تیرها عموما بصورت افقی و یا شیبدار در سازه قرار می‌گیرند و بارهای قائم وارده بر محور خود را به ستون‌ها منتقل می‌نمایند. در سازه‌های با قاب خمشی، تیرها علاوه بر تحمل بارهای ثقلی باید بارهای جانبی ناشی از زلزله را نیز تحمل نمایند. در زلزله‌های شدید ستون‌ها نباید آسیبی ببینند و مفصل‌های خمیری خمشی و برشی باید به تیرها و یا بادبندها منتقل شوند. بدین منظور به هنگام مقاوم‌سازی، همواره تیر مقاوم‌سازی شده نباید قوی‌تر از ستون متصل به آن باشد. معایب تیرها بر اثر طراحی نادرست، جزئیات ناقص، ساخت نامناسب و کیفیت پایین مصالح می‌باشد. بر اساس نوع تیر (بتنی یا فولادی) و معایب آن روش‌های متعددی برای بهسازی تیرها وجود دارد که در ادامه به آن پرداخته شده است.

 

عوامل موثر در انتخاب طرح مقاوم سازی تیر های بتنی مسلح

میزان دسترسی به تیر در محل دسترسی به کل محیط تیر وضعیت بارهای وارده بارهای یکنواخت، بارهای متناوب و رفت و برگشتی، میزان افزایش مقاومت برشی و خمشی مورد نیاز، دسترسی به انواع مصالح برای مقاوم‌سازی. ملاحظات اقتصادی در برخی موارد ارزان‌ترین روش، بهترین انتخاب است اما گاهی اوقات کار باید در کوتاه ترین زمان ممکن تمام شود .در بعضی از موارد ابعاد هندسی مقاطع نباید بزرگ شود و گاهی نیز از مصالحی باید استفاده نمود که دوام و مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارند.

 

مرمت موضعی تیرهای بتنی مسلح

در مواردی که ترک جزئی (افقی یا قطری) بدون اثر خردشدگی بتن و آسیب در آماتور دیده شود، می‌توان با تزریق اپوکسی یا دوغاب سیمان نسبت به مرمت عضو آسیب دیده اقدام نمود. عمل تزریق در تیرها جهت مرمت ترک‌های جزئی بکار می‌رود، ماده تعمیری شامل دو جزء می‌باشد: اول ماده چسب مثل اپوکسی، پولی استر، پولی یورتان، اکریلیک و ... ، دوم ماده پرکننده تکنیک تزریق اپوکسی ساده و سریع است. مرمت اعضای سازه‌ای با تزریق اپوکسی، جهت ایجاد پایداری در کل سیستم در مقابل زلزله دارای محدودیت‌هایی است اگر بیش از ۲۵ % كل اعضاء مرمت شوند، دیگر سازه دارای کیفیت سازه اولیه نخواهد بود. در این حالت باید علاوه بر تزریق اپوکسی تدابیر دیگری نیز جهت مرمت و تقویت اندیشیده شود.

تعمیر و بازسازی مقطع آسیب دیده تیرها

روش مناسب تعمیر بستگی به وسعت خرابی دارد . بطور کلی روش های تعمیر به قرار زیر می‌باشند:

 تعمیر دستی یا ماله کشی در مواردی که آسیب‌دیدگی در نقاط متعدد و در وسعت کم است، پاشیدن بتن معمولا در مورد تعمیر سطوح وسیع مورد استفاده قرار می‌گیرد، قالب‌بندی مجدد در مواردی که قسمت زیادی از عضو آسیب دیده نیاز به مواد تعمیری دارد در صورت مشاهده خردشدگی یا گسیختگی آماتور در تیر باید تعمیر انجام گیرد، قبل از جدا کردن بتن خردشده یا آرماتورگسیخته شده باید تیر آسیب دیده را توسط تکیه‌گاه‌های موقت مهار نمود. تراکم بتن در تیرها دقت خاصی می‌خواهد تراکم بتن در قسمت های تحتانی تیر از سایر مواضع دیگر دشوارتر است. وقتی خرابی بیش از حدود قبلی باشد تقویت و مرمت قسمت‌های آسیب‌دیده از طریق زره پوش کردن عضو به یکی از روش‌هایی که در زیر توضیح داده خواهد شد انجام می‌شود. شکست های برشی و خمشی، دو حالت عمده شکست در تیرهای بتن مسلح می‌باشند.

شکست خمشی عموما نسبت به شکست برشی، ارجح است زیرا رفتار شکل‌پذیرتری از خود نشان می‌دهد. شکست نرم امکان پخش مجدد بتن را فراهم می‌آورد و به کاربران و حاضران در محل نیز فرصت بیشتری برای پی بردن به وضعیت بحرانی تیر می‌دهد. همچنین خرابی تیر بتن مسلح می­تواند به علت تهاجم یون‌های شیمیایی صورت بگیرد (خوردگی). برای تقویت تیرهای بتن مسلح می‌توان از راهکارهای زیر استفاده نمود.

1. روکش بتن مسلح (CONCRETE JACKET)

۲. روکش فولادی (STEEL JACKET)

٣. روکش FRP

 

روکش بتن مسلح (CONCRETE JACKET)

استفاده از ژاکت بتنی در واقع افزایش ابعاد مقطع برای افزایش مقاومت خمشی و برشی تیر بتنی است. تیرهای تقویت شده با سیستم ژاکت بتنی، شکست خمشی مشابه تیرهای مرجع ارائه می‌دهند. سیستم ژاکت بتنی اعمال شده می‌تواند شکل‌پذیری را بهبود بخشد، در حالی که رویکرد مقاوم‌سازی با ورق‌های طولی FRP نمی‌تواند شکل‌پذیری کافی را فراهم نماید. بنابراین، ژاکت بتن‌آرمه را می‌توان در مناطق لرزہ‌خیز به عنوان جایگزینی برای روش FRP استفاده کرد. شاید بتوان گفت که این روش، قدیمی‌ترین روش مقاوم‌سازی اجزای بتنی است که هم در مورد ستون‌ها و هم تیرها به کار برده شده است. در این تکنیک با قالب‌بندی مجدد دور مقطع اصلی و آرماتورگذاری آن ابعاد مقطع افزایش می‌یابد . برای پیوستگی بین بتن قدیم و بتن ژاکت پیشنهاد شده است که مقاومت بتن ژاکت بتنی باید حداقل ۵ مگاپاسکال بیشتر از بتن موجود باشد. ژاکت بتنی را می‌توان در سه وجه تیر و همچنین چهار وجه تیر بکار برد که در شکل جزییات آن نشان داده شده است.

روکش فولادی (STEEL JACKET)

برای تقویت خمشی تیر بتنی می‌توان ورق‌هایی به ضخامت حداکثر 3 سانتی‌متر را با رزین اپوکسی به وجه کششی تیر چسباند. چسباندن ورق به وجه قائم تیرها در نزدیکی تکیه‌گاه‌ها موجب افزایش ظرفیت برشی و چسباندن ورق به بال تحتانی موجب افزایش ظرفیت خمشی تیر می‌گردد. در صورت نیاز به استفاده از ورقه‌هایی با ضخامت بیشتر باید از آرماتورها و بولت‌های مهاری برای انتقال برش استفاده نمود. در این حالت نیز توصیه می‌شود ابتدا ورق فولادی با چسب اپوکسی چسبانده شده و بعد آرماتور‌ها به صورت میانگذار یا کاشته شده مورد استفاده قرار گیرد.

روکش FRP

با توجه به اینکه الیاف FRP مقاومت کششی بسیار بالایی نسبت به ورق‌های فولادی دارند (در حدود 10 برابر)، استفاده از این الیاف برای تقویت خمشی و مقاوم‌سازی تیرهای بتنی گزینه مناسبی است.

با چسباندن صفحات FRP  به قسمت تحتانی تیر بتنی (بخشی که به کشش می‌افتد) که تحت نیروی خمشی قرار گرفته، مقاومت خمشی تیر به میزان قابل توجهی افزایش می‌یابد.

نتایج آزمایشات مختلف نشان می‌دهد که سختی تیرهای بتنی تقویت شده با الیاف کربن یا شیشه CFRP و GFRP، بعد از ترک خوردگی بسیار بیشتر از سختی تیرهای تقویت نشده بعد از ترک خوردگی است که این مسئله در هنگام زلزله بسیار کار آمد و مفید است.

اتصال مصالح FRP به ناحيه كششي بتن به طوري كه راستاي الياف آن در جهت طولي يك عضو خمشي باشد، باعث افزايش مقاومت خمشي آن عضو مي‌گردد و در صورتی که راستاي الياف عمود بر محور طولي تير يا مايل باشد (نقش رکابی خارجی U شکل) موجب افزایش مقاومت برشی تیر می شود.

مزایای روش مقاوم سازی تیر بتنی توسط FRP

افزایش مقاومت خمشی تیر

افزایش مقاومت برشی تیر

افزایش شکل پذیری تیر

افزایش مقاومت در برابر خوردگی

افزایش دوام و عمر

کنترل عرض ترک

ضخامت کم ورقه‌های FRP و عدم تغیر قابل توجه در ابعاد تیر

سهولت در اجرا

ترمیم ناشی از خوردگی

تقویت برشی تیر بتنی با FRP

استفاده از الیاف FRP به صورت رکابی‌های خارجی، سبب افزایش مقاومت و تقویت تیرهای بتنی با در سازه‌های بتن آرمه می‌شود. در این روش صفحات FRP ‌به وجوه جانبی تیر چسبانده می‌شود به طوری که راستای الیاف عمود بر محور طولی تیر یا مایل باشد. برای داشتن رکابی خارجی U ‌شکل، مصالح FRP  به صورت ممتد روی دو وجه جانبی و زیر تیر نصب می‌شود که این امر سبب بهبود مهاری تقویت خمشی FRP ‌نیز می‌شود. برای افزایش کارآیی تقویت‌های برشی، تامین مهار انتهایی لازم است.

با توجه به اینکه طول موجود برای نصب رکابی‌های FRP،  به ارتفاع تیر محدود می‌شود، بتن موجود باید از کیفیت مناسبی برخوردار باشد. سطح بتن باید متناسب با نیازمندی‌های مصالح FRP‌ مورد استفاده و در صورت لزوم ترمیم شود. به منظور پرهیز از گسیختگی رکابی‌های FRP در اثر تمرکز تنش در گوشه‌های مقطع تیر، این گوشه‌ها باید به شعاع حداقل ۳۰ میلی‌متر گرد شوند.

 

تقویت خمشی تیر بتنی

اتصال مصالح FRP به ناحيه كششي بتن به طوري كه راستاي الياف آن در جهت طولي يك عضو خمشي باشد، باعث افزايش مقاومت خمشي آن عضو مي‌گردد. مباحث اين بخش افزايش مقاومت خمشي اعضاي قاب خمشي شكل پذير مقاوم در برابر زلزله را كه انتظار تشكيل مفصل پلاستيك در آن باشد، در بر نمي‌گيرد. در طراحي اين حالات بايد رفتار قاب تقويت شده با در نظر گرفتن كاهش قابل توجه چرخش و انحنا در قسمت‌هاي تقويت شده مورد بررسي قرار گيرد. همچنين در اين وضعيت تاثير بارهاي متناوب بر مصالح FRP نيز بايد بررسي شود.

 

شرکت‌های هلدینگ سازیران
ستبران طرح هزاره سوم

ستبران طرح هزاره سوم

سازه‌های رویایی هزاره سوم

سازه‌های رویایی هزاره سوم

مجله سازیران

مجله سازیران

طرح ماندگار هزاره سوم

طرح ماندگار هزاره سوم

نشر علم عمران

نشر علم عمران

سازه‌های آرمانی هزاره سوم

سازه‌های آرمانی هزاره سوم