ژاکت بتنی یکی از روش های تقویت ستون های بتن آرمه است که برای کاهش تغییر شکل جانبی و افزایش مقاومت و ظرفیت باربری ستون مورد استفاده قرار می گیرد. این روش معمولاً در ستون هایی بررسی می شود که بر اثر اضافه بار، فرسودگی مصالح، نگهداری ضعیف، ضعف های اجرایی یا تغییر کاربری ساختمان نیاز به تقویت دارند.
در ژاکت بتنی، علاوه بر بتن جدید از آرماتورهای طولی و عرضی نیز استفاده می شود؛ بنابراین مقدار و مشخصات میلگرد موردنیاز می تواند در برآورد هزینه اجرای این روش مؤثر باشد و تغییرات قیمت میلگرد نیز در محاسبه هزینه مصالح پروژه اهمیت پیدا کند.
موادی مانند بتن، فولاد یا ورق های ساخته شده از پلیمرهای تقویت شده با الیاف ممکن است برای پوشش ستون استفاده شوند و با افزایش سختی ژاکت در جهت عرضی، مقاومت در برابر تغییر شکل جانبی ستون افزایش می یابد. اگر انبساط جانبی کاملاً مهار شود، عضو ستون در حالت تغییر شکل تک محوری قرار می گیرد. ستون هایی که تحت فشار تک محوری قرار می گیرند نیز در اثر کرنش های کششی جانبی ناشی از اثر پواسون ممکن است دچار شکست شوند.
ژاکت بتنی چیست
ژاکت بتنی روشی برای تقویت اعضای بتن آرمه است که در آن مقطع موجود با بتن جدید و آرماتورهای طولی و عرضی تقویت می شود تا عضو بتواند عملکرد سازه ای مناسب تری داشته باشد. در این روش، بخش جدید باید به گونه ای به عضو موجود متصل شود که بتن و آرماتورهای قدیم و جدید تا حد امکان رفتار یکپارچه ای ایجاد کنند.
در اجرای ژاکت بتنی، معمولاً ابعاد مقطع افزایش پیدا می کند و جزئیات آرماتورگذاری، اتصال و ضخامت ژاکت براساس شرایط عضو، نوع ضعف و الزامات طراحی تعیین می شود. به همین دلیل، ژاکت بتنی یک راهکار ثابت با جزئیات یکسان برای همه ستون ها نیست و باید متناسب با وضعیت واقعی سازه طراحی شود.
کاربرد ژاکت بتنی در مقاوم سازی ستون
ژاکت بتنی در مقاوم سازی ستون زمانی به کار می رود که ظرفیت یا عملکرد ستون موجود با نیازهای سازه هم خوانی نداشته باشد و لازم باشد مقاومت، سختی یا شکل پذیری آن افزایش پیدا کند. این روش با افزایش سطح مقطع و اضافه کردن آرماتورهای جدید می تواند بخشی از ضعف های سازه ای ستون را جبران کند، مشروط بر اینکه اتصال مناسبی میان عضو موجود و ژاکت جدید ایجاد شود.
مهم ترین شرایطی که ممکن است استفاده از ژاکت بتنی برای تقویت ستون بررسی شود عبارت اند از:
- افزایش بار وارد بر سازه در اثر تغییر کاربری یا اضافه شدن بارهای جدید
- کمبود ظرفیت باربری ستون نسبت به نیازهای طراحی
- ضعف در آرماتورگذاری یا جزئیات اجرایی ستون موجود
- آسیب دیدگی یا کاهش کیفیت بتن و آرماتور در طول بهره برداری
- نیاز به افزایش سختی و کاهش تغییرشکل جانبی عضو
- بهبود ظرفیت برشی، خمشی یا محوری ستون براساس نتایج ارزیابی سازه
- تقویت ستون های آسیب دیده پس از بررسی وضعیت عضو و قابلیت ترمیم آن
انتخاب ژاکت بتنی برای هر یک از این شرایط باید براساس ارزیابی فنی ستون، وضعیت مصالح موجود، نحوه انتقال نیرو و محاسبات سازه ای انجام شود؛ زیرا این روش برای همه انواع آسیب یا ضعف سازه ای الزاماً مناسب نیست. در برخی پروژه ها، مقایسه ژاکت بتنی و نبشی ستونی می تواند به انتخاب روش مناسب تر تقویت با توجه به شرایط عضو و الزامات اجرایی کمک کند.
اجزای ژاکت بتنی ستون
ژاکت بتنی ستون از چند جزء اصلی تشکیل می شود که باید به صورت یکپارچه با ستون موجود عمل کنند. نحوه طراحی و اجرای هر جزء به وضعیت ستون، میزان تقویت موردنیاز و جزئیات سازه ای پروژه بستگی دارد.
اجزای اصلی ژاکت بتنی عبارت اند از:
- بتن جدید: لایه ای که پیرامون مقطع موجود اجرا می شود و باعث افزایش ابعاد و ظرفیت مقطع تقویت شده می شود.
- آرماتورهای طولی: برای افزایش ظرفیت مقاومتی ستون در امتداد عضو به ژاکت اضافه می شوند.
- آرماتورهای عرضی یا خاموت ها: در محصورشدگی بتن، مهار آرماتورهای طولی و بهبود عملکرد برشی ستون نقش دارند.
- رابط ها و میلگردهای کاشت شده: برای ایجاد اتصال مناسب میان ستون موجود و بخش جدید ژاکت و انتقال نیرو بین آن ها به کار می روند.
- سطح اتصال بتن قدیم و جدید: آماده سازی مناسب این سطح اهمیت زیادی دارد؛ زیرا عملکرد ژاکت به همکاری سازه ای بخش موجود و بتن جدید وابسته است.
ابعاد ژاکت، مقدار و آرایش آرماتورها و جزئیات اتصال نباید به صورت ثابت برای همه ستون ها در نظر گرفته شود و باید بر اساس محاسبات و شرایط واقعی عضو تعیین شود.
عملکرد ژاکت بتنی در تقویت ستون
عملکرد ژاکت بتنی در تقویت ستون بر پایه همکاری میان ستون موجود و لایه جدید بتن مسلح است. با افزایش سطح مقطع، افزودن آرماتورهای طولی و عرضی و ایجاد اتصال مناسب میان بخش قدیمی و جدید، می توان ظرفیت باربری، سختی و رفتار ستون تحت بارهای جانبی را بهبود داد.
یکی از نقش های مهم ژاکت، محصورشدگی بتن ستون و محدودکردن تغییر شکل جانبی آن است. میزان این محصورشدگی به شکل مقطع، شرایط بارگذاری و نحوه اتصال ژاکت به ستون موجود وابسته است؛ به همین دلیل رفتار ستون های مربعی، مستطیلی و دایره ای یکسان نیست.
ستون های بتنی تحت بار تک محوری
اثر پواسون اصطلاحی است که برای توصیف انبساط یا انقباض یک ماده در جهت های عمود بر جهت بارگذاری استفاده می شود. اگر انبساط جانبی آزادانه اتفاق بیفتد، عضو تحت تنش تک محوری قرار می‌گیرد و ترک‌های شکاف کششی موازی با جهت بارگذاری، ترک‌های حاصل هستند. به طور معمول، ستون های تک محوری با مقاومت فشاری کم یا معمولی این شکل از شکست را نشان می دهند. با این حال، از آنجایی که سفتی ژاکت ها هرگز نمی تواند بی نهایت باشد، دستیابی به حالت تنش تک محوری در ستون های ژاکتی غیرعملی است. در نتیجه، حالت تنش سه محوری و تغییر شکل همیشه در ستون های ژاکت دار وجود دارد. تنش های کششی بالایی با افزایش سفتی آن در ژاکت ایجاد می شود و بالعکس، بخش ستون اصلی فشار محدود بالایی را تجربه می کند و در نتیجه جابجایی جانبی کمتری را تجربه می کند. لازم به ذکر است که با افزایش ترک خوردگی بتن، نسبت پواسون بتن نیز افزایش می‌یابد که امکان محصور شدن بیشتر قبل از شکست را فراهم می‌کند.
ستون های مربعی با ژاکت بتنی
هنگامی که یک ستون مربعی ژاکت می شود، ژاکت تحت فشار داخلی بالایی قرار می گیرد و باعث ایجاد تنش های کششی در جهت عرضی ژاکت ستون می شود. تغییر شکل های متفاوتی در امتداد دیوار ژاکت دیده می شود که نشان می دهد توزیع تنش های محدود کننده یکنواخت نیست. تنش کششی باعث کشیدگی ژاکت در گوشه ها می شود. با این حال، تغییر شکل خمشی اضافی نیز در عرض دیوار میانی دیده می شود که اثر محدود کننده در مناطق میانی دیوار کاهش می یابد. با افزایش ابعاد ستون مربعی، محدودیت کمتری در عرض دیوار میانی ایجاد می‌شود و محصوریت کلی ستون کاهش می‌یابد.
محصورشدگی ستون با ژاکت بتنی
با این حال پوشش ستون‌های مستطیلی را به‌خوبی محدود نمی‌کند، به‌ویژه آنهایی که نسبت ابعاد بزرگی دارند. این بیشتر به دلیل گسترش بخش اولیه ستون است که باعث اعوجاج بیرونی قابل توجهی در سمت طولانی ستون می شود.
رفتار ستون های دایره ای ژاکت دار
هنگامی که ژاکت بر روی ستون های دایره ای اعمال می شود، فشار داخلی یکنواخت در ژاکت ایجاد می شود و کشش یکنواخت و جابجایی جانبی برابر در دیواره ژاکت ایجاد می کند. در این مثال، بخش بتنی اولیه محدود می شود و حداکثر سود ژاکت حاصل می شود زیرا حداقل تغییر شکل را تجربه می کند.
ژاکت بتنی ستون های دایره ای
ژاکت بتن مسلح
ژاکت بتن آرمه را می توان با افزایش اندازه ستون و افزودن آرماتورهای فولادی طولی و عرضی بر روی ستون ها اعمال کرد. عامل اساسی در تعیین موفقیت آمیز بودن عملیات تقویت بتن، عمل ترکیبی بین بتن قدیمی و جدید است. ژاکت های بتنی برای افزایش ظرفیت ممان محوری، ظرفیت برشی یا سختی ستون ها استفاده می شود. تغییر شکل جانبی ساختمان را می‌توان با سفت‌تر کردن ستون‌ها بهبود بخشید، اما این امر به دلیل افزایش تقاضای بار جانبی منجر به اعمال کرنش بیشتر می‌شود. همچنین می توان از ژاکت های بتنی برای رفع مشکلات کمانش ستون های باریک استفاده کرد. استفاده از پوشش بتنی در مقاوم سازی ستون های RC علیرغم اینکه جایگزین بسیار محبوبی است دارای معایبی است. به عنوان مثال، برای معماران و صاحبان ساختمان ها مضر است زیرا اندازه بخش بتنی تمام شده پس از مرمت افزایش می یابد و میزان فضای باز در ساختمان کاهش می یابد. هنگام استفاده از ژاکت باید دقت کرد زیرا به سوراخکاری گسترده در قسمت ستون اصلی نیاز دارد که ممکن است در حال حاضر ضعیف باشد و همچنین در دال ها / تیرها و پایه ها. روش اجرای ژاکت های بتنی زمان بر است و دقت در هنگام ریخته گری بتن به صورت یکپارچه، به ویژه برای قسمت های بالایی ژاکت ها ضروری است. استحکام عضو ستون تعمیر شده به دنبال افزودن ژاکت بتنی بیشتر به مقاومت ژاکت و همچنین افزایش مقاومت عضو اصلی به دنبال محصور شدن ژاکت بستگی دارد. در نتیجه، ایده آل است که ژاکت در هر چهار طرف ستون باشد. با این حال، این همیشه امکان پذیر نیست، به خصوص برای ستون هایی که در لبه یا گوشه سازه ها قرار دارند.
مراحل اجرای ژاکت بتنی ستون
از آنجایی که ظرفیت ستون در طول اجرای ژاکت به شدت کاهش می یابد، برای ایجاد یک مسیر بار جایگزین برای پایه ها، باید تکیه گاه دال های اطراف ستون و دال ها در سایر طبقات فراهم شود. اگر خوردگی فولاد وجود نداشته باشد، پوشش بتنی برداشته می شود تا زمانی که بتن سالم به قسمت اصلی برسد. از آنجایی که چکش پنوماتیکی ممکن است باعث ایجاد ترک های ریز در بستر شود، سندبلاست برای زبری سطح بتن توصیه می شود. اگر آرماتور قسمت اصلی خورده باشد، پوشش بتنی باید کاملاً برداشته شود تا میلگردهای فولادی طولی قابل مشاهده باشند. اگر سطح خوردگی شدید باشد، میله های فولادی تمیز می شوند، با رنگ ضد خوردگی رنگ می شوند یا با میله های فولادی جدید جایگزین می شوند.
برداشتن پوشش بتنی قبل از ژاکت
برای اتصال مکانیکی بخش بتنی جدید به بخش بتنی قدیمی، رولپلاک های فولادی در امتداد ستون در سراسر سطح مقطع قرار می گیرند. فونداسیون باید میله های فولادی طولی ژاکت را دریافت کند و سوراخ هایی در دال ها باید ایجاد شود تا میله های طولی از روی دال های کف عبور کنند. مشخصات رولپلاک های متصل به ستون اصلی و ژاکت بتن مسلح آرماتورهای طولی و عرضی فولادی مشخص شده برای ژاکت در جای خود تنظیم شده است و توصیه می شود که رولپلاک های فولادی کاشته شده به میله های طولی بسته شوند. قلاب ها میلگردهای فولادی طولی را از کمانش زودهنگام باز می دارند و سطح محصور شدن مقطع ستون را بهبود می بخشند.
نصب آرماتورهای فولادی طولی و عرضی
ژاکت باید با استفاده از ماده ای ریخته گری شود که با ویژگی های بخش بتن اصلی سازگار باشد. به منظور کاهش فشار روی رولپلاک های فولادی و احتمال ترک خوردن بتن تازه، انقباض مواد ژاکت باید به حداقل برسد. اگر ستون اصلی هم با رولپلاک و هم با زبری سطح ارائه شده باشد، رفتار یکپارچه - که در آن جدایی در محل اتصال بین بتن قدیمی و جدید وجود ندارد - قابل پیش بینی است.
مصالح مورد استفاده در ژاکت بتنی
مخلوط طرح مورد استفاده برای ریخته گری ژاکت بتنی باید دارای خواص فیزیکی باشد که با بتن مورد استفاده در بخش اصلی قابل مقایسه یا سازگار باشد. استحکام فشاری، مدول الاستیک، ضریب انبساط حرارتی و خزش برخی از این خواص هستند. مگر اینکه بتوان از طریق آزمایش ثابت کرد که خواص فیزیکی مشابهی قابل دستیابی است، نوع سنگدانه مورد استفاده در مخلوط باید با بتن اصلی قابل مقایسه باشد.برای مثال از تیرآهن هاش سنگین می توان استفاده کرد. اگر خواص دو ماده متفاوت باشد، می توان جدایی عمودی بین بخش اصلی و ژاکت را در طول زمان پیش بینی کرد. در این راستا، دوغاب یا ملات مورد استفاده در ژاکت نباید رفتار طولانی مدت متفاوتی با بتن داشته باشد. خواص کششی ژاکت ممکن است با افزودن الیاف یا مواد جبران کننده انقباض به مخلوط بهبود یابد. قبل از ریخته‌گری، تا زمانی که مشخصات مواد سازنده به‌دقت رعایت شده باشد، می‌توان از یک عامل چسبنده روی بتن قدیمی استفاده کرد. به منظور جلوگیری از ظاهر شدن لانه زنبوری یا حفره ها در ژاکت، توصیه می شود در طول بتن ریزی از روش فرم و پمپ استفاده شود.
