مقاوم سازی frp چیست

کامپوزیت‌های پلیمری تقویت ‌شده با الیاف (frp) تقریباً ۲۵ سال است که برای تقویت ساختاری استفاده می‌شوند. در این مدت، پذیرش کامپوزیت های frpبه عنوان یک ماده اصلی ساخت و ساز افزایش یافته است، و به همین ترتیب تعداد پروژه های تقویت frpتکمیل شده است. در نتیجه، استفاده از frpبرای تقویت و مقاوم‌سازی در بین متخصصان طراحی نسبت به تکنیک‌های مقاوم‌سازی مرسوم، مانند نصب قاب‌ها و عناصر فولادی سازه‌ای مکمل، محبوبیت بیشتری پیدا می‌کند.

مقاوم سازی سازه های موجود با FRP می تواند شامل ارزیابی، طراحی و فرآیندهای پیچیده باشد که نیاز به درک خوبی از شرایط سازه ای موجود همراه با مواد مورد استفاده برای تعمیر سازه قبل از نصب frpدارد. مناسب بودن frpبرای یک پروژه تقویتی را می توان با درک اینکه frp چیست و مزایایی که ارائه می دهد، اما مهمتر از آن، محدودیت های آن تعیین می شود.

مقاوم سازی frp چیست

مواد کامپوزیتی frp از الیاف پیوسته با استحکام بالا مانند سیم‌ های شیشه، کربن یا فولاد تشکیل شده ‌اند که در یک ماتریس پلیمری تعبیه شده‌اند. الیاف عناصر اصلی تقویت کننده را فراهم می کنند در حالی که ماتریس پلیمری (رزین های اپوکسی) به عنوان یک اتصال دهنده عمل می کند، از الیاف محافظت می کند و بارها را به و بین الیاف منتقل می کند.

کامپوزیت های FRP را می توان در محل با استفاده از فرآیند لایه گذاری مرطوب تولید کرد که در آن یک پارچه خشک، از کربن یا شیشه، آغشته به اپوکسی شده و به بستر بتن آماده چسبانده می شود. پس از پخت، frp به بخشی جدایی ناپذیر از عنصر ساختاری تبدیل می شود و به عنوان یک سیستم تقویت کننده متصل به بیرون عمل می کند. کامپوزیت ‌های FRP را می‌توان در کارخانه ‌های تولیدی نیز پیش ‌ساخته کرد که در آن مواد برای ایجاد اشکال مختلفی که می‌ توانند برای تقویت برنامه‌ های کاربردی مانند میلگرد ها و تسمه ها استفاده شوند، تراوش می ‌شوند.

متداول ترین سیستم های FRP برای کاربردهای تقویت بتن بر پایه فیبر کربن (CFRP) است. کربن دارای خواص مکانیکی برتر و استحکام کششی، سختی و دوام بالاتری در مقایسه با سیستم های مبتنی بر الیاف شیشه است. استفاده از میله ها و صفحات پیش ساخته CFRP معمولاً محدود به سطوح مستقیم یا کمی منحنی است. به عنوان مثال، قسمت بالایی یا زیرین دال ها و تیرآهن ها. عناصر پیش ساخته FRP معمولاً سفت هستند و نمی توان آنها را در محل خم کرد تا دور ستون ها یا تیرها پیچیده شود.

از سوی دیگر، FRP در ورق های یک طرفه پیوسته عرضه شده بر روی رول ها موجود است که به راحتی می توان آن را متناسب با هر هندسه ای تنظیم کرد و تقریباً می توان آن را در اطراف هر پروفیلی

پیچید. پارچه های FRP ممکن است به سمت کشش اعضای سازه (مانند دال ها یا تیرآهن ها) بچسبند تا تقویت کششی اضافی برای افزایش مقاومت خمشی ایجاد کنند، به دور تارهای تیرچه ها و تیرها بپیچند تا مقاومت برشی آنها را افزایش دهند، و به دور ستون ها پیچیده شوند تا برشی آنها افزایش یابد. و استحکام محوری و بهبود شکل پذیری و رفتار اتلاف انرژی.

سیستم های چسب مورد استفاده برای چسباندن FRP به بستر بتن ممکن است شامل یک پرایمر می باشد که برای نفوذ به بستر بتن و بهبود اتصال سیستم استفاده می شود. بتونه اپوکسی برای پر کردن فضای خالی سطح کوچک در بستر و ایجاد یک سطح صاف که سیستم FRP به آن چسبانده شده است. رزین اشباع که برای آغشته کردن پارچه و چسباندن آن به بستر آماده شده استفاده می شود.

و پوشش محافظ برای محافظت از سیستم پیوند FRP از اثرات مخرب محیطی و مکانیکی بالقوه. بیشتر اپوکسی ‌های سیستم‌ های تقویت‌کننده frp تحت تأثیر قرار گرفتن در معرض نور ماوراء بنفش قرار می‌گیرند، اما می‌توان با استفاده از پوشش‌های اکریلیک، پوشش ‌های سیمانی و انواع دیگر پوشش ها، از آنها محافظت کرد.

رزین ها و الیاف برای یک سیستم FRP معمولاً به عنوان یک سیستم بر اساس مواد و آزمایش ساختاری توسعه می یابند. مخلوط کردن یا جایگزینی یک جزء از یک سیستم FRP با یک جزء از سیستم دیگر قابل قبول نیست و می تواند بر خواص سیستم پخت تأثیر منفی بگذارد.

پیوند بین سیستم FRP و بتن موجود بسیار مهم است و آماده سازی سطح برای بیشتر کاربردها ضروری است. هر گونه خرابی یا خوردگی آرماتور داخلی باید قبل از نصب سیستم FRP برطرف شود. عدم انجام این کار می تواند منجر به آسیب به سیستم FRP به دلیل لایه لایه شدن بستر بتنی شود.

تفاوت مقاوم سازی frp و فولاد

کامپوزیت های FRP از این جهت با فولاد متفاوت هستند که دارای خواصی هستند که می توانند در جهات مختلف متفاوت باشند (ناهمسانگرد)، در حالی که فولاد خواص مشابهی در همه جهات دارد (همسانگرد). متداول‌ترین نوع ورق‌های الیافی برای کاربرد تقویت بتن با الیاف کربن یا شیشه یک طرفه پیوسته ساخته می‌شوند که طول پارچه را طی می‌کند.

هنگامی که در کشش مستقیم بارگذاری می شود، مواد FRP یک طرفه یک رابطه تنش-کرنش خطی الاستیک را تا زمان شکست، بدون تسلیم یا رفتار پلاستیک نشان می دهند. با توجه به ویژگی های خطی الاستیک FRP و این واقعیت که آنها به صورت خارجی بر روی عناصر سازه اعمال می شوند، روش های استاندارد مورد استفاده برای طراحی یا تعیین مقدار آرماتور فولادی برای FRP اعمال نمی شود. رویه‌های نسبتاً پیچیده ‌تری برای طراحی FRP استفاده می‌شوند که می‌تواند شامل روش‌شناسی طراحی تکراری باشد.

از آنجایی که الیاف در یک ماده FRP جزء اصلی حمل بار است، نوع الیاف، جهت الیاف و ضخامت پارچه (مقدار الیاف) استحکام کششی و سفتی را تعیین می کند.

کامپوزیت های FRP بسته به نوع فیبر مورد استفاده از نظر استحکام متفاوت هستند. در حالی که شیشه دارای استحکام کششی تقریباً برابر با استحکام تسلیم فولاد ملایم است، کامپوزیت های کربنی استحکام کششی را ارائه می دهند که از دو تا پنج برابر استحکام تسلیم فولاد نرم متفاوت است. در حالی که هر دو کامپوزیت FRP سختی کششی کمتری نسبت به فولاد دارند، سختی کامپوزیت کربن دو تا پنج برابر سفتی کامپوزیت های شیشه ای است. کامپوزیت های FRP تقریباً یک پنجم وزن فولاد دارند.

خواص کششی سیستم های تقویت FRP را می توان از سازنده سیستم FRP دریافت کرد. خواص کششی را می توان با استفاده از روش آزمایشی شرح داده شده در ASTM D7565 نیز تعیین کرد.

برای در نظر گرفتن دوام مواد، بیشتر راهنماهای طراحی موجود، عوامل کاهش محیطی را برای استحکام کششی FRP شناسایی می‌کنند که می‌تواند در طراحی استفاده شود. این عوامل به نوع FRP و شرایط نوردهی عنصری که باید تقویت شود بستگی دارد. برای CFRP، ضریب کاهش محیطی معمول برای شرایط قرار گرفتن در معرض داخلی 0.95 است در حالی که ضریب کاهش برای شرایط مواجهه خارجی و تهاجمی معمولاً 0.85 است.

کاربرد frp

سیستم های FRP ابزار بسیار کاربردی برای تقویت و مقاوم سازی سازه های بتنی ارائه می کنند و برای موارد زیر مناسب هستند:

تقویت خمشی،تقویت برشی، ومحصور شدن ستون و بهبود شکل پذیری.

سیستم های FRP نیز با موفقیت برای ارتقای لرزه ای سازه های بتنی استفاده شده است. این کاربردها شامل کاهش مکانیسم‌های شکست شکننده مانند شکست برشی اتصالات تیر-ستون محدود نشده، شکست برشی تیرها و/یا ستون‌ها و شکست اتصال لبه‌ای است. سیستم‌ های FRP همچنین برای مقاومت در برابر کمانش میله‌های فولادی طولی، ستون‌ها را محدود می‌کنند. این طرح‌های FRP ظرفیت‌های جابجایی جهانی و اتلاف انرژی سازه بتنی را افزایش داده و رفتار کلی آن را بهبود می‌بخشد.

به دلیل مقاومت در برابر خوردگی، کامپوزیت های FRP را می توان بر روی اعضای سازه داخلی و خارجی تقریباً در همه انواع محیط ها استفاده کرد.

کدها و استانداردهای frp

راهنماها و کدهای متعددی در سرتاسر جهان منتشر شده است که به طراحی سیستم‌های تقویت‌کننده FRP با چسب خارجی برای سازه‌ های بتنی می‌پردازد. در ایالات متحده، کمیته ACI 440 ACI 440.2R را منتشر کرده است، راهنمای طراحی و ساخت سیستم‌ های FRP با پیوند خارجی برای تقویت سازه‌ های بتنی. با این حال، این سند یک کد محسوب نمی شود و در هیچ سند کدی از جمله کد بین المللی ساختمان (IBC) و کد بین المللی ساختمان موجود (IEBC) ارجاع داده نمی شود.

با درک نیاز به کد تعمیر، مؤسسه بتن آمریکا ACI در سال 2013، کد الزامات برای ارزیابی، تعمیر و بازسازی ساختمان‌های بتنی (ACI 562) را منتشر کرد که اولین استاندارد مبتنی بر عملکرد است که برای تعمیر ساختمان‌های موجود توسعه یافته است. ساختمان های بتنی این استاندارد در صورت تصویب با IEBC کار می کند، یا به عنوان یک سند مستقل برای حوزه های قضایی که یک کد ساختمانی موجود را تصویب نکرده اند، کار می کند.

مقررات ACI 562 برای متخصصان طراحی جدید نیست و شامل بسیاری از الزامات مشابه برای طراحی سنتی سازه های بتنی است. ACI 562 متخصصان طراحی را هدایت می کند تا رفتار سازه را همیشه در طول فرآیند تعمیر و پس از اتمام تعمیر در نظر بگیرند. ACI 562 اجازه استفاده از مواد FRP را برای تعمیر و تقویت بتن می دهد و به استانداردهای ACI 440 برای الزامات طراحی و جزئیات اشاره دارد.

حد مقاومت بتن

استحکام بستر بتن موجود یک پارامتر مهم برای کاربردهای حساس باند، مانند تقویت خمشی یا برشی است. برای ایجاد FRP و انتقال تنش های طراحی در خط اتصال، بستر بتنی باید دارای مقاومت کافی برای انتقال این تنش ها باشد. و برای اینکه بتن حداقل مقاومت باند 200 psi (1.4 مگاپاسکال) مشخص شده توسط ACI 440.2R را فراهم کند، مقاومت فشاری بتن f‘c باید بیش از 2500 psi (17 مگاپاسکال) باشد. این محدودیت برای کاربردهای حیاتی تماس مانند محصور کردن ستون FRP که تنها بر تماس بین سیستم FRP و بتن متکی است اعمال نمی شود.

حفاظت در برابر آتش  با مقاوم سازی frp

در حالی که الیاف کربن قادر به مقاومت در برابر دمای بالا هستند، سیستم های چسب دارای دمای آستانه بسیار پایین تری هستند. ضد حریق FRP یک گزینه است، اما هزینه های بالای مواد ضد حریق تخصصی همیشه قابل توجیه نیست.

درجه آتش سوزی سازه های تقویت شده باید بدون FRP ارزیابی شود. در صورت شکست FRP باید تعیین شود که آیا مقاومت کاهش یافته کافی است یا خیر. در صورت وجود نیازی به ضد حریق FRP نیست. اگر اینطور نیست، مواد ضد حریق باید از نظر کارایی هزینه و توانایی برآورده کردن درجه ‌بندی آتش رضایت ‌بخش ارزیابی شوند.

نصب و راه اندازی frp

رویه‌های نصب سیستم ‌های FRP توسط سازندگان سیستم ایجاد شده است و ممکن است کمی متفاوت باشد. دما و رطوبت سطحی بتن در زمان نصب پارامترهای اصلی هستند که بر رویه نصب و عملکرد سیستم های FRP تاثیر می گذارند.

آماده سازی سطح برای ایجاد پیوند بین سیستم FRP و بتن موجود بسیار مهم است. هر گونه خرابی و خوردگی موجود در تقویت کننده داخلی نیز باید قبل از نصب سیستم FRP برطرف شود. استحکام بخشی را می توان تنها پس از مشخص شدن و رفع تمام مشکلات خوردگی با رعایت روش های مناسب اعمال کرد. عدم انجام این کار می تواند منجر به قفل شدن در آلاینده ها شود که ممکن است باعث خرابی بیشتر و در نتیجه شکست سیستم FRP به دلیل لایه برداری از بستر بتنی شود.

موسسه بین المللی تعمیر بتن دستورالعمل های مختلفی را برای انتخاب، آماده سازی سطح و نصب مصالح تعمیر ارائه می دهد. پس از نصب، عمل آوری سیستم FRP به زمان پس از نصب و درجه حرارت در طول پخت بستگی دارد. به طور مشابه، افراط در دما یا نوسانات می تواند زمان پخت FRP را به تاخیر بیاندازد یا تسریع کند. هرچه دما بالاتر باشد، سیستم سریعتر درمان می شود – از یک تا سه روز. به طور کلی چندین درجه رزین از طریق سازنده سیستم برای سازگاری با موقعیت‌های خاص موجود است.

نتیجه

سیستم های FRP با موفقیت برای تقویت ساختمان ها، پل ها، سیلوها، مخازن، تونل ها و لوله های زیرزمینی استفاده شده است. هزینه بالاتر مواد FRP با کاهش هزینه های نیروی کار، استفاده از تجهیزات و زمان از کار افتادن در طول نصب جبران می شود و آنها را نسبت به تکنیک های مقاوم سازی سنتی مقرون به صرفه تر می کند.