مهندسین عمران و نخبگان ایران(دکترشکوهی)

چنانچه سازه اي تحت شرایط خاص(زلزله یا گود برداري یا ...) آسیبدیده باشد ویا اگرقصد تغییر کاربري ساختمان(مسکونی به آموزشی)

داشت و نیازمند مقاوم سازي یا ترمیم و تقویت سازه هستیم. به دنبال فرسوده شدن سازههاي زیربنایی و نیاز به تقویت سازهها براي

گرفته است. از طرفی، بهسازي لرزهاي سازهها بهخصوص در مناطق زلزله خیز، اهمیت فراوانی یافته است. آنچه در این مقاله به آن اشاره

هر روش میباشد. و در انتها نیز اشاره اي به روشهاي نوین مقاوم سازي سازه هاي بتنی شده است

FRP- چکشاشمیتس – آلتراسونیک -NSM کلمات کلیدي : مقاوم سازي - سیستم

بهسازي لرزهاي سازهها بهخصوص در مناطق زلزله خیز، اهمیت فراوانی یافته است. در این میان تکنیکهاي زیادي براي مقاوم سازي

بکار برده شده است که در همه این تکنیکها 3 مرحله کلی زیر به عنوان اصول مقاوم سازي رعایت میگردد. :

مرحله 1- شناسایی و قضاوت اولیه

،دفترچه محاسبات و از این قبیل تهیه میگردد.

مرحله 2 تهیه اطلاعات لازم از ظاهر سازه اجرا شده

- بازدید مکرر از سازه

- اندازه گیري اعضاي سازه(مقاومت میلگرد ها و بتن و...)

- بررسی کیفیت اجراي تیر ها و ستون ها،دیوار برشی ،سیستم سقف،پوششبتن روي میلگرد ها،قطع و پیوستگی میلگرد ها

مرحله 3 بررسی نهایی در ترمیم

[ عوامل اصلی در تقویت سازه ها اقتصادي و اجرایی بودن و سرعت اجراي طرح میباشد.[ 1

روشهاي نمونه برداري از سازه (بررسی وضعیت داخلی بتن تیر و ستون ها )

روشغیر مخرب (چکشاشمیتسو...) :

برحسبمیزان برگشت چکش(میله)مقاومت اعضا تعیین میگردد.

مشکلات استفاده از چکشاشمیتس:

- نشان دادن مقاومت کم بهنگام برخورد با ریزدانه

- نشان دادن مقاومت زیاد بهنگام برخورد با درشتدانه

- نشان دادن مقاومتمیلگرد هنگام برخورد به میلگرد در اثر کم بودن پوششبتن

روشارسال امواج( اولتراسونیک)

مقاومتبتن بر حسب سرعت عبور امواج تعیین میگردد.

شکل 1- بررسی وضعیت داخلی بتن تیر و ستون ها بروشروشارسال امواج( اولتراسونیک)

مشکلات روشاولتراسونیک:

- هرچه در بتن مسلح تراکم میلگرد در منطقه مورد آزمایشزیاد باشد باعثمیشود مقاومتکاذب نشان دهد.

- اشباع بودن یا غیر اشباع بودن بتن در محاسبه تاثیر میگذارد.

- وجود حباب هوا(تخلخل بتن)تاثیر دارد.

اولتراسونیکباید در قسمتی که پوششمیلگرد کمتر استنصب شود(در تیر ها قسمت میانی)

براي داشتن نمونه هاي استاندارد باید ارتفاع نمونه ها از دو برابر قطر آن بزرگتر باشد.

در این روشهرچه نمونه از عمق بتن با مته دریافت شود مقاومتبیشتري نشان خواهد داد.

نمونه ها از جایی میبایستبرداشتشود تا نقاط ضعف در سازه ایجاد نشود

طول دهانه نزدیکتکیه گاه میباشد. ¼ در تیر ها .بهترین مقطع براي نمونه برداري در

در مقطع عرضی بهترین جا براي نمونه گیري نزدیکتار خنثی میباشد زیرا در تار خنثی تنشبه بتن وارد نمی آید.

همچنین مغزه گیري از بتن را میتوان از بتن روي تیرچه ها انجام داد تا به باربري تیر یا ستون سازه هم لطمه وارد نیاید.

fy نمونه برداري از میلگرد هاي مقطع بمنظور تعیین

نمونه ها میبایست از انواع فولاد هاي موجود در محل هاي مختلف و از جایی برداشت شود تا کمترین تاثیر در مقاومت مقطع داشته باشد.

الف)فولاد هاي طولی :الف- 1) انتهاي تقویتی

طول دهانه) ¼ میابستاز منتهی الیه قسمتتقویتی نه از میلگرد هاي سراسري در مقاطع بزرگ(ترجیحا از

الف- 2)فولاد اسمی: دروسط دهانه در بالاي تیر

ب)فولاد عرضی (خاموت یا تنگ): از وسط نمونه برداشت شود

-در مقطع عرضی میلگرد ها از قسمتگوشه نمونه برداشتنشود.

-فولاد عرضی در تیرها باید ازوسط تیرها قسمتی که ممان ماکزیمم(برش حداقل) است برداشت شود(ازنقاطی که پوششبتن روي آن

کم است).

-نباید از محل گره ها نمونه برداري انجام گیرد. و به هیچ وجه نباید از میلگرد هاي سراسري(حداقل) برداشت شود.

الف)پی هایکه نیاز به تقویتندارند ولی ستون مربوطه نیاز به تقویت دارد :

بوسیله چاله زنی و شستشوي آن با مته میلگرد هاي طولی ستون جدید در داخل پی جاگذاري میشود .هرچه طول چال بیشتر باشد

مقاومت درگیري فولاد و بتن بیشتر میشود.

جدید به صورت تعداد میلگرد بیشتر و قطر میلگرد هاي کمتر As براي ستون جدید باشد توصیه میشود این As اگر در محاسبات نیاز به

استفاده گردد تا مقاومت درگیري بیشتري ایجاد گردد.

بود.

شکل 2-مقاوم سازي پی ستون ها بوسیله سیستم پدستال

F=fy . As M=F . d : مطابق رابطه زیر ظرفیت ستون براي تحمل خمشدر پاي ستون افزایشخواهد یافت

درنتیجه در سیستم پدستال نیروي وارده به میلگرد کمتر و ضریب اطمینان بیشتر خواهد شد و مشکل برش پانچ نیز حل خواهد شد.

با شناژ بندي نیز سختی صفحه پی بیشتر خواهد شد.

ب)پی نیاز به تقویتدارد:

براي حل مشکل پی با خاکبرداري اطراف پی بجاي خاك برداشت شده از مصالح پر کننده استفاده می نماییم. مصالح پر کننده میتواند

بتن مگر،مصالح سنگی ؛مصالح رودخانه اي با تراکم بالاي 95 % باشد.

براي کنترل پانچ هر دو پی قدیم و جدید معیار کنترل قرار میگیرد و براي ظرفیتباربري و فولادگذاري خمشی سطح جدید معیار کنترل

میباشد.

تنگ در داخل ستون جدید استفاده میشود که در طبقات یکی در میان جهات قرارگیري آن تغییر می U که براي تقویت ستون ها از دو

نماید. قبل از افزایشمقطع ستون ها باید حتما گوشه هاي ستون را بشکنند وبا ماسه پاشی و شستشو با فشار آب سطح کاملا زبر و آماده

اتصال با سطح بتن جدید شود.

شکل 3- مقاوم سازي ستون هاي بتنی شکل 4- ایجاد پانچ هایی در سقف براي بتن ریزي ستون جدید

گرفت .

نحوه بتن ریزي در ستون جدید:

اسلامپبتن جدید باید بین 1 تا 3 باشد و از مواد منبسط کننده و موادروان کننده میبایستدر بتن استفاده شود.

ارتفاع ستون باشد. و در حین بتن ریزي ¼ قیف مناسب بتن ریزي در صورت امکان در راسستون و در ستون هاي بین طبقات در حدود

از شمعکگذاري براي تامین پایداري سقف استفاده شود.

بتن ریزي ستون یکبار از وسط ستون انجام میشود و سپسباقیمانده ستون بوسیله قیف در راس ستون بتن ریزي میشود.و براي عبور

میلگرد هاي طولی ستون از کف مطابق شکل از پانچ هاي با قطر 4 اینچی که با مته مغزه گیري میشود استفاده میگردد

گره قرار گیرد. ½ وصله ستون جدید بهتر استبجاي قرار گرفتن در گره در

اگر تعداد میلگرد ها زیاد باشد چون باید براي هر میلگرد پانچی با مته در نظر گیریم به مشکل اجرایی بر می خوریم که براي همین بهتر

است از تعداد میلگرد کمتر با قطر بیشتر استفاده شود.

شکل وارونه استفاده میکنیم. U در تقویتتیر ها نیز براي تحمل برشدر ستون جدید از دو خاموت

براي عبور میلگرد طولی جدید تیر از محلی که ستون قرار دارد از خم استاندارد استفاده میشود.

شکل 5- تقویت تیر ها

با حداکثر فواصل آیین نامه استفاده میشود. d/ براي فولاد عرضی تیر ها از میلگرد هاي با قطر زیاد 4

در هر چند سوراخ دو سوراخ مقابل بزرگتر پانچ میشوند تا بتن ریزي از این محل ها به درون تیر جدید صورت گیرد.

وارونه به عنوان فولاد عرضی استفاده می شود. U امکان قلاب کردن میلگرد وجود ندارد بنابر این از دو

(NSM مراحل کاشتن میلگرد (روشنزدیکبه سطح

- چال زنی و تمییز کردن محل چاله و سطح بتن اطراف

- قرار دادن میلگرد + محصور کردن فضاي تزریق و افزایشفشار تزریق + -ضربه و ارتعاش

-از سیمان زودگیر اسفاده میشود و دوره مراقبت را افزایشمی دهیم .

مواد تزریق در کاشتن میلگرد ها :

-ماسه عبوري از الکنمره 4 ، سیمان ، آب + مواد روان کننده ، چسب کانتکسو مواد افزودنی(منبسط کننده)

با اتصال دستکدر زیر تیر و ستون طبقه میتوان مقاومتخمشی تیر نزدیکتکیه گاه را زیاد نمود.

شکل 6 – احداث دستکفولادي

براي اتصال دستکدر تیر و ستون ابتدا محل هاي مورد نظر بتن ستون را با پانچ سوراخ نموده و بولت ها را در مجل مورد نظر قرار داده و

محکم و مقطع فولادي را به آن جوشمیدهیم. Plate با پیچ به

شکل 7-نحوه اتصال دستکفولادي به تیر ستون

FRP مقاوم سازي ستون و عرشه با

عمدتا براي بهسازي رفتار سازه هاي موجود یا تعمیر خرابیهاي ایجاد شده در اثر خستگی ، خوردگی ، فرسودگی و... FRP پوششهاي

در سازه هاي موجود به کار میروند.این پوششبه وجه خارجی عضو بتن می چسبند . نسبت وزن به مقاومت این مواد 50 برابر بتن و 18

الیاف شیشه ، CFRP متداول در مهندسی عمران عبارتند از الیاف کربن FRP برابر فولاد میباشد .انواي کامپوزیت هاي پلیمري

میتوان به وزن کم ، انعطاف پذیري بالا ،راحتی در جابه جایی، سرعت FRP و الیاف آرامید . از محاسن کامپوزیت هاي پلیمري GFRP

عمل بالا، برشکاري در قطعات دلخواه ، سادگی اجرا و امکان تقویت به صورت خارجی و از معایب آن نیزمیتوان به آسیب پذیري در

[ مقابل آتشسوزي و کم تجربگی مشاوران و پیمانکاران اشاره نمود .[ 2

FRP شکل 8- ستون هاي یکپل قبل و بعد از مقاوم سازي با جاکت

با عرض 5 تا 15 سانتی متر بر روي سطح تمیز شده عضو- FRP در اعضاي تخت مانند دالها و تیر ها صفحات پیشساخته کامپوزیتهاي

سطح بتن با ماسه و با فشار هوا تمیز می شود و با استفاده از چسبچسبانده میشوند.

در اعضاي عمودي مانند ستون ها براي تقویت از صفحات پیش ساخته که در آنها الیاف به صورت حلقه اي قرار دارند استفاده میشود .

پس از آماده سازي سطح عضو بتنی با لایه چسب روي آن را می پوشاند و صفحه مورد نظر در راستاي مشخص روي عضو چسبانده می

[ شوند .[ 3

NSM بروش FRP اتصال کامپوزیت هاي

روش کار این است که با برشسطح بتن بوسیله اره شیارهایی روي سطح المان ایجاد شود . بعدازتخلیه شیار از ذرات اضافی و گرد و

غبار ، تا حدود نیمی از شیار میله کامپوزیت در شیار قرار می گیرد و با اپوکسی شیار پر میشود. در استفاده از این روشبراي اتصال

[ کامپوزیت باید پوششبتن ضخیمی در المان وجود داشته باشد . [ 4

FRP عرشه ساخته شده از کامپوزیت بتن و

ریخته میشود و عرشه به تیر ها که از میلگردهاي برشی استفاده کرده است متصل می FRP در این روش بتن در قالب پانل هاي

گردد.بعد از قرار دادن پانل ها بر روي تیر فولادي میلگردهاي برشی جوشکاري میشوند . ماهیچه بتنی مابین پانل هاي عرشه کامپوزیتی

[ و تیر فولادي قرار میگیرند.[ 5

بروش شیارزنی FRP شکل 9- اتصال کامپوزیتهاي

SRP مقاوم سازي با ورقهاي مسلح به پلیمر

SRP این تکنیکشامل سیم هاي شکل داده شده فولادي با مقاومتبالاي مشبکمحاط شده در رزین هاي پلیمري میباشد.سیستم

میباشد. FRP براحتی قابل نصباست و نصب آن شباهتبسیاري بروشهاي مقاوم سازي سنتی فیبر هاي مسلح با پلیمر

مربوط به CFRP بعلت مستحکم بودن ، عدم چسبندگی ، اجرا سریع و دوام بالا از این کامپوزیتاستفاده میشود. یکاشکال کامپوزیت

[ هزینه آنهاست که انگیزه گسترشسیستم هاي کامپوزیتی دیگر با استحکام برابر و هزینه کمتر را شکل میدهد[ 6

هنگامیکه به این نتیجه رسیده شد که تمام المان هاي سازه ضعیفهستند راهکارهايمختلفی براي مقاوم سازي وجود دارد از قبیل:

-تغییر در سیستم بار جانبی(کمکاز بادبند یا دیوار برشی)

-افزایشمقطع و شاتکریتبتن

-کاشتمیلگرد در نواحی ضعیف

- احداث دستکفولادي

کربنی،شیشه اي...) و... )FRP -استفاده از الیاف هاي مسلح

با بکار بردن دیوار برشی یا بادبند تمرکز تنش در این نقاط ایجاد میشود و نقاط دیگر از تنش رهایی می یابند و قطعا المان هاي قبلی در

اینمحل ها جوابگو نخواهند بود.

اگر امکان بکار بردن دیوار برشی یا بادبندي در داخل سازه(پلان) نباشد می توان از باکس هاي مخصوص در خارج پلان سازه استفاده

نمود ولی باید اتصالات سازه اي مناسب در این نقاط را تامین نمود.

با توجه به ویژگی هاي هر یکاز روشهاي سنتی و جدید در مقاوم سازي سازه هاي بتنی بهتر است بهینه ترین روش مقاوم سازي سازه

بتنی انتخاب شود.

FRP شکل 10 - نمونه اي از دال مسلح کامپوزیت با میلگرد هاي

براي مقاوم سازي تیر پل ها SPR شکل 11 - نصب کامپوزیتهاي

-1 نشریه شمازه 390 -"دستور العمل بهسازي لرزه اي سازه ها"

تالیفدکتر فریبرز ناطق الهی-شهرام ملکی FRP -2 مقاوم سازي سازه هاي بتنی با استفاده از

3-P.Chang Huang,Yaau T.Hse,Antonio Nanni-“ASSESSMENT AND PROPOSED STRUCTURAL REPAIR

4 -J.G.Teng ,J.F.Chen,L.Lam-“FRP Strengthened RC Strictures”

5-T.E.Ringelstetter,Lawrence.C Bank,Fabio Matta,Antonio Nanni-“Development of a Cost-Effective Structural