طراحی سیستم FRP
طراحی سیستم FRP
مقاوم سازی سازه های موجود یا مرمت آنها به منظور تحمل بارهای مضاعف طراحی، بهبود نارسایی های ناشی از فرسایش، افزایش شکل پذیری سازه یا سایر موارد با استفاده از مصالح مناسب و شیوه های اجرایی صحیح بطور متعارف انجام می گردد. استفاده از صفحات فولادی به صورت پوشش خارجی، غلاف های بتنی یا فولادی و پس کشیدگی خارجی تعدادی از روش های متعارف موجود است. امروزه گرایش به استفاده از سیستم های کامپوزیت پلیمری FRP در صنعت مقاوم سازی رشد زیادی داشته است. در طراحی برای تقویت سازه ها و مقاوم سازی با FRP و نیز در عملیات بهسازی لرزه ای، استفاده از مصالحFRP یکی از روش های مناسب می‌باشد که رعایت ضوابط طراحی در آنها حائز اهمیت است.
FRP ها بر اساس مقاومت در برابر نیروهای کششی طراحی می شوند، این مصالح کامپوزیتی می‌بایست سازگاری کرنشی را با بتن متصل شده داشته باشند. از مقاومت فشاری مصالح مقاوم سازی FRP در محاسبات و طراحی سازه صرف نظر می‌شود.
اصول طراحی مقاوم سازی با FRP
اصول طراحی سیستم مقاوم سازی FRP بر اساس محاسبات و طراحی سازه های بتنی مرسوم و نیز رفتار مکانیکی مصالح FRP پایه گذاری شده است. سازه های بتن آرمه مقاوم سازی شده با FRP باید براساس ضوابط موجود برای مقاومت و قابلیت خدمت رسانی طراحی شوند. برای این منظور باید از ضرائب بار آیین نامه بتن ایران آّبا برای مقاصد طراحی استفاده گردد. برای طراحی سیستم FRP بمنظور بهسازی لرزه ای ساختمان ها، پیشنهاد می‌گردد از اصول حاکم طراحی بر اساس ظرفیت در محاسبات تقویت با اف ار پی استفاده گردد.
محدودیت های مقاوم سازی با FRP
به منظور طراحی سیستم FRP نیاز است تا محدودیت هایی که در این روش مقاوم سازی وجود دارند، بررسی شود. محدودیت های اشاره شده به منظور جلوگیری از فروریزش سازه و سایر آسیب های سیستم FRP که ناشی از عواملی نظیر حریق، خرابکاری و … است، می باشد. در مجموع اعضای سازه ای تقویت نشده، بدون نصب مصالح FRP، توان تحمل کافی برای مقاومت در برابر مقدار معینی از بار را داشته باشند.
دلایل استفاده روز افزون از پوشش FRP:
- افزایش تولید ، تامین و توزیع وسیع که باعث سادگی خرید و فروش FRP شده است.
- بهبود خصوصیات FRP در سالهای اخیر
- کاربرد وسیع مواد FRP در تقویت سازه های بتنی و فولادی (از FRP در سازه های بتنی ، فولادی ، پل و تاسیسات پتروشیمی و صنعتی استفاده می شود)
- کاربرد FRP در بتن مقرون به صرفه تر از تخریب سازه بتن آرمه است
- روشهای تولید اصلاح شده که منجر به تولید با خواص مقاومتی و مشخصات فنی بالاتر و کاهش هزینه تولید شده است.
- بهینه کردن ترکیب فیبر اف آر پی با ماتریس چسب اف آر پی (رزین اپوکسی (FRPبرای سازگاری مناسب تر با یکدیگر در سیستم های FRP
مزایای استفاده از ورقه FRP:
- دوام بالا ، هزینه و قیمت مناسب برای خرید FRP
- سبک وزن بودن و چگالی پایین صفحات FRP
- مشخصات فنی بالا شامل مدول و مقاومت بالا
- خصوصیات مناسب و مقاومت در برابر خوردگی
- قابل کاربرد در برابر محیط های اسیدی و ترکیبات شیمیایی (مقاومت ضد اسیدی)
- نفوذ ناپذیری مغناطیسی که مناسب برای مکانهایی که در آنجا دستگاه های حساس به میدان مغناطیسی است
- مقاومت در برابر ضربه
- ضخامت کمالیاف اف آر پی
- اتصال FRP و همپوشانی آسان در بتن و آهن
- حمل و نقل آسان به دلیل وزن کمالیاف
- خصوصیات مناسب به دلیل اجرای ساده ورق ها و الیاف
- سرعت کار بیشتر و نحوه نصب آسان در بتن اف آر پی
- توجیه اقتصادی برای تقویت، ترمیم و مقاومسازی پروژه های سنگین به عنوان مثال پلها
- سطح تمام شده تمیز پوشش
- ساختمان FRPعایق مناسبی در مقابل محیط اسیدی ، شیمیایی و خورنده می باشد.
- عدم توقف کاربری در زمان اجرای تقویت با FRP
- عدم افزایش ابعاد مقاطع در مقاوم سازی بتن با FRP
مقاومت سازه مقاوم سازی شده با FRP در برابر آتش
مقادیر مقاوم سازی که توسط روش های FRP بصورت روش اجرای پوشش بیرونی یا روش EBR صورت می‌گیرد، اغلب توسط آیین نامه های حریق به مقادیر مشخصی محدود می‌شوند. رزین بکار رفته در در سیستم های FRP ، پس از اجرا و عمل آوری، در صورتی که تحت تاثیر آتش قرار گیرند، یکپارچگی و استحکام خود را در درجه حرارت بیشتر از دمای گذار شیشه ای (Tg) از دست خواهند داد. دمای Tg برای رزینها و چسبهای FRP عموماً، در محدوده بین 60 تا 80 درجه سانتی‌گراد متغیر است. این مقادیر به وضوح نشان می‌دهند که در اثر وقوع آتش سوزی سیستم های مقاوم سازی FRP، پایایی کافی در برابر حریق را نخواهند داشت. برای افزایش مقاومت مصالح FRP در برابر حریق، مناسبترین روش عایق بندی آنها با پوشش های ضد حریق FRP می‌باشد.
مصالح FRP به تنهایی پایایی زیادی در برابر حریق ندارند، اما با ترکیب مناسب سیستم‌های FRP و سازه بتنی تقویت شده، می‌توان دوام و پایایی بسیار بالایی در کل سازه در برابر حریق ایجاد کرد. این افزایش بدین صورت ایجاد می‌گردد که در طراحی سازه، شرایطی ایجاد کرد که وظیفه مقاومت در برابر حریق منحصراً توسط سازه بتنی موجود تامین گردد. جهت برآورد مقاومت در برابر حریق سازه های بتنی مقاوم سازی شده با FRP ، نیاز است تخمین زده شود که تحمل سازه های بتنی تا چه حدی بدلیل افت مقاومت تسلیم فولاد و مقاومت فشاری بتن ناشی از حریق، کاهش یافته و گسیخته می گردد.
با بررسی دقیق آئین نامه ACI 216R برای اعضای بتنی مقاومسازی شده با FRP، مشخص می‌شود که محدودیتهای موجود در طراحی های تقویت با FRP به منظور جلوگیری از فروریزش سازه تقویت شده در اثر حریق می‌باشد. باید دقت گردد که مقاومت فولاد و بتن در اثر حریق کاهش یافته و برای محاسبه مقاومت کل عضو نیاز است از مقاومت FRP صرفنظر کرد. جهت بررسی عدم گسیختگی سازه تقویت شده با FRP تحت بارهای بهره برداری و درجه حرارتهای زیاد، می‌توان مقاومت مورد نظر را با مقاومت تخمین زده شده مقایسه کرد.
دوام سیستمها و طراحی سیستم FRP در برابر حریق را می‌توان با بهره گیری از رزین های خاص و پیشرفته یا محافظت آن با پوشش های مناسب افزایش داد. جهت محاسبه میزان افزایش دوام (پایایی) رزینهای سیستم FRP در برابر حریق، باید زمان مقاومت سیستم FRP در برابر آتش (که زمان لازم جهت رسیدن رزینها به دمای گذار شیشه ای است) اندازه گیری شود. در آئین نامه ASTM E119 شرایط و راهنمایی مورد نیاز جهت ایجاد شرایط آزمایشگاهی انواع آتش سوزی ها (شامل درجه حرارت و زمان آنها)، آورده شده است.