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.

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.

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.

در میان تمامی منابع و استانداردهای موجود در حوزه مقاوم سازی سازه‌ها با FRP و بطور کلی مصالح کامپوزیتی، آیین نامه ACI 440 به عنوان معتبرترین و پرکاربردترین مرجع و استاندارد طراحی و اجرای سیستم‌های مقاوم سازی با FRP شناخته می‌شود. امروزه بخش قابل توجهی از پروژه‌های مقاوم سازی ساختمان‌های بتنی، پل‌ها، سازه‌های صنعتی و زیرساخت‌های عمرانی در سراسر جهان بر اساس ضوابط و الزامات مقاوم سازی با FRP مندرج در این آیین نامه طراحی و اجرا می‌شوند. گسترش استفاده از الیاف FRP در صنعت ساختمان باعث شد روش‌های سنتی طراحی سازه پاسخگوی رفتار متفاوت این مصالح نباشند. برخلاف فولاد که دارای رفتار تسلیم مشخص است، الیاف FRP عموماً رفتار خطی و ترد دارند و بدون ورود به ناحیه پلاستیک دچار گسیختگی می‌شوند. همین تفاوت بنیادین موجب شد تدوین ضوابط، الزامات و آیین‌های تخصصی برای طراحی و اجرای سیستم‌های FRP به یک ضرورت تبدیل شود. کمیته 440 مؤسسه بتن (ACI Committee 440) با هدف تدوین دستورالعمل‌ها، ضوابط طراحی، الزامات اجرایی و روش‌های کنترل کیفیت سامانه‌های الیاف FRP تشکیل شد و طی سال‌های گذشته چندین نسخه از استانداردها و گزارش‌های فنی خود را منتشر کرده است. امروزه هنگامی که از آیین نامه مقاوم سازی با FRP صحبت می‌شود، در اغلب موارد منظور همان مجموعه اسناد منتشرشده توسط کمیته ACI 440 است.

دامنه کاربرد آیین نامه ACI 440
یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های آیین نامه مقاوم سازی ACI 440، پوشش گسترده کاربردهای مختلف مصالح کامپوزیتی و الیاف FRP در صنعت ساختمان است. این آیین نامه تنها به مقاوم‌سازی تیر یا ستون محدود نمی‌شود، بلکه چارچوب جامعی برای طراحی و اجرای انواع سیستم‌های کامپوزیتی ارائه می‌دهد.

دامنه کاربرد آیین نامه مقاوم سازی ACI 440 شامل موارد زیر است:

بر اساس ضوابط و الزامات مقاوم سازی با FRP ارائه شده در ACI 440، طراح باید علاوه بر ظرفیت مقاومتی عضو، عوامل مؤثر بر دوام، شرایط محیطی، نحوه انتقال نیرو و احتمال گسیختگی زودرس را نیز بررسی کند. یکی از نکات مهم در دامنه کاربرد این آیین‌نامه آن است که تمرکز اصلی آن بر سازه‌های بتنی است. هرچند در برخی پروژه‌ها از FRP برای تقویت سازه‌های فولادی، بنایی یا چوبی نیز استفاده می‌شود، اما الزامات اصلی ACI 440 عمدتاً برای مقاوم سازی سازه‌های بتنی توسعه یافته‌اند.

ساختار کلی آیین نامه مقاوم‌سازی ACI 440
آیین نامه ACI 440 در واقع مجموعه‌ای از چندین سند تخصصی است که هر کدام به یکی از کاربردهای FRP می‌پردازند. این ساختار موجب شده طراحان بتوانند متناسب با نوع پروژه از بخش مربوطه استفاده کنند.ساختار کلی این مجموعه شامل موارد زیر است:

این ساختار سلسله‌مراتبی باعث شده ACI 440 نه تنها یک آیین نامه مقاوم سازی با FRP بلکه یک مرجع جامع برای طراحی، اجرا و ارزیابی سیستم‌های کامپوزیتی در سازه‌های بتنی باشد. در پروژه‌های مقاوم سازی، مهندسان معمولاً علاوه بر تحلیل سازه موجود، از روابط و محدودیت‌های ارائه شده در ACI 440 برای تعیین تعداد لایه‌های FRP، نوع الیاف، جهت الیاف، طول مهاری، میزان کرنش مجاز و کنترل حالت‌های گسیختگی استفاده می‌کنند.

مهم‌ترین سند مورد استفاده در حوزه مقاوم سازی سازه‌ها، ACI 440.2R است که به طور اختصاصی به طراحی و اجرای سیستم‌های FRP روی سطوح بتنی می‌پردازد. این سند به عنوان مرجع اصلی بسیاری از پروژه‌های مقاوم سازی در جهان شناخته می‌شود.بخش‌های اصلی این آیین نامه عبارت‌اند از:

محدودیت‌های استفاده از FRP براساس آیین نامه ACI 440
با وجود مزایای فراوان FRP، آیین نامه ACI 440 محدودیت‌هایی را نیز برای استفاده از این فناوری در نظر گرفته است. این محدودیت‌ها با هدف افزایش ایمنی و جلوگیری از بروز گسیختگی‌های ناخواسته تدوین شده‌اند. در ادامه به شرح محدودیت‌های کلی نامبرده در آیین نامه ACI 440 می‌پردازد.
1-یکی از مهم‌ترین محدودیت‌ها مربوط به رفتار ترد مصالح FRP است. برخلاف فولاد که قبل از شکست تغییرشکل قابل توجهی از خود نشان می‌دهد، FRP معمولاً بدون هشدار قبلی دچار گسیختگی می‌شود. به همین دلیل آیین نامه کرنش مجاز الیاف را محدود کرده و ضرایب کاهش متعددی را در طراحی اعمال می‌کند.
2-محدودیت دیگر مربوط به پدیده جداشدگی یا Debonding است. در بسیاری از موارد، قبل از آنکه الیاف به مقاومت نهایی خود برسند، اتصال میان FRP و بتن از بین می‌رود. به همین دلیل بخش مهمی از ضوابط و الزامات مقاوم سازی با FRP در ACI 440 به کنترل این نوع گسیختگی اختصاص یافته است.
3- این آیین نامه استفاده از FRP را در شرایط دمایی بالا، محیط‌های بسیار خورنده یا محل‌هایی که احتمال حریق وجود دارد، مشروط به رعایت الزامات ویژه می‌داند. زیرا عملکرد رزین‌ها در دماهای بالا ممکن است کاهش یافته و ظرفیت مقاومتی سیستم تحت تأثیر قرار گیرد.
به طور کلی می‌توان گفت ACI 440 جامع‌ترین آیین نامه موجود برای طراحی و اجرای سیستم‌های FRP محسوب می‌شود و رعایت الزامات آن نقش تعیین‌کننده‌ای در ایمنی، دوام و عملکرد بلندمدت پروژه‌های مقاوم سازی دارد. به همین دلیل تقریباً تمامی مهندسان طراح و مشاوران فعال در حوزه مقاوم سازی ساختمان‌ها از این سند به عنوان مرجع اصلی آیین نامه مقاوم سازی با FRP استفاده می‌کنند.