کارفرما: سازمان عمران شهرداری ساری-ناظر شهرداری: مهندس مجید اصغری

پیمانکار: شرکت مقاوم سازی پایون

طرح احداث ساختمان ترمینال دولت شهر ساری از 6 سال پیش شروع به ساخت شد که پس از احداث فونداسیون،ستون گذاری و سقف طبقات بدلایلی پروژه نیمه کاره رها گردید و پس از نزدیک 5 سال برای تکمیل و بهره برداری پروژه متوجه اشکالات طرح سازه ای و جوابگو نبودن مقاطعی از تیر ها و ستون ها در طراحی دوباره سازه مربوطه شدند که از آن جمله میتوان به کرمو بودن و نامناسب بودن مقاومت نمونه بتن ستون ها در آزمایشات و فرسودگی وزنگ زدگی مقاطع فولادی و تشدید الزامات آیین نامه ها از جمله 2800 در ویرایش جدید و ... نام برد. که برای رفع این نقیصه راهی جز استفاده از روش های ترمیم و مقاوم سازی نوین نبود که برای این منظور طی قراردادی با شرکت پایون عملیات مقاوم سازی سازه به این شرکت سپرده شد.

از جمله اقدامات صورت گرفته در این پروژه عبارتند از:

-احداث دیوار برشی در محل های مورد نیاز

-احداث بادبند فولادی در سازه بتنی

-احداث دستک فلزی درمحل اتکای تیر به ستون ضعیف

-تقویت تیر های ضعیف در ناحیه ممان مثبت با مواد CFRP(الیاف مسلح کربنی)

-افزایش مقاطع ستون ها و شاتکریت

-کاشت میلگرد طولی و تزریق اپوکسی در ستون ها و کاشت خاموت های U شکل در ناحیه ممان منفی تیر ها از بالا (سیستم های نزدیک به سطحNSM )

لینک دانلود این پروژه که شامل جزییات نقشه اجرایی و فایل های محاسباتی Etabs با حجم 923 کیلو بایت در زیر آورده شده است:

لینک دانلود نقشه ها و فایل های محاسباتی Etabs پروژه مقاوم سازی ترمینال

كاربرد كامپوزيت‌هاي FRP در سازه‌هاي بتن آرمه و بررسي دوام آنها

مواد كامپوزيتي (Fiber Reinforced Polymers/Plastics) FRP موادي بسيار مقاوم در مقابل محيط‌هاي خورنده همچون محيط‌هاي نمكي و قليايي هستند. به همين دليل امروزه كامپوزيتهاي FRP، موضوع تحقيقات توسعه‌اي وسيعي به عنوان جانشين قطعات و ميلگردهاي فولادي و كابلهاي پيش‌تنيدگي شده‌اند.

ساختار مصالح FRP:

مواد FRP از دو جزء اساسي تشكيل مي‌شوند؛ فايبر (الياف) و رزين (مادة چسباننده). فايبرها كه اصولاً الاستيك، ترد و بسيار مقاوم هستند، جزء اصلي باربر در مادة FRP محسوب مي‌شوند. بسته به نوع فايبر، قطر آن در محدودة 5 تا 25 ميكرون مي‌باشد .

رزين اصولاً به عنوان يك محيط چسباننده عمل مي‌كند، كه فايبرها را در كنار يكديگر نگاه مي‌دارد.

فايبر ممكن است از شيشه، كربن، آراميد و يا وينيلون باشد كه در اينصورت محصولات كامپوزيت مربوطه به ترتيب به نامهاي GFRP، CFRP،AFRP و VFRP شناخته مي‌شود. در ادامه شرح مختصري از بعضي از فايبرهاي متداول ارائه خواهد شد.

- الياف شيشه

- الياف كربن

- الياف آراميد

انواع محصولات FRP :

- ميله هاي كامپوزيتي: ميله‌هاي ساخته شده از كامپوزيت‌هاي FRPهستند كه جانشين ميلگردهاي فولادي در بتن آرمه خواهند شد. كاربرد اين ميله‌ها به دليل عدم خوردگي، مساله كربناسيون و كلراسيون را كه از جمله مهم‌ترين عوامل مخرب در سازه‌هاي بتن آرمه هستند، به كلي حل خواهند نمود.

- شبكه‌هاي كامپوزيتي: شبكه‌هاي كامپوزيتي FRP (Grids) محصولاتي هستند كه از برخورد ميله‌هاي FRP در دو جهت و يا در سه جهت ايجاد مي‌شوند. نمونه‌اي از اين محصول، شبكة كامپوزيتي NEFMAC است كه از فايبرهاي كربن، شيشه يا آراميد و رزين وينيل استر توليد مي‌شود و منجمله براي مسلح كردن بتن مناسب است.

- كابل، طناب و تاندن‌هاي پيش‌تنيدگي: محصولاتي شبيه ميله‌هاي كامپوزيتي FRP، ولي به صورت انعطاف‌پذير هستند، كه در سازه‌هاي كابلي و بتن پيش تنيده در محيط‌هاي دريايي و خورنده كاربرد دارند. اين محصولات در اجزاء پيش‌تنيدة در مجاورت آب نيز بكار گرفته مي‌شوند.

- ورقه‌هاي كامپوزيتي: ورقه‌هاي كامپوزيتي Sheets) FRP)، ورقه‌هاي با ضخامت چند ميليمتر از جنس FRP هستند. اين ورقه‌ها با چسب‌هاي مستحكم و مناسب به سطح بتن چسبانده مي‌شوند. ورقه‌هاي FRP پوشش مناسبي جهت ايزوله كردن سازه‌هاي آبي از محيط خورندة مجاور هستند. همچنين از ورقه‌هاي كامپوزيتي FRP جهت تعمير و تقويت سازه‌هاي آسيب ديده (ناشي از زلزله و يا ناشي از خوردگي آبهاي يون‌دار) استفاده مي‌شوند.

- پروفيل‌هاي ساختماني: مصالح FRP همچنين در شكل پروفيل‌هاي ساختماني به صورت I شكل، T شكل، نبشي و ناوداني توليد مي‌شوند. چنين محصولاتي مي‌توانند جايگزين بسيار مناسبي براي قطعات و سازه‌هاي فولادي در مجاورت آب تلقي شوند.

مشخصات اساسي محصولات كامپوزيتي FRP:

-بالا بودن مقاومت در مقابل خمش و برش

-سبکی و بالا بودن نسبت مقاومت به وزن

-بالا بودن دوام و پایداری و انعطاف پذیری برای سطوح با شکل های مختلف

- مقاومت در مقابل خوردگي و عوامل شیمیایی

-قاومت كششي بسيار بالا

-سازگاری با سیستم های ایمنی در مقابل حریق

-مقاوم در برابر رطوبت و ضربه

- مدول الاستيسيته بالا با توزیع تنش بهینه در تغییر شکل یکسان ظرفیت جذب ارتعاشات

- عايق بودن در محیط های مغناطیسی و الکتریکی

-مقاوت بالا در برابر خستگي و تغییرات دوره ای درجه حرارت

- رفتار خزش مناسب

– چسبندگي مناسب با بتن

-انبساط حرارتي نزدیک فولاد و بتن

استفاده از مواد FRP به عنوان مسلح‌ کنندة خارجي در سازه‌ها

به دنبال فرسوده شدن سازه‌هاي زير‌بنايي و نياز به تقويت سازه‌ها براي برآورده کردن شرايط سخت‌گيرانة طراحي، طي دو دهة اخير تأکيد فراواني بر روي تعمير و مقاوم‌ سازي سازه‌ها در سراسر جهان، صورت گرفته است. از طرفي، بهسازي لرزه‌اي سازه‌ها به‌خصوص در مناطق زلزله‌ خيز، اهميت فراواني يافته است. در اين ميان تکنيک‌هاي استفاده از مواد مرکب FRPبه‌عنوان مسلح‌ کنندة خارجي به دليل خصوصيات منحصر به فرد آن، از جمله مقاومت بالا، سبکي، مقاومت شيميايي و سهولت اجرا، در مقاوم ‌سازي و احياء سازه‌ها اهميت ويژه‌اي پيدا کرده‌اند. از طرف ديگر، اين تکنيک‌ها به دليل اجراي سريع و هزينه‌هاي کم جذابيت ويژه‌اي يافته‌اند.

مواد مرکب FRP در ابتدا به‌عنوان مواد مقاوم ‌کنندة خمشي براي پل‌هاي بتن‌آرمه و همچنين به‌عنوان محصور ‌کننده در ستون‌هاي بتن آرمه مورد استفاده قرار مي‌گرفتند؛ اما به دنبال تلاش‌هاي تحقيقاتي اوليه، از اواسط دهة 1980 توسعة بسيار زيادي در زمينة استفاده از مواد FRP در مقاوم‌‌سازي سازه‌هاي مختلف مشاهده مي‌شود؛ بطوري‌که دامنة کاربردهاي آن به سازه‌هايي با مصالح بنايي، چوبي و حتي فلزي نيز گسترش يافته است. تعداد موارد کاربرد مواد FRP در مقاوم ‌سازي، تعمير و يا بهسازي سازه‌ها از چند مورد در10 سال پيش، به هزاران مورد در حال حاضر رسيده است. اجزاء سازه‌اي مختلفي شامل تيرها، دال‌ها، ستون‌ها، ديوارهاي برشي، اتصالات، دودکش‌ها، طاق‌ها، گنبدها و خرپاها تا کنون توسط مواد FRP مقاوم شده‌اند.

مقاوم ‌سازي سازه‌هاي بتن آرمه با مواد FRP

مواد مرکب FRP، دامنة وسيعي از کاربردها را براي مقاوم ‌سازي سازه‌هاي بتن‌آرمه در مواردي که تکنيک‌هاي مرسوم مقاوم‌ سازي ممکن است مسئله‌ ساز باشند، به ‌خود اختصاص داده‌اند. براي نمونه، يکي از معمول‌ترين تکنيک‌ها براي بهسازي اجزاء بتن آرمه، استفاده از ورق‌هاي فولادي است که از بيرون به اين اجزاء چسبانده مي‌شود. اين روش، روشي ساده، مقرون به صرفه و کارا است؛ اما از جهات زير مسئله‌ ساز است: 1- زوال چسبندگي بين فولاد و بتن که از خوردگي فولاد ناشي مي‌شود.
2- مشکلات ساخت صفحات فولادي سنگين در کارگاه ساختمان. 3- نياز به نصب داربست.
4- محدوديت طول در انتقال صفحات فولادي به کارگاه ساخت (در مورد مقاوم ‌سازي خمشي
اجزاء بلند).

نوارها يا صفحات مي‌توانند جايگزيني براي صفحات فولادي باشند. مواد FRP برخلاف فولاد، تحت تأثير زوال الکتروشيميايي قرار نمي‌گيرند و مي‌توانند درمقابل خوردگي اسيدها، بازها و نمک‌ها و مواد مهاجم مشابه در دامنة وسيعي از دما مقاومت کنند. در نتيجه نياز به سيستم‌هاي حفاظت از خوردگي نمي‌باشد وآماده‌کردن سطوح اعضاء قبل از چسباندن صفحات FRP و نگهداري از آن‌ها بعد از نصب، از صفحات فولادي آسان‌تر است.

علاوه بر اين، الياف مسلح‌کننده در FRP مي‌توانند در موضع معين و در نسبت حجمي و جهت خاصي درون ماتريس قرارگيرند تا بيش‌ترين کارايي به‌دست آيد. مواد حاصله تنها با درصدي از وزن فولاد، مقاومت و سختي بالايي در جهت الياف دارند. آن‌ها همچنين حمل و نقل آسان‌تري داشته، نيازمند داربست کمتري براي نصب مي‌باشند، و مي‌توانند براي مکان‌هايي که داراي دسترسي محدود هستند، مورد استفاده قرار گيرند؛ و پس از نصب، بار اضافي قابل‌توجهي را به سازه تحميل نمي‌کنند.

روش مرسوم ديگر در مقاوم ‌سازي اعضاي بتن‌آرمه، استفاده از پوشش‌هايي از نوع بتن‌آرمه، بتن پاشيدني و يا فولاد مي‌باشد. اين روش تا جايي که مربوط به مقاومت، سختي و شکل ‌پذيري مي‌شود، کاملا مؤثر است؛ اما باعث افزايش ابعاد مقاطع و بار مردة سازه مي‌شود. همچنين اين شيوه نيازمند عمليات پر دردسر و تخلية ساكنين است و به صورت بالقوه باعث افزايش نامطلوب سختي اعضاي بتن‌آرمه مي شود. به‌عنوان يک جايگزين، صفحات FRP مي‌توانند به دور اجزاء بتن‌آرمه پيچيده شوند و افزايش قابل توجه مقاومت و شکل ‌پذيري را به دنبال داشته باشند؛ بدون آن‌که تغيير زيادي در سختي ايجاد نمايند. يک نکتة مهم در ارتباط با مقاوم ‌سازي اعضا با استفادة خارجي از FRP آن است که بايد درجة مقاوم‌ سازي (نسبت ظرفيت نهايي عضو مقاوم‌شده به ظرفيت نهايي عضو مقاوم ‌نشده) را محدود کنيم تا حداقل سطح ايمني در حوادثي مانند آتش ‌سوزي که منجر به از دست رفتن کارايي FRP مي‌شوند، حفظ گردد.

شكل 1- نمونه‌هايي از تقويت خمشي و برشي تير بتن آرمه با ورقه‌هاي FRP

امروزه مواد كامپوزيتي FRP به وفور جهت تقويت خمشي و برشي تيرهاي بتن آرمه به كار مي‌روند كه نمونه‌اي از آن در شكل 1 نشان داده شده است. در اين شكل ملاحظه مي‌شود كه با متصل كردن صفحات FRP به وجه پاييني تير ظرفيت خمشي مثبت و با متصل كردن آن به وجه بالايي تير ظرفيت خمشي منفي حاصل مي‌شود. هم‌چنين مي‌توان با اتصال صفحات FRP به دو وجه كناري تير، ظرفيت برشي مناسبي فراهم نمود.

در شکست تيرهاي بتن‌آرمة تقويت شده با صفحات FRP مکانيزم‌هاي مختلف شکست، ازجمله گسيختگي صفحات FRP، خرد شدگي بتن، شکست برشي بتن و ترک ‌خوردگي در محل اتصال چسب با بتن، گزارش شده است. همچنين نشان داده شده است که نوع FRP، ضخامت و طول آن باعث ايجاد انواع مختلفي از شکست نرم يا ترد مي‌شود. بخصوص خواص مکانيکي ناحية اتصال FRP و بتن از اهميت خاصي برخوردار است. در اين ميان جدا شدن صفحات FRP از بتن مسالة كاملا حائز اهميت است و امروزه توجه زيادي را در دنيا به خود جلب مي‌نمايد. در اين ارتباط به نظر مي‌رسد كه استفاده از تقويت‌کننده‌هاي خارجي حتي به ميزان کم، مي‌تواند ايمني قابل ملاحظه‌اي در برابر جدا شدن صفحات FRP از بتن، و نيز شکست‌هاي برشي ترد فراهم آورد.

از طرفي مواد كامپوزيتي FRP به وفور جهت تقويت خمشي و فشاري و نيز افزايش شكل پذيري ستون‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرند. در همين ارتباط محصور شدگي بتن مهم‌ترين خصوصيتي است كه مي توان آن را با چسباندن اين مواد در اطراف ستون‌ها فراهم نمود. از طرفي استفاده از مواد كامپوزيتي FRP براي افزايش شكل پذيري اتصالات و رفتار مناسب‌تر آن در زلزله نيز بسيار مطلوب خواهد بود.