Transcript Behsazi frp concrete shafii (7civil.com)

‫تقويت سازه هاي‬
‫بتن آرمه بوسيله‬
‫‪FRP‬‬
‫پروژه حاضر که مربوط به تقویت سازه های بتن آرمه بوسیله‬
‫موادی بنام ‪ FRP‬می باشد در دو بخش تنظيم شده است‪.‬‬
‫فصل اول شامل تعريف اين مواد ‪ ،‬ضرورت استفاده از آن و‬
‫سطح كاربرد و نحوه تشكيل شدن اين مواد مي باشد كه‬
‫بطور مفصل توضيح داده و تفسير شده است‪.‬‬
‫در فصل دوم پروژه نحوه استفاده و چگونگي عملكرد آن در‬
‫مقابل نيروهاي برش ي و پيچش ي توضيح داده شده است‪.‬‬
‫همچنين مي توان از اين مواد در تقويت خمش ي اعضا نيز‬
‫استفاده كرد كه در فصل دوم به آن پرداخته شده است‪.‬‬
‫مقدمه‬
‫بطور کلی مقاوم سازی لرزه ای‬
‫عبارتست از ‪:‬‬
‫اصالح خردمندانه خواص سازه ای‬
‫ساختمان موجود به منظور بهبود‬
‫عملکرد در زلزله های آینده‪.‬‬
‫بطور کلی در موارد زیر مقاوم سازی ساختمان های متعارف‬
‫متداول است ‪:‬‬
‫‪ ‬ساختمانهای آسیب دیده حين وقوع زلزله ‪،‬‬
‫‪ ‬ساختمانهایی که کاربری آنها تغیير داده شده ‪،‬‬
‫‪ ‬ساختمانهایی که به دالیل تغیير ضوابط آیين نامه ها ‪ ،‬مقاومت کافی ندارند ‪،‬‬
‫‪ ‬ساختمانهایی که قرار است طبقات اضافی روی آنها ساخته شود ‪،‬‬
‫‪ ‬ساختمانهایی که آثار ضعف بصورت ترک در آنها پدیدار شده‪.‬‬
‫قبل از بررس ی مقاوم سازی ساختمانهای‬
‫بتنی ‪ ،‬بی شک شناسایی انواع خسارت‬
‫در ساختمانهای بتنی امری مهم تلقی می‬
‫شود‪.‬‬
‫انواع خسارات وارده بر اعضا این گونه ساختمان ها بشرح زیر است ‪:‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫ترکهای مورب در هسته‬
‫از بين رفتن پوشش بتن‬
‫قطعه قطعه شدن هسته مرکزی بتن دراکثر ترکهای مورب رفتی ‪ ،‬برگشتی‬
‫در رفتن خاموتها بسمت خارج‬
‫کمانش آرماتورهای اصلی‬
‫شکست در چسبندگی و در رفتن آرماتورها بخصوص در نواحی تنشهای متناوب‬
‫زیاد‬
‫شکست برش ی مستقیم اعضای کوتاه یا عضوهایی که به اطراف متصل می‬
‫شوند و طول موثرآزاد آنها کوتاه است‪.‬‬
‫ترکهای برش ی در ناحیه اتصال تير ستون‬
‫پاره شدن دالها در لبه های غير ممتد و تقاطع با اعضای قائم سخت‬
‫در مقاوم سازی پیش از هر چيز انتخاب روش مناسب برای مقاوم سازی سازه ها‬
‫دارای اهمیت است‪ .‬دو روش عمده برای ارتقاء شرایط موجود به منظور‬
‫مقابله با آثار مخرب زلزله به صورت زیر است ‪:‬‬
‫الف) کاهش نیاز زلزله‬
‫ب) افزایش مقاومت لرزه ای ساختمانها و سازه ها‬
‫کاهش دادن نيروی زلزله وارد بر ساختمان‬
‫نيروی زلزله وارد بر ساختمان با وزن آن نسبت مستقیم دارد‪ .‬بنابراین با کاهش‬
‫وزن ساختمان می توان نيروی زلزله وارد بر ساختمان را کم کرد‪.‬برای این‬
‫منظور میتوان از طریق تبدیل کردن دیوارهای سنگين به سبک ‪ ،‬استفاده از‬
‫بتنهای سبک سازه ای ‪،‬سبک کردن سقفها و کم کردن طبقات اقدام کرد‪.‬‬
‫افزودن سیستم سازه ای جدید برای مقابله با‬
‫له‬
‫ز‬
‫ل‬
‫نيروی‬
‫ز‬
‫یکی از کارهای بسیار موثر برای مقابله با نيروی زلزله‪ ،‬افزودن سیستم سازه ای‬
‫جدید به ساختمان می باشد‪ .‬این روش در سالهای اخير توجه بسیار زیادی را‬
‫بخود جلب کرده است که می توان مهم ترین روشهای قابل انجام را به شرح‬
‫زیر نام برد ‪:‬‬
‫‪ ‬افزودن سیستم دیوار برش ی در یک قاب ساختمانی بتن آرمه‬
‫‪ ‬استفاده از مهاربندیهای هم مرکز(همگرا) ‪CBF‬‬
‫‪ ‬استفاده از مهاربندیهای غير هم مرکز (واگرا) ‪EBF‬‬
‫‪ ‬استفاده از میان‬
‫‪ ‬استفاده از بادبندهای ميراگر ویسکواالستیک(وابسته به سرعت و تغییرمکان(‬
‫قابها(یکیاز روشهاي افزایش مقاومت و سختی جانبی سازهها)‬
‫استفاده از مهاربند همگرا در بهسازي قابهاي بتنی‬
‫اضافه نمودن مهاربند واگرا به منظور‬
‫تقویت سیستم باربر جانبی سازه‬
‫افزودن میانقاب بتنی به عنوان دیوار برشی‬
‫‪-‬اشکال ترکیبی از نصب میراگر در ساختمانهاي بلند‬
‫فصل اول‬
‫« تعاریف و کاربرد ‪ FRP‬در سازه ها »‬
‫‪ 1-1‬كامپوزيت ها) ‪(composite‬‬
‫در كاربردهاي مهندس ي اغلب به تلفيق مواد نياز است‪ .‬يعني ماده داراي يك‬
‫خصوصيت قوي و يك خصوصيت ضعيف است كه بهمين دليل نمي توان‬
‫ازآن به تنهايي در ساختن اجزا استفاده كرد‪ .‬مثال در صنايع هوا فضا يا حمل و‬
‫نقل و غيره امكان استفاده از يك ماده كه همه خواص مورد نظر را فراهم‬
‫نمايد وجود ندارد‪ .‬مثال موادي كه ضمن استحكام باال بتوانند سبك باشند و‬
‫مقاومت سايش ي خوبي داشته باشند و در مقابل اشعه ‪ UV‬مقاومت كنند‪.‬‬
‫لذا بهمين دليل بايد بدنبال راه چاره اي بود كه كليد حل اين مشكل استفاده‬
‫كامپوزيت ها موادي چند جزئي هستند كه هر كدام بتنهايي كاربدر مورد نظر را‬
‫ندارند ولي پس از تركيب كارايي يكديگر را بهبود بخشيده و مورد نظر فرد‬
‫عامل مي باشد‪ .‬در واقع كامپوزيت به ماده اي اطالق مي شود كه از دو يا چند‬
‫ماده مجزا با نواحي قابل تشخيص و تفكيك از يكديگر و يك سطح مشترك و‬
‫در پاره اي موارد يك ناحيه واسط تشكيل مي شود ‪.‬‬
‫‪ FRP‬در واقع تركيبي از مواد كامپوزيت با ورق هاي تقويتي پليمري مي باشد كه‬
‫براي آشنايي بهتر به تعريف پليمر مي پردازيم‪.‬‬
‫پليمر ‪:‬‬
‫به يك زنجيره طويل از مولكولها كه از يك يا چندين اتم كه به يكديگر از طريق‬
‫پيوند كوواالنس ي متصل شده اند اطالق مي شود‪ .‬پليمرها بر اساس روند‬
‫تشكيل پيوند ‪ ،‬يا ترتيب نامنظم و غير بلوري و يا ترتيب تقريبا منظم و نيمه‬
‫بلوري دارند‪ .‬نسبت مولكولها در پليمرها بستگي به برانگيزش تصادفي آنها‬
‫دارد‪ .‬هرچه درجه حرارت زمان تشكيل پليمر باال مي رود برانگيزش تصادفي نيز‬
‫بيشتر مي شود‪.‬‬
‫‪ FRP‬چيست؟‬
‫اين كلمه ‪ ،‬اختصاري از كلمات‬
‫‪ Fiber Reinforced Polymer Or Plastic‬می باشد‪.‬‬
‫(پالستيكهاي مسلح به الياف)‬
‫‪ FRP‬را میتوان برای ترمیم یا تقویت و بهسازی انواع سازه های بتنی با نصب‬
‫بر روی سطح (دالها و تيرها‪ ،‬ستونها‪ ،‬دیوارهای حمال‪ ،‬شناژها و فونداسیون)‬
‫و در ساختمانهای مسکونی‪ ،‬اداری و تجاری‪ ،‬ساختمانهای صنعتی‪ ،‬تکیه گاههای‬
‫ماشين آالت و تاسیسات سنگين‪ ،‬سازه های آبی از قبیل سد‪ ،‬کانال‪ ،‬و غيره‪،‬‬
‫پلهای جاده ای و ریلی‪ ،‬مخازن و منابع آب و مایعات‪ ،‬سیلوها و برج های خنک‬
‫به عبارت ديگر به يك ماده مركب و كامپوزيتي اطالق مي شود كه از یک ماتریس و‬
‫یک ماده تقویت کننده بصورت الیاف تشکیل شده است‪ .‬ماتریس خود نيز‬
‫ترکیبی از یک رزین( پلی استر‪ ،‬اپوکس ی ‪ )... ،‬و مواد افزودنی مناسبی است که‬
‫برای کاهش قیمت ماتریس و بهبود بخشیدن به ویژگی های رزین از آنها‬
‫استفاده می شود‪ .‬در کامپوزیت ها ماده تقویت کننده باعث ایجاد کیفیت‬
‫مکانیکی باال میگردد‪ ،‬در حالی که ماتریس نقش انتقال بار خارجی به الیاف و‬
‫محافظت آنهارا در مقابل تهاجم محیط خارجی دارد‪ .‬الیاف در کامپوزیت ها‬
‫حجم قابل توجهی را بخود اختصاص داده و وظیفه اصلی تحمل بار برعهده‬
‫آنها می باشد‪ .‬نوع الیاف ‪ ،‬مقدار مناسب آنها جهت مصرف و نحوه قرار گيری‬
‫آنها می تواند بر مقاومت کشش ی‪ ،‬فشاری‪ ،‬خمش ی‪ ،‬خستگی‪ ،‬ضرایب انتقال‬
‫حرارت و الکتریسیته و مهم تر از همه‪ ،‬قیمت‪ ،‬تاثير گذار باشد که هر یک از‬
‫فاکتورهای ذکر شده می تواند عامل تعیين کننده ای جهت رد یا قبول انواع‬
‫الیاف مختلف باشد‪.‬‬
‫خواص مکانیکی الیاف ‪ ،‬آرایش الیاف ( جهت بافته شدن الیاف دوجهته ) و‬
‫چسب مورد استفاده فاکتورهای اصلی در کارآیی فيزیکی کامپوزیتهای ‪FRP‬‬
‫هستند‪.‬‬
‫به همين دلیل کامپوزیتها با توجه به نوع الیاف بکار رفته در آنها نام گذاری می‬
‫شوند‪.‬‬
‫الیاف متداولی که در ساخت مواد کامپوزیت مطرح‬
‫هستند عبارتند از ‪:‬‬
‫الیاف شیشه )‪(GFRP‬‬
‫کربن‬
‫)‪(CFRP‬‬
‫آرامید‬
‫)‪(AFRP‬‬
‫وینولی‬
‫)‪.(VFRP‬‬
‫که در جلوتر هر کدام به طور مفصل توضیح داده شده است‬
‫سیستم ‪ FRP‬بدین صورت تعريف مي شود كه الياف و رزين ها براي ساخت‬
‫چند اليه مركب مورد استفاده قرار مي گيرند‪ .‬به نحوي كه رزين هاي مصرفي‬
‫براي چسباندن چند اليه مركب به سطح بتن زيرين و‬
‫پوششها به منظور محافظت مصالح تركيب شده استفاده مي شوند‪ .‬پوششهاي‬
‫معمول كه بمنظور زيبايي ظاهري مورد استفاده قرار مي گيرند بعنوان قسمتي‬
‫از سيستم ‪ FRP‬در نظر گرفته مي شود‪.‬‬
‫اجزای اصلی تشکیل دهنده مصالح الیافی پلیمری (‬
‫) ‪FRP‬‬
‫شکل های مختلف کامپوزیت‬
‫‪ FRP‬در مهندسی عمران‬
‫میلگردهای ‪FRP‬‬
‫پوشش های ‪FRP‬‬
‫استفاده از میلگردهای‬
‫‪FRP‬‬
‫درتقویت تونل‬
‫استفاده از پوشش‪FRP‬‬
‫در تقویت سقف‬
‫استفاده از ‪ FRP‬درتقویت ستون‬
‫استقاده از ‪ FRP‬درتقویت لوله‬
‫‪2-1‬‬
‫ضرورت كاربرد‬
‫استفاده از كامپوزيتهايي با زمينه پليمري در بهسازي سازه هاي بتن آرمه طي‬
‫ساليان اخير از رشد قابل توجهي برخوردار بوده است كه دليل اصلي آن نياز‬
‫به افزايش عمر بهره برداري و ارتقاي اساس ي زير ساختها مي باشد‪ .‬از ويژگي‬
‫هاي اصلي كامپوزيت هاي پليمري مي توان مقاومت مناسب در برابر خوردگي ‪،‬‬
‫سادگي اجرا در محل نصب و سبكي آنرا بر شمرد‪ .‬عامل ديگر در گسترش‬
‫کاربری مصالح ‪ FRP‬كاهش قيمت اين مصالح مي باشد‪ .‬شايد يك دهه قبل‬
‫استفاده از کامپوزیتهای ‪ FRP‬روش ي لوكس و گران قيمت بنظر ميرسيد ولي‬
‫اكنون قيمت اين مصالح به مراتب تنزل نموده است‪.‬‬
‫در گذشته نه چندان دور مدارك فني بسيار محدودي در اين رابطه وجود داشت‪.‬‬
‫ليكن امروزه تعداد قابل توجهي از مقاالت علمي نشريات و كنفرانسهاي‬
‫مربوط به بحث كاربرد اين مصالح در سازه اختصاص دارد‪ .‬اين رشد فزاينده‬
‫شاهد رويكرد و اهميت اين فناوري نو مي باشد به دنبال گسترش نياز و توجه‬
‫به تقويت با استفاده از مصالح كامپوزيت و بمنظور كاربري نمودن دانش فني‬
‫روشهايي نيز تدوين گرديده است تا در بخش حرفه مورد استفاده قرار گيرند‪.‬‬
‫تبيين روشهاي تحليل و در نظر گرفتن ضرايب ايمني در طراحي با مالحظات‬
‫اقتصادي منجر به تدوين دستورالعملها و آيين نامه هاي محاسباتي و اجرايي‬
‫شده است ‪.‬‬
‫كه از آن جمله می توان به آئين نامه های ‪ ISIS‬كانادا ‪ FIB ،‬اروپا و ‪ACI‬‬
‫بعد از جنگ جهاني دوم ‪ FRP‬بصورت يك جسم شيشه اي جامد براي ساخت‬
‫چوب گلف و ماهيگيري ‪ ،‬پايه پرچم و چوب اسكي استفاده مي شد‪ .‬بترتيب از‬
‫‪ FRP‬در ساخت تجهيزات الكتريكي بدليل مقاومت كشش ي و فشاري باال و‬
‫قابليت نارسايي الكتريكي باال مورد استفاده قرار گرفت و امروزه كاربردهاي‬
‫مختلف آن در توليدات خانگي چون نردبان ‪ ،‬كانال هاي تهويه و ريل ها به‬
‫وضوح قابل مالحظه است‪.‬‬
‫بطور كلي مي توان گفت ‪ FRP :‬كاربردهاي زيادي در زمينه هاي مختلف چون‬
‫خودروسازي ‪ ،‬الكترونيك ‪ ،‬پزشكي ‪ ،‬هوا فضا و ساختمان سازي دارد‪.‬‬
‫بسیاري از سازه هاي بتن آرمه موجود در دنيا در اثر تماس با سولفاتها ‪ ،‬كلريدها و‬
‫ساير عوامل خورنده دچار آسيب هاي اساس ي شده اند‪.‬اين مسئله هزينه هاي‬
‫زيادي را براي تعمير ‪ ،‬بازسازي و يا تعويض سازه هاي آسيب ديده در سراسر‬
‫دنيا موجب شده است‪.‬‬
‫اين مسئله و عواقب آن گاهي نه تنها بعنوان يك مسئله مهندس ي بلكه بعنوان يك‬
‫مسئله اجتماعي جدي تلقي شده است‪ .‬تعمير و جايگزيني سازه هاي بتني‬
‫آسيب ديده ميليونها دالر خسارت در دنيا به دنبال داشته است‪ .‬در آمريكا بيش‬
‫از ‪ % 40‬پلها در شاهراهها نياز به تعويض يا بازسازي دارند‪ .‬هزينه بازسازي و يا‬
‫تعمير سازه هاي پاركينگ در كانادا ‪ 4‬تا ‪ 6‬ميليارد دالر برآورد شده است‪ .‬هزينه‬
‫تعمير پلهاي شاهراهها در آمريكا نزديك به ‪ 50‬ميليارد دالر تخمين زده شده‬
‫است‪ .‬در حاليكه براي بازسازي كليه سازه هاي بتن آرمه آسيب ديده در آمريكا‬
‫در اثر مسئله خوردگي ميلگردها پيش بيني شده كه به بودجه نجومي ‪1-3‬‬
‫يك سازه بتن آرمه معمولي كه به ميلگردهاي فوالدي مسلح است چنانچه به‬
‫مدت طوالني در اين شرايط قرار گيرد قسمتي از مقاومت خود را از دست مي‬
‫دهد‪ .‬بعالوه فوالدي كه در داخل بتن زنگ مي زند ‪ ،‬بر بتن اطراف خود فشار‬
‫آورده و باعث خرد شدن آن و ريختن پوسته بتن ميگردد‪ .‬تاكنون تكنيكهايي‬
‫جهت جلوگيري از خوردگي فوالد در بتن آرمه توسعه داده شده و بكار رفته‬
‫است كه در اين ارتباط مي توان به پوشش ميلگردها توسط اپوكس ي ‪ ،‬تزريق‬
‫پليمر به سطح بتن اشاره نمود‪ .‬با اين وجود هر يك از اين روشها تا حدودي و‬
‫فقط در بعض ي از زمينه ها موفق بوده اند‪ .‬بهمين منظور به جهت حفظ كامل‬
‫خوردگي ميلگردها توجه محققين و متخصصين بتن آرمه به حذف كامل فوالد‬
‫و جايگزيني آن با مواد مقاوم در مقابل خوردگي معطوف شده است ‪.‬‬
‫در همين راستا كامپوزيت هاي ‪( FRP‬پالستيكهاي مسلح به الياف) از آنجا که‬
‫بشدت در مقابل خوردگي مقاوم هستند موضوع تحقيقات گسترده اي‬
‫بعنوان يك جانشين مناسب براي فوالد در بتن آرمه بخصوص در سازه هاي‬
‫ساحلي و دريايي گرديده است‪.‬‬
‫الزم بذكر است كه گرچه مزيت اصلي ميلگردهايي از جنس ‪ FRP‬مقاومت آنها‬
‫در مقابل‬
‫خوردگي است‪ ،‬با اين وجود خواص ديگر كامپوزيت هاي ‪ FRP‬نظير مقاومت‬
‫كشش ي بسيار‬
‫زياد ( تا ‪ 7‬برابر فوالد )‪ ،‬مدول االستيسيته قابل قبول ‪ ،‬وزن كم ‪ ،‬مقاومت خوب‬
‫در مقابل‬
‫خستگي و خزش ‪،‬عايق بودن در مقابل امواج مغناطيس ي و چسبندگي خوب با بتن‬
‫مجموعه اي از‬
‫خواص مطلوب را تشکیل مي دهد كه به جذابيت كاربرد ‪ FRP‬در بتن آرمه‬
‫افزوده اند‪ .‬اگر چه‬
‫بعض ي از مشكالت مربوط به خم كردن آنها و نيز رفتار كامال خطي آنها تا نقطه‬
‫شكست مشكالتي‬
‫را از نظر كاربرد موجب شده اند‪.‬‬
‫آزمایشات مختلفی جهت حصول اطمینان درباره مقاومت های مختلف این‬
‫مصالح انجام می شود که تصاویر ذیل گوشه هایی از آنها را نشان می دهد ‪:‬‬
‫شاه تير با پوشش ‪ FRP‬قبل و بعد از انجام آزمایش مقاوت در برابر آتش‬
‫سوزی‬
‫ستون مسلح به الیاف ‪ FRP‬قبل و بعد از انجام آزمایش مقاومت در برابر آتش‬
‫سوزی‬
‫آزمایش مقاومت برش ی و کشش ی دیوار مسلح به الیاف ‪FRP‬‬
‫آزمایش مقاومت فشاری اعضاء‬
‫نمایی از دیوار سازه مسلح به الیاف کامپوزیتی ‪ FRP‬پس از وقوع زلزله‬
‫‪ 3-1‬تركيبات شيميايي موجود و نحوه مخلوط شدن مواد مختلف ‪:‬‬
‫تشكيل پيوند پليمري با افزايش درجه حرارت را مي توان به چند قسمت تقسيم‬
‫بندي كرد‪:‬‬
‫‪ -1‬مراحل شديدا ويسكواالستيك‬
‫‪Highly Viscoelastic‬‬
‫‪ -2‬مرحله پليمر شبيه الستيك‬
‫‪Rubber Like Solid‬‬
‫‪-3‬‬
‫‪-4‬‬
‫‪-5‬‬
‫‪-6‬‬
‫مرحله غير بلوري‬
‫مرحله نيمه بلوري‬
‫حالت مايع لزج‬
‫نقطه ذوب بلور‬
‫‪Amorphous‬‬
‫‪Semi – Ceystalline‬‬
‫‪Viscous Liquid State‬‬
‫‪Crystalline Melting Point‬‬
‫پليمرهاي تشكيل دهنده ماتريس ‪ FRP‬به دو دسته كلي تقسيم بندي مي‬
‫شوند ‪:‬‬
‫‪ -1‬پليمرهاي ترموست ‪Thermosetting‬‬
‫‪ -2‬پليمرهاي ترمو پالستيك ‪Thermo Plastic‬‬
‫بطور كلي هر چه نرخ بارگذاري افزايش يا مدت بارگذاري كاهش و يا درجه حرارت‬
‫زمان تشكيل كاهش مي يابد ‪ ،‬رفتار پليمر بدست آمده تردتر خواهد بود‪.‬‬
‫غير از پليمرها مواد مهمي در ‪ FRP‬به نام الياف وجود دارند كه بسته به نوع و‬
‫جنس الياف موجود به انواع زير تقسيم بندي مي شوند ‪:‬‬
‫‪Glass – Fiber‬‬
‫‪GFRP‬‬
‫‪ -2‬فيبر كربني‬
‫‪Carbon – Fiber‬‬
‫‪CFRP‬‬
‫‪ -3‬فيبر آراميدي‬
‫‪Aramid – Fiber‬‬
‫‪AFRP‬‬
‫‪Vinol-Fiber‬‬
‫‪VFRP‬‬
‫‪ -1‬فيبر شيشه اي‬
‫‪ -4‬فيبر وينولي‬
‫‪ -1‬فيبر شيشه اي – ‪GFRP Glass‬‬
‫‪Fiber‬‬
‫اولين فيبر مهم است كه در مهندس ي عمران استفاده مي شود و بخاطر توازني كه‬
‫بين قيمت و مقاومت آن وجود دارد كاربرد وسيعي پيدا كرده است‪ .‬انواع آن‬
‫عبارتند از ‪:‬‬
‫‪ -E – Glass ‬از سيليكات آلومينيوم كلسيم بدست مي آيد و ‪ 80‬تا ‪90‬‬
‫درصد توليدات ‪ GFRP‬را تشكيل مي دهد كه بيشتر در كارهاي برقي‬
‫استفاده مي شود‪.‬‬
‫‪ -Z – Glass ‬اين نوع الياف مقاومت بسيار زيادي در برابر محيط هاي‬
‫قليايي دارند و بصورت اليافي براي مسلح كردن بتن آرمه بكار مي روند‪.‬‬
‫‪ -A - Glass ‬نوعي فيبر شيشه ايست كه درصد مواد قليايي بكار رفته در‬
‫‪ - S-Glass ‬سيليكات آلومينيوم مغناطيس ي است‪ .‬مقاومت باال ‪ ،‬عملكرد‬
‫حرارتي مناسب و اصالح سطحي دارد و گرانقيمت ترين نوع ‪ GFRP‬مي‬
‫باشد و نياز به كنترل كيفيت خاص در زمان توليد دارد و بيشتر كاربرد نظامي‬
‫دارد‪.‬‬
‫‪ -C-Glass ‬از سيليكات سود آهك بدست مي آيد و پايداري شيميايي‬
‫مناسبي دربرابر محيط خورنده دارد‪ .‬مدول االستيسيته يك رشته ‪E glass‬‬
‫درحدود ‪ 73 Gpa‬مي باشد ماكزيمم كرنش نهايي منفرد آن ‪ 2.5‬تا ‪ 3‬درصد‬
‫مي باشد و اگر ‪ GFRP‬در معرض محيط خورنده با ‪ PH‬باال قرار گيرد‬
‫نمونه الیاف شیشه بافته شده دو جهت ‪‬‬
‫نمونه میلگرد کامپوزیتی از الیاف ‪GFRP‬‬
‫نمونه ‪ 4‬سلولي آرماتور برشي ‪ GFRP‬‬
‫الیاف شیشه ای مقاوم چسبنده‬
‫شبكه آرماتورهاي ‪GFRP‬قبل از نصب‬
‫‪CFRP‬‬
‫– ‪Carbon‬‬
‫‪ -2‬فيبر كربن‬
‫‪Fiber‬‬
‫از قير ارزان بدست مي آيد ( از تقطير زغال سنگ ) ولي مدول االستيسيته پاييني‬
‫دارد‪ .‬از ابريشم مصنوعي ساخته مي شود‪ .‬براي تشكيل اين نوع فيبر به‬
‫حرارت ‪ 1000‬درجه احتياج است‪.‬اكثر فيبرهاي مصنوعي در اين درجه حرارت‬
‫ذوب و تبخير مي شوند تيپ كربني بدليل داشتن اكريليك همچنان باقي مي‬
‫ماند‪ .‬كه خود داراي سه تيپ است‪:‬‬
‫الف) نوع ‪ 1‬با مدول باال‬
‫‪εu = 0.5 % / бu = 2000 Mpa / E = 380 Gpa‬‬
‫ب) نوع ‪ 2‬با مقاومت باال‬
‫‪εu = 0.5 % / бu = 2000 Mpa / E = 380 Gpa‬‬
‫ج) نوع ‪ 3‬مقاومت و مدول االستيسيته بينابين دارد‪.‬‬
‫‪ ‬حالت شکسته نمونه تقویت شده با‬
‫کامپوزیت های‪CFRP‬‬
‫‪ ‬یک نمونه الیه فیبر کربنی‬
‫قسمتهای مختلف یک الیه ‪FRP‬‬
‫‪ -3‬فيبر آراميدي‬
‫– ‪Aramid‬‬
‫‪Fiber‬‬
‫‪AFRP‬‬
‫در انتخاب نوع فيبر بايستي به قيمت ‪ ،‬درجه حرارت زمان بهره برداري از آن و دوام‬
‫و ‪ ...‬توجه داشت‪.‬‬
‫اين نوع فيبر از ‪ PPDT‬ساخته ميشود و شركت هلندي ‪( Akzo Nobel‬‬
‫)سازنده نوعي ‪ AFRP‬به نام ‪Twaron‬و شركت فرانسوي (‬
‫) ‪Dupont‬سازنده نوعي ‪ AFRP‬بنام ‪ Kevlar‬سازندگان مهم‬
‫‪ AFRP‬در دنيا هستند‪.‬‬
‫امروزه چهار نوع الياف ‪Kevlar‬در دنيا وجود دارد كه يكي از آنها به نام‬
‫‪Kevlar 49‬داراي مشخصات زير است ‪:‬‬
‫‪εu = 1 % бu = 2700 Mpa to 3500 Mpa‬‬
‫مقاومت كشش ي الياف كوالر ‪ 55‬درصد مقاومت كشش ي الياف شيشه اي و‬
‫مقاومت برش ي آن ‪ 180‬درصد الياف شيشه اي است و نتايج آزمايشات نشان‬
‫مي دهد مقاومت كشش ي الياف كوالر ‪ 10‬درصد از مقاومت فيبر كربني كمتر‬
‫است و قيمت آن تقريبا نصف الياف كربني است‪ .‬با اين حال قابليت كار‬
‫كردن با الياف كوالر بيشتر از فيبر شيشه اي و كربني است‪ .‬ميلگرد ساخته‬
‫شده از ‪ Kevlar‬نيز دارای مشخصات زير است ‪:‬‬
‫‪ εu = 1.3 to 3.6 % бu = 660 to 3000 mpa‬‬
‫‪ E = 41.5 to 147 Gpa‬‬
‫از خصوصيات ‪ AFRP‬مي توان به موارد زير اشاره كرد‪:‬‬
‫‪ -1‬صلب و شبيه ميلگرد بودن ) ‪( Rigid – rod – like‬‬
‫‪ -2‬پايداري حرارتي باال‬
‫‪ -3‬مقاومت باال‬
‫) ‪( High thermal stability‬‬
‫) ‪( High strength‬‬
‫فيبر وينولي‬
‫‪Vinol-Fiber‬‬
‫‪-4‬‬
‫‪VFRP‬‬
‫نوع خاص ي از اين پليمر را شركت هلندي ‪DSM‬به نام ‪ Spectra‬توليد‬
‫ميكند‪ .‬اين نوع پليمر بشكل رشته اي يا بصورت پارچه مي باشد‪ .‬افزايش طول‬
‫كمي دارد‬
‫بطور کلی این الیافها دارای مقاومت کشش ی بسیار باالیی بوده و رفتار تنش –‬
‫کرنش آنها تا لحظه شکست‪ ،‬بصورت خطی می باشد‪ .‬در شکل زیر مقایسه ای‬
‫اجمالی بين انواع مختلف ‪ FRP‬ها با توجه به منحنی تنش – کرنش آنها‬
‫انجام شده است‪.‬‬
‫منحنی های تنش– کرنش کامپوزیت های ‪FRP‬‬
‫همانگونه که در شکل مالحظه می شود الیاف تا لحظه گسیختگی رفتار خطی‬
‫داشته که این نوع رفتار دو عیب عمده دارد‪:‬‬
‫الف– اعضای تقویت شده با الیاف شکل پذیری کمتری دارند‪ ،‬اما در صورتی که‬
‫برای محصور شدگی عضو بکار روند (مثل ستون) مقاومت و شکل پذیری را‬
‫افزایش می دهند‪.‬‬
‫ب– باز توزیع تنشها بعلت کمبود شکل پذیری محدود است ‪.‬‬
‫خواص فيزیکی کامپوزیتها در مقایسه با مواد متداول دیگر‬
‫ضریب‬
‫انبساط‬
‫حرارتی‬
‫مقاومت‬
‫کشش ی‬
‫جرم‬
‫حجمی‬
‫)‪(%‬‬
‫)‪*103(kg/cm2‬‬
‫)‪(kg/c2‬‬
‫)‪(kg/m3‬‬
‫‪11.7‬‬
‫‪0.25‬‬
‫‪0.16‬‬
‫‪2050‬‬
‫‪4500‬‬
‫‪7830‬‬
‫فوالد معمولی‬
‫‪10.8‬‬
‫‪0.18‬‬
‫‪0.0035‬‬
‫‪200‬‬
‫‪50‬‬
‫‪2410‬‬
‫بتن معمولی‬
‫‪23.2‬‬
‫‪--‬‬
‫‪0.2‬‬
‫‪703‬‬
‫‪2620‬‬
‫‪2760‬‬
‫آلومینیوم‬
‫‪10.4‬‬
‫‪-‬‬‫‪0.27‬‬
‫‪-‬‬‫‪5‬‬
‫‪900‬‬
‫‪2900‬‬
‫‪7640‬‬
‫چدن‬
‫‪885‬‬
‫‪43940‬‬
‫‪1990‬‬
‫‪S-GFRP‬‬
‫‪10‬‬
‫‪0.28‬‬
‫‪4.8‬‬
‫‪738‬‬
‫‪35153‬‬
‫‪1990‬‬
‫‪E-GFRP‬‬
‫‪1.5‬‬
‫‪0.27‬‬
‫‪1.4‬‬
‫‪2355‬‬
‫‪37260‬‬
‫‪1590‬‬
‫‪CFRP‬‬
‫‪0.5‬‬
‫‪0.34‬‬
‫‪2.8‬‬
‫‪1335‬‬
‫‪36911‬‬
‫‪1380‬‬
‫‪ARAMID‬‬
‫ضریب‬
‫پواسون‬
‫)‪*10-6(1/◦C‬‬
‫‪7.5‬‬
‫کرنش‬
‫شکست‬
‫مدول‬
‫االستیسیته‬
‫نوع ماده‬
‫خصوصيات مكانيكي نمونه ها براي كامپوزيتهاي‬
‫‪AFRP , CFRP , GFRP‬‬
‫(درصد وزن)‬
‫چگالي‬
‫‪Kg/m3‬‬
‫مدول كشش ي‬
‫)‪(Gpa‬طولي‬
‫كشش ي مقاومت‬
‫)‪(Mpa‬‬
‫‪GFRP‬‬
‫‪80 –50‬‬
‫‪1600 - 2000‬‬
‫‪20 - 55‬‬
‫‪400 - 1800‬‬
‫‪CFRP‬‬
‫‪65 - 75‬‬
‫‪1600 - 1900‬‬
‫‪120 - 250‬‬
‫‪1200 - 2250‬‬
‫‪AFRP‬‬
‫‪70 - 60‬‬
‫‪1050 - 1250‬‬
‫‪40 - 125‬‬
‫‪1000 - 1800‬‬
‫نوع‬
‫مقدار فيبر‬
‫تصاویر زیر نمونه هایی از انواع مختلف الیاف پلیمری موجود در بازار است ‪:‬‬
‫روشهاي تولید كامپوزیت ‪FRP‬‬
‫الف) بافتن رشته ها بهم‬
‫‪Filament Winding‬‬
‫الياف يا رشته هاي پيوسته بصورت نوارهاي موازي بدور سيلندر دوار پيچانده‬
‫ميشود در اين حين ماتريس زرين پلي استر يا اپوكس ي بدرون سيلندردوار كه‬
‫رشته هاي فيبر بدور آن تابيده مي شود دميده شده و با فيبر ها تركيب مي‬
‫شود‪ .‬تمامي اين فرآيند براي بدست آوردن ‪ FRP‬با كيفيت مناسب بوسيله‬
‫كامپيوتر كنترل مي شود‪.‬‬
Filament Winding
Resin
Utility poles, columns, bridge girders, pipe, missiles,
aircraft fuselage
‫موارد مصرف ‪ FRP‬توليدي به اين روش عبارتند از ‪:‬‬
‫‪ -1‬لوله سازي‬
‫‪ -2‬ساخت لوله هاي تحت پيچش‬
‫‪ -3‬بدنه و جداره موشك‬
‫‪ -4‬بطریها و شيشه هاي تحت فشار‬
‫‪ -5‬تانكهاي ذخيره‬
‫‪ -6‬فيوز تاخيري هواپيما‬
‫و ‪...‬‬
‫ب) فرآيند پلتروژن‬
‫‪Pultrusion‬‬
‫با اين روش ملينيت هاي پوشش ي و همچنين ورقهاي پوشش ي با مقطع عرض ي و‬
‫طول معين ساخته مي شود‪ .‬در اين روش حين كشيدن نوار فيبر ماتريس‬
‫كه معموال پلي استر و يا وينيل استر مي باشد با گرماي الكتريكي به كمك‬
‫روغن داغ به فيبر اضافه مي شودو اتاقك پيش گرمايش ي فركانس راديويي‬
‫براي كنترل ضخامت در زمان عمل آوري وجود دارد ‪.‬‬
Pultrusion Process
Heated Die
Cured
Profile
Resin
Bridge decks, rebar, structural profiles, concrete & masonry
structural strengthening, sheet piling, dowel bars, utility
poles, grating
‫ج) روند توليد از طريق فرآيند فشرده سازي در خال‬
‫‪ ‬در اين روش وزن هواي بين اليه هاي ‪ FRP‬مانع از تشكيل آن مي گردد‪.‬‬
‫بنابراين در اثر پرس و فشار اعمالي بايستي هواي محبوس خارج شود تا ورق‬
‫پوشش ي ‪ FRP‬يا ملينيت تشكيل گردد ‪.‬يك يا چند اليه با ضخامت مختلف‬
‫روي فيلم يا غشا قابل گسترش قرار داده شده ‪ ،‬سپس تحت پرس يا فشار‬
‫قرار مي گيرند تا هواي بين ملينيت خارج شده و ماتريس رزين به يكي از‬
‫روشهاي موجود حرارت داده شده و به اليه فيبر تزريق مي گردد ‪.‬‬
‫د) فرآيند توليد بوسيله قالب گيري متناسب‬
‫اين روش خود به دو صورت براي توليد ‪ FRP‬بكار برده مي شود ‪:‬‬
‫‪ -1‬قالب انتقالي رزين يا ‪RTM‬‬
‫‪ -2‬بكاربردن قالب مركب ورقه اي‬
‫عوامل موثر در خواص يك محصول توليدي‬
‫‪ -1‬حجم و نوع فيبر و رزين كاربردي‬
‫‪ -2‬جهت قرار گيري فيبر ها‬
‫‪ -3‬تاثيرات ابعادي‬
‫‪ -4‬كنترل كيفيت در زمان توليد‬
‫تصویر زیر نمایی از قسمتهای مختلف یک کارخانه تولیدی الیاف پلیمری ‪FRP‬‬
‫می باشد ‪:‬‬
‫در پایان این فصل به اختصار به مزایا و معایب‬
‫استفاده از کامپوزیتهای ‪ FRP‬می پردازیم ‪:‬‬
‫امتیازات کامپوزیتهای ‪ FRP‬در تقویت سازه ها ‪:‬‬
‫با اینکه کامپوزیتها در مقایسه وزنی بسیار سبکتر از فوالد و بتن هستند ولی بصرفه‬
‫بودن کاربرد آنها در مقاوم سازی سازه ها مرهون عوامل زیر است ‪:‬‬
‫‪ ‬اضافه وزن تحمیلی ناش ی از وزن این مصالح بسیار ناچيز و قابل صرفه نظر‬
‫کردن است‪.‬‬
‫‪ ‬بدلیل نازک بودن ضخامت الیه های کامپوزیت(در حد میلیمتر)‪ ،‬استفاده از‬
‫آنها برای تقویت‪ ،‬اضافه فضایی رااشغال نمی کند‪.‬‬
‫‪ ‬استفاده از کامپوزیتها برای تقویت در مقایسه با سایر روشها نیاز به زمان‬
‫بسیار کمتری دارد‪ ،‬و اعضای تقویت شده حداکثر ظرف چند ساعت آماده‬
‫سرویس دهی می شوند‪.‬‬
‫‪ ‬کامپوزیتها خود زنگ نمی زنند همچنين با نفوذ ناپذیر کردن سطوح‪ ،‬از تماس‬
‫عوامل مضره با اعضای سازه ای جلوگيری کرده آنها را محافظت میکنند‬
‫همچنين در طوالنی مدت نیاز به تعميرات دوره ای ندارند‪.‬‬
‫‪ ‬انعطاف موجود در طراحی این مصالح متناسب با نیاز (سختی‪ ،‬مقاومت و‬
‫مشکالت استفاده از کامپوزیت ها در تقویت سازه‬
‫ها ‪:‬‬
‫‪ ‬بدلیل رفتارغير ایزوتروپ این مصالح ‪ ،‬محاسبات آنها نسبت به مصالح‬
‫معمول (فوالد و بتن ) کمی متفاوت تر است است‪.‬‬
‫‪ ‬بدلیل شکل پذیری کم این مصالح و همچنين ضعف نسبی این مصالح در‬
‫برابر آتش سوزی ‪ ،‬رسیدن به ترازهای مطلوب آئين نامه ای در شکل پذیری‬
‫اعضا مستلزم رعایت برخی محدودیتهای کرنش در کشش برای این مصالح می‬
‫باشد‪.‬‬
‫‪ ‬انتخاب نسبت الیاف به رزین ‪ ،‬مواد مضاعف مورد نیاز و همچنين بکار گيری‬
‫آنها و اجرای الیه ها نیاز به دقت زیادی دارد‪.‬‬
‫فصل دوم‬
‫براي اجراي الياف كامپوزيتي يا همان ‪ FRP‬به ‪ 4‬مسئله مهم توجه‬
‫مي شود ‪:‬‬
‫‪ -1‬تقويت برش ي‬
‫‪ -2‬تقويت خمش ي‬
‫‪ -3‬تقويت پيچش ي‬
‫‪ -4‬تقويت فشاري‬
‫كه در اين فصل به هر كدام از آنها به تفصيل پرداخته مي شود‪.‬‬
‫بعد از بحث تئوري نوبت به اجرايي نمودن كار مي رسد كه در اين مرحله نيز كامال‬
‫از نصب تا بازرس ي هاي الزم توضيح داده مي شود‪ .‬اما قبل از شروع اين‬
‫مراحل الزم است مالحظات كلي طراحي در مورد ‪ FRP‬را بيان كنيم‪.‬‬
‫‪ 1-2‬مالحظات كلي طراحي‬
‫ضوابط اين فصل مربوط به اصول كلي هستند كه بايد در طراحي براي بهسازي‬
‫لرزه اي با استفاده از مصالح ‪ FRP‬رعايت شوند‪.‬‬
‫در تقويت كننده هاي ‪FRP‬نبايد به مقاومت در برابر بارهاي فشاري آنها تكيه‬
‫كرد‪ .‬با اين وجود مي توان تحمل آنها را در مقابل فشار ناش ي از اعمال‬
‫لنگرهاي خمش ي متناوب يا تغيير در نحوه بارگذاري قابل بررس ي دانست اما‬
‫درهر حال از مقاومت فشاري اجزا تقويت كننده ‪ FRP‬صرفنظر ميشود‪.‬‬
‫‪ ‬توصيه هاي طراحي بر اساس اصول حالت طراحي پايه گذاري شده است‪ .‬اين‬
‫روش بر مبناي دو سطح ايمني حالت بهره برداري ( تغيير شكل زياد ‪ ،‬ترك‬
‫خوردگي ) و حالت حدي نهايي ( شكست ‪ ،‬گسيختگي ‪ ،‬خستگي ) مي باشد‪.‬‬
‫‪ ‬به دليل شناخت كمتر از مشاركت مصالح تقويتي ‪ FRP‬در مقايسه با بتن‬
‫آرمه و بتن پيش تنيده ‪ ،‬ضرايب كاهش ي اضافي براي اين مصالح ارائه مي‬
‫گردد‪ .‬در صورتي كه مهندس مشاور با شرايط ديگري عالوه برشرايط ذكر‬
‫شده دراين راهنما مواجه شده ويابه خصوصيات مصالح ‪ FRP‬موجود‬
‫اعتماد كافي نداشته باشد‪ ،‬ميتوان محافظه كاري بيشتري در تعيين ضرايب‬
‫كاهش ي مقاومت اعمال شود‪.‬‬
‫‪ ‬براي سيستمهاي ‪ FRP‬كه به منظور بهسازي لرزه اي ساختمانها طراحي مي‬
‫شوند توصيه مي شود از اصول طراحي بر اساس ظرفيت استفاده گردد‪ .‬در‬
‫اين روش فرض مي شود كه سازه بايد به ظرفيت كامل خود برسد و الزم‬
‫است كه اعضا قادر به تحمل و مقاومت در برابر برش اعمالي باشند ‪.‬‬
‫‪ ‬ميزان مقاوم سازي به وسيله سيستم هاي ‪ FRP‬كه بصورت پوشش بيروني‬
‫صورت ميگيرد اغلب توسط آيين نامه هاي مربوط به آتش سوزي محدود مي‬
‫گردد‪.‬‬
‫‪ ‬هر چند سيستمهاي ‪ FRP‬به تنهايي پايايي كمي در برابر آتش سوزي دارند ‪،‬‬
‫اما با تركيب مناسب اين سيستم ها و سازه بتني موجود می توام دوام قابل‬
‫توجهي در كل سازه در برابر آتش سوزي بوجود آورد‪.‬‬
‫سهم عمده مقاوم سازي و بهسازي لرزه اي سازه ها مربوط به تقويت ستونها مي‬
‫باشد‪ .‬سيستم هاي‪ FRP‬با دور پيچ كردن ستونها باعث بهبود ظرفيت‬
‫فشاري بتن ‪ ،‬كاهش طول وصله و افزايش مقاومت برش ي مي گردند‪.‬‬
‫شرايط محيطي بطور ويژه اي بر رزین ها و الياف در انواع سيستم ‪ FRP‬تاثير‬
‫مي گذارد‪ .‬مشخصات مكانيكي براي مثال ‪ ،‬مقاومت کشش ی‪ ،‬كرنش ي و مدول‬
‫االستيسيته بعض ي از سيستمهاي ‪ FRP‬بواسطه قرار گرفتن در معرض‬
‫عوامل محیطی مانند محيط قليايي ‪ ،‬آب نمك ‪ ،‬مواد شيميايي ‪،‬اشعه فرا‬
‫بنفش ‪ ،‬درجه حرارت هاي باال‪ ،‬رطوبت باال ودوره هاي يخ زدن و آب شدن‬
‫كاهش مي يابد ‪.‬‬
‫مهندس مشاور بايد سیستم ‪ FRP‬را بر اساس شناخت رفتار سيستم در شرايط‬
‫كاري مورد نظر انتخاب كند ‪.‬‬
‫سيستم ‪ FRP‬بايد قادر به تحمل آزمايشهاي دوام سازگار با شرايط محيطي‬
‫باشد‪ .‬آزمايشهاي دوام ممكن است شامل دوره هاي گرم و سرد شدن ‪،‬غوطه‬
‫وري در محيط قليايي ‪ ،‬دوره هاي يخ زدن و آب شدن و قرار گرفتن در معرض‬
‫اشعه فرا بنفش باشد‪ .‬هر سيستم ‪ FRP‬را بر اساس كاربرد و نوع موردي‬
‫كه استفاده شده است بايد از يك پوشش در برابر شرايط مهاجم محيطي‬
‫استفاده كرد ‪.‬ضخامت و نوع پوشش بايد بر اساس ضرورت هاي ترميم‬
‫كامپوزيت ‪،‬مقاومت در برابر عوامل محيطي و محافظت در برابر شرايط ويژه‬
‫كارگاهي و محافظت در برابر خرابكاري مي باشد‪ .‬پوشش هاي خارجي يا روكش‬
‫هاي ضخيم از رزين روي الياف مي تواند آنها را از صدمات ناش ي از ضربه يا‬
‫‪2-2‬تقويت خمش ي‬
‫بررسی محدودیت های تقویت خمشی تیرهای بتن‬
‫آرمه با‪FRP‬‬
‫هدف از این قسمت شناخت مشکالت استفاده از ‪ FRP‬در تیرهای‬
‫بتنی مسلح تحت خمش می باشد و ارائه روش هایی برای‬
‫جلوگیری از این معایب‪:‬‬
‫معایب‬
‫خرابی تیر تحت خمش‪:‬‬
‫است‪(.‬حالت االستیک)‬
‫‪)1‬بار‪ P‬کم‬
‫‪)2‬بار‪ P‬زیاد است‪(.‬حالت االستوپالستیک)‬
‫‪)3‬بار‪ P‬خیلی زیاد است‪(.‬حالت پالستیک)‬
‫” درپایان مرحله ی سوم خرابی رخ می دهد“‬
‫اتفاقاتی که در پایان مرحله ی سوم رخ می دهد‪(.‬تیر بدون ‪:)FRP‬‬
‫بتن مقاومت نشان می دهد‬‫(ترک های خمشی تا باالی میلگرد‬
‫ادامه پیدا میکند)‬
‫میلگردها تسلیم شده‬‫(بتن روی میلگرد خرد میشود)‬
‫اتفاقاتی که در پایان مرحله ی سوم رخ می دهد‬
‫بتن همراه با ‪ FRP‬مقاومت نشان میدهد‬‫(ترکهای خمشی به حداقل خود میرسد)‬
‫میلگردها تسلیم شده و‪FRP‬‬‫‪)1‬اگر نیرو خیلی زیاد باشد قبل از‬
‫رسیدن به شکست از بتن جدا میشود‪.‬‬
‫‪)2‬در غیر این صورت به طور ناگهانی‬
‫از ناحیه خطی به شکست میرسد‪.‬‬
‫(ناحیه تسلیم ندارد)‬
‫(تیر با ‪ FRP‬تقویت شده)‬
‫راه کارهای‬
‫پیشنهادی‬
‫اعمال سیستم‬
‫مهاربندی‬
‫در‬
‫انتهای الیه کامپوزیت‬
‫(‪U‬شکل)‬
‫اعمال سیستم‬
‫پیش تنیدگی‬
‫در کامپوزیت‬
‫دال هاي طره اي‪:‬‬
‫تفاوت عمده این دال ها با دال هاي یك طرفه و دو طرفه با تكیه گاه ساده این‬
‫است كه اوال لنگر آن منفي است و ثانیا بزرگترین مقدار لنگر در محل تكیه گاه‬
‫رخ مي دهد بنابراین نمي توان نوارها یا صفحات ‪ FRP‬را به نحو مناسبي در‬
‫انتهاي دال مهاربندي كرد‪.‬‬
‫با توجه به شرایط مقاوم سازي و شكل دال طرح هاي متفاوتي براي مهاربندي‬
‫انتهاي ‪ FRP‬در تكیه گاه این دالها پیشنهاد شده است‪.‬‬
‫در دالهایي كه به صورت كنسول به یك تیر بزرگ و یا یك دیوار متصل هستند یك‬
‫گزینه ساده براي مهار بندي این است كه نوار یا صفحه ‪ FRP‬را تا قسمتي از‬
‫سطح دیوار باال برده و چسبانده شود‪.‬‬
‫البته با مطالعات و بررسي هاي انجام‬
‫گرفته نتیجع گیري مي شود كه این روش‬
‫مهار بندي چندان مناسب نبوده زیرا زماني‬
‫كه تنش در نوار ‪ FRP‬در حد پاییني است‬
‫قسمت چسبانده شده بر روي دیوار جدا‬
‫مي شود ‪.‬‬
‫‪FRP‬‬
‫راه موثر براي مهاربندي این است كه نوارهاي‬
‫‪ FRP‬را به درون سوراخ هایي كه از قبل در‬
‫دیوار ایجاد شده است هدایت كرد‪.‬‬
‫به دلیل وجود فوالد داخل مقطع این نوع مهاربندي‬
‫تنها در صورتي مي تواند استفاده شود كه عرض‬
‫نوار ‪ FRP‬كم باشد تا در سوراخ هاي ایجاد شده‬
‫بین دو میلگرد دیوار بتواند قرار گیرد‪.‬‬
‫‪FRP‬‬
‫طول مهاري‬
‫اغلب آزمایشات انجام یافته بر روي مدل هایي متمركز شد كه به همین صورت‬
‫انتهاي ‪ FRP‬مهاربندي شده است ‪.‬‬
‫نتایج نشان داد كه این نوع مهاربندي عملكرد خوبي دارد‪ .‬سوراخ هاي ایجاد‬
‫شده را نیز مي بایست پس از قرار گرفتن ‪ FRP‬مجددا با مالت اپوكسي پر كرد‪.‬‬
‫براي پر كردن این سوراخ ها مالت سیمان مناسب نیست زیرا افت سیمان سبب‬
‫تاثیر منفي بر مقاومت مهاربندي مي گردد‪.‬‬
‫سایر روشهاي تأمین طول مهاري با امتداد‬
‫‪ FRP‬روي دالها‬
‫‪ 1-3-2‬مقاوم سازي برش ي‬
‫گسيختگي هاي برش ي و خمش ي از مهمترين مدهاي گسيختگي براي تيرهاي تقويت‬
‫نشده مي باشند‪ .‬گسيختگي خمش ي به دليل نرم بودن عموما به گسيختگي‬
‫برش ي به دليل ترد بودن ارجح مي باشد‪ .‬زيرا در گسيختگي نرم امكان باز توزيع‬
‫تنش وجود دارد و مي تواند هشداري براي كاربر باشد‪ .‬در حاليكه در گسيختگي‬
‫ترد و ناگهاني بدليل عدم اخطار قبلي مي تواند سبب فاجعه گردد ‪.‬در مقاوم‬
‫سازي خمش ي به كمك ورقه هاي خارجي ‪ FRP‬شكل پذيري تير نسبت به‬
‫حالت مقاوم سازي نشده بررس ي شده و جالب توجه است كه شكل پذيري تير‬
‫در حالت مقاوم سازي نشده بسيار بيشتر است‪ .‬اما مد گسيختگي آن از‬
‫گسيختگي برش ي نرمتر مي باشد‪ .‬بنابر اين يك تير مقاوم سازي شده بايد داراي‬
‫ظرفيت برش ي كافي بوده بطوري كه به ظرفيت خمش ي برسد ‪.‬‬
‫بطور كلي سه نوع الگوي پيوند در تقويت برش ي در تيرها وجود دارد‪:‬‬
‫‪ -1‬ورق ‪ FRP‬دور تا دور تير را بگيرد ‪.‬‬
‫‪ -2‬ورق به صورت ‪ U‬شكل باشد‬
‫‪.‬‬
‫‪ -3‬ورق به دو طرف تير چسبانده شود ‪.‬‬
‫الگوي سه كه در آن ورق ‪ FRP‬به دو طرف تير چسبانده مي شود ‪ ،‬رايج ترين‬
‫الگو مي باشد ‪.‬الگوي دو يا ‪ FRP U Wrap‬روش عملي براي افزايش‬
‫مقاومت برش ي مقاطع بتن آرمه ميباشد ولي در نواحي لنگر مثبت عمدتا موثر‬
‫مي باشد‪ .‬چون در نواحي لنگر منفي عمدتا در نزديكي دال بتن آرمه رخ داده و‬
‫اين الگوي تقويتي قادر به كنترل و جلوگيري از گسترش ترك هاي اوليه نبوده‬
‫بنابراين اين تركيبها باز شده و اين الگوي تقويتي تاثيري د ركنترل ترك در ناحيه‬
‫لنگر منفي ندارد‪.‬‬
‫الگوي يك كه پوشش دور تا دور مي باشد موفق ترين الگوي تقويت برش ي است‬
‫ولي به دليل مسائل اجرايي و عدم دسترس ي به دورتا دور تير امكان اجراي اين‬
‫الگو به دليل وجود دال بتن آرمه كم است ‪.‬‬
‫‪ 2-3-2‬تقويت پيچش ي‬
‫اصول كلي در تقویت برش ی با تعدادي اختالف جزيي براي پيچش نيز صادق مي‬
‫باشد كه در زير به آنها پرداخته مي شود‪.‬‬
‫تشكيل تركهاي پيچش ي ناش ي از همان سازه كاري است كه مسبب ايجاد ترك هاي‬
‫برش ي مي باشد‪ .‬تفاوت اصلي تركهاي برش ي و پيچش ي در الگوي ترك نهفته‬
‫است‪ .‬ترك هاي پيچش ي نيز همانند ترك هاي برش ي مورب مي باشند‪ .‬با اين‬
‫تفاوت كه در راستاي آنها در وجوه متقابل عضو سازه اي فرق مي كند و از يك‬
‫الگوي مارپيچ پيروي مي كند ‪.‬‬
‫‪ 4-2‬تقويت اعضاي فشاري‬
‫دور پيچ كردن انواع معيني از اعضاي فشاري توسط سيستمهاي ‪ ، FRP‬آن‬
‫اعضا را محصور کرده و منجر به افزايش مقاومت فشاري اعضا مي گردد‪ .‬از‬
‫محصور شدگي براي افزايش شكل پذيري اعضا تحت تركيب نيروهاي محوري‬
‫و خمش ي هم استفاده مي شود‪.‬‬
‫براي محصور كردن يك عضو بتني الزم است راستاي الياف تا حد امكان عمود بر‬
‫محور طولي عضو باشد‪..‬‬
‫هنگاميكه ستون يا عضو فشاري تحت بارهاي لرزه اي قرار گيرد مسئله ظرفيت‬
‫جذب انرژي و شكل پذيري ستون اهميت مي يابد‪ .‬در اين ارتباط مقاوم سازي‬
‫يا بهسازي آن عضو با افزايش شكل پذیری انجام مي گيرد‪ .‬هر چند مي توان با‬
‫تعبيه صفحات ‪ FRP‬بصورت طولي در امتداد ستون مسئله افزایش‬
‫مقاومت خمش ي آن را نيز تامين نمود‪.‬‬
‫‪5-2‬‬
‫نصب و بررس ي‬
‫گرچه مقاوم سازی سازه موجود با استفاده از پوششهای بيرونی ‪ FRP‬شیوه‬
‫ساده ای بنظر ميرسد لیکن عملیات نصب و اجرای درست و مناسب‬
‫سیستمهای ‪ FRP‬بنحوی که از اجرای صحیح سازه اطمینان حاصل شود‬
‫ضروری است‪ .‬از آنجا که فرآیند نصب از یک روش به روش دیگر تفاوت دارد‬
‫الزم است مشخصات مورد نیاز بمنظور مقاوم سازی بصورت پوشش بيرونی‬
‫برای یک سازه مشخص بطور روشن و واضح تعریف شود‪ .‬نظر به تنوع‬
‫سیستمهای ‪ FRP‬موجود که می توانند مورد استفاده قرار گيرند الزم است‬
‫روش نصب آنها در تمامی مراحل و شرایط و توصیه های سازندگان سیستم در‬
‫دفترچه مشخصات فنی درج شود‪ .‬نوع الیاف ‪ ،‬نوع رزین ‪ ،‬تعداد الیه ها ‪،‬‬
‫طرح و نحوه اختالط و ميزان آغشتگی سیستم مورد نظر از جمله این‬
‫مشخصات است‪.‬الزم است این کار در طی مدت زمان معینی قبل از شروع‬
‫پیمانکار باید تمامی اطالعات مربوط به شرایط نصب و عمل آوری « درجه حرارت‬
‫‪ ،‬مدت زمان اجرا ‪ ،‬رطوبت و ‪ »...‬مطابق با خواص مکانیکی مواد تعیين شده‬
‫تهیه و به مشاور طرح برای تصویب ارائه نماید‪ .‬مشاور باید اطمینان حاصل‬
‫کند که مصالح مورد نظر ‪ ،‬قابلیت نگهداری و انجام سرویس و طول عمر کافی‬
‫را در طول مدت زمان عمر سازه خواهد داشت ‪.‬مواد زیر کار ‪ FRP‬یا آستر ‪،‬‬
‫رزین آغشته کننده ‪ ،‬و چسب ها عموما نباید برای سطوح سرد و یخ زده به‬
‫کار گرفته شود‪ .‬وقتی که درجه حرارت سطح بتن از حداقل دمای مجاز پایين تر‬
‫باشد آغشته سازی الیاف با رزین و عمل آوری مواد متشکله رزین ‪ ،‬نا‬
‫مناسب و نامتعارف خواهد بود و در یکپارچگی سیستم ‪ FRP‬اثر سوء‬
‫خواهد گذاشت‪ .‬بطور کلی رزین ها و چسب ها نباید در سطوح خیس و‬
‫شمایی از نحوه مسلح کردن دیوارهای سازه با ‪FRP‬‬
‫الزم است تمام اشکاالت موجود دربتن اصلی و بتن زیر کار که ممکن است‬
‫یکپارچگی ‪ FRP‬را به مخاطره بیندازد قبل ازعملیات آماده سازی برطرف‬
‫شود ‪.‬در مواردی که احتمال می رود فوالد مصرفی در اجزای بتن آرمه دچار‬
‫خوردگی شده باشد سیستم ‪ FRP‬نباید بکار برده شود‪ .‬گسترش نيروها‬
‫ناش ی از فرآیند خوردگی فوالد در اجزا بتنی ‪ ،‬قابل برآورد و پیش بینی نیست و‬
‫می تواند انسجام سازه ای سیستم ‪ FRP‬بکار گرفته شده را به مخاطره‬
‫اندازد‪.‬‬
‫گسترش ترکهای با عرض بیش از ‪ 0.3 mm‬یا بیشتر می تواند در عملکرد‬
‫سیستم پوشش خارجی ‪ FRP‬اثر بگذارد‪ .‬بطوری که منجر به جدایی الیه ای‬
‫یا گسیختگی الیاف شود‪ .‬الزم است ترکهای با عرض بیش از ‪0.3 mm‬‬
‫مطابق با الزامات ‪ ACI224.1R‬یا تزریق تحت فشار اپوکس ی پر شوند‪.‬‬
‫الزامات آماده سازی سطوح براساس کاربردهای توصیه شده سیستم ‪FRP‬‬
‫در کاربری های چسبندگی بحرانی نظير مقاوم سازی خمش ی یا برش ی تيرها ‪ ،‬دال ها‬
‫‪ ،‬ستون ها یا دیوارها برای نصب سیستم ‪ FRP‬روی سطح بتن نیاز به زدن‬
‫چسب بين آنها می باشد‪.‬‬
‫در کاربری های تماس بحرانی نظير محصور کردن ستونها فقط نیازمند تماس‬
‫مستقیم سیستم ‪ FRP‬روی بتن می باشد‪ .‬در این کاربریها نیازی به چسب‬
‫زدن بين سیستم ‪ FRP‬و سطح بتن نمی باشد‪.‬‬
‫هرچند برای سهولت نصب اغلب از یک چسب نيز استفاده می شود‪.‬‬
‫سیستم ‪ FRP‬و کارهای مربوط به آن باید مطابق با الزامات استانداردهای مورد‬
‫استفاده بازرس ی شوند‪ .‬در صورت نبون الزامات در این خصوص ‪ ،‬بازرس ی‬
‫باید توسط یا تحت نظر مهندس ناظر مورد تائید یا بازرس صالحیت دار‬
‫انجام شود‪ .‬بازرسان باید به سیستم ‪ FRP‬آگاهی داشته و نحوه اجرا و نصب‬
‫آنرا آموزش دیده باشند‪ .‬در جریان نصب سیستم بازرس ی های روزانه باید‬
‫انجام شده و شامل موارد زیر باشد ‪:‬‬
‫‪ -1‬تاریخ و زمان نصب‬
‫‪ -2‬دمای محیط ‪ ،‬رطوبت نسبی و شرایط آب و هوایی‬
‫‪ -3‬دمای سطح بتن‬
‫‪ -4‬ميزان خشک بودن سطح مطابق با ‪ACI 53.4‬‬
‫‪ -5‬روشهای آماده سازی سطوح و پروفیل حاضر شده مطابق ‪IRCI‬‬
‫‪ -6‬تشریح کیفی وضعیت تميز بودن سطوح‬
‫‪ -7‬نوع منبع گرم کننده کمکی در صورت لزوم‬
‫‪ -8‬عرض ترکهایی که در آنها اپوکس ی تزریق نشده است ‪.‬‬
‫‪ -9‬درخالل نصب می توان پیمانه هایی از رزین مطابق با برنامه نمونه گيری به‬
‫منظور ميزان و سطح عمل آوری مصالح تهیه نمود‪.‬‬
‫‪ -10‬راستای الیاف ‪ :‬الیه های عمل آوری شده باید با بازرس ی های چشمی‬
‫ارزیابی شوند‪ .‬موجی بودن الیاف ‪ ،‬انحراف موضعی الیاف از امتداد اصلی آن‬
‫که به شکل تا خوردگی یا موج های دیگری ظاهر شده باشند باید در روش‬
‫چسباندن مورد ارزیابی قرار گيرد‪.‬‬
‫‪ -11‬عمل آوری رزین ‪ :‬ميزان عمل آوری نسبی مربوط به سیستم ‪ FRP‬می‬
‫تواند با انجام آزمایش صفحات یا نمونه های رزین‬
‫مطابق ‪ASTM – D 3418‬‬
‫مورد ارزیابی قرار گيرد ‪.‬همچنين ارزیابی عمل آوری رزین می تواند در محل‬
‫اجرای پروژه باشد‪.‬‬
‫طبیعت مصالح ‪ FRP‬به گونه ای ا ست که باید در حين بهره برداری تا حد‬
‫امکان هرگز ‪ ،‬و یا خیلی بندرت مورد تعمير قرار گيرند‪ .‬الزم است سطوح‬
‫پوشانده با مصالح ‪ FRP‬بصورت مشاهده ای مورد بازرس ی قرار گيرند‪ .‬و‬
‫در محل هایی که این مصالح بصورت تکه تکه شده ‪ ،‬ترک خورده یا متورق‬
‫شده دچار آسب دیدگی شده اند عالمت گذاری و شناسایی شوند‪ .‬همچنين‬
‫الزم است مصالح مرکب به لحاظ آسیبهای موضعی نظير آثار ضربه و یا‬
‫سائیدگی مورد بازرس ی قرار گيرند‪ .‬البته در بازرس ی باید آسیب های بتن سازه (‬
‫نظير ترک های اضافه شده و یا آثار خوردگی ) نيز جستجو شوند ‪.‬‬
‫تصاویر زیر نماهایی از چگونگی نصب ‪ FRP‬را در سازه های مختلف نشان می‬
‫دهد ‪:‬‬
‫نتیجه گيری ‪:‬‬
‫ساختمانهای آسیب دیده در اثر وقوع زلزله ویا ساختمانهایی که ضعیف تشخیص‬
‫داده می شوند باید به گونه ای که مقاومت اولیه آنها بازیافته شود و یا حتی‬
‫مقاومت آنها بیشتر شود تعمير و تقویت گردند تا زلزله های بعدی را تحمل‬
‫نمایند‪ .‬ساختمانهای تعمير شده باید الزامات آئين نامه ای را برآورده سازند‪ .‬در‬
‫هر صورت تعمير و یا تقویت لرزه ای یک ساختمان ممکن است بسیار پر‬
‫هزینه باشد‪ .‬تصمیم نهایی در مورد اینکه آیا تعمير و مقاوم سازی انجام شود‪،‬‬
‫و اگر انجام می شود چگونه باشد‪ ،‬نیاز به بررس ی همه جانبه اقتصادی دارد‪.‬‬
‫امروزه کاربرد مواد کامپوزیت پیشرفته در مهندس ی ساختمان جهت مسلح‬
‫کردن و مقاوم سازی سازه ها در حال افزایش است‪ .‬مواد کامپوزیت از ترکیب‬
‫دوماده فیبر و ماتریس ساخته شده که فیبر ها معموال از جنس کربن‪ ،‬شیشه و‬
‫آرامید و ماتریس از خانواده ماتریس های پلیمری مثل اپوکس ی می باشد ‪.‬‬
‫مواد کامپوزیت به علت تنوع و خواص خوبی که دارند در آینده نزدیک نقش‬
‫تعیين کننده ای جهت مسلح کردن سازه های استراتژیک خصوصا سازه های‬
‫دریایی و مقاوم سازی سازه های بتن آرمه اجرا شده در نواحی زلزله خيز‬
‫خواهند داشت‪ .‬آزمایشهای انجام شده تا کنون همگی موئد افزایش مقاومت‬
‫خمش ی‪ ،‬برش ی و محوری نمونه های تقویت شده با الیاف کامپوزیت می باشد‪.‬‬
‫تيرهای تقویت شده با ‪ CFRP‬و ‪ GFRP‬از نظر ظرفیت باربری (مقاومت‬
‫نهایی) وضعیت بسیار مناسب تری نسبت به تيرهای بدون تقویت نشان داده و‬
‫همچنين کاهش تغیير شکل قائم در حين خدمت و محدود کردن عرض و‬
‫گسترش ترکها در بتن برای دوام بیشتر مورد انتظار است‪.‬‬
‫منابع و مراجع ‪:‬‬
‫‪ ‬سازمان ملل متحد‪ " ،‬تقویت سازه های بتن آرمه در مناطق زلزله خيز"‪ ،‬مجموعه گزارشات‬
‫فنی مهندس ی سازمان یونسکو‪.‬‬
‫‪ ‬تسنیمی‪ ،‬عباسعلی‪ " .‬مقاوم سازی قابهای بتن مسلح به کمک بادبندهای فوالدی "‪ ،‬نشریه‬
‫شماره ‪ 331‬مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن‪.‬‬
‫‪ ‬فالحی‪ ،‬کامران‪ " .‬آئين نامه مقاوم سازی لرزه ای ساختمانهای فوالدی "‪ ،‬پایان نامه‬
‫کارشناس ی ارشد مهندس ی سازه‪ ،‬پژوهشگاه بين املللی زلزله شناس ی و مهندس ی زلزله‪.1379،‬‬
‫& ‪ Federal Emergency Management Agancy “FEMA 273‬‬
‫‪FEMA 274”, U.S.A.,1996‬‬
‫‪ ‬مقصودی‪ ،‬علی اکبر‪ -‬هاشمی‪،‬سید حمید‪" .‬بررس ی خواص مکانیکی بتن سبک سازه ای"‪،‬‬
‫مجموعه مقاالت همایش زلزله ‪ ،‬دانشگاه شهید باهنر کرمان‪ ،‬تيرماه ‪.1383‬‬
،"‫ "رفتار و طراحی لرزه ای قابهای خارج از مرکز‬.‫ حسين‬،‫ اکبرزادگان‬-‫ فریبرز‬،‫ ناطقی الهی‬
.1375 ‫پژوهشگاه بين املللی زلزله‬
 Saman , M. Miraran, A., And Shahawy, M., Model of
concrete confined by fiber composites”,J. of Structural
Engineering, ASCE, V.124, No.9.pp. 1025-1031, 1998.
 ACI 440.2R02, ” Guide for the design and construction
of Externally Bonded FRP system for strengthening
concrete structure ACI 440.2R-2002.
 S.T.Smith, J.G.Teng, “ FRP-strengthened RC beams. I:
review of debonding strength models”, Engineering
Structures 24(2002)385-395
 Nanni, a., “concrete repair with Externally Bonded FRP
Reinforcement”, concrete enternational, vol 17,No.
6,june 1995, pp . 22-26.
 Nanni, a.,Focacci, And Cobb.c.a , “ Proposed Procedure
For the desin of RC Flexural Members strengthened
With FRP Sheets “ ,Proceeding ICCI, Tucson, Ariz , Vol 1,
pp. 187-201, 1998.
 S .T. Smith, J,G. Teng , “FRP-strengthened RC beams. II:
Assessment debonding strength models”
 Engineering Structures 24(2002)397-417.