مقاله تحلیلی: مقاوم‌سازی سازه‌های بتنی چه زمانی ضرورت دارد؟

مقاوم‌سازی در شرایط زیر ضرورت می‌یابد:

1. زوال تدریجی سازه
2. هر تغییری که باعث اختلال در کاربری ساختمان شود

در فرآیند مقاوم‌سازی به‌خصوص در شرایطی که سازه در معرض زوال تدریجی قرار دارد باید عواملی همچون مصالح موجود، بارهای وارد بر سازه در حین مقاوم‌سازی و هندسه سازه مورد توجه قرار گیرند.

برای مقاوم‌سازی یک سازه بتنی باید همه مودهای  شکست ارزیابی شود. مقاوم‌سازی خمشی یک سازه ممکن است منجر به شکست برشی شود و این در حالی است که انتظار داریم ظرفیت باربری افزایش یابد.

لازم به ذکر است که تنها مود شکست عضو مقاوم‌سازی شده نیست که اهمیت دارد. ممکن است گاهی یک المان مهم از سازه مقاوم‌سازی شود و المانی دیگر از سازه در شرایط بحرانی قرار گیرد.

به دلیل سختی تغییر یافته سیستم سازه‌ای نامشخص باید کل سازه مورد بررسی قرار گیرد. مقاوم‌سازی باید با در نظر داشتن حداقل نگه‌داری و تعمیر طراحی شود.

نکته دیگر این‌که باید اثر آتش سوزی، خرابکاری، برخورد و ... بر کاهش اثربخشی مقاوم‌سازی در نظر گرفته شود.

اغلب موارد اسنادی که از سازه وجود دارد، به حدی ضعیف و حتی با اشتباه همراه است که نمی‌توان آن‌ها را قابل اعتماد دانست. در چنین شرایطی باید سازه دوباره طبق آیین‌نامه‌های قبلی (آیین‌نامه مورد استفاده هنگام ساخت) طراحی شود.

تنها در این صورت است که اطلاعات کافی از عملکرد سازه به دست می‌آید، در غیر این صورت باید برای درک رفتار سازه بررسی‌های میدانی انجام شود. مقاوم‌سازی باید به گونه‌ای انجام شود که الزامات آیین‌نامه‌های کنونی هم مد نظر قرار گیرد.

علاوه بر جنبه مالی و سیستم سازه، عوامل دیگری همچون محیط‌زیست و زیبایی سازه هم بر تصمیم‌گیری در خصوص روش مقاوم‌سازی تأثیرگذار هستند.

تأثیر شکل‌پذیری سازه در مقاوم‌سازی

اغلب کامپوزیت‌های فیبری از مصالح خطی الاستیک فاقد نقطه تسلیم هستند. از سوی دیگر سازه‌ها باید به گونه‌ای طراحی شوند که شکست نرم در آن لحاظ شده باشد و یا حداقل هشدارهای کافی پیش از فروپاشی دریافت شود.

شکل‌پذیری را می‌توان به‌صورت ظرفیت سازه در مقابل تغییر شکل حین اعمال بار و حتی اعمال بار بیش از حداکثر مقدار تعریف کرد. موضوع مهم این است که باید بین شکل‌پذیری سازه و شکل‌پذیری مصالح تفاوت قائل شد.

میلگردهای فولادی با انکراژ کوتاه نمونه‌ای از حالتی است که شکست ترد اتفاق می‌افتد. این در حالی است که فولاد یکی از مصالح شکل‌پذیر است. خصوصیات مصالح و شکل‌پذیری سازه ارتباط مستقیمی با هم ندارند و فقط مصالح خطی الاستیک، شکل‌پذیری سازه را افزایش می‌دهند.

تقویت خمش یک تیر بتنی به‌واسطه میلگردهای فولادی اغلب رفتار بسیار شکل‌پذیر تیر را به همراه دارد. بااین‌حال اگر همان تیر در معرض بار خستگی قرار گیرد، کرنش در میلگردهای فولادی تحت کشش و فشار افزایش می‌یابد.

بارگذاری به این شیوه علاوه بر اینکه منجر به شکست ترد می‌شود، رفتار معمولی سازه را نیز تحت تأثیر قرار می‌دهد. تیر مشابهی را تحت بار خستگی در نظر بگیرید که با مصالح خطی الاستیک مقاوم‌سازی شده است، تنش در میلگردهای فولادی کاهش می‌یابد، تیر تحت بار خستگی دچار شکست نمی‌شود و علاوه بر این رفتار شکل‌پذیر تیر هم بهبود می‌یابد.

یکی از مهم‌ترین مسائل این است که شکست برشی اغلب بسیار ترد است و همراه با هشدارهای ناچیز و یا بدون هشدار رخ می‌دهد. دلیل را می‌توان انرژی الاستیک بیشتر در مقایسه با قبل از مقاوم‌سازی دانست. از سوی دیگر اگر یک سازه را که در معرض شکست برشی ترد قرار دارد مقاوم‌سازی کنیم، مود شکست به شکست نرم تغییر می‌کند.

ضرورت مقاوم‌سازی در سازه‌های بتنی

سازه‌های بتنی باید در صورت مشاهده هرکدام از دلایل زیر تحت مقاوم‌سازی قرار گیرند:

• افرایش بار ناشی از افزایش بار زنده، نصب تجهیزات سنگین یا ارتعاشات
• آسیب دیدن قسمت‌های سازه‌ای در اثر فرسودگی مصالح ساخت یا آتش سوزی، خوردگی آرماتورهای فولادی و ارتعاشات وسایل نقلیه
• افزایش پایداری باهدف محدود کردن خیز، کاهش تنش در آرماتورها و کاهش عرض ترک‌ها
• اصلاح سیستم سازه‌ای باهدف حذف دیوارها/ ستون‌ها و بازشوها/ حفره‌ها در دال‌ها
• اشتباه در فاز ساخت به دلیل کافی نبودن ابعاد طرح یا کافی نبودن میلگردها

استراتژی مقاوم‌سازی سازه

برای مقاوم‌سازی سازه چند جنبه را باید در نظر گرفت:

شکل زیر به‌صورت شماتیک یک سازه را نشان می‌دهد که به دلیل نقص در طراحی، ظرفیت باربری مناسبی ندارد. مقاوم‌سازی این سازه در سطح کمی بالاتر از سطح عملکرد مطلوب انجام شد. بعد از مدتی سازه به دلیل حوادثی همچون آتش سوزی و ... دچار آسیب شد و سطح عملکردی آن تنزل یافت به‌طوری‌که دیگر الزامات عملکردی را تأمین نمی‌کرد.

آسیب وارده با لحاظ سطح عملکردی جدید تعمیر شد. بعدها سطح تقاضا از سازه تغییر یافت به‌طوری‌که لازم بود سازه ظرفیت باربری بیشتری داشته باشد. پس لازم بود سازه تحت مقاوم‌سازی قرار گیرد تا سطح عملکردی بالاتری حاصل شود. به این صورت سازه برای سومین بار مقاوم‌سازی شد تا نیازهای جدید رفع و بهره‌برداری از سازه نیز حفظ شود.

اگر زوال تدریجی یک سازه در نظر گرفته نشود احتمالاً مقاوم‌سازی آنچنان پیچیده نخواهد بود. سطح عملکرد نامطلوب ناشی از نقص در طراحی، افزایش تقاضا و ... به‌سرعت خود را نشان می‌دهد. شرایط وقتی پیچیده‌تر می‌شود که خرابی سازه به‌طور قابل‌توجهی گسترش‌یافته باشد.

برای یک سازه جدید که به علت نقص در طراحی یا ساخت در شرایط نامطلوبی قرار دارد، تقریباً ابعاد مشکل مشخص است. بااین‌حال بازهم انتخاب روش مناسب مقاوم‌سازی ممکن است با پیچیدگی همراه باشد.

برای سازه‌های قدیمی این وضیعت پیچیده‌تر است. یکی از مسائل مهم در خصوص این سازه‌ها، عمر باقی‌مانده ساختمان است. مقاوم‌سازی همیشه گزینه خوبی نیست. به‌طور مثال مقاوم‌سازی یک سازه که فونداسیون آن تنها 10 سال دیگر می‌تواند عملکرد مطلوب داشته باشد، گزینه مطلوبی نیست.

یک شبکه از راه‌ها را در نظر بگیرید که قرار است طی 5 سال به‌واسطه یک پروژه زیرساخت بزرگ‌تر تغییر کند. فرض کنید یک پل در این شبکه نیاز به اقداماتی برای تطابق با الزامات جدید داشته باشد و احتمالاً جایگزینی کامل آن با یک پل جدید صرفه اقتصادی نخواهد داشت. در این شرایط و در صورت امکان تعمیر پل گزینه مطلوبی است؛ بنابراین لزومی ندارد که مقاومت این پل برای بیش از 5 سال تأمین شود.

پیچیدگی استراتژی مقاوم‌سازی با در نظر گرفتن زوال تدریجی سازه به‌مراتب پیچیده‌تر می‌شود. این موضع به‌صورت شماتیک در شکل 2 نشان داده شد. سطح عملکرد سازه کم‌کم کاهش می‌یابد اما بازهم الزامات عملکردی تأمین می‌شود.

سطح تقاضا از سازه تغییر می‌کند اما بازهم به لحاظ عملکردی در سطح مطلوبی است. نقطه‌ای که با X نشان داده شده سطحی از عملکرد نامطلوب سازه را در آینده نشان می‌دهد که در اثر کاهش تدریجی عملکرد رخ می‌دهد. میزان خرابی در موارد مختلف، متفاوت است. ب این حال سازه باید تحت بهسازی قرار گیرد که در اینجا مقاوم‌سازی گزینه مناسب است.

 منبع

 نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

 اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.