تقویت تیر

تیرها عضوی از سازه می باشند که بارهای عمودی وارد بر خود را به ستون ها منتقل می کنند . نحوه ی قرارگیری تیرها در ساختمان به صورت افقی یا بعضا شیب دار است. لازم بذکر است که هنگام طراحی و مقاوم سازی ساختمان باید نحوه ی تقویت و مقاوم سازی تیر به شکلی باشد که تیر مقاوم تر از ستون نباشد و در واقع ستون رفتار شکننده آمیز تری نسبت به تیر در زلزله نداشته باشد، چراکه اگر زلزله ای با شدت زیاد رخ دهد عمده ی خرابی ها باید در تیر نمایان شود و به ستون های ساختمان منتقل نشود تا حداقل ممکن از شکست ستون ها جلوگیری به عمل آید.
عموما دو نوع شکست (شکست برشی و شکست خمشی) منجر به وقوع پدیده خرابی تیرها می گردد و آنهارا نیازمند عملیات تقویت تیر یا مقاوم سازی تیر می کند
شکست خمشی در تیر ارجح تر است به این دلیل که این نوع شکست رفتار شکل پذیرتری از خود نشان می دهد و به دلیل شکست نرم آن ، گسترش تنش به آهستگی صورت می گیرد و ساکنین فرصت بیشتری برای شناسایی آسیب و بررسی وضعیت بحرانی تیر خواهد داشت .
یکی دیگر از عمده دلایل نیاز تیرها به عملیات تقویت تیر نیز آسیب تیرها بر اثر حمله ی عوامل شیمیایی می باشد .
برای تقویت سازه های بتنی از جمله تقویت تیرها می توان از روش های متداول زیر استفاده کرد :
تقویت سازه ها با ژاکت بتنی و ژاکت فولادی
تقویت سازه ها با FRP

اهمیت مقاوم سازی تیر

تیرها اجزای مهمی در ساختمان هستند که مقاوم سازی آن ها از اهمیت زیادی برخوردار است. تیرهای ساختمان به دو گروه تیرهای ساده و تیرهای یکسره تقسیم می شوند. بارهای وارد بر تیرها نیز به دو دسته ی بارهای مرده و بارهای زنده تقسیم می شود. منظور از بارها مرده وارد بر تیرها در واقع همان وزن تیرها است. تیرهای ساختمان بر حسب وظیفه ای که بر عهده دارند با عنوان تیرچه، شاهتیر، تیرهای لبه ای، تیرهای نعل درگاهی و لاپه ها شناخته می شوند.
کمانش تیرهای ساختمان یکی از پدیده ی متداولی است که با آن روبرو هستیم و لازم است اقدامات لازم جهت مقاوم سازی تیر در برابر این رخداد صورت گیرد. کمانش تیرها به دو صورت موضعی و کلی اتفاق میفتد. یکی از راه های مناسب برای مقاوم سازی تیر در برابر این پدیده استفاده از ورق های فولادی است. در اثر کمانش موضعی، بال یا جان نیمرخ تیر به طور موضعی تحت تنش های فشاری دچار کمانش خواهد شد. در وضعیت کمانش کلی نیز،‌ یک تیر بر اثر فشارهای وارده به طور کامل کمانش می کند. با توجه به اینکه تیرها نقش مهمی در سازه دارند،‌مقاوم سازی و تقویت تیرها باید به گونه ای انجام گیرد که این اجزا به سطح بالایی از شکل پذیری، مقاومت و سختی دست یابند. پیش از هرگونه اقدام نسبت به مقاوم سازی تیرها سازه، مکانیسم غالب در تیرها باید توسط کارشناسان شناسایی شده و بر همان اساس تهمیدات لازم برای مقاوم سازی تیرها به یکی از روش های مناسب صورت گیرد.

دلایل مقاوم سازی تیر

در ادامه به برخی از رایج ترین دلایل خرابی تیرها که سبب ایجاد ضرورت در مقاوم سازی آنها خواهد شد، اشاره می کنیم.
۱-مقاوم سازی تیر به دلیل سطح مقطع پایین تیرها
۲-مقاوم سازی تیر برای جبران لاغری بیش از حد استاندارد آن ها
۳-جوشکاری نامناسب (ضعیف یا بیش از حد) سبب ضعف یا کاهش مقاومت تیرها به دلیل اعمال حرارت بالا می گردد.
۴-مقاوم سازی تیر برای جبران کاهش مقاومت ناشی از عدم فشردگی مقطع
۵-مقاوم سازی تیر به دلیل خستگی ساده
۶-مقاوم سازی تیر به دلیل فرسایش و شکست تیرها
۷-مقاوم سازی تیر به منظور جبران خرابی ناشی از نیروها و تنش های لرزه ای
۸-مقاوم سازی تیر به دلیل نشست تیر در اثر اعمال بیش از حد بارهای مرده و عدم پیش بینی خیز منفی

تقویت تیر با ژاکت بتنی

تقویت تیر با ژاکت بتنی یکی از روش های تقویت و مقاوم سازی تیر بتنی می باشد که امکان تقویت کششی و تقویت فشاری تیر را فراهم می کند . برای افزایش مقاومت تیر و تقویت تیر با ژاکت بتنی آنرا در سه یا چهار وجه تیر اجرا می کنند .
تقویت تیر یا مقاوم سازی تیر بتنی با ژاکت بتنی بصورت اجرای ژاکت بتنی در چهار وجه تیر یکی از موثرترین روش های تقویت تیر می باشد . باید توجه داشت که هنگام اجرای بتن جدید ضخامت آن به حدی باشد که در ضخامت سقف ناپدید گردد . جهت بهبود عملکرد و تکمیل فرآیند انتقال نیرو بین مصالح قدیم و جدید باید سطح صاف بتن قدیمی را برای اتصال به بتن جدید زبر کرد ضمنا براساس ضوابط موجود مربوط به مقاوم سازی با ژاکت بتنی اجرای این سیستم جهت تقویت تیر و افزایش ظرفیت خمشی و برشی باید در سه وجه تیر باشد .
بدلیل آنکه نمی توان ظرفیت باربری بخش هایی از تیر که نزدیک تکیه گاه قرار دارند را افزایش داد ، عملیات تقویت تیر در برابر نیروی زلزله وارد بر تیر کافی نحواهد بود و جهت بهبود رفتار و عملکرد تیر ، در تقویت تیر با ژاکت بتنی در برابر زلزله باید خاموت ها را به نحو مناسب و با روش مورد تایید کارشناسان پروژه مهارسازی کرد .

تقویت تیر بتنی با ورق فولادی | تقویت تیر بتنی با روکش فولادی

جهت تقویت یا مقاوم سازی تیر با ورق فولادی یا روکش فولادی از ورق هایی با ضخامت حدود ۳ سانتی متر استفاده می کنند که بوسیله ی رزین اپوکسی به وجه کششی تیر بتنی چسبانده می شود ، این روش افزایش ظرفیت خمشی را در تقویت تیر بدنبال دارد . جهت افزایش ظرفیت برشی تیرها در تقویت تیر با ورق های فولادی باید این ورق ها در نزدیکی تکیه گاه تیر چسبانده شود و جهت افزایش ظرفیت خمشی تیر در تقویت تیر با روکش فولادی آنهارا به بال تحتانی تیر متصل می کنند. برای افزایش مقاومت بتن تیر با استفاده از ورق فولادی می توان از ورق هایی با ضخامت بیش از ۳ سانتی متر نیز استفاده کرد که در این صورت برای انتقال نیروی برشی باید از آرماتوربندی استفاده کرد .

تقویت تیر با نبشی و رکابی

در تقویت و مقاوم سازی تیر بتنی می توان مقامت کششی بتن را با اجرای نبشی نیز تامین کرد . در تقویت تیر بتنی با نبشی و رکابی با استفاده از ۲ نبشی که در کنج تیر قرار می گیرند و رکابی هایی که از پایین به نبشی جوش می شوند و از بخش بالایی بر روی بتن سقف کاملا مهار می گردند ، ظرفیت کششی بتن ارتقا می یابد . طی اجرای تقویت تیر با نبشی و رکابی یک کشش ابتدایی در آرماتور بوجود می آید که این کشش باعث یکپارچگی عملکرد رکابی و تیر بتنی در کنار اتصال بهتر نبشی ها به تیر می گردد .

تقویت و مقاوم سازی تیر بتنی با پیش تنیدگی خارجی

یکی از روش های تقویت و مقاوم سازی تیر بتنی استفاده از روش پیش تنیدگی است. این روش یکی از راهکاری های نوین بهسازی سازه و اجزای آن است. در مقاوم سازی تیر بتنی به روش پیش تنیدگی از کابل ها و مفتول های متداول در کارهای پیش تنیدگی استفاده می شود و با استفاده از آنها می توان عملیات تقویت تیر بتنی را به شکل کلی یا به شکل موضعی و تنها برای برخی نواحی انجام داد. بصورت کلی نیروهای پیش تنیدگی به ساختمان و تیرهای بتنی سازه اعمال می شوند، با استفاده از کابل ها و مفتول های پیش تنیدگی این نیروها مجددا توزیع می شوند و از تنش وارد به اجزای سازه تا حد زیادی می کاهند. استفاده از سیستم پیش تنیدگی در تقویت و مقاوم سازی تیرهای بتنی می توان تنش ایجاد شده در اجزای سازه را به حالت اول بازگرداند. پیش از اجرای تقویت و مقاوم سازی تیر بتنی به این روش لازم است نسبت به تحلیل و بررسی تنش های ایجاد شده در سازه اقدام شود چرا که برخی اوقات استفاده از این روش می تواند پیش تنیدگی را افزایش دهد.

تقویت تیر با الیاف FRP

یکی از راه های تقویت تیر جهت افزایش مقاومت خمشی تیر ، مقاوم سازی تیر بتنی با FRP می باشد . در این روش نحوه ی اجرای FRP در ناحیه ی کششی بصورتی است که الیاف FRP در راستای طول تیر قرار بگیرند. در تقویت خمشی تیرها با الیاف FRP لازم است رفتار قاب تقویت شده با در نظر گرفتن کاهش مقدار زیادی چرخش و انحنا در بخش های مقاوم شده ، تحلیل و بررسی گردد . حین تقویت تیر با الیاف FRP تاثیر نیروهای وارد به الیاف FRP باید اندازه گیری و محاسبه گردد. الیاف FRP به رغم برخورداری از ویژگی های به خصوصی نظیر وزن پایین، مقاومت بالا و رفتار مناسب در برابر عوامل شیمیایی، مصالح مناسبی برای مقاوم سازی تیرها محسوب می شوند. علاوه بر این موارد، قیمت مقاوم سازی با FRP با توجه به مزایای آن، نسبت به سایر روش ها اقتصادی تر است.

تقویت برشی تیر با الیاف پلیمری

در مقاوم سازی یا تقویت برشی تیر با الیاف FRP به منظور افزایش ظرفیت برشی تیرها ، الیاف FRP به بخش های جانبی تیر متصل می گردد (عمود بر راستای طول تیر) . جهت اجرای FRP بصورت U شکل برای تقویت تیرها ، الیاف FRP روش دو وجه جانبی و بخش زیرین تیر چسبانده می شود . این نوع اجرا در تقویت تیر با FRP علاوه بر افزایش مقاومت برشی تیر ، افزایش مقامت خمشی تیرها را نیز بدنبال دارد.

تقویت خمشی تیر با الیاف پلیمری

برای تقویت خمشی تیرهای بتنی می توان از الیاف پلیمری استفاده کرد. عموما هنگامی که سازه طی طراحی اولیه از مقاومت خمشی پایینی برخوردار باشد می توان با استفاده از الیاف FRP مقدار ناکافی را جبران کرد. در صورتیکه عملیات کاشت میلگرد برای تامین مقاومت خمشی مورد نظر کمتر از حد لازم باشد شاهد ترک در بتن نواحی زیرین تیر و یا دال های خواهیم بود. ترک های ایجاد شده در بتن بصورت قائم تشکیل می شوند و نیازمند عملیات ترمیم بتن خواهند بود. برای دستیابی به بالاترین حد سختی و مقاومت کششی لازم است این مصالح در راستای آرماتورهای فولادی اجرا شوند. البته در چنین شرایطی لازم است اثر بارهای متناوب بر اف آر پی نیز آنالیز گردد.

تقویت تیر بتنی سوراخدار

یکی از شرایط ضرورت برای اجرای تهمیدات مربوط به تقویت سازه در مقاوم سازی موضعی تیرهای بتنی دارای سوراخ است. چنین اجزایی عموما مرتبط با المان های تاسیسات می باشند و برای تقویت تیرهای بتنی در این وضعیت می توان نواحی اطراف حفره ها را به شکل موضعی با استفاده از الیاف پلیمری FRP تقویت کرد.

تقویت تیر بتنی با میلگردهای پلیمری

همانطور که در این مقاله گفته شده است، استفاده از الیاف FRP یکی از روش های مقاوم سازی تیر بتنی و تقویت تیرهاست. با این وجود این ورقه های FRP که در سطوح خارجی تیرهای بتنی اجرا می شوند در برابر عوامل مختلفی از جمله ضربه، دمای بالا، حریق و اشعه ی ماورا بنفش حساس بوده و آسیب پذیر هستند برای رفع این مشکل می توان از میلگرد FRP استفاده کرد و عملیات تقویت تیر بتنی را به صورت به روش NSM انجام داد. در این روش نواحی مخصوص برای تعبیه ی میلگرد GFRP و میلگرد CFRP با ابعادی کمتر از ضخامت پوشش بتنی میلگرد ایجاد می شوند و میلگردهای پلیمری درون آنها قرار می گیرند.

مقاوم سازی تیر تحت خمش

یکی از مشکلات متداول در تیرهای بتنی، عدم وجود آرماتور به مقدار کافی است که می تواند سبب ترک در تیر تحت نیروی خمشی شود. به منظور ترمیم تیر و مقاوم سازی آن در برابر ترک خوردگی ناشی از نیروی خمشی از روش های مختلفی می توان استفاده کرد. انتخاب روش مناسب بستگی به سازگاری حرارتی بتن، دوام مورد نیاز، شرایط بهره برداری، ساختار شیمیایی و الکتریکی و ضریب ارتجاعی دارد. با توجه به اینکه اجزای بتنی ظرفیت کششی کمتری نسبت به ظرفیت فشاری دارند، بررسی تنش های کششی وارد بر تیر و تسلیح بخش هایی از آن که در معرض نیروهای کششی قرار می گیرند بسیاری حائز اهمیت است چراکه در صورت اعمال نیروی کششی بیش از ظرفیت تیر به آنها، شاهد تغییر شکل و گسیختگی تیرهای بتنی خواهیم بود. لازم بذکر است که آماده سازی سطوح، بتن ریزی و رعایت صحیح شرایط عمل آوری می توانند تأثیر زیادی در لزوم یا عدم لزوم اجرای فرآیند مقاوم سازی تیرها داشته باشند. به هرحال در صورت وجود هر گونه ضعف و عدم تاب آوری تیرهای بتنی در برابر نیروهای تنشی، اجرای مقاوم سازی امری ضروری تلقی می شود.
یکی از روش های مناسب برای مقاوم سازی تیر بتنی تحت خمش استفاده از الیاف FRP است. این مصالح گزینه ی مناسبی برای افزایش ظرفیت کششی تیرهای بتنی محسوب می شوند. در این زمینه آرایش الیاف FRP، تعداد لایه ها، ضخامت الیاف، جنس، طول و عرض آنها از موارد مهم و تأثیر گذار در افزایش مقاومت بتن و بهبود ظرفیت کششی آنها محسوب می شوند. به منظور مقاوم سازی تیرها بتنی و افزایش تاب آوری آنها در تحمل نیروهای کششی ابتدا اقدامات لازم به منظور ترمیم بتن در نواحی سست و کم مقاومت به کمک ملات ترمیمی انجام می گیرد. سپس الیاف FRP در ابعاد مورد نیاز بریده شده و به کمک رزین اپوکسی FRP به تیر بتنی متصل می شوند.