مقاوم سازی:
مقاوم سازی راه کار استفاده مجدد از ساختمان های قدیمی است. مشکلات به وجود آمده در آن‌ها خود را در قالب خوردگی فولاد، ترک خوردگی و لایه لایه شدن بتن نشان می‌دهد. به علاوه، خیلی از این ساختمان‌ها برای تحمل بارهای بسیار کوچک‌تری نسبت به شرایط کنونی طراحی شده‌اند. به دلیل همین موارد، مهندسان سازه با چالش ارزیابی و انجام تعمیرات و مقاوم‌سازی موثر و اقتصادی روبرو هستند. مقاوم سازی یکی از حوزه های تخصصی فعالیت خانه بتن است.
متاسفانه روش واحد و یکسانی برای انجام پروژه‌های تعمیرات و مقاوم‌سازی وجود ندارد. به علاوه، فرآیند تعمیرات و بهسازی این سازه‌ها با دشواری بیشتری همراه است، زیرا بیشتر این سازه‌ها در حال سرویس هستند و همچنین تخصص بیشتر مهندسان سازه نیز در ساخت سازه‌های جدید است. به هر حال در صورتی که بتوان تعمیرات را بدون ایجاد مشکل برای عملکرد فعلی انجام داد، امکان رسیدن به اهداف وجود دارد. کلید رسیدن به موفقت ترکیبی از توانایی طراحی و توانایی اجرایی مورد نیاز برای پروژه است. به همین دلیل مهندس باید توان خود را در استفاده از قوانین مکانیکی و سازه‌ای برای رسیدن به یک راه حل جامع به کار ببندد.
معمولا از واژه‌های تعمیر سازه یا مقاوم سازی برای نوسازی ساختمان استفاده می‌شود. اگرچه هر دو به نظر مشابه می‌آیند، مفاهیم متفاوتی دارند. تعمیر سازه به فرآیند ساخت مجدد و نوسازی یک ساختمان یا المانهای سازه‌ای آن گفته می‌شود. این فرآیند شامل یافتن مشکل، حذف قسمت‌های آسیب دیده و همچنین انتخاب و انجام تعمیرات مناسب جهت افزایش عمر سازه می‌شود.
از طرف دیگر، مقاوم سازی، فرآیند بهبود سیستم سازه‌ای یک سازه‌ی موجود برای بهبود عملکرد آن تحت بارهای موجود یا برای افزایش مقاومت اجزای سازه‌ای برای حمل بارهای اضافی انجام می‌گیرد. برای این پروژه‌ها، طراحان با سازه‌هایی روبرو هستند که هر المان بخشی از بار فعلی را تحمل می‌کند. تاثیرات مقاوم سازی و یا حذف جزئی یا کلی المانهای سازه‌ای باید با دقت بررسی شوند تا تاثیر آن‌ها بر عملکرد کلی سازه مشخص گردد. در صورتی که انجام این کار با مشکل روبرو شود، المانهای موجود در پیرامون منطقه ممکن است تحت تنش اضافی قرار بگیرند و این خود مشکل ساز خواهد بود.
مقاوم سازی سازه‌های بتنی:
اگرچه سازه‌های بتنی مسلح پایدار هستند، عمر مفید محدودی دارند. زمانی که در محیط‌های نامناسب، در معرض چرخه‌های یخ زدگی، یا مواد شیمیایی قرار بگیرند، سازه‌ها دچار مشکل می‌شوند، که معمولا در قالب زنگ زدگی فولاد، جداشدگی، لایه لایه شدن و ترک خوردن بتن خود را نمایش می‌دهد.
یکی از شدیدترین و رایج‌ترین مشکلات در بتن آسیب داخلی ناشی از خوردگی ناشی از اثر کلرید بر روی فولاد تسلیح‌کننده‌ی موجود در بتن است. مشکلات خوردگی به دلیل محصول این فرآیند به وجود می‌آیند زیرا قابلیت انبساط تا ۸ برابر حجم اولیه خود را دارد. این انبساط فشار درونی ایجاد کرده، که باعث ترک خوردگی و تورق بتن می‌شود؛ و این خود باعث کاهش سطح ویژه فولاد تسلیح و کاهش ظرفیت مقاومتی عضو مزبور می‌گردد. اگر در مراحل اولیه از آن پیشگیری نگردد، خوردگی با سرعت بالا ادامه یافته و در نهایت مشکل افتادن بتن و از بین رفتن مقاومت به وجود می‌آید.
تصویر ۱٫ در این تعمیر ناموفق، قسمت لایه لایه شده بتن، بدون تشخیص علت علت ایجاد مشکل و آماده سازی کافی سطوح بتن و میلگرد تعمیر شد.
ارزیابی، طراحی و اجرای تعمیرات موثر بر روی سازه‌ی موجود، از ساخت یک سازه‌ی جدید دشوارتر است. علاوه بر ناشناخته بودن شرایط فعلی ساختمان، میزان عملکرد مواد فعلی و مواد تعمیری ساختمان در برابر بارها باید مشخص گردد. پیش از مشخص کردن استراتژی تعمیر، باید مشکلات فعلی ریشه یابی گردد تا تعمیرات انجام شده پایدار و با دوام باشد. انجام نشدن این فرآِیند باعث به وجود آمدن شرایط دشوار و در عین حال رایجی است در آن تعمیرات باید تعمیر گردند.
تصویر ۱ نشان‌دهنده‌ی پروژه‌ی ناموفق تعمیرات بتن است. قسمت تعمیری تنها چند ماه پس از تعمیر اولیه، ورقه ورقه شده است. آماده سازی سطح به میزان کافی از ایجاد مشکل در تعمیرات جلوگیری می‌کرد.
روش‌های مقاوم سازی سازه‌های بتنی:
خیلی از ساختمان‌هایی که برای کاربری خاصی ساخته شده بودند، امروزه برای کاربرد دیگری که ممکن است نیاز به ظرفیت باربری بیشتری داشته باشد، مورد استفاده قرار می‌گیرند. در نتیجه‌ی نیاز به تحمل بار بیشتر، سازه‌های موجود باید مجددا ارزیابی شوند تا در صورتی که نیاز به مقاوم سازی برای تحمل این بارها وجود دارد، این کار انجام گردد.
به صورت کلی، در صورت تغییر آیین‌نامه، تغییر وضعیت لرزه‌ای، ایجاد مشکل به دلیل تاثیرات محیطی (مانند خوردگی)، تغییر در کاربری به گونه‌ای که منجر به افزایش بار سرویس گردد و یا مشکلات در سازه به دلیل خطا در طراحی یا ساخت، مقاوم سازی سازه بتنی ضروری می‌گردد. با استفاده از یکی ازروش‌های مختلف از قبیل کوتاه کردن دهانه، کامپوزیت خارجی، فولاد اتصالی خارجی، سیستم‌های پس کشیده‌ی داخلی یا خارجی، بزرگ کردن مقطع و یا ترکیبی از این روش‌ها امکان بهبود سازه بتنی وجود دارد. مانند تعمیر بتن، مقاوم سازی باید به شکل کامپوزیت انجام گیرد تا موثر واقع شود. نکته بسیار مهم در مورد مقاوم سازی لزوم اجرای آن توسط یک تیم متخصص است. در ادامه به مختصر هر یک از این روش‌ها توضیح داده می‌شوند.
مقاوم سازی با کوتاه کردن دهانه:
با نصب تکیه‌گاه‌های اضافی زیر اعضای موجود امکان کوتاه کردن دهانه وجود دارد. مواد مناسب برای کوتاه کردن دهانه شامل اعضای فولادی سازه‌ای و اعضای بتنی مسلح می‌شود؛که نصب آن‌ها آسان است. اتصالات با استفاده از انکر بولت و انکرهای شیمیایی اتصالات آن‌ها به آسانی قابل طرح است. مثالی از این روش در شکل ۲ نشان داده شده است. سیستم فولادی سازه‌ای نشان داده شده، بر روی پارکینگ نصب شده است تا دهانه را کوتاه کند و بخشی از بار را تحمل نماید و بار را به سیستم‌های سازه‌ای موجود انتقال دهد. نقطه ضعف این سیستم‌ها در این است که مقداری از فضا از دست می‌رود.
تصویر ۲٫ کوتاه کردن دهانه می‌تواند در خیلی از موارد مانند این پارکینگ اقتصادی و موثر باشد.
مقاوم سازی با FRP:
سیستم‌های FRP المانهای تسلیح کننده‌ی پرمقاومت و سبک وزنی هستند، که به شکل ورق‌هایی به نازکی کاغذ؛ لمینت‌های نازک و یا میله‌هایی که با چسب اپوکسی وجود دارند و برای افزایش ظرفیت باربری به سازه اضافه می‌شوند. این سیستم‌ها قبلا در صنایع هوافضا، خودروسازی و تجهیزات ورزشی مورد استفاده قرار گرفته‌اند و حال در تبدیل شدن به یک تکنولوژی معمول برای بهبود سازه‌های بتنی هستند. ویژگی‌های مهم FRP برای تعمیر سازه و مقاوم سازی شامل خواص ضد خوردگی، نصب سریع و آسان، هزینه کم و ظاهر خوب آن‌ها می‌شود.
مانند بسیاری از سیستم‌های اتصال خارجی دیگر، اتصال بین سیستم‌های FRP و بتن موجود بسیار مهم است و آماده سازی سطح اهمیت زیادی دارد. به صورت معمول، با اعمال چسب شیمیایی به سطح آماده، نصب المان/های FRP روی چسب و در موارد مورد نیاز استفاده مجدد از چسب، این سیستم‌ها نصب می‌گردند. بعد از گیرش، کامپوزیت‌های FRP به ظرفیت المان‌ها می‌افزایند، زیرا مقاومت کششی آن‌ها تا ۱۰ برابر فولاد است.
شکل ۱ نشان‌دهنده‌ی یک شکل شماتیک برای مقاوم سازی سازه برای یک تونل در یکی از دانشگاه‌های فلوریدا است. بام تونل به عنوان پیاده‌رو مورد استفاده قرار می‌گرفت. به دلیل تغییرات به وجود آمده نیاز بود که این مسیر به عنوان مسیر اصلی خودروهای اضطراری مورد استفاده قرار بگیرد. تحلیل دال بالایی تونل مشخص نمود که مقاومت کافی برای حمل بارهای ناشی از عبور خودروهای آتش نشانی و دیگر خودروهای اضطراری را ندارد. بنابراین نیاز به روشی برای مقاوم‌سازی دال تونل بود. با استفاده از ورق‌های FRP خارجی، مقاوم‌سازی مقرون به صرفه، آسان و با هزینه کم انجام گرفت.
شکل ۱٫ این شکل نشان دهنده‌ی مقاوم سازی دال یک تونل با استفاده از FRP است.
روش مقاوم سازی شامل ورق‌های FRP کربنی متصل شده به پایین دال، که به عنوان المانهای تسلیح اضافی به تحمل تنش‌های کششی کمک می‌کردند، بود. به علاوه، مقاطع متغیر دال با استفاده از میله‌های FRP کربنی با استفاده از چسب شیمیایی درون روزنه‌ها مقاوم سازی شد. این روش مناسب‌تر بود، زیرا از آسیب به المانهای تسلیح جلوگیری شد.
علاوه بر FRP، کامپوزیت‌های پلیمری تسلیح کننده‌ی فولادی (SRP) نیز می‌توانند به عنوان المانهای تسلیح خارجی مورد استفاده قرار بگیرند. این سیستم نوآورانه‌ی پایه فولادی (به نام Hardwire) ابتدا در سال ۲۰۰۲ وارد بازار شد. این روش، یک روش تسلیح کم هزینه شامل سیم‌های فولادی با مقاومت بسیار بالا است که دور هم پیچانده می‌شوند تا طناب‌های فولادی تسلیح کننده با قطر حدود ۰٫۰۳۵ اینچ ایجاد نمایند.سیم‌های فولادی مقاومت کششی نزدیک به ۴۵۰kips دارند که تقریبا ۱۰ برابر مقاومت فولاد رایج سازه‌ای است ولی مدول الاستیک آن‌ها مانند فولاد معمولی است. این سیستم مقاوم سازی می‌تواند با استفاده از مواد سیمانی یا چسب مورد استفاده قرار گیرد تا مقاومت برشی و خمشی المانهای سازه‌ای را افزایش دهد.
مقاوم سازی با المانهای فولادی اتصالی:
این روش ابتدا در دهه ۱۹۶۰ در آلمان و سوئیس مورد استفاده قرار گرفت. با استفاده از این روش، المانهای فولادی با یک چسب شیمیایی دو عضوی به سطح بتن چسب می‌شوند و یک سیستم کامپوزیت ایجاد می‌کنند که مقاومت برشی و خمشی بالاتری دارد. المانهای فولادی می‌توانند صفحات فولادی، ناودانی، نبشی و یا اعضای دیگری باشند.
علاوه بر چسب‌های شیمیایی، انکرهای مکانیکی نیز برای اطمینان از پایداری اتصال در صورت شکست اتصال چسب مورد استفاده قرار می‌گیرند. المانهای فولادی مشخص باید بلافاصله پس از نصب با یک روش مناسب محافظت شوند. جدای از سیستم‌های مقاوم در برابر خوردگی معمول، باید خواص پایداری طولانی مدت و ملزومات نگه‌داری آن به صورت کامل در نظر گرفته شوند.
مدیران یک مدرسه در نیوجرسی تصمیم به نصب چراغ‌هایی بر روی سقف موجود گرفتند. سقف دارای بتن پیش تنیده و تخته‌های با عمق کم بود. نصب این چراغ‌ها نیاز به ایجاد بازشو در محل این تخته‌ها بود که باعث کاهش ظرفیت باربری آن‌ها می‌شد. این مشکل با طراحی سیستم مقاوم سازی متشکل از الیاف FRP و المانهای فولادی برطرف گردید. FRPهای خارجی تخته‌های مجاور با تخته‌هایی که قرار بود برش داده شوند را مقاوم کردند، در حالی که المانهای فولادی تخته‌ها را به تخته‌های مجاورشان متصل کردند که باعث ایجاد واحدهای جدیدی با مقاومت مورد نیاز شدند. علاوه بر کاربرد سریع این سیستم، روش کم هزینه بوده و ظاهر آن نیز زیبا بود. (شکل ۳)
تصویر ۳٫ این سقف با ترکیب روش‌های FRP و صفحات فولادی تعمیر شد.
مقاوم سازی با پس کشیدگی:
پس کشیدگی خارجی برای افزایش مقاومت خمشی و برشی اعضای بتن مسلح از دهه ۱۹۵۰ مورد استفاده قرار گرفته است. با این نوع بهسازی، نیروهای خارجی فعال به اعضای سازه اعمال می‌شوند که با استفاده از کابل‌ها در برابر آن‌ها مقاومت می‌شود. به دلیل اندک بودن وزن اضافی این سیستم، این روش موثر و اقتصادی است و با موفقیت برای اصلاح تغییر شکل اضافی و ترک خوردگی در تیرها، دال‌ها، سازه‌های پارکینگ و اعضای تکیه‌گاهی مورد استفاده قرار گرفته است.
نیروهای پس کشیدگی با کمک ایجاد تنش در کابل‌ها یا میله‌های فولادی با مقاومت بالا که معمولا خارج از مقطع اولیه قرار می‌گیرند، ایجاد می‌شوند. کابل‌ها در محل‌های اتصال به سازه متصل می‌شوند، که معمولا در انتهای اعضا قرار دارند. انتهای اتصالات می‌تواند از نگه‌دارنده‌های فولادی متصل به اجزای سازه‌ای یا بلوک‌های بتن مسلح اجرا شده در محل کار باشد. نیروی آپلیفت مورد نظر با بلوک‌های بسته شده در نقاط با ارتفاع زیاد یا کم المانهای سازه‌ای ایجاد می‌شود. قبل از پیش تنیدگی خارجی، درون تمام ترک‌ها چسب تزریق می‌شود و محل‌های ورقه ورقه شده جهت اطمینان از توزیع یکنواخت نیروها در تمام مقطع عضو ترمیم می‌شوند.
شکل ۲٫ پس کشیدگی خارجی روش مقاوم سازی موفقی برای سال‌های طولانی بوده است.
شکل ۲ نشان‌دهنده‌ی استفاده از یک سیستم پس کشیده‌ی خارجی برای مقاوم سازی آسیب وارد شده به مقطع در اثر عبور وسایل نقلیه است. چهار مقطع تی دوبل که زیر یک روگذر در یکی از دانشگاه‌های واشنگتن قرار گرفته اند، در هنگام عبور یک کامیون با ارتفاع بیشتر از حد مجاز از زیر آن دچار آسیب شدند. این مقاطع دچار ترک خوردگی شدید بتن شده و آسیب به بخشی از فولادهای داخلی نیز وارد شد.
راه حل‌های پیشنهادی شامل جایگزینی مقاطع تی شکل آسیب دیده با مقاطع جدید و نصب یک قاب فولادی به عنوان تکیه‌گاه بود. هر دو راه حل، روگذر را برای زمانی بیش از حد مطلوب از دسترس خارج می‌کرد. استفاده از یک سیستم پس کشیده، علاوه بر اقتصادی بودن و نیاز به زمان کم‌تر، اجازه‌ی استفاده از سازه را در هنگام تعمیرات می‌داد. بنابراین این روش مورد استفاده قرار گرفت. پس از تزریق در تمامی ترک‌ها، اطراف مقطع شکل داده شده و بتن جدید برای بازیابی مقطع ریخته شد. سپس مقاوم سازی انجام شد و پس از گیرش بتن، رشته‌های خارجی مطابق دستورالعمل مهندسین تنش دار گردید.
مقاوم سازی با بزرگ کردن مقطع:
این روش مقاوم سازی شامل اضافه کردن یک مقطع بتن مسلح به یک عضو سازه‌ای موجود به شکل پوشش است. با استفاده از روش بزرگ کردن مقطع، ستون‌ها، تیرها، دال‌ها و دیوارها می‌توانند بزرگ شوند تا سختی و ظرفیت باربری آن‌ها افزایش یابد. یک افزایش مقطع معمول، حدودا ۲ تا ۳ اینچ برای دال‌ها و ۳ تا ۵ اینچ برای تیرها و ستون‌ها است.
شکل ۳ نشان دهنده‌ی جزئیات استفاده از افزایش مقطع برای افزایش ظرفیت یک شاه تیر در پارکینگ یک دانشگاه است. این شاه تیر به دلیل تغییر در بارگذاری و مناسب نبودن تیر برای برش و خمش جدید مورد ارزیابی مجدد قرار گرفت. برای اصلاح این مشکل، فولادهای برشی و خمشی اضافه شد. سپس تیر شکل نهایی را گرفت و یک پوشش بتنی ۴ اینچی برای افزایش اندازه مقطع ریخته شد.
شکل ۳٫ مقاوم سازی تیر با افزایش سطح مقطع نیز امکان‌پذیر است.
نتیجه گیری:
فارغ از دانش و تجربه‌ی به دست آمده از بیش از ۱۰۰ سال ساخت سازه‌های بتنی، سازه‌ها به تعمیرات و یا مقاوم سازی به دلایل طبیعی، اشتباهات انسانی و تغییر در شرایط بار دارند. به علاوه، تشخیص این که تعمیر بتن و مقاوم سازی هنری علمی است که شامل استفاده از مواد معمولی و پایه سیمانی می‌شود، دارای اهمیت است.
درک دشواری و پیچیدگی بیشتر ارزیابی و طراحی مقاوم سازی نسبت ساخت سازه‌های جدید بسیار مهم است. معمولا، چالش زمانی شروع می‌گردد که عوامل ناشناخته درگیر با شرایط سازه وارد معادله می‌شوند؛ مانند مسیر بار، خواص مواد و همچنین اندازه و محل تسلیح کننده‌های موجود. میزان تقسیم بار بین سیستم جدید و سازه‌ی موجود نیز باید به درستی ارزیابی و مشخص گردد تا در طراحی، جزئیات و اجرا به درستی رعایت شود. اهمیت جزئیات و تاثیر مستقیم آن بر موثر و پایدار بودن بهبود سازه بسیار مورد تاکید است. در حیقیت، عدم پرداخت کافی به جزئیات می‌تواند باعث شکست تمام تعمیرات گردد.
به علاوه، مهندسین باید فرآیند مناسبی را برای تعمیرات خاص و پروژه‌های مقاوم سازی در نظر بگیرند که از ساخت سازه‌های جدی متفاوت است. استفاده از شرکت‌هایی که با تمام ویژگی‌های بحرانی ممکن آشنا هستند، می‌تواند نتیجه‌های موثر و طولانی مدتی را برجا گذارد. اگرچه ممکن است به نظر برسد که روش اقتصادی‌تر استفاده از شرکت‌هایی است که تخصصشان ساخت سازه‌های جدید است؛ این کار ممکن است باعث وارد شدن به چرخه‌ی تعمیر مجدد تعمیرات شود و هزینه و زمان بیشتری را شامل گردد. در مورد مقاوم سازی و تعمیرات، این جمله اهمیت می‌یابد که: همان بار اول کار را درست انجام دهید.
جهت اطلاع از پروژه های مقاوم سازی انجام شده توسط تیم فنی خانه بتن و همچنین دریافت مشاوره رایگان با ما در تماس باشید.
هنوز دیدگاهی ثبت نشده.