پاورپوینت کاربرد کامپوزیت های FRP در ساخت سازه ها

کاربرد کامپوزیت های FRP در ساخت سازه ها

فهرست مطالب
1)چکیده
2)کامپوزیت چیست؟
3)شکل های مختلف کامپوزیت FRP درمهندسی عمران
4)سیستم های تقویت سازه ها با استفاده از کامپوزیت های FRP

5)قابلیت های بالقوه FRP درتقویت و ترمیم سازه ها
6)مزایای استفاده از ورقه های FRP
7)بررسی محدودیت های تقویت خمشی تیرهای بتن آرمه با FRP و ارائه ی راه کارهای پیشنهادی
8)دال های طره ای تقویت شده با FRP
9)خلاصه و نتیجه گیری
10)منابع

1)چکیده:

استفاده از کامپوزیت های FRP در مهندسی عمران در سال های اخیر توجه بسیاری را به خود جلب کرده است.
وزن سبک،مقاومت زیاد و مقاومت در برابر خوردگی از جمله خواصی است که این نوع مواد را در قالب های گوناگون در امر مهندسی ساختمان مطرح ساخته است.

2)کامپوزیت چیست؟

کامپوزیت ها موادی هستند که از دو قسمت تشکیل یافته اند:
1)اجزای میکروسکوپی
2)غیر قابل حل در یکد یگر
از دیر باز مهندسین عمران با انواع گوناگون کامپوزیت ها کار کرده اند از چوب می توان به عنوان یک کامپوزیت طبیعی نام برد و در یک
نگاه کلی تر بتن به صورت ماده کامپوزیت با اجزای قابل تمایز از دیگر مواد مرکب در ساخت سازه بوده است.
قسمت اول از ماده کامپوزیت FRP که قسمت بار بر آن نیز محسوب می شود الیاف است. قسمت دوم که بیشتر نقش نگهداری الیاف را در کنار یکدیگر بر عهده دارد چسب یا رزین نامیده می شود.

الیاف:
از موادی کاملا الاستیک –شکننده و بسیار مقاوم ساخته می شود.
قطر این الیاف بسته به جنس بین 5 تا 25 میکرون است.الیاف ها امروزه در شکل ها-اندازه ها و جنس های گوناگون موجود است.
جنس الیاف می تواند از شیشه – کربن – آرامید یا ونیلن باشد.
نام کامپوزیت ساخته شده با هر یک از این مواد با حرف اول نام ماده تشکیل دهنده الیاف شروع می شود که عبارتند از:
ای که با الیف کربن ساخته شده است) FRP) :CFRP ای که با الیاف شیشه ساخته شده است)FRP ) :GFRP
ای که با الیاف آرامید ساخته شده است)FRP) : AFRP

رزین
رزین به کار رفته به صورت یک محیط چسباننده برای نگهداری الیاف در کنار مقاوت پایینی که دارد نقش چندان مهمی در خواص مکانیکی کامپوزیت ساخته شده بر عهده ندارد.
علاوه بر نگهداری الیاف در کنار هم رزین موجود در کامپوزیت به عنوان عامل محافظت الیاف در برابر عوامل محیطی و همچنین عامل توزیع تنش روی وجه ورقه کامپوزیت نیز عمل می کند.

کامپوزیت FRP:

FRP 1-3)میلگردهای

استفاده از میلگردهای FRP درتقویت تونل

بسیاری از سازه های بتنی مسلح در محیط های خورنده در اثر حمله سولفات ها – کلریدها و انواع مواد خورنده دیگر دچار اسیب های گوناگونی مانند ریزش بتن پوششی و خوردگی آرماتور می شوند. تعمیر و تعویض این سازه های بتنی خسارت دیده در سراسر دنیا هر ساله میلیون ها دلار هزینه در بر دارد برای رفع این مشکل فنون گوناگونی گسترش یافته است با این وجود هر یک از این روش ها موفقییتی نسبی داشته اند.برای رفع کامل این مشکل جایگزینی آرماتور

در سازه های بتنی مسلح با یک ماده مقاوم در برابر خوردگی راه حل مناسبی است .
به دلیل مقاومت بسیار زیاد کامپوزیت در مقابل خوردگی ایده استفاده از این کامپوزیت به شدت رشد کرده است.الیاف به کار رفته در ساخت میلگردها ار هر سه نوع کربن – شیشه و آرامید هستند . تنس تسلیم میلگردها حداقل 660 و حداکثر 3000 مگاپاسکال است .

2-3) پوشش های FRP:

استفاده از FRP در تقویت سقف
پوشش ها عمدتا برای بهسازی رفتار سازه های موجود یا تعمیر خرابی های ایجاد شده در سازه های فعلی به کار می رود . این پوشش ها به بیرون عضو بتن مسلح می چسبد.

استفاده از FRP درتقویت ستون استقاده از FRP درتقویت لوله

4) سیستم های تقویت سازه ها با استقاده از کامپوزیت FRP
1-4) بهسازی سازه های موجود
2-4) تعمیر سازه های آسیب دیده

بهسازی سازه های موجود
طیف وسیعی از سازه ها هستند که ضوابط مربوط به آیین نامه زلزله را تامین نمیکنند و یا بر اساس آیین نامه های قدیمی ساخته شده اند استفاده از این کامپوزیت در چنین سازه هایی به منظر تقویت و بهسازی لرزه ای آنها است .همچنین زمانی که تغییر کاربری یک ساختمان سبب ایجاد ضعف در بعضی از اجزای آن می شود می توان از چنین سیستمی بهره گرفت از این دسته تقویت می توان به تقویت سازه ها به منظور افزایش بار های زنده ،افزایش بار های ترافیکی و نیز لزوم قرار گیری ماشین آلات سنگین در قسمتی از ساختمان های موجود که در طراحی اوایه سازه برای آنها پیش بینی خاصی نشده است اشاره کرد.

تعمیر سازه های آسیب دیده
علت دیگر استفاده از کامپوزیت FRP در اعضای بتن مسلح جلوگیری از شکست سازه هایی است که به دلایلی از قبیل آتش سوزی، زلزله، عبور وسایل سنگین ، خوردگی آرماتورهای فولادی و گزشت عمر مفید مصالح دچار خرابی های ظاهری و موضعی شده اند . به این نوع استفاده از ورقه های FRP مرمت یا تعمیر گفته می شود.

5) قابلیت های بالقوه FRPدر تقویت و ترمیم سازه ها
1) افزایش ظرفیت باربری و افزایش شکل پذیری ستون ها-تیرها-دال هاو اتصالات بتن مسلح
2) تقویت سازه های ساحلی و سکوهای بتنی
3) تقویت دیوارهای بتن مسلح ومصالح بنایی
4) تقویت تونل ها
5) تقویت لوله های فولادی یا بتنی
6) تقویت سازه های بیمارستانی و سازه های باستانی

6) مزایای استفاده از ورقه های FRP
1)وزن کم
2)طول آزاد
3)ضخامت بسیار کم
4)حمل و نقل بسیار ساده
5)اجرای ساده ورقه ها
6)کاربردهای اقتصادی(درپروژه های عظیم بدون نیاز به وسایل پیچیده)

7) مقاومت های کششی وحتی فشاری بالا
8) مقاومت خستگی در خور توجه
9) خوردگی در حد صفر
10) مقاومت بسیار زیاد در محیط های قلیایی
11) سطح اجرا شده بسیار تمیز بعد از اجرا

8)بررسی محدودیت های تقویت خمشی تیرهای بتن آرمه باFRP

هدف از این قسمت شناخت مشکلات استفاده از FRP در تیرهای بتنی مسلح تحت خمش می باشد و ارائه روش هایی برای جلوگیری از این معایب:

خرابی تیر تحت خمش:
1)بارP کم است.(حالت الاستیک)
2)بارP زیاد است.(حالت الاستوپلاستیک)
3)بارP خیلی زیاد است.(حالت پلاستیک)
” درپایان مرحله ی سوم خرابی رخ می دهد“

اتفاقاتی که در پایان مرحله ی سوم رخ می دهد.(تیر بدون FRP):
-بتن مقاومت نشان می دهد
(ترک های خمشی تا بالای میلگرد
ادامه پیدا میکند)
-میلگردها تسلیم شده
(بتن روی میلگرد خرد میشود)

اتفاقاتی که در پایان مرحله ی سوم رخ می دهد (تیر با FRP تقویت شده)
-بتن همراه با FRP مقاومت نشان میدهد
(ترکهای خمشی به حداقل خود میرسد)
-میلگردها تسلیم شده وFRP

1)اگر نیرو خیلی زیاد باشد قبل از
رسیدن به شکست از بتن جدا میشود.

2)در غیر این صورت به طور ناگهانی
از ناحیه خطی به شکست میرسد.
(ناحیه تسلیم ندارد)

دال های طره ای:
تفاوت عمده این دال ها با دال های یک طرفه و دو طرفه با تکیه گاه ساده این
است که اولا لنگر آن منفی است و ثانیا بزرگترین مقدار لنگر در محل تکیه گاه رخ می دهد بنابراین نمی توان نوارها یا صفحات FRP را به نحو مناسبی در انتهای دال مهاربندی کرد.
با توجه به شرایط مقاوم سازی و شکل دال طرح های متفاوتی برای مهاربندی انتهای FRP در تکیه گاه این دالها پیشنهاد شده است.
در دالهایی که به صورت کنسول به یک تیر بزرگ و یا یک دیوار متصل هستند یک گزینه ساده برای مهار بندی این است که نوار یا صفحه FRP را تا قسمتی از سطح دیوار بالا برده و چسبانده شود.

البته با مطالعات و بررسی های انجام
گرفته نتیجع گیری می شود که این روش
مهار بندی چندان مناسب نبوده زیرا زمانی
که تنش در نوار FRP در حد پایینی است
قسمت چسبانده شده بر روی دیوار جدا FRP
می شود .

راه موثر برای مهاربندی این است که نوارهای
FRP را به درون سوراخ هایی که از قبل در
دیوار ایجاد شده است هدایت کرد. FRP
به دلیل وجود فولاد داخل مقطع این نوع مهاربندی
تنها در صورتی می تواند استفاده شود که عرض
نوار FRP کم باشد تا در سوراخ های ایجاد شده
بین دو میلگرد دیوار بتواند قرار گیرد.
طول مهاری

اغلب آزمایشات انجام یافته بر روی مدل هایی متمرکز شد که به همین صورت
انتهای FRP مهاربندی شده است .
نتایج نشان داد که این نوع مهاربندی عملکرد خوبی دارد. سوراخ های ایجاد
شده را نیز می بایست پس از قرار گرفتن FRP مجددا با ملات اپوکسی پر کرد.
برای پر کردن این سوراخ ها ملات سیمان مناسب نیست زیرا افت سیمان سبب
تاثیر منفی بر مقاومت مهاربندی می گردد.

9)خلاصه و نتیجه گیری
– میلگردهای FRP با مقاومت بالا و خوردگی درحد صفر در محیط های قلیایی خورنده جایگزین مناسبی برای فولاد هستند.
-استفاده از پوشش های خارجی در بهسازی و مقاوم سازی ساختمان ها در برابر زلزله و یا در مواقع تغییر کاربری که به تقویت سازه به جهت افزایش بار زنده است کاربرد وسیعی پیدا می کند.
– استفاده از پوشش ها برای زمانی که سازه های موجود به دلایل تغییرات آیین نامه ها به مرور زمان ضوابط خاص آیین نامه ها را ارضا نمی کند راه حل مناسبی برای جبران این ضعف است.

منابع
1) نشریه داخلی انجمن بتن ایران
2)نشریه داخلی پیام مهندس
3)نشریه داخلی انبوه سازان ایران
4)نشریه داخلی عمران و معماری