مقاله تحلیلی: مقاوم‌سازی ستون‌ های بتنی

راهکار اقتصادی برای قاب‌های غیر شکل‌پذیر

بسیاری از ستون‌های ساختمان‌های قدیمی نیازمند مقاوم‌سازی هستند. دلایل مختلفی ممکن است منجر به مقاوم‌سازی شوند. در مناطق ساحلی خوردگی آرماتورها منجر به کاهش ظرفیت باربری ستون‌ها می‌شود. در موارد دیگر کنترل ضعیف کیفیت در حین ساخت‌وساز منجر به کاهش مقاومت فشاری در بتن می‌شود. نویسنده این مقابله دو پروژه بازسازی در فلوریدا داشته که مقاومت فشاری بتن در آن‌ها کمتر از ۱۵۰۰ پوند در هر اینچ مربع بوده است. تحقیقات انجام‌شده در رابطه با برج فروریخته Champlain در فلوریدا نشان می‌دهند که بتن پودر مانند یکی از دلایل شکست و فروریزش بوده است.

تا قبل از اواخر دهه ۱۹۷۰، قاب‌های بتنی معمولاً به شکلی طراحی می‌شدند که در آن‌ها تیرها از ستون‌ها مقاوم‌تر بودند. وقتی این قاب‌ها در معرض نیروهای جانبی (به‌طور مثال هنگام وقوع زمین‌لرزه) قرار می‌گیرند، در انتهای ستون‌ها مفصل پلاستیک شکل می‌گرفت. در بدترین حالت، تسلیم‌شدگی خمشی ممکن است در هر دو انتهای ستون‌های یک طبقه رخ دهد و منجر به نوسان ستون و نهایتاً فروریزش ساختمان شود. این موضوع به‌صورت خط‌چین در شکل ۱ نشان داده‌شده است. در مقابل وقتی ظرفیت خمشی ستون‌ها از تیرها بیشتر باشد، شکست قاب بیشتر به‌صورت شکل‌پذیر خواهد بود (نوسان تیر). این موضوع به‌صورت خط ممتد در شکل ۱ نشان داده‌شده است. بسیاری از مفصل‌های پلاستیکی که در انتهای تیرها شکل می‌گیرند،‌ سبب استهلاک انرژی و متعاقباً شکست شکل‌پذیرتر سازه می‌شوند. در سال ۱۹۸۳، ACI-318 برای تشخیص این مکانیسم بندی را اضافه کرد که طبق آن باید نسبت مجموع ظرفیت خمشی ستون‌ها به مجموع ظرفیت خمشی تیرها بزرگ‌تر از ۱.۲ باشد. رعایت این بند سبب شد که عملکرد قاب‌ها بهبود داده شود.

این بند در بسیاری از ساختمان‌های قدیمی مناطق لرزه خیر که قبل از اوایل دهه ۱۹۸۰ ساخته شده‌اند رعایت نشده است و به همین دلیل این دسته ساختمان‌ها غیر شکل‌پذیر هستند. به‌عنوان‌مثال در لس‌آنجلس باید برای ۱۳۰۰ ساختمان الزاماً اقدامات مرتبط با کاهش خطر زلزله در آن‌ها انجام شود. صاحبان این ساختمان‌ها باید اقدامات لازم برای بازسازی را طی یکی دوره ۲۵ ساله که شروع آن از اواخر ۲۰۱۷ بوده انجام دهند.

در این مقاله راهکار جدیدی برای افزایش ظرفیت خمشی و محوری ستون‌ها ارائه می‌شود. این تکنیک نسبتاً ساده است و به‌علاوه یک راهکار سریع و مقرون‌به‌صرفه با کمترین اختلال در زندگی ساکنان ساختمان محسوب می‌شود. یکی دیگر از ویژگی‌های این راهکار این است که محدودیت فضا به حداقل می‌رسد.

پلیمرهای تقویت‌شده با فیبر (FRP)

نویسنده مفهوم تعمیر و مقاوم‌سازی با پلیمرهای تقویت‌شده با فیبر را در اواخر دهه ۱۹۸۰ مطرح کرد. در این روش ورق‌های کربن یا الیاف شیشه با اپوکسی اشباع می‌شوند. این لایه‌ها به سطح خارجی المان‌های سازه‌ای مانند تیرها، ستون‌ها و دیوارها متصل می‌شوند. این ورق‌ها در عرض چند ساعت سخت می‌شوند. مقاومت این ورق‌ها ۳ تا ۴ برابر فولاد است. علاوه بر این FRP به‌عنوان آرماتورهای کششی عمل می‌کند و موجب افزایش مقاومت خمشی و برشی در سازه می‌شود.

بیشترین کاربرد این مصالح برای مقاوم‌سازی خمشی و برشی تیرها است. در چنین مواردی حداکثر لنگر در وسط دهانه ایجاد می‌شود؛ بنابراین تا انتهای تیر فضای کافی برای استفاده از مصالح FRP وجود دارد. کاربرد FRP در ستون‌ها عمدتاً مربوط به مقاوم‌سازی برشی است. حداکثر لنگر خمشی در ستون‌ها در سطح طبقات رخ می‌دهند. ازآنجاکه نمی‌توان از FRP به‌راحتی برای کف‌ها استفاده کرد، افزایش مقاومت محوری و خمشی عملاً برای ستون‌ها دشوار است. درحالی‌که با کاربرد FRP در تیرها، سفتی عضو به‌طور قابل‌توجهی افزایش می‌یابد. این مشکل را می‌توان با لمینت های FRP حل کرد.

بیش از یک دهه پیش نویسنده این مقاله نوع جدیدی از لمینت های FRP را معرقی کرد که می‌توان از آن برای مقاوم‌سازی ستون‌ها، شمع‌ها ولوله‌ها استفاده کرد. این لمینت ها با تجهیزات ویژه‌ای ساخته می‌شوند. ورق‌های کربنی یا الیاف شیشه‌ای تا عرض ۲.۷ متر با رزین اشباع می‌شوند و سپس از یک دستگاه پرس که گرما و فشار یکنواختی را به آن‌ها اعمالی می‌کند عبور می‌کنند تا نهایتاً لمینت ها تولید شوند. لمینت ها در مقایسه با FRP مزایای متعددی دارند که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌کنیم:

• به دلیل استفاده از پارچه‌هایی با بافت یک‌طرفه و دوطرفه، لمینت ها مقاومت را در هر دو راستای طولی و عرضی تأمین می‌کنند. به‌علاوه مقاومت کششی لمینت ها ۱۰۷۰ مگا پاسکال است.
• لمینت ها را می‌توان باضخامت ۰.۷۶ میلی‌متر تولید کرد که این سبب می‌شود بتوان آن‌ها را در گوشه‌هایی با شعاع ۵۰ میلی‌متر خم کرد.
• ازآنجاکه لمینت ها در کارخانه‌ها و با استانداردهای کنترل کیفیت بالا تولید می‌شوند، کیفیت ساخت‌وساز افزایش می‌یابد.
• مقاومت لمینت ها را می‌توان قبل از نصب آزمایش کرد. این سبب می‌شود که مهندس از تطابق مقاومت لمینت ها با آنچه برآورد شده اطمینان حاصل کند.
• تعمیر لمینت ها را می‌توان به‌سرعت و در محل انجام داد.

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 ۱۰۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.