مقاوم سازی سازه ها با مواد کامپوزیتی FRP

توضیحاتی پیرامون مقاوم سازی با FRP:

-پلیمر مسلح شده با فیبر Fiber Reinforcement Polymer

سیستم‌‌ مقاوم سازی با FRP ، یکی از روش نوین مقاوم سازی و پوشش محافظتی در صنایع مختلف می باشد. مصالح FRP (Fiber Reinforcement Polymer) یا پلیمر تقویت شده با فیبر که امروزه کاربرد زیادی در ترمیم، تقویت و مقاوم سازی سازه ی بتنی و فلزی و نیز صنعت کامپوزیت دارند، از دو جزء اساسی تشکیل می‌شوند؛ فایبر (الیاف) و ماتریس (رزین). فایبر یا الیاف FRP که دارای مشخصات فنی الاستیک و بسیار مقاوم هستند، جزء اصلی باربر در ماده FRP محسوب می‌شوند. فیبرهای تشکیل دهنده FRP می توانند در یک راستا یا در دو راستای عمود بر هم قرار داشته باشند. رزین FRP نیز اصولاً به عنوان یک محیط چسباننده عمل می‌کند که فایبر را درکنار یکدیگر نگاه می ‌دارد.

الیاف کامپوزیت FRP با چسب‌ و رزین مستحکم بمنظور تقویت سازه به سطح بتن چسبانده می‌شوند. الیاف و ورقه FRP پوشش مناسبی جهت ایزوله کردن و مقاوم سازی بتن سازه آبی از محیط خورنده مجاور هستند. همچنین از ورقه کامپوزیتی FRP جهت تعمیر و تقویت سازه ی آسیب دیده (ناشی از زلزله و یا ناشی از خوردگی آب یون‌دار) استفاده می‌شوند.

-دلایل استفاده روز افزون از FRP در پروژه مقاوم سازی را می‌توان به صورت زیر لیست کرد:

    افزایش تولید، تامین و توزیع وسیع که باعث کاهش قیمت FRP و خرید و فروش FRP شده است.

    بهبود خصوصیات الیاف و رزین مصالح FRP در سال های اخیر، سبب بکارگیری آن در اکثر پروژه  مقاوم سازی شده است.

    خواص ضد خورندگی مواد FRP در کنار مقاومت مکانیکی بالا سبب شده است که دو مقوله مقاوم سازی تقویت سازه و پوشش ضد خوردگی در سازه ی بتنی، فولادی، پل، لوله، مخازن و تاسیسات پتروشیمی و صنعتی، به صورت همزمان با صرفه جویی در زمان و هزینه صورت گیرد.

    استفاده از FRP در تقویت سازه بتنی، ارزان تر از تخریب اجزای سازه بتن آرمه و مقاوم سازی با روش سنتی شده است.

    روش تولید اصلاح شده کامپوزیت FRP، منجر به تولید محصولاتی با خواص مقاومتی و مشخصات فنی بالاتر و کاهش قیمت FRP تولید شده است.

    بهینه کردن ترکیب فیبر اف آر پی با ماتریس چسب اف ار پی (رزین اپوکسی FRP) برای سازگاری مناسب تر با یکدیگر در سیستم FRP در عملیات بازسازی و تقویت سازه امکان پذیر شده است.

-مزایای سیستم FRP در مقاوم سازی :

مزیت مصالح FRP در ترمیم و تقویت سازه نسبت به روش مقاوم سازی سنتی عبارتند از:

    وزن مصالح FRP بسیار ناچیز است که یکی از اهداف تقویت و مقاوم سازی سازه می باشد. با اینکه FRP ها نسبت به فولاد و بتن بسیار سبک تر هستند ولی دلیل اصلی کاربرد آنها در مقاوم سازی سازه بدلیل عوامل زیر است.

    ضخامت کم لایه های FRP (در حد میلی‌متر)، باعث می‌گردد تا استفاده از آنها در مقاوم سازی سازه، اضافه فضا نداشته باشد.

    استفاده از FRP برای تقویت و مقاوم سازی ساختمان نیاز به زمان زیادی ندارد و اعضای مقاوم سازی شده در زمان بسیار کوتاهی آماده سرویس دهی می شوند.

    FRP مقاومت بالایی در مقابل خوردگی دارد. این امر سبب می‌گردد تا علاوه بر مقاوم سازی سازه بدلیل خواص نفوذ ناپذیری بالا اعضای سازه ای را از عوامل خورنده محافظت کند و نیاز به تعمیرات دوره ای را حذف کند.

    توانمندی بالای مصالح FRP در محاسبات فنی و طراحی (سختی، مقاومت و شکل پذیری)، آنها را به سیستم های بی نظیر در مقاوم سازی تبدیل کرده است.

    عدم توقف کاربری در زمان اجرای مقاوم سازی با FRP

مشکلات استفاده از کامپوزیت FRP در تقویت و مقاوم سازی سازه

    طراحی و محاسبات مصالح FRP در بهسازی و مقاوم سازی سازه بدلیل رفتار غیر ایزوتروپ نسبت به فولاد و بتن متفاوت تر است.

    در روش تقویت سازه با FRP، انتخاب نسبت مناسب الیاف به رزین، نوع الیاف و رزین مصرفی، مواد تکمیل کننده مورد نیاز و نیز نصب و اجرای لایه ها نیاز به دقت فراوانی دارد.

    شکل پذیری پایین مصالح FRP، سبب می‌شود تا برآورده کردن بندهای مطلوب آئین نامه های مقاوم سازی، مستلزم رعایت برخی محدودیت‌ کرنش گسیختگی در کشش برای این مصالح گردد.

    بدلیل ضعف نسبی مصالح FRP در برابر حریق و آتش سوزی، در پروژه مقاوم سازی نیاز است تا پوشش اضافی بر روی لایه‌ FRP اجرا گردد که باعث می شود هزینه مقاوم سازی بالا رود.

روش رایج مقاوم سازی با FRP

دو نوع کلی از مصالح FRP در ساخت، بهسازی و مقاوم سازی سازه‌ها به کار می‌روند. این دو نوع عبارتند از میله ­FRP یا میلگرد FRP و مصالح پوششی FRP. علاوه بر این دو نوع، پروفیل FRP به صورت I شکل، ناودانی، قوطی و نبشی نیز امروزه در ساخت سازه جدید و بازسازی ساختمان مورد استفاده قرار می‌گیرند.

الف) میلگرد FRP

از انواع میلگرد FRP (آرماتور FRP) که از سه نوع الیاف شیشه GFRP، الیاف کربن CFRP و الیاف آرامید AFRP به همراه رزین اپوکسی، پلی استر و وینیل استر تولید می‌شوند، امروزه در صنایع مختلف و روش مقاوم سازی ساختمان استفاده فراوانی می‌گردد. یکی از روشی که از میلگرد FRP برای تقویت لرزه ای سازه و مقاوم سازی استفاده می‌شود، روش نصب نزدیک سطح NSM می باشد که خود شامل روش NSM FRP Rods و NSM FRP Strips می باشد.

ب) پوشش FRP

پوشش FRP عمدتاً برای مقاوم سازی و بهبود و تقویت رفتار سازه ی موجود یا تعمیر خرابی‌ ایجاد شده در سازه ی فعلی به عنوان یک روش نوین در مهندسی به کار می‌روند. همانگونه که اشاره شد، ویژگی‌ کلیدی که این مصالح را برای مقاوم سازی مناسب می‌سازد، خواص غیر قابل خوردگی و مقاومت بالا نسبت به وزن است. از این رو تکنیک‌ مختلفی برای تقویت سازه بتنی نظیر روش زیر بوجود آمده است. پوشش FRP که به سطح خارجی یک عضو بتنی یا هر سطح دیگری می‌چسبند، به روش EBR- Externally Bonded Reinforcement معروف هستند.

سه نوع از پوشش FRP برای بازسازی، تعمیر، بهسازی، تقویت و مقاوم سازی سازه‌ مورد استفاده قرار می‌گیرند.

    پوشش دست ساز FRP :

در این نوع پوشش FRP، ابتدا سطح عضو بتن‌آرمه آماده شده و یک لایه چسب یا رزین روی آن اجرا می‌گردد. سپس الیاف بافته شده در یک راستا یا چند راستا با دست روی سطح مورد نظر نصب می‌گردد. به این ترتیب پس از خشک شدن، یک لایه‌ پوشش کامپوزیت FRP به صورت چسبیده بر روی سطح عضو ایجاد می‌شود. در این روش، الیاف FRP به صورت پارچه کربن، شیشه یا آرامید (یک جهته یا چند جهته) می باشد.

    ورق FRP یا صفحات و لمینیت پیش ساخته‌ مرکب :

در این حالت، کامپوزیت FRP به صورت صفحات، لمینیت یا تسمه های یک جهته در کارخانه ساخته می‌شوند. در اعضای تخت مانند دال‌ها و تیرها، تسمه ها و ورقه پیش ساخته‌ FRP روی سطح تمیز شده‌ی عضو با استفاده از چسب و رزین مناسب، چسبانده می‌شوند. عرض این تسمه‌ها معمولاً بین ۵ تا ۱۵ سانتی‌متر متغیر است.

    ورقه ماشینی :

در این سیستم، الیاف FRP به صورت خشک یا پیش آغشته شده به چسب و رزین FRP بکار می‌روند. یک محفظه‌ حرارتی یا کورهی نگه دارنده همراه برای عمل آوری کامل لایه های چسبیده FRP به عضو بتن‌آرمه به کار می‌روند.

منبع مطلب مربوط به مقاوم سازی با FRP :

http://afzir.com