با توصیه های ACI 503 R یا بخش ۳-۱ از راهنمای ICRI به شماره ی ۰۳۷۳۳ مطابقت داشته باشد. براساس این آیین نامه، سطوح بتنی مورد نظر برای اتصال الیاف FRP باید از مقاومت کششی و برشی کافی برخردار بوده و ظرفیت تحمل تنش های طراحی سیستم FRP را داشته باشند. براین اساس حداقل مقامت کششی بتن ۴/۱ مگاپاسکال در نظر گرفته می شود که با کمک آزمایش های بتن قابل اندازه گیری است. لازم به ذکر است که الیاف FRP تاثیری در پیشگیری از خوردگی بتن مسلح نخواهد داشت بنابراین هر زمانی که خوردگی میلگردهای سازه قابل رویت باشد ضروری است ضمن بررسی الیاف، نسبت به ترمیم بتن و اصلاح آرماتورهای اقدام کرد.

۴-۱-پوشش های متعارف FRP
براساس آیین نامه و استاندارد مقاوم سازی با FRP، پوشش FRP به شکل سیستم های تر و از پیش عمل آوری شده وجود دارند. بر این اساس طبقه بندی الیاف FRP براساس نحوه ی ارائه ی آنها به کارگاه و نصب دسته بندی می شود. بطور کلی انواع الیاف FRP برای مقاوم سازی ساختمان در آیین نامه ی مقاوم سازی با FRP به شکل زیر طبقه بندی می شوند:

سیستم های اتصال تر
در اتصال الیاف FRP به شکل تر، یک یا چند لایه الیاف خشک در محل پروژه به رزین های اپوکسی مخصوص نصب الیاف FRP آغشته شده و سطوح بتنی متصل می شوند. محل آغشته سازی و عمل آوری سیستم های تر در محل پروژه بوده و از این نظر تشابه زیادی با بتن ریزی درجا دارند. در ادامه به سه شکل متفاوت از اتصال تر الیاف FRP پرداخته شده است:
۱-صفحات یک جهته الیاف که در آن الیاف نقش اصلی خود را در یک جهت ایفت می کنند.
۲-صفحات دو جهته یا چند جهته الیاف که نقش الیاف حداقل در دو جهت است.
۳-رشته های الیاف بافته شده به دور سطوح بتنی بوسیله ی رزین اپوکسی

سیستم های پیش آغشته
سیستم های FRP از پیش آغشته شده از الیاف یک یا چندین جهته تشکیل شده ان که در محل کارخانه به رزین های اپوکسی آغشته شده اما عمل آوری نمی شوند. این سیستم ها در نهایت به سطوح بتنی یا فاقد رزین متصل شده و در محل اتصال به کمک حرارت اضافی عمل آوری می شوند. سه نوع معمول و متداول از الیاف FRP از پیش آغشته شده عبارتند از:
۱-صفحات پیش آغشته شده ی تک جهته که در آن الیاف FRP نقش اصلی خود را در یک جهت ایفا می کنند.
۲-صفحات پیش آغشته شده ی یک یا چند جهته که در آن ها الیاف می توانند نقش اصلی خود را در دسته کم دو راستای مختلف ایفا کنند.
۳-رشته های پیش آغشته شده که به دور سطوح بتنی پیچیده می شوند.

سیستم های پیش عمل آوری شده
سیستم های عمل آوری شده با استفاده از شکل های مختلفی از کامپوزیت ها در کارخانه ها تولید شده به عموما به منظور اتصال آنها به سطوح بتنی از یک چسب، آستر و بتونه استفاده می شود. این سیستم ها تشابه زیادی به بتن های پیش ساخته دارند. سه نوع متداول از این سیستم ها عبارتند از:
۱-صفحاتی با ساختار لایه ای تک جهته و از پیش عمل آوری شده که عموما به شکل بندیل های تخت یا طاقه هایی از نوارهای نازک به کارگاه ارسال می شوند.
۲-شبکه ای با راستای چند جهته که الیاف معمولا به صورت رول شده به محل ارسال می گردند.
۳-پوسته های پیش عمل آوری شده که معمولا به صورت اجزای پوسته ای با برشی طولی به محل ارسال می شوند.

۵-۱-سایر مصالح FRP
براساس آنچه در آیین نامه مقاوم سازی با FRP و نشریه ۳۴۵ ارائه شده است، سایر مصالح FRP عبارتند از میلگردهای FRP، کابل ها یا اجزای انعطاف پذیر که در این آیین نامه به آن پرداخته نمی شود.