مقاوم سازی ستون فولادی قوطی

در سالهای اخیر بدلیل افزایش نیاز به مسکن در شهرها بعلاوه ی تغییر آیین نامه ها و ضوابط مربوط ساختمان بویژه در مناطق زلزله خیز ، مقاوم سازی ساختمان و بکارگیری رویکردهای مختلف با هدف بهسازی لرزه ای سازه امری متداول شده است . فرآیند های مقاوم سازی و تقویت سازه با استفاده از روش های نوین بويژه در مقاوم سازی ساختمان های قدیمی علاوه بر تامین مقاومت از دست رفته ی سازه قادر است تا ظرفیت باربری سازه و سختی آنرا افزایش دهد ، لازم بذکر است که در طراحی سازه پارامترهای مربوط به باربری و میزان مقاومت از کمیت های قطعی نیستند و در بیشتر مواقع از متغیرهای تصادفی می باشند لذا انجام مقاوم سازی ساختمان امری اجتناب ناپذیر است. عملیات مقاوم سازی ساختمان و عناصر آن در شکل های مختلف قابلیت اجرا دارد که در این مقاله قصد داریم به تقویت یکی از عناصر فلزی سازه در فرآیند مقاوم سازی اسکلت فولادی بپردازیم، یکی از این عناصر مقاوم سازی ستون قوطی دارای نقص فنی می باشد .
استفاده از الیاف CFRP به عنوان یک روش مطلوب مقاوم سازی که علاوه بر جبران ظرفیت از دست رفته ی سازه به ویژه ستون ها،‌ افزایش ظرفیت باربری مقاطع سالم و پیش گیری از گسترش آسیب ها را بدنبال دارد، استفاده از CFRP و سهولت اجرای مقاوم سازی به این روش می تواند علاوه بر بهبود و ارتقای روش های سنتی ، آسیب های ناشی از خوردگی میلگرد در بتن را نیز اصلاح کند .

مقاوم سازی ستون فولادی قوطی کوتاه با الیاف FRP

ستون های قوطی یکی از عناصر سازه های فلزی می باشند و عمدتا تحت تاثیر نیروهای فشار وارد بر سازه و عمود بر سطح زمین قرار می گیرد، از این رو تقویت ستون یکی از فرآیندهای مهم در افزایش عمر مفید و بهبود عملکرد سازه است . بیشترین آسیب بوجود آمده در ستون های قوطی فولادی ناشی از کمانش موضعی و کلی و بدنبال آن بروز گسیختگی در محل درز ها می باشد همانطور که به آن اشاره کردیم یکی از راه های افزایش مقاومت در این ستون ها استفاده از الیاف CFRP می باشد . این الیاف از جنس کربن و از خانواده ی الیاف پلیمری FRP می باشند که رو جز اصلی ; فیبر (الیاف تقویتی) و رزین به عنوان ماده ی در بر گیرنده تشکیل شده اند ، این الیاف بدلیل انعطاف پذیری زیاد و قابلیت اختلاط به انواع رزین ها، امکان اجرا بر روی المان های مختلف سازه را دارند . تحقیقات انجام شده نشان دهنده ی این است که استفاده از سیستم مقاوم سازی با الیاف FRP برای تقویت ستون های قوطی و افزایش ظرفیت بار فشاری ستون ها را بدنبال دارد ضمنا تعداد لایه های الیاف CFRP بکار رفته در مقاوم سازی ستون قوطی فلزی تاثیر بسیار زیادی در افزایش سختی و مقاومت بویژه مقاومت فشاری آنها خواهد داشت .
استفاده از الیاف CFRP تاثیر بسیار زیادی در به تاخیر انداختن کمانش در مقاوم سازی ستون های قوطی کوتاه دارد ، در ادامه ی به برخی از مهمترین مزایای مقاوم سازی ستون قوطی کوتاه فلزی با الیاف کربن اشاره می کنیم :
۱- محصور سازی ستون های قوطی با الیاف CFRP سبب به تاخیر افتادن زمان کمانش موضعی می گردد .
۲- تعداد لایه های CFRP بکار رفته در مقاوم سازی ستون قوطی با الیاف اف آر پی تاثیر مستقیمی در اصلاح ضعف های المان دارد .
۳- استفاده از ۲ لایه CFRP در مقاوم سازی ستون قوطی سبب زیاد شدن مقدار PCR در حدود ۲۰٪ الی ۳۱٪ می گردد .

راه های مقاوم سازی ستون قوطی کوتاه

۱) افزودن ورق های پوششی به بال ستون : افزایش ضخامت بال ستون متصل به اتصال صلب سبب کاهش میزان تغییر شکل ستون قوطی می گردد . افزودن ورق های پوششی به بال ستون سبب ارتقا ظرفیت های خمشی و محوری و اصلاح خرابی ستون می گردد. در نهایت برای جلوگیری از کمانش موضعی بال ستون می توان به ضخامت بال نیز افزود .

۲) تعبیه ورق های سخت کننده درون ستون : یکی از بهترین راه های کنترل میزان تغییر شکل جداره های ستون و جلوگیری از افزایش مقدار آن بکارگیری ورق های سخت کننده درون ستون ها می باشد . بیشترین تاثیر استفاده از این ورقه ها در کاهش تغییر شکل ستون ها در جدار ستون و محل اتصال می باشد .

۳) تعبیه ی ورق های تقویتی درون ستون : یکی از دیگر راه های تقویت این ستون ها تعبیه ی ورق های تقویتی در جداره ی ستون ها می باشد ، در این روش ورق های تقویتی در محل اتصال صلب تا ۲۰٪ ارتفاع ستون تعبیه می گردند و به طور قابل ملاحظه ای ، از افزایش تغییر شکل ستون جلوگیری می کنند . از بعد اقتصادی نیز پس از بکارگیری ورق های سخت کننده در داخل ستون این روش در اولویت قرار می گیرد . ورق FRP در این روش از تقویت ستون های قوطی کوتاه بر روی بال ستون و در محل اتصال اجرا می شود و اتصال به بال ستون می تواند توسط جوش گوشه صورت گیرد .

۴) تقویت ستون قوطی با استفاده از روکش FRP : یکی دیکر از روش های مقاوم سازی ستون قوطی فلزی و بطور کلی ترمیم ستون استفاده از روکش FRP می باشد ، این روش مثل مقاوم سازی ستون با FRP از طریق محصور سازی و دورپیچ کردن ستون مقاومت فشاری ستون ها را ارتقا می دهد ضمنا سبب تامین ظرفیت محوری و خمشی ستون و افزایش شکل پذیری آن می شود . در این فرآیند علاوه بر اپوکسی از برخی سخت کننده های دیگر نیز استفاده می گردد .

نحوه ی مقاوم سازی ستون قوطی کوتاه با FRP

۱) در ابتدا پیش از نصب FRP لازم است عدم زنگ زدگی ، خرابی و پوسیدگی بر روی سازه ی مورد نظر بررسی گردد و در صورت وجود اصلاح شود .
۲) لازم است سطح مورد نظر طی عملیات ترمیم بتن تعمیر گردد و تمام ناصافی ها صاف و هموار گردد و در نهایت نسبت به اصلاح نامنظمی ها و زوایای تند گوشه اقدام کرد .
۳) پیش از نصب الیاف FRP لازم است سطح آن کاملا تمیز گردد و سپس بر روی سطح صاف و هموار بدون هیچ گونه آلودگی بصورت صاف و مستقیم چسبانده شود .
۴) پارچه های کربنی در سیست مقاوم سازی با اف آر پی با استفاده از چسب اپوکسی FRP دو جزیی (رزین و هاردنر) به سطوح مختلف متصل می گردد . این چسب ها دارای مقاومت شیمیایی بالا و سختی کششی و فشاری زیاد می باشند.
۵) نحوه ی چسباندن FRP با استفاده از رزین اپوکسی بدین شکل است ، مقداری از چسب FRP در بخشی از FRP ریخته می شود و سپس به کمک کاردک در تمام بخش ها پخش می شود .