بررسی FRP | مقاوم سازی با FRP

فناوری های نوین عمرانی
تایپوگرافی
  • خیلی کوچک کوچک متوسط بزرگ خیلی بزرگ
  • پیش فرض Helvetica Segoe Georgia Times

بررسی کامل FRP ، کاربرد frp ، مشخصات frp ، frp چیست ، frp در ساختمان ، انواع محصولات frp ، روش اجرای frp ، الیاف اف آر پی (FRP) ، مزایا و معایت frp ، مقاوم سازی با الیاف frp ، مقاوم سازی تیر و ستون بتنی با frp ، مقاوم سازی ساختمان با frp ، دانلود پاورپوینت frp ، تقویت و مرمت با FRP ، مقاوم سازی تیر بتنی با FRP ، مقاوم سازی و تقویت ستون بتنی با FRP

همواره به یک یا چند دلیل مجبور به مقاوم سازی ساختمان ها و سازه های عمرانی میباشیم که این مقاوم سازی ها میتواند به روش های مختلف و با مصالح مختلف انجام گیرد که هر یک از این مصالح و روش ها با توجه عضو مورد نظر که قرار است ترمیم و تقویت شود مورد استفاده قرار میگیرند یکی از روش های ساده و سریع و در عین حال باکیفیت استفاده از الیاف و مواد اف آر پی (FRP) میباشد. که در ادامه به توضیح کامل این مواد تقویتی میپردازیم.

دلایل ترمیم و تقویت ساختمان ها

  • در موارد متعددی ممکن است کاربری یک سازه دستخوش تغییر شود.
  • خطاهای طراحی شامل عدم شناخت خاک و پی، عدم توجه به اصول مبانی طراحی ساختمان های مقاوم در برابر زلزله، اشتباه در تحلیل و طراحی، تهیه نقشه ها، مدارک و جزئیات اجرایی باعث کاهش توان باربری در سازه، خرابی زود هنگام با پیامدهایی در شکل ظاهری بنا می شود.
  • آسیب دیدگی سازه ها تاشی از بلایای طبیعی موجب وارد شدن خسارت و بروز نواقص در سازه ها گردد لذا به منظور استفاده مجدد، نیاز است سازه ترمیم گردد.
  • خطاهای اجرایی از قبیل اشکال در قالب بندی، آرماتور بندی ، تولید و اجرای بتن، قالب برداری و عمل آوری بتن که اغلب از عدم وجود سیستم های کنترل کیفی، نظارت و یا وجدان کاری در کارگاه ناشی می شود.
  • خوردگی فولاد و تخریب شیمیایی بتن، خوردگی قطعات فولادی در سازه های مجاور آب از قبیل خورردگی ناشی از کربناتاسیون ، نفوذ کلر به داخل بتن، تهاجم سولفات ها و اسیدها، یک مساله بسیار اساسی تلقی میگردد.
  • بررسی زلزله های اخیر نشان می دهد سازه های مطابق آیین نامه های قدیمی ساخته شده اند ، آسیب پذیر بوده و عمدتا نیاز به تقویت دارند.

روش های مقاوم سازی ساختمان ها و سازه های فلزی و بتنی

1 -استفاده از دیوار برشی بتنی و فولادی

2 -استفاده از بادبندها

3 -استفاده از غلاف فولادی برای ستوی ها

4 -استفاده از بتن با مقاومت بالا

5 -استفاده از کامپوزیت های FRP به صورت نوار و میلگرد

6 -استفاده از سیستم های جاذب انرژی نظیر میراگرها و جداسازهای لرزه ای

مقاوم سازی با استفاده از الیاف FRP

استفاده از مواد مرکب ساخته شده از الیاف در محیط رزین پلیمری به عنوان پلیمرهای مسلح شده با الیاف اف آر پی (FRP - Fiber Reinforved Polymers) به عنوان یک ضرورت در جایگزینی مصالح سنتی و شیوه های موجود معرفی شده است.

سیستم FRP بدین صورت تعریف میشود که الیاف و رزین ها برای ساخت چند لایه مرکب مورد استفاده قرار میگیرند به نحوی که که رزین های مصرفی به منظور چسباندن چند لایه مرکب به سطح بتن زیرین و پوشش ها به منظور محافظت مصالح ترکیب شده استفاده میشوند.

مزایای مقاوم سازی با استفاده از الیاف FRP

  • مقاوم سازی با الیاف پلیمری نسبت به روش های سنتی تداخل کمتری در کاربری ساختمان در حین اجرا ایجاد می نماید.
  • در مواردی که استفاده از ماشین آلات سنگین و یا توقف کاربری ساختمان در هنگام اجرا امکان پذیر نیست. استفاده از الیاف پلیمری FRP تنها روش مقاوم سازی می باشد.
  • از دیگر مزایای frp ها نسبت بالای مقاومت به وزن و سختی به وزن، اتصال مناسب بین ورق های frp با تیر یا ستون میباشد.
  • دارای قابلیت اجرای سریع و آسان
  • مقاومت کششی زیاد
  • مقاومت در برابر خوردگی
  • نفوذ ناپذیری مغناطیسی
  • امکای تقویت به صورت خارجی
  • روش های تولید حجیم و وسیع

معایب مقاوم سازی با استفاده از الیاف FRP

  • ترد شدن گسیختگی تیر و ناگهانی بودن آن
  • جدا شدن کامپوزیت از بستر بتنی خود

کاربرد های FRP

  • از FRP در تقویت ستون ها، تیرها، دال ها، اتصالات، دیوارهای برشی بتنی، دیوارهای آجری، پایه و عرشه پل ها و . . . می توان استفاده نمود.
  • تکنیک مقاوم سازی ستون های مسلح بتنی با استفاده از کامپوزیت های اف آر پی (FRP) به طور گسترده ای به جای پوشش نمودن به وسیله فولاد (Jacketing Steel) مورد کاربرد قرار گرفته است. در مقایسه با استفاده از تنگ ها و مارپیچ فولادی، تکنیک محصور سازی با استفاده از FRP قابلیت این را دارد که محصور شدگی را به صورت پیوسته برای تمام مقطع عرضی ستون تامین کنند.
  • همچنین FRP ها دارای خواص ذاتی مطلوبی ( نسبت زیاد مقاومت به وزن و مقاومت بالا در برابر خوردگی و خنثی بودن الکترومغناطیسی )هستند به گونه ای که می توان در مقاوم سازی یا بازسازی اعضای بتنی به طور موفقیت آمیزی از آ نها بهره گرفت.
  • FRP میتواند شکل پذیری دیوار های بنایی را افزایش داده و آنها را مهار نماید.
  • از FRP در تقویت دیوارهای برشی نیز استفاده میگردد.
  • FRP می تواند در تیرها و دال های بتنی به عنوان جایگزین تمام یا بخشی از میلگرد کششی مورد نیاز بکار رود. همچنین FRPدر اتصاالت بتنی می توا د استفاده گردد و شکل پذیری اتصال را افزایش دهد ( تقریبا هیچ روش دیگری نمی تواند چنین تاثیری داشته باشد)

فیبرهای پلیمری تقویت شده FRP

سیستم تقویتیFRP (فیبر های پلیمری تقویت شده) یکی از مصالح کامپوزیت متشکل از دو بخش فیبر یا الیاف تقویتی است که به وسیله یک ماتریس رزین از جنس پلیمر احاطه شده است. فیبر های frp به روش پل اکریلونیتریل (PAN) ساخته میشوند و میلگردها و پروفیل ها به روش پالتروژن (Pultrusion) تولید میگردند که در این روش دسته های الیاف پس از آغشته شدن در رزین پس از عبور از یک قالب در کنار هم قرار گرفته و یک پروفیل دارای مقطع ثابت منشوری را به وجود می آورند.

اشکال مختلف FRP

1- ورق های FRP

2- میلگردهای FRP 

3 -مش های FRP

4 -پروفیل های FRP

اشکال مختلف FRP (محصولات FRP ، انواع FRP)
اشکال مختلف FRP (محصولات FRP ، انواع FRP)

ورق های FRP

ورقه های FRP ، ورقه های با ضخامت چند میلیمتر از جنس FRP هستند این ورقه ها با چسب های مستحکم و مناسب به سطح بتن چسبانده میشود از ورقه های FRP جهت تعمیر و تقویت سازه های آسیب دیده (ناشی از زلزله و یا ناشی از خوردگی آبهای ید دار) استفاده میشود. ورق های FRP از لحاظ شکل پذیری میتوانند به شکل پارچه ای وصفحه ای باشند که شکل پارچه ای خاصیت شکل پذیری بالایی دارد و الیاف آن میتواند در یک و یا دو جهت باشد ، صفحه ها بر خلاف الیاف پارچه ای، شکل پذیر نیستند و در ضخامت و عرض های مختلف یافت میشوند.

میلگرد های FRP

فولاد های ساختمانی به طور مختصر در مقابل خوردگی به وسیله قلیای بتن محافظت می شوند و معمولا سبب دوام خدمت پذیری سازه می گردند برای خیلی از سازه هایی که در محیط های مهاجم از قبیل سازه های دریایی، پل ها، پارکینگ ها که معرض نمک های یخ زا قرار می گیرن ترکیب رطوبت، افزایش دما و محیط کلریدی قلیایی بتن را کاهش میدهد و سبب خودرگی فولاد ها میشود که در نهایت موجب تخریب سازه بتنی میشود به همین خاطر امروزه از میلگرد های ساخته شده با مواد پلیمری FRP در این سازه ها استفاده میشود.
میلگرد های FRP دارای یک رفتار غیر شکل پذیر میباشند لذا موارد استفاده این میلگردها محدود به سازه هایی میشود که مهم ترین مشکل آنها خوردگی یا خاصیت الکترومغناطیسی فولاد میباشد. رفتار مکانیکی میلگرد ها FRP با میلگردهای فولادی تفاوت دارد لذا نحوه طراحی سازه های بتنی با استفاده از میلگردهای FRP دارای تغیراتی نسبت به میلگردهای فولادی میباشد. میلگرد های فولادی دارای رفتار تقریبا همسانگرد میباشند ولی میلگرد های پلیمری دارای رفتار ناهمسانگرد هستند. این رفتار ناهمسانگرد در مقاومت برشی و رفتار چسبندگی میلگرد هایی FRP به بتن تاثیر میگذارد.

  • انواع میلگرد FRP

    میلگردهای کامپوزیتی FRP متشکل از دو بخش پلیمری FRP و رزین هستند. رفتار هر دو ماده الیاف پلیمری FRP و رزین در رفتار نهایی آرماتور کامپوزیتی FRP موثر است. بر اساس نوع رزین که می تواند یکی از انواع پلی استر، اپوکسی، وانیل استر یا PVC باشد یا نوع الیاف پلیمری FRP که می تواند یک از انواع کربن، الیاف شیشه یا فیبر نوری و یا آرامید باشد، سه نوع میلگرد کامپوزیتی FRP در بازار موجود است.

    میلگرد شیشه یا آرماتور کامپوزیتی GFRP (Glass fiber-Reinforced Polymer)

    میلگرد کربن یا CFRP (Carbon fiber-Reinforced Polymer)

    میلگرد آرامید AFRP (Aramid Fiber-Reinforced Polymer)

    از میان میلگردهای فوق، میلگرد فایبرگلاس یا GFRP ارزان ترین آرماتور است.

  • مهم ترین مزایای میلگرد های FRP نسبت به سایر میلگرد های موجود در بازار

       - مقاومت در برابر خوردگی

       - وزن مخصوص کمتر (25% کمتر از فولاد)

       - مقاومت کششی

       - مقاومت خستگی (مقاومت مناسب در برابر سیکل های بارگذاری)

       - چسبندگی مناسب با بتن

انواع مختلف FRP بر اساس فیبر تشکیل دهنده

  • CFRP با الیافی از جنس کربن
  • GFRP با الیافی از جنس شیشه
  • AFRP با الیافی از جنس آرامید
  • BFRP با الیافی از جنس بازالت
انواع FRP (جنس FRP)
انواع FRP (جنس FRP)

نقش های اصلی ماتریس در FRP

1 -انتقال برش از فیبر تقویتی به ماده مجاور

2 -محافظت از فیبر در شرایط محیطی

3 -جلوگیری از خسارات مکانیکی وارد بر الیاف

4 -کنترل کمانش موضعی الیاف تحت فشار

سیستم های تقویت سازه ها با استفاده از FRP

1 -بهسازی سازه های موجود

طیف وسیعی از سازه ها هستند که ضوابط مربوط به آیین نامه زلزله را تامین نمیکنند و یا بر اساس آیین نامه های قدیمی ساخته شده اند استفاده از این کامپوزیت در چنین سازه هایی به منظور تقویت و بهسازی لرزه ای آنها است .همچنین زمانی که تغییر کاربری یک ساختمان سبب ایجاد ضعف در بعضی از اجزای آن می شود می توان از چنین سیستمی بهره گرفت از این دسته تقویت می توان به تقویت سازه ها به منظور افزایش بارهای زنده ،افزایش بار های ترافیکی و نیز لزوم قرار گیری ماشین آلات سنگین در قسمتی از ساختمان های موجود که در طراحی اوایه سازه برای آنها پیش بینی خاصی نشده است اشاره کرد.

2 -تعمیر سازه های آسیب دیده

علت دیگر استفاده از کامپوزیت FRP در اعضای بتن مسلح جلوگیری از شکست سازه هایی است که به دلایلی از قبیل آتش سوزی، زلزله، عبور وسایل سنگین ، خوردگی آرماتورهای فولادی و گذشت
عمر مفید مصالح دچار خرابی های ظاهری و موضعی شده اند . به این نوع استفاده از ورقه های FRP مرمت یا تعمیر گفته می شود.

 

 تقویت تیر بتنی با FRP

تیر های بتنی را با روش های مختلفی میتوان مقاوم سازی و تقویت نمود که از جمله آنان ژاکت فلزی و بتنی ، FRP میباشد. مقاوم سازی تیر بتنی با استفاده از FRP باعث افزایش ظرفیت خمشی و برشی تیر و همچنین مقاومت در برابر خوردگی و سایش میشود (از خصوصیات بارز FRP مقاومت بالا در برابر سایش و خوردگی میباشد) جهت تقویت تیر بتنی از ورق های FRP که در نواحی خاصی از تیر بتنی اجرا میشود استفاده میگردد. از ورق های FRP میتوان جهت تقویت تیرهای بتنی پیش تنیده ، تیرهای بتن مسلح و تیرهای پیش ساخته استفاده نمود.

مزایای تقویت مقاوم سازی تیر بتنی با FRP :

  • افزایش مقاومت خمشی و برشی تیرها
  • کنترل عرض ترکها
  • افزایش شکل پذیری تیر
  • سهولت اجرای مقاوم سازی
  • سرعت بالا در مقاوم سازی
  • عدم تغییر قابل توجه در ابعاد تیر
  • افزایش مقاومت در برابر خوردگی

روش اجرای مقاوم سازی تیر بتنی با FRP (مراحل تقویت و مقاوم سازی تیر با FRP) :

1- آماده کردن سطح تیر :

در این مرحله باید مواد اضافی و گرد و خاک ها از سطح بتن زدوده شده و تمام ناهمواری ها با استفاده از وسایل مناسب نظیر فرز صاف و یک دست گردد و سطح بتن آماده اجرای FRP شود تا اتصال مناسبی بین بتن و FRP ایجاد گردد.

2- پخش چسب مخصوص به سطح آماده شده بتن :

مرحله بعدی آغشته کردن سطح بتن به چسب میباشد.با توجه به اینکه مقاومت رزین ها و چسبها از مقاومت بتن بیشتر است، به همین دلیل در اغلب حالات مکانیزم شکست در بتن رخ می‌دهد و شکست در لایه چسب به ندرت رخ می‌دهد. تنها در صورت استفاده از چسب نامناسب و یا اجرای غلط و نامطلوب در سیستم FRP، امکان بروز مشکل در لایه چسب وجود دارد. این مشکل در سطح مشترک چسب و الیاف FRP و یا در سطح مشترک بتن و چسب رخ می‌دهد.

3- چسباندن ورق های FRP :

مرحله پایانی چسباندن ورق های FRP میباشد که باید توسط افراد متخصص و ماهر صورت گیرد تا بتوان به مقاومت مورد نطر دست یافت.

مقاوم سازی تیر بتنی با FRP
مقاوم سازی تیر بتنی با FRP

 

تقویت تیر بتنی با  FRP
تقویت تیر بتنی با FRP

 

 تقویت ستون بتنی با FRP

به منظور تقویت و افزایش مقاومت ستون بتنی در برابر زلزله، سایش، خوردگی، حرارت، آتش سوزی و یا باز گرداندن ستون به عملکرد دلخواه از ورق های تقویتی FRP استفاده قرار می‌گردد. در ساختمان ها اغلب زنگ زدگی، خوردگی، افزایش بار زنده یا مرده و خطاهای ساخت، منجر به ضعیف شدن ستون ها می شود که نیاز به مقاوم سازی ساختمان دارند از آنجایی که ستون ها نقش اساسی و مهمی را در ساختمان ها بر عهده دارند لذا تقویت آنان نیز بسیار مهم میباشد. در تقویت ستونها میتوان از میلگرد ها و ورق های FRP کمک گرفت ، میلگردها جهت کاشت در داخل ستون ، ورق های FRP هم به صورت دورپیچ ستون استفاده نمود که این مقاوم سازی دارای مزایای زیر میباشد.

مزایای تقویت و مقاوم سازی ستون بتنی با FRP :

  • افزایش مقاومت ستون در برابر کمانش و شکست
  • زمان کم مقاوم سازی
  • افزایش شکل پذیری تیر
  • سهولت اجرای مقاوم سازی
  • عدم تغییر قابل توجه در ابعاد ستون
  • افزایش مقاومت در برابر خوردگی

روش اجرای مقاوم سازی ستون بتنی با FRP (مراحل تقویت و مقاوم سازی ستون با FRP) :

تمام مراحل مقاوم سازی ستون بتنی با استفاده از FRP همانند تیر های بتنی میباشد.

1- آماده کردن سطح ستون:

در این مرحله باید مواد اضافی و گرد و خاک ها از سطح بتن زدوده شده و تمام ناهمواری ها با استفاده از وسایل مناسب نظیر فرز صاف و یک دست گردد و سطح بتن آماده اجرای FRP شود تا اتصال مناسبی بین بتن و FRP ایجاد گردد.

2- پخش چسب مخصوص به سطح آماده شده بتن :

مرحله بعدی آغشته کردن سطح بتن به چسب میباشد.با توجه به اینکه مقاومت رزین ها و چسبها از مقاومت بتن بیشتر است، به همین دلیل در اغلب حالات مکانیزم شکست در بتن رخ می‌دهد و شکست در لایه چسب به ندرت رخ می‌دهد. تنها در صورت استفاده از چسب نامناسب و یا اجرای غلط و نامطلوب در سیستم FRP، امکان بروز مشکل در لایه چسب وجود دارد. این مشکل در سطح مشترک چسب و الیاف FRP و یا در سطح مشترک بتن و چسب رخ می‌دهد.

3- چسباندن ورق های FRP :

مرحله پایانی چسباندن ورق های FRP میباشد که باید توسط افراد متخصص و ماهر صورت گیرد تا بتوان به مقاومت مورد نطر دست یافت.

مقاوم سازی ستون با FRP
مقاوم سازی ستون با FRP

 

تقویت ستون بتنی با FRP
تقویت ستون بتنی با FRP