نوشته های مشابه
مقدمه
کامپوزيتهای پايه پليمری (FRP ) برای استحکام بخشی وبهبود مقاومت درمقابل زلزله برروی سازه های بنايي غير مسلح مورد بررسی قرار گيرد. اين تحقيق مربوط به بررسی عملکرد کامپوزيتهای پايه پليمری جهت استحکام بخشی سازه های بنايي غير مسلح می باشد. نتايج تحقيقات انجام شده برروی سازه های بنايي غير مسلح نشان می دهد که مواد FRP باعث افزايش استحکام کشش و برشی اين سازه ها می شود . استفاده ازCFRP (کامپوزيتهای پايه پليمری با الياف کربن ) و GFRP(کامپوزيتهای پايه پليمری با الياف شيشه ) مورد بررسی قرار گرفته است. سازه های بنايي غير مسلح بسياری درداخل ايران وجود دارند که بصورت تقويت نشده می باشند. بسياری از اين سازه ها جزوی ازميراث ملی کشور محسوب می شوند. اين سازه ها درمقابل زلزله بيشترين آسيب را می بينند. جايگزين کردن تمامی قطعات زير استاندارد اين سازه ها گران تمام می شود. علاوه بر اين برای مرمت و نگهداری بناهای تاريخی کشور به يک روش مبتکرانه نيازمند است. تاکنون تحقيقات قابل ملاحظه ای برروی امکان بهبود خواص مکانيکي سازه های بنايي غير مسلح با استفاده از تکنيک های مختلف تقويت انجام شده است. برای تقويت استحکام برشی اين سازه ها استفاده از ميله های فلزی يا تزريق ملات های آهکی يا سيمانی معمول بوده است . در سالهای اخير استفاده از ورقه ها ، نوارها و تسمه های کامپوزيتهای پايه پليمری برای تقويت سازه های بتنی بسيار معمول شده است. اما تحقيقات بسيار کمی برروی استفاده از کامپوزيتهای پايه پليمری برا ی استحکا م بخشی سازه های بنايي غير مسلح انجام شده است. يکی از اولين کارهايی که در اين زمينه انجام شده توسط Di Tommaso و همکارانش بود ه که از FRP برا ی افزايش مقاومت در مقابل زلزله برجهای ناقوس استفاده شده است.
جدول۱:موارد استفاده از کامپوزيتهای پايه پليمری( FRP) به منظور استحكام بخشي در برابر زلزله
تقويت سازه های بنايي غير مسلح با استفاده از کامپوزيتهای پايه پليمری ( FRP)
پيچيدن (Wrapping) کامپوزيتهای پايه پليمری به دور سازه های بنايي غير مسلح ، بطور قابل ملاحظه ای استحکام شکل پذیری اين سازه ها را افزايش می دهد. ديواره های سازه های بنايي غير مسلح معمولا به طو ر صحيحی به يکديگر متصل نيستند و اين عامل باعث آسيب پذير بودن اين سازه ها در مقابل زلزله می شود. اگر نيروهايی که به ديوار وارد می شود عمود بر آن باشد و به عبارتی اگر نيروهای وارد شده به صورت برشی باشد در اين صورت مکانيزم تخريب ديوارها به صورت فرو ريختن خارج از محور( out-of-plane) مي باشد. يکی از کارهايی که انجام شده به اين صورت است که درآن ده عدد ديواره آجری برای توليد دوواحد به يکديگر مونتاژ شده اند. در يکی از واحد ها شش عدد ديواره به صورتی که درشکل ۱سمت چپ کنار همديگر قرار می گيرند و ۴ عدد ديواره آجری باقيمانده به صورتی که در شکل ۱ سمت راست کنار همديگر قرا ر می گيرند . نتايج کامل اين آزمايش در مرجع شماره ۲ آمده است. برا ی انجام آزمايش بايستی ابتدا سطح ديواره آماده سازی شود . برا ی اين کار گچ های سطح خارجی ديوارها را به وسيله سنگ زنی از بين می برند . برای چسباندن الياف کربن به سطح ديوارها ابتدا يک لايه رزين اوليه( Epoxy-Prime) به سطح ديوار کشيده می شودسپس يک لايه رزين اشباع به عنوان آستر روی رزين اوليه کشيده شد. الياف کربن دردوقسمت به دور ديوار ها پيچيده شده است. يکی درقسمت بالای د يوار و ديگر ی در قسمت پايين ديوار و درهر قسمت دولايه کربن استفاده شده است . از يک جک هيدروليکی نيز برای ايجاد تنش به ديواره ها در داخل واحد ها استفاده شده است. توسط اين جک هيدروليکی نيروی با گا م KN 10 به ديواره ها وارد می شود که نيرو تا تخريب ديواره ها افزايش پيدا می کند. جزئيات موار د ذکر شده در شکل ۱ آمده است.
شكل۱:جزييات قرارگيري لايه هاي CFRP(کامپوزيتهای پايه پليمری با الياف کربن ) در ديواره ي آجري
اين آزمايش نشان داد که مواد کامپوزيتی ، کا رآيی خود را تا فروريختن ديوارها حفظ می کنند. يکی از نکات قابل توجه در ا ين آزمايش اين است که مواد کامپوزيتی از فروريختن ديوار و ايجاد آوار جلوگيری می کند. در واقع اين موا د کامپوزيتی می توانند آجرها و سنگ ها را درداخل خود نگه دارند. اين پديده در شکل۲ نشان داده شد ه است.
شكل۲:كارآيي لايه ي کامپوزيتهای پايه پليمری (FRP) تا فرو ريختن ديوارهاي آجري
پديده فروريختن ديوارهای آجری ، خيلی قبل تر از اينکه نيروبه حداکثر خود برسد ، شروع می شود. مقدار تغيير شکل اندازه گيری شده ، زمانی که نيرو به حداکثر مقدار خود می رسد زياد است. اين موضوع نشان دهنده ي اين نکته است که سازه های بنايي غير مسلح تقويت شده با الياف ها ی کربن ، شکل پذییری بالايی دارند. توجه به اين نکته ضروری است که بايد از تيزی گوشه های عمودی ديوار اجتناب کرد. و اين بخاطر اين است که الياف های کربن نسبت به نيروهای عمودی استحکام کمی نشان می دهند. برای حل اين مشکل از فولاد های “L ” شکل با شعاع انحناء (cm) 2 در گوشه های ديوار استفاده می شودکامپوزيتهای پايه پليمری (FRP ).
شكل ۳:كاربرد فولاد های “L ” شکل به منظور پخش نيرو ها در امتداد ديوار
استفاده از کامپوزيتهای پايه پليمری جهت استحکام بخشی سازه های بنايي غير مسلح ممکن است به عنوا ن راه حل موقت يا راه حل قطعی مورد استفاده قرار گيرد . حتی اگر به عنوان يک راه حل موقت مطرح باشد، فوايد استفاده از اين روش قابل ملاحظه است. اين تکنيک برای سازه های غير مکعبی نيز استفاده می شود . برای جلوگيری و اجتناب از جدايش الياف ها از سطح اين سازه ها يکی از راه حلها استفاده از تاندونهايی می باشد که در شکل ۴و ۵ نشان داده شده استکامپوزيتهای پايه پليمری (FRP ).
شكل۴و۵ : استفاده از تاندونهاي پليمري برای جلوگيری و اجتناب از جدايش الياف ها از سطح سازه
بالا بردن مقاومت در برابر زلزله در طاقها و قوسها ي سازه هاي بنايي:
بطور کلی ، طاقها نسبت به تغيير شکل رفتارخوبی ازخود نشان می دهند. درواقع وقتی که نيرويی به اين نوع سازه هااعمال می شوداين نيروهابطورمطلوبی درطول اتصال ملاتها (mortar joints) پخش می شود يعنی می توان گفت که تغيير فرم ها در طول اتصال ملاتها پخش می شود. شروع آسيب ديدن و ترک برداشتن اين سازه ها ، هميشه بخاطر استحکام مواد استفاده شده يا ناتوانی ملاتها برا ی انتقال نيرو نيست بلكه در اکثر مواقع بخاطر عاملهای غير مستقيم می باشد. يکی از معمول ترين اتفاقاتی که در اين نوع سازه ها می افتد،حرکت چرخشی ديواره ها يا شکم انداختن تاج ( key stone) د راثر اعمال نيروهای وارده است. در اثر اعمال اين نيروها ، تمرکز تنشی در قسمتها داخلی و قسمتی خارجی بوجود می آيد که باعث تغيير فرم پلاستيکی در ماده می شود.در اثر اين تمرکز تنش، جدايش در قسمتهای مذکور بوجود می آيد . شکل ۶ تشکيل اين جدايش ها در اثر اعمال نيروهاي مورد نظر تحت شرايط مختلف استحکام بخشی را نشان می دهد. همچنانکه در شکل ۶ قسمت c سمت راست مشاهده می شود برا ی سازه های مورد نظر که تحت نيروهای برشی و فشاری قرار گرفته است ، اگر از لايه های کامپوزيتی در سطح خارجی تاج و يک ميله بصورت افقی استفاده شود ، بهترين نتيجه حاصل می شودکامپوزيتهای پايه پليمری (FRP ).
شكل۶:مكانيزم جدايش(فرو ريزي) در شرايط مختلف استحکام بخشی
بررسی استحکام برشی سازه های تقويت شده و تقويت نشده:
آزمايشهای مختلفی برای تعيين استحکام برشی و قطري سازه های بنايي غير مسلح تقويت شده بوسيله کامپوزيتهای پليمری انجام شده است. نتايج اين آزمايشها در جداول ۲ و ۳ و شکل ۷ آمده است کامپوزيتهای پايه پليمری (FRP ) .
جدول۲: نتايج آزمايشهای تعيين استحکام برشی(shear compression ) در سازه ها ی آجري
جدول۳: نتايج آزمايشهای تعيين استحکام قطري(diagonal compression ) در سازه ها ی آجري
شكل۷:نتايج آزمايشهای تعيين استحکام قطري(diagonal compression ) در سازه ها ی آجری( منحني خاكستري: ديوار تقويت نشده- منحني مشكي: ديوار تقويت شده توسط کامپوزيتهای پايه پليمری با الياف کربن CFRP)
اگر ملات سيمانی بين کامپوزيت و ديواره استفاده شود و نمونه ها تحت تنش قرار گيرند ، افزايش استحکام برشی معادل ۵۵% نسبت به حالتی که استحکام بخشی نشده است.، مشاهده خواهد شد. نوع الياف به کار رفته تاثيری در ميزان افزايش استحکا م برشی نخواهد داشت . اين به دليل تخريب سازه از فصل مشترک ديواره و ملات می باشد. به عبارتی ضعيف ترين قسمت، فصل مشترک ديواره و ملات می باشد . اما اگر به جای ملات سيمانی از رزين اپوکسی استفاده شود به عبارتی رزين اپوکسی مستقيما” برروی ديواره کشيده شود و برروی آن الياف مورد نظر قرار گيرد ، استحکام برشی به مقدار قابل توجهی افزايش پيدا می کند. در حالی که رزين اپوکسی برای چسباندن کامپوزيت به ديواره ها استفاده شود ، اين افزايش استحکا م برشی نسبت به حالتی که استحکام بخشی نشده است تا ۲۴۰% نيز می رسدکامپوزيتهای پايه پليمری (FRP ) .
با پيچيدن الياف به دور سازه های بنايي غير مسلح از تخريب و آوارش خارج از محور اين سازه ها جلوگيری می شود.اين تکنيک استحکام بخشی ، می تواند به عنوان را ه حل موقت يا دائم مطرح باشد. در هر حال خصوصيت مثبتی از خود نشان مي دهد از جمله اينکه باعث افزايش شکل پذیری سازه ي بنايي غير مسلح می شود . برای بررسی استحکام برشی ديواره های آجری که به وسيله الياف تک جهته کربني يا شيشه ای استحکام بخشی شده اند . آزمايشاتی انجا م گرفته است . اين آزمايشات نشان می دهد که فصل مشترک بين ملات و ديوار کمترين استحکام را از خود نشان می دهند . اين ملات بين کامپوزيت و ديواره ي آجری قرار گرفته است و برا ی چسباندن يکنواخت کامپوزيت به ديواره استفاده می شود . وقتی که يک ملات با پايه سيمانی استفاده شود ، تخريب به خاطر جدايش اين ملات از روی ديواره شروع می شود . در اين حالت افزايش استحکام و سفتی در اثر استفاده از الياف کربنی و شيشه تقريبا يکسان است. اگر به جای اين ملات سيمانی از رزين های اپوکسی استفاده شود ،نتايج بهتری حاصل می شود . اگر ديواره هايی که با دولايه سنگ ساخته شده اند بوسيله کامپوزيتهای پايه پليمری تحت تنش قرا رگيرند ، در اين حالت تخريب در اثر جدايش بين لا يه های سنگی اتفاق می افتد اما اگر اين لايه ها ازآجر ساخته شده باشد، تخريب در اثر شکستن آجرها بوجود می آيد. در هردو حالت ، استحکام برشی نسبت به حالتی که ديواره ها تقويت نشده باشند، خيلی زياد است .
کامپوزيتهای پايه پليمری (FRP )
