به منظور مقاوم سازی و افزایش ظرفیت باربری قسمتهای مختلف هر سازه از روشها و ابزار مختلفی استفاده میشود. یکی از اقداماتی که در سازههای بتنی به این منظور مورد استفاده قرار میگیرد پیش تنیدگی بتن است. تیرچه پیش تنیده یکی از اجزای سازههای بتنی است که بسیار مورد استفاده قرار میگیرد. با توجه به این مسئله که سازههای بتنی با گذشت زمان دچار فرسودگی میشوند و به مقاوم سازی و ترمیم نیاز دارند، مهندسین برای حل این مسئله راهکارهایی را ارائه کردهاند. از آنجایی که بازسازی ساختمانها هزینههای بسیار بالایی را به همراه دارد، به منظور صرفه جویی در مسائل اقتصادی مقاوم سازی و ترمیم سازههایی که دچار مشکل شدهاند انتخاب مناسبتری است.
روشهای مقاوم سازی تیرچه پیش تنیده:
به منظور مقاوم سازی تیرچه پیش تنیده از روشهای مختلفی میتوان استفاده نمود که یکی از این روشها استفاده از الیاف FRP (Fiber Reinforced polymer) است. این نوع الیاف در واقع پلیمرهایی هستند که با فیبر تقویت شدهاند. استفاده از این نوع مصالح پلیمری نیز مانند نیروی پیش تنیدگی که در اجزای بتنی سازه مورد استفاده قرار میگیرد، میتواند باعث افزایش قابل توجه ظرفیت باربری و مقاومت سازههای بتنی شود. در صورتی که در یک سازه بتنی از مصالح FRP و نیروی پیش تنیدگی به صورت همزمان استفاده شود، میتوان به مقاومت بسیار بیشتری در سازه بتنی دست یافت. به منظور افزایش مقاومت سازه، مصالح FRP روی قسمتهای بیرونی آن نصب و اجرا میشوند.
مصالح FRP در تیرچه پیش تنیده چیست؟
FRP یا همان الیاف پلیمری که با فیبر مسلح و تقویت شدهاند در صنایع مختلف و همچنین در صنعت ساختمان سازی مورد استفاده قرار میگیرند. به منظور افزایش مقاومت در اجزای مختلف سازههای بتنی از جمله تیرچه پیش تنیده از این الیاف استفاده میشود. الیاف FRP در سازههای مختلف و به صورت گسترده مورد استفاده قرار میگیرند که از جمله آنها میتوان به ساختمانهای صنعتی، تجاری، اداری، مسکونی و … اشاره کرد. این مصالح تقویت کننده پلیمری به منظور افزایش مقاومت سازههای بتنی روی سطوح اجزای مختلف سازههای بتنی از جمله فنداسیون بتنی، تیرها، ستونها، تیرچه پیش تنیده، دالهای بتنی، دیوارهای بتنی و …. نصب میشوند. پارامترهایی که در میزان کارایی این الیاف موثر هستند عبارتند از: نوع الیاف، چگونگی قرارگیری، میزان الیاف و ضریب انتقال حرارت. این عوامل علاوه بر اینکه در ویژگیهای مقاومتی این نوع الیاف پلیمری تاثیرگذار هستند از جنبه اقتصادی نیز حائز اهمیت هستند و در واقع قیمت این الیاف را نیز مشخص میکنند.
مقاوم سازی تیرچه پیش تنیده با استفاده از الیاف FRP
با توجه به اینکه صفحات فولادی که در تماس با بتن و تیرچه پیش تنیده بتنی قرار دارند، در طول زمان دچار خوردگی میشوند و همین مسئله باعث ایجاد مشکل در اتصالات این صفحات فولادی با سازه بتنی میشود و همچنین وزن نسبتا زیاد صفحات فولادی که حمل و نقل و نصب و اجرای آنها را در برخی سازهها با مشکل روبرو میکند، استفاده از مصالح FRP به عنوان یک گزینه مناسب برای جایگزینی این صفحات فولادی مورد توجه و استفاده قرار گرفته است. مصالح FRP انواع مختلفی دارند که شامل میلگرد، ورقه و سایر پروفیلهای FRP میشود. در سالهای اخیر تحقیقات انجام شده روی انواع مختلف از این نوع مصالح پلیمری نشان داده است که استفاده از آنها در سازههای بتنی باعث افزایش قابل توجه مقاومت اجزای مختلف سازههای بتنی میشود به همین دلیل استفاده از این مصالح پلیمری رواج بیشتری پیدا کرده است.
مزایای مقاوم سازی تیرچه پیش تنیده با مصالح FRP
به منظور مقاوم سازی تیرچه پیش تنیده میتوان از الیاف FRP استفاده کرد که استفاده از این مصالح پلیمری ضمن افزایش ظرفیت باربری خمشی و برشی تیرچه پیش تنیده، میتواند از خوردگی نیز در برابر شرایط محیطی مختلف جلوگیری کند و همچنین برای میلگردهایی که دچار خوردگی شدهاند، جایگزین مناسبی است. در صورت استفاده از مصالح FRP در اجزای بتنی، مقاومت آنها پس از گذشت تقریبا ۳ تا ۴ روز، به میزان حدود سه برابر مقاومت کششی فولاد خواهد رسید. با توجه به این مسئله که مصالح FRP از مقاومت کششی بسیاری بالایی نسبت به صفحات فولادی برخوردار هستند، استفاده از این مصالح در قسمتهایی از اجزای بتنی که تحت کشش قرار میگیرند، باعث افزایش مقاومت خمشی آن خواهد شد.
در طراحی اجزای مختلف سازههای بتنی مثل دالها و بتن مسلح شده با میلگرد، همواره بحث ترک خوردگی و شکست حائز اهمیت بوده است. در صورت استفاده از نیروی پیش تنیدگی بتن در این اجزای سازهای، ظرفیت باربری آنها افزایش مییابد و همچنین این اجزا در برابر بارهایی که به صورت قائم وارد میشوند مقاوم سازی میشوند. در سازههای بتنی که با مصالح FRP مقاوم سازی شدهاند، شکست ممکن است به دو حالت رخ دهد. حالت اول در صورتی است که مصالح FRP استفاده شده دارای مقاومت زیادی باشند که در این حالت در صورت رخ دادن شکست، مصالح FRP از سطح بتن جدا میشوند. حالت دوم در صورتی است که مصالح FRP مقاومت پایینی داشته باشند و مدول الاستیسیته آنها بالا باشد که در این حالت در صورت رخ دادن شکست، مصالح FRP پاره میشوند و دچار گسیختگی میشوند.
به طور کلی میتوان گفت در صورتی که از نیروی پیش تنیدگی و مصالح FRP در مقاوم سازی اجزای بتنی و به خصوص تیرچه پیش تنیده استفاده شود، مقاومت به طور قابل توجهی افزایش خواهد یافت و انرژی زیادی توسط عضو سازهای مقاوم سازی شده جذب میشود. در این حالت شکست در نیروهای بسیار بیشتری رخ میدهد و همچنین در زمان دیرتر شکست اتفاق میافتد که این مسئله سبب میشود عرض ترک ایجاد شده در المان سازهای کاهش قابل توجهی داشته باشد.
به طور خلاصه و به عنوان نتیجه گیری میتوان گفت مقاوم سازی تیرچه پیش تنیده بتنی با استفاده از FRP مزایای زیادی دارد که عبارتند از: افزایش ظرفیت باربری خمشی و برشی تیرچه پیش تنیده، مقاومت بالا در برابر آسیبهای محیطی و خوردگی، کاهش قابل توجه عرض ترکها، اجرا و نصب ساده و راحت، صرفه جویی اقتصادی، افزایش مدت زمان بهره برداری و عمر مفید سازه، قابلیت شکل پذیری بالا. همچنین در صورت استفاده از مصالح FRP با توجه به ضخامت کم این مصالح، ابعاد تیر بتنی تغییر زیادی نخواهد داشت و این نیز یک مزیت در استفاده از این نوع مصالح محسوب میشود.