ترمیم و تقویت سازه های بتنی توسط دیوار برشی

دیوار برشی فولادی برای مقاوم سازی ساختمان های فولادی در حدود 15 سال اخیر مورد توجه خاص مهندسان سازه قرار گرفته است. ویژگی های منحصر به فرد آن باعث جلب توجه بیشتر همگان شده است ، از ویژگی های آن اقتصادی بودن ، اجرای آسان ، وزن کم نسبت به سیستم های مشابه ، شکل پذیری زیاد ، نصب سریع ، جذب انرژی بالا و کاهش قابل ملاحظه تنش پسماند در سازه را می توان نام برد. تمام دلایل ما را به این فکر آن وا داشت که استفاده از آن را درترمیم ساختمان های بتنی مورد مطالعه قراردهیم. چون این سیستم دارای وزن کم بوده ، به سازه بار اضافی وارد نکرده و حتی با اتصالاتش باعث تقویت تیر وستونهای اطراف خود می شود. همچنین این سیستم نیازی به تجهیزات خاص ندارد و می توان بدون تخلیه ساختمان و تخریب اعضا سازه ای به بقیه اجزای سازه ای وصل شود. البته طراحی این سیستم در ساختمان های بتنی بغیر از حالت ترمیمی اقتصادی به نظر نمی آید. در این مقاله توضیحات اولیه ای از دیوار برشی فولادی جهت آشنایی بیشتر ارائه شده ، و در قسمت های بعدی بررسی رفتار پانلهای برشی فولادی LYP1 در تقویت وترمیم سازه های بتنی مورد مطالعه قرار خواهد گرفت و تفاوت آن با سیستم بادبندی مشابه مورد توجه قرار خواهد گرفت ، و در آخر نتایج آزمایشات بررسی خواهند شد.

دیوارهای برشی فولادی SSW2 برای گرفتن نیروهای جانبی زلزله و باد در ساختمان های بلند در سالهای اخیر مطرح و مورد توجه قرار گرفته است . این پدیده نوین که در جهان به سرعت رو به گسترش می باشد در ساخت ساختمان های جدید و همچنین تقویت ساختمان های موجود به خصوص در کشورهای زلزله خیزی همچون آمریکا و ژاپن بکار گرفته شده است . استفاده از آنها در مقایسه با قابهای ممان گیر تا حدود 50% صرفه جویی در مصرف فولاد را در ساختمان ها به همراه دارد.

دیوار های برشی فولادی از نظر اجرائی ، سیستمی بسیار ساده بوده و هیچگونه پیچیدگی خاصی در آن وجود ندارد . لذا مهندسان ، تکنسین ها و کارگران فنی با دانش فنی موجود و بدون نیاز به کسب مهارت جدید می توانند آنرا اجرا نمایند . دقت انجام کار در حد دقت های متعارف در اجرای سازه های فولادی بوده و با رعایت آن ضریب اطمینان اجرائی به مراتب بالاتر از انواع سیستم های دیگر می باشد . با توجه به سادگی و امکان ساخت آن در کارخانه و نصب آن در محل ، سرعت اجرای سیستم بالا بوده واز هزینه های اجرائی تا حد بالایی زیادی کاسته می شود .

سیستم از نظر سختی برشی از سخت ترین سیستم های مهاربندی که X شکل می باشد ، سخت تر بوده و باتوجه به امکان ایجاد باز شو در هر نقطه از آن ، کارائی همه سیستم های مهاربندی را از این نظر دارا می باشد .

همچین رفتار سیستم در محیط پلاستیک و میزان جذب انرژی آن نسبت به سیستم های مهار بندی بهتر است . در سیستم دیوار های برشی فولادی به علت گستردگی مصالح و اتصالات ، تعدیل تنش ها به مراتب بهتر از سیستمهای مقاوم دیگر در برابر بارهای جانبی مانند قاب ها وانواع مهاربندی که معمولا در آنها مصالح به صورت دسته شده و اتصالات متمرکز می باشند ، صورت گرفته و رفتار سیستم بخصوص در محیط پلاستیک مناسب تر می باشد .

گزارش اولیه تحقیقات انجام شده در تابستان سال 2000 میلادی در آزمایشگاه سازه دیویس هال دانشگاه برکلی کالیفرنیا نشان می دهد ، ظرفیت دیوار های برشی فولادی برای مقابله با خطراتی مانند زلزله ، طوفان و انفجار در مقایسه با دیگر سیستم ها مثل قابهای ممان گیر ویژه حداقل 25% بیشتر می باشد . در آزمایشگاههای تحقیقاتی استفاده گردیده است که ظرفیت آن حدودا 6670KN می باشد . آزمایش های مذکور نشان می دهد ، دیوارهای برشی فولادی دارای شکل پذیری بسیار بالائی هستند . به لحاظ اهمیت موضوع بودوجه این تحقیقات که به منظور دستیابی به یک سیستم مطمئن جهت ساخت ساختمان های فدرال آمریکا برای آنکه بتوانند در مقابل خطراتی مانند زلزله ، طوفان و بمب مقاومت نمایند ، توسط بنیاد ملی علوم آمریکا و اداره خدمات عمومی آمریکا تامین گردیده است .

1-شکلی از دیوار برشی فولادی در سازه های فولادی (با سخت کننده و بدون سخت)

2- ساختمان های ساخته شده با استفاده از دیوار برشی فولادی

اولین ساختمان ساخته شده با استفاده از این روش بیمارستانی در لس آنجلس به نام بیمارستان Sylmar بود. یکی از بزرگترین سازه های ساخته شده با سیستم دیوار برشی فولادی ساختمان شینجوکونومورا 3 در توکیو است که این ساختمان دارای 51 طبقه بوده و ارتفاع آن از سطح زمین 211 متر است . 5 طبقه آن درزیر زمین واقع بوده و 27.5 مترآن پایین تر از سطح زمین قرار دارد و ، برای اجتناب از بکارگیری دیوار برشی بتنی ، از سیستم دیوار برشی فولادی در هسته های مرکزی ساختمان که اطراف آسانسور ها ، پله ها و رایزرهای تاسیساتی می باشد ، استفاده گردید.

یکی از کاربردهای این پانلها در تقویت سازه های بتنی در ساختمان مرکز درمانی در چارلستون می باشد این سازه در اثر زلزله 1963 آسیب دیده بود این ساختمان متشکل از ساختمان های متعددی از یک تا پنج طبقه می باشد که زیر بنای آنها نزدیک به 32500 متر مربع است . برای تقویت این سازه از بهترین تیم طراحی وتحقیقاتی استفاده گردید . بعد از بررسی های فراوان این سیستم را با توجه به دلایل زیر مناسب دانستند :

• جلوگیری از اخلال در کار روزانه و کاهش مشکلات برای بیماران ، بعلت سرعت نصب آن

• جلوگیری از کاهش زیر بنای مفید و اتلاف فضاها

• پیش بینی امکان تغییرات در آینده ، زیرا در دیوار برشی فولادی به سادگی می توان تغییرات مورد نظر را اعم از

• جابجائی معماری و یا ایجاد بازشو به خاطر عبور تاسیسات داد

• جلو گیری از ازدیاد وزن سازه

به جز ساختمان های بالا سازه های فراوانی از جمله

ساختمان مرکزی 54 طبقه بانک وان ملون در پیتسبورگ پنسیلوانیای آمریکا

ساختمان مسکونی 51 طبقه واقع در سان فرانسیسکو

ساختمان 25 طبقه در ادمونتون کانادا

ساختمان 32 طبقه بایرهویچ هوس در لورکوزن آلمان (Byer-Hochhaus)

ساختمان 20 طبقه دادگاه فدرال در سیاتل آمریکا

برای تقویت ساختمان بتنی کتابخانه ایالتی اورگ (Oregon state library) را می توان نام برد که در آن برای تقویت ازدیوار برشی فولادی برشی فولادی استفاده شده است .

3- معرفی سیستم دیوار برشی فولادی برای تقویت سازه های بتنی ساخته شده [3]

سال 1995 زلزله در Hugoken-Nanbu4 که زلزله مهیبی بود ، باعث کشته و مجروح شدن انسانهای زیادی شد . ساختمان های بسیاری آسیب جدی دیدند و ساختمان هایی که قبل از سال 1981 و مخصوصا قبل از 1971 ساخته شده بودند ، خسارت شدیدی را متحمل گردیدند و حتی برخی از آنها فرو ریختند .

این امر نشانگراین است که آیین نامه و مقررات قدیمی برای طراحی ساختمان به نحو مناسبی نیروهای زلزله و شکل پذیری سازه ای را در نظر نگرفته اند .

در سال 1999 زلزله در chi -chi تایوان نیز باعث زیان فراوان و تخریب بسیاری از سازه ها شد . دوباره این ساختمان هایی که قبل از سال 1983 طراحی و ساخته شده بودند ، تخریب شدند و بعد از زمین لرزه 1999 تمام مقررات و آیین نامه های زلزله مورد باز بینی قرار گرفته و همه مقررات قبلی لغو شدند . ضرایب لرزه ای منطقه ای در هرناحیه تایوان تولید و ایجاد گردید . برای مثال شتاب زمین لرزه در منطقه Taichung از 0.23g به 0.33g افزایش یافت .

در نتیجه تقریبا همه ساختمانها در Taichung مطابق با مقررات طراحی جدید احتیاج به مقاوم سازی پیدا کردند. هدف این پروژه افزایش و بهبود بخشیدن مقاومت لرزه ای ساختمان های بتن مسلح می باشد . این پروژه شامل سه زیر مجموعه است که شامل :

• پیدا کردن و پی بردن به میزان کمبود مقاومت لرزه ای ساختمان های بتن آرمه موجود بر اساس آیین نامه جدید

• مساله نیروهای وارد بر سازه کناری و همجوار بعلت تغییر مکانهای بیش از اندازه جانبی آنها

• تحقیق در مورد دو روش برای جذب انرژی توسط پانلهای برشی فولادی و بادبند فولادی برای بهبود مقاومت لرزه ای سازه های موجود .

4- مشخصات لرزه ای پانلهای برشی فولادی با نقطه تسلیم پایین (LYP)

استفاده از دیوار برشی فولادی باعث بهبود مقاومت لرزه ای سیستم در طراحی ساختمان های جدید و مقاوم کردن ساختمان های ساخته شده می شود . صفحات فولادی نازک تمایل به کمانش دارند و از این رو ظرفیت جذب انرژی در این رو صفحات محدود است .

اخیرا روشهای جدید و تکنولوژی های بدست آمده در زمینه فلزات ، صفحات فولادی جدید را در دسترس ما گذاشته است . این نوع فولاد دارای تنش تسلیم کمتر افزایش طول بالا می باشند و توانایی تغییر شکل دادن و جذب انرژی بیشتری را قبل از شکستن از خود نشان می دهند . یکی دیگر از ویژگی های آن پایین بودن نقطه تسلیم است که این باعث افزایش ناحیه پلاستیک آن می شود و باعث جذب بیشتر تنش می شود .

پانلهای برشی فولادی ساخته شده از LYP توانایی جذب و اتلاف انرژی زیادی را دارند ، و می توانند در ساختمان های جدید مورد استفاده قرار گیرد . این نوع پانلها همانند دیوار برشی فولادی نسبت به نیروهای زلزله طراحی و ساخته می شوند . چون این پانلها دارای ویژگی جذب و اتلاف انرژی بالایی هستند ، می توان از آنها بعنوان میراگر برای میرا کردن انرژی لرزه ای استفاده کرد . این نوع میراگر فلزی در هنگام جذب انرژی استحکام کافی را دارند و همچنین نسبت به میراگرهای که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرند ، نیاز به نگهداری و تعمیر ندارد .

نقطه تسلیم و نقطه نهایی صفحات LYP هردو تحت تاثیر میزان کرنش وارده است . در این تحقیق تاثیر میزان کرنش و نحوه بارگذاری بر روی مشخصات مقاومت لرزه ای پانل صفحه ای مورد آزمایش قرار گرفته است .

مجموعه آزمایشات انجام شده ، مطالعه روی رفتار پانلهای برشی ساخته شده از فولاد LYP تحت سرعت های بارگذاری متفاوت و جابجایی های نموی ، است .

مطالعات آزمایشگاهی بروی پانل برشی فولاد LYP

پانل فولادی برشی ، ساخته شده از فولاد با نقطه تسلیم پایین ، عامل موثری برای جذب انرژی زیادی است . با طراحی و ساخت مناسب پانلهای برشی فولادی می توان در جذب و تلف کردن مقدار زیادی از انرژی لرزه ای بهره برد . اما رفتار سازه ای این نوع پانل برشی متاثر از شدت کرنشی است .

در 9 نمونه تست شده در آزمایش ، می خواهیم رفتار آنها را در هر یک از نحوه بارگذاری متفاوت مورد ارزیابی قرار دهیم. شکل 2 نحوه طراحی نمونه ها را نشان می دهد . شکل 3 چگونگی آزمایش ها را نشان می دهد . در این نمونه ها نسبت عرض به ضخامت پانل 50 گرفته شده است . لبه های بیرونی اعضا به خاطر جلوگیری از ترک خوردن اتصالات بین لبه و پانل و صفحه پای ستون تراشیده شده است . این کار بخاطر اجتناب تمرکز تنش و سوق دادن صفحه به ناحیه پلاستیک که قبلا بحث آن را کردیم . در این تحقیق تاریخچه بارگذاری پانل برشی فولادی آزمایش و بررسی شده است . سه سرعت بارگذاری 2.5 ، 5 و 10 mm/sec انتخاب شده است.

برای دستیابی به سرعت کرنشی این نمونه ها بارگذاری تدریجی به جای بار لرزه ای اعمال می شود . برای هر سه حالت متفاوت جابه جایی δy ، 2δy و 3δy را در هر دوره بارگذاری آزمایش را می پذیریم . آزمایش روی سازه تا زمانی که مقاومت به زیر % 80 مقاومت نهایی رسید متوقف می شود.

نحوه مقاوم سازی سازه بتنی

تیرها، عرشه ها، ستون ها و دیوارها می توانند با قرار دادن میلگردهای مسلح کننده طولی و رکاب ها یا بستن دور اعضاء و سپس پوشاندن عضو به وسیله بتن پاشی یا بتن ریزی درجا در محل مقاوم سازی شوند. بتن چسبندگی بین میلگردهای جدید و عضو موجود را میسر می کند، بتن پاشی اضافه شده اندازه عضو را افزایش می دهد. اضافه شدن بار عضو ناشی از این قبیل موارد باید کنترل شود.

دیوارهای بتنی مسلح و بنایی با اضافه کردن لایه های سطحی میلگردهای مسلح کننده یا الیاف سیمی جوش داده شده و اعمال بتن پاشی، مقاوم سازی می شوند. بتن پاشی اتصال (چسبندگی) بین مسلح کننده های جدید و دیوار را نیز مهیا می کند. اغلب داول ها در سوراخ های دریل شده محیط (پیرامون) ستون ها و تیرها برای اتصال بین اعضای قاب و مقاوم سازی دیوار بتن پاشی شده قرار می گیرند.

تیرها، ستون ها و مقاطع دیوارها اخیراً با الیاف کربنی، CFRP، الیاف شیشه ای، GFRP یا مواد مرکب مشابه کهچسباننده های رزینی اجرا می شود، مقاوم سازی می شوند. آزمایشات آزمایشگاهی به وسیله کارخانه های تولیدی انجام می شود که معیارهای طراحی را برای استفاده سیستم های مواد خود مهیا می کنند. ارزیابی مقاومت دراز مدت در شرایط کارگاهی موارد اشاره شده هنوز در امریکا مدون نشده است، اما این روش چندین سال است که در اروپا استفاده می شود. چسباندن و مقاو سازی با کربن یا ورقه های شیشه ای و یا ورقه های باریک و مواد مرکب مشابه روش های مقاوم سازی کم هزینه ای است که برای ارتقای اعضای سازه ای که به طراحی با آیین نامه های لرزه ای به روز شده ای نیاز دارند، استفاده می شود. این روش برای استفاده در جایی که بارها در طول بهره برداری افزایش می یابد و شکل پذیری دراز مدت مدنظر است با تدارک صحیح برای ضدآتش و ضدآب کردن آن، مناسب است.

 محدودیت ها

زمانی که از صفحه های بتنی استفاده می شود، سختی در اکثر اعضای ترمیم شده افزایش می یابد، بنابراین توزیع بار در سازه تغییر می یابد و باید تحلیل شود. تنش های زیادی ممکن است ناشی از انتقال بین مقاطع مقاوم سازی شده و غیرمقاوم سازی شده ایجاد شود. اعضای مقاوم سازی شده و ترمیم شده شامل فونداسیون، باید برای شرایط با بهره برداری بررسی شوند. مقاوم سازی با مواد مرکب ممکن است برای مقاوم کردن ضروری باشد، اما به علت رفتار کشسانFRPها، رفتار نهایی مسلح کننده های FRP باید به دقت ارزیابی شود.

مسلح کننده های بیرونی همواره فضاهایی که قبل از ترمیم برای دیگر استفاده ها موجود است را اشغال

می کنند.

اگر چسبندگی برای عمل مرکب مورد نظر باشد، آماده سازی سطح فولاد و بتن بسیار بحرانی است. در فصل سوم روش های تخصصی آماده سازی سطح تشریح شد.

زمانی که از چسبنده های سازه ای، به ویژه اپوکسی، استفاده می شود باید دقت کافی بشود، زیرا نرم شدگی و کاهش مقاومت بر اثر افزایش دما در نزدیک و بالای دما انتقال شیشه است که می تواند در حدود 50 درجه سانتی گراد باشد. زمانی که در برابر آتش مهیا شود محافظت ویژه ای نیاز است. جزئیات صحیح و محافظت ویژه وقتی مواد مرکب برایمقاوم سازی استفاده می شود بحرانی و تعیین کننده است، زیرا آنها به طور کلی تابع لایه های زیرین با اپوکسی ها هستند. اغلب چسبنده های حساس به آب وقتی به سطوح مرکب و نمناک اعمال می شوند، چسبندگی مناسبی نخواهند داشت.

مثال ها

مقاومت برشی تیرهای بتنی مسلح با اجرای بست های فولادی در اطراف تیرها افزایش یافت. بست های مشابهی با عرض mm50 و ضخامت mm3/1 استفاده شد. گوشه های تیر با صفحه های فولادی خم شده ای به ضخامت mm5/1 محافظت شد.

مقاومت برشی تیرهای بتنی سقف و عرشه پارکینگ با استفاده از اضافه کردن رکاب های پوشانده شده با بتن پاشیافزایش یافت. روند ترمیم مطابق زیر صورت گرفته شود :

1- کناره ها و پایین تیرها برای به دست آمدن سطوحی تمیز، ماسه پاشی شد.

2- جفت های رکاب های جدید و U شکل با هم پوشانی در دور تیر قرار داده شد. در مقطع های افقی میله های U شکلی نیز در حفره ها و شیارهای بریده شده در بالای تیرها قرار گرفت.

3- این رکاب ها و ضفحات با بتن پاششی پوشیده شدند.

4. بتن پاششی فشاهایی که نچسبیده را پوشاند. در بعضی موارد بخش هایی که هنوز نچسبیده بودن برداشته و مجدداً بتن پاشی شد.

پوشش ها و بست ها

تشریح

پوشش دهی (Jacketing) روندی است که مقطع عضو سازه ای موجود به مقدار ابعاد اصلی برگردد، یا با توجه به پوشش دادن به وسیله مواد و مصالح مختلف (متفاوت) افزایش یابد. شبکه مسلح کننده فولادی یا پوشاندن با مواد مرکب می تواند در حول مقاطع آسیب دیده اجرا شود و بر روی آنها با بتن پاشی یا بتن ریزی درجا در محل پوشش داده شود.

بست ها و ژاکت ها پوشش هایی هستند که برخلاف روش پیش تنیده کردن بیرونی تنها بخشی از ستون یا پایه را احاطه می کنند و معمولاً به منظور افزایش حمایت دال یا تیر در قسمت بالای ستون استفاده می شود 

  شکل پوشش معمولاً موقتی یا دائمی و شامل چوب، فلز جمع شده، بتن پیش ساخته، لاستیک، پشم شیشه یا الیاف مخصوص است و نسبت به هدف و شرایط محیطی از آنها استفاده می شود. این نوع پوشش در دور مقطعی که احتیاج به ترمیم دارد قرار می گیرد و فضای حلقه مانند خالی بین پوشش و سطح عضو موجود ایجاد می کند. پوشش باید با جدا کننده هایی، برای اطمینان از تراز و یکسان بودن بین پوشش و عضو، آماده شود.

معمولاً از مواد مختلفی از جمله بتن معمولی و ملات، ملات اپوکسی، گروت و ملات و بتن لاتکسی اصلاح شده به عنوان مواد اندود و پوششی استفاده می شود. روش های پر کردن فضاهای خالی شامل پمپ کردن، لوله ترمی یا بتن با سنگدانههای پیش آکنده است.

مزیت ها و موارد استفاده

این نوع پوشش بخصوص در ترمیم خرابی ستون ها، پایه و تیرکوبی یا پایه های تیر، در جایی که نیاز است همه یا بخشی از مقطع زیر آب باشد، کاربرد دارد. این روش برای حفاظت از بتن، فولاد و مقاطع چوبی در برابر خرابی های بیشتر و برایمقاوم سازی کردن آنها اعمال می شود. پوشش های دائمی در محیط های دریایی و برای اضافه شدن محافظت در برابر فرسایش، سایش و آلودگی های شیمیایی دارای مزیت و مورد نظر هستند. بست ها در تهیه سر ستون های جدید روی ستون های موجود برای حمایت از دال کف ها موثر هستند. بست ها ظرفیت برشی دال ها را افزایش و طول موثر ستون را کاهش می دهد. بست ها ممکن است کمک مفیدی برای زیبایی و معماری بهتر باشد.

 محدودیت ها

در ژاکت ها و بست ها ضروری است که کل بتن خراب شده برداشته، ترک ها ترمیم و مسلح کننده های موجود تمیز و سطوح آماده سازی شود. در این آماده سازی مواد جایدهی شده جدید باید به سازه موجود بچسبد. به علت اینکه آماده سازی ژاکت ها اغلب در زیر آب صورت می گیرد، بنابراین گران و مشکل است. با این همه، در موارد خاص ژاکت ها و بست ها به طور گسترده و با هزینه مناسب، به عنوان راهکاری برای حمایت سازه ای عضو خراب شده به کار می روند. در شرایط زیر آب صفحات پلاستیکی اعمال می شود تا به حداقل کردن سایش کمک کند.

ژاکت ها و بست ها فضاهایی را که برای استفاده های دیگر قبل از ترمیم موجود بوده است، اشغال می کنند.

جزئیات اجرا (نصب)

روش های قالب بندی و تصمیم گیری برای استفاده از قالب های موقتی یا دائمی از جرئیات مهم در ژاکت کردن است. قالب های چوبی یا مقوایی می تواند به عنوان قالب های موقتی یا حتی دائمی استفاده شود. سوار کردن قالب های فلزی جمع شده، آسان است و قاب های موقت یا دائم قابل قبولی هستند. قالب های دائمی پشم شیشه (فایبر گلاس)، پلاستیکی و الیافی (پارچه ای) تا حد زیادی پذیرفته شده اند و مورد استفاده قرار می گیرند. برخی از آنها حتی بعد از کامل شدن ترمیم، مقاومت در برابر حمله شیمیایی نشان می دهند.

اعضای تکمیلی (مکمل)

 تشریح

اعضای مکمل ستون ها، تیرها، شمع (گیره)‌یا دیوارهای پرشده جدیدی هستند که برای حمایت اعضای سازه ای آسیب دیده اجرا شده اند. این مورد در  تشریح شده است. اعضای مکمل معمولاً در زیر نواحی گسیخته شده یا تغییر شکل یافته برای پایداری قاب سازه ای قرار می گیرند.

مزایا  و موارد استفاده

این روش ترمیم در حالتی که هیچکدام از روش های تخصصی مقاوم سازی مناسب نباشد مورد استفاده قرار می گیرد و اگر پیکر بندی سازه ای از دیگر روش های تخصصی جلوگیری می کند به کار می رود. اعضای مکمل سریع نصب می شوند و بنابراین راه حل های ترمیم اضطراری موقت مناسبی محسوب می شوند. معمولاً اعضای جدید برای حمایت جدی از ترک خوردگی و منحرف شدن مارپیچ اعضا نصب می شوند. معمولاً استفاده از اعضای مکمل مقرون به صرفه است.

محدودیت ها

ایجاد ستون یا تیرهای جدید فضای داخل ستون ترمیم شده را محدود می کند. ستون های جدید عبور را مسدود می کند. تیرهای جدید ارتفاع اتاق را کاهش می دهد. از نظر زیبایی، تیر یا ستون های جدید بازدارنده اند. پشت بندهای ضربدری، دیوارهای پر شده یا دیگر مواردی که مقاومت در برابر بارهای بیرونی را مهیا می کنند، اگر سازه اصلی نتواند مقاومت مورد نظر را مهیا کند، ضروری است. علاوه بر این پشت بندها فضاهای بهره برداری داخلی بیشتری محصور می کنند. بارها و تنش ها در سازه موجود ممکن است تحمل نشوند، مگر اینکه روند ویژه ای مد نظر باشد.

اعضای مکمل ممکن است باعث تقسیم بارها و نیروهایی بالاتر از تنش طراحی شده در عضو مجاور، فونداسیون یا هر دو آنها شوند.

 جزئیات اجرا

اعضای مکمل جدید ممکن است، چوب، فولاد، بتن یا مصالح بنایی باشد. اعضای جدید در محل باید محکم، جوش یا انکر شوند که بتوانند بارها را به عضوهای جدید انتقال دهند. لازم است که از بلند شدگی اعضای سازه ای موجود، به دلیل توزیع بار و تنش های بالاتر از میزان طراحی تیرها یا اعضاء حمایت کننده مجاور، جلوگیری شود.

 (الف) حمایت کننده های جدید به کمک تیرهای با ظرفیت خمشی ضعیف آمده است. عضو جدید به فوندانسیون کافی نیاز دارد. یک دهانه با بخش های خمشی منفی و مثبت که ممکن است بخش های مثبت و منفی آن معکوس شود در نظر گرفته می شود. اگر ترک خوردگی اتفاق بیفتد در ناحیه لنگر منفی جدید، موارد قابل قبول باید کنترل شود.

(ب) تشریح می کند که چگونه ستون اضافه شده مقاومت برشی را اصلاح می کند و دهانه موثر تیر موجود کاهش می یابد. معمولاً چنین ستون های اضافه شده ای در مجاورت ستون موجود نسبت به بست ها اقتصادی تر است. ستون ها ممکن است در جای غیرمعمولی برروی فوندانسیون موجودی که در  تحلیل شده است به منظور افزایش اندازه یا مقاومت مورد نیاز انتخاب شوند.

در اجرا و جایدهی ستون، ممکن است به جک های دائمی و گوه ها نیاز باشد. مشاور باید موثر بودن جک زدن در توزیع بارهای مرده را مورد توجه قرار دهد.

روش های مقاوم سازی بتن(ترمیم ترک ها)

قبل از ترمیم اعضای سازه ای ، باید تحلیل سازه ای صورت گیرد تا اگر اعضا دارای بارگذاری بیش از حد بهره برداری در دوره بهره برداری باشد یا زیر حد طراحی شده باشد، تعیین شود به صورت ساده می توان گفت اگر ترک های دارای اهمیت باشند باید آنها ابتدا با استفاده از دستگاه التراسونیک جهت تعیین عمق ترک و مقاومت بتن مورد استفاده قرار می گیرند تست و آزمایش کرد تا به نتایجی برای مقاوم سازی رسید. تحلیل ها باید هم قابلیت بهره برداری و هم مقاومت را مورد ملاحظه قرار دهد و  همچنین باید شامل ملاحظاتی که سبب شکستگی یا آسیب و مشکلات می شود، باشد. برپایه ارزیابی های گذشته و نتایج تحلیل ها، مشاور باید تصمیم بگیرد که تنها ترمیم یا ترمیم به علاوه مقاوم سازی، نیاز است.

 طرح قابل قبول را برای مقاوم سازی اعضای سازه ای، بدون جایگزینی کردن کامل آنها، ارائه می دهد. بندهایی که برروی روش های ساختی که برای مقاوم سازی استفاده می شوند، از قبیل قرار دادن میلگردها در بتن موجود یا جای دادن مسلح کننده های خارجی جدید در اعضای موجود، تمرکز دارند. در همه حالت ها، هدف بهره گیری از میلگردهای جدید مقاومت در برابر کشش به وسیله خمش، برش، پیچش و نیروهای محوری است که مقاوم سازی مطابق با حداقل الزامات برای مقاومت و قابلیت بهره برداری مطرح شده در ACI 318 و دیگر آیین نامه های کاربردی، مورد نیاز است. اطلاعات تکمیلی درACI 224. 1R مطرح شده است.

ترمیم سازه ای داخلی (تامین مجدد مقاومت عضو اصلی)

تشریح (ترمیم ترک ها)

برای حالت هایی که ترمیم بدون افزایش ظرفیت مقاومت سازه ای مدنظر است، تزریق اپوکسی معمولاً برای مرمت عضو استفاده می شود. تزریق اپوکسی در داخل محل ترک در مقطع بتن صورت می گیرد تا به شرایط پیش از ترک برگدد. اپوکسی چسبندگی کششی بیشتری نسبت به مقاومت کششی لایه زیرین بتنی دارد و بارهای بعدی اعمال شده به مقطع بتن، در نتیجه گسیختگی در بار مشابه مقطع عضو ترک نخورده اصلی ایجاد نمی شود. بنابراین تزریق رزین، جزء روش های مقاوم سازی نیست، اما روشی در برگرداندن مقاومت مقطع عضو اصلی به حساب می آید و قابل ملاحظه است. ACI 503R و ACRI 03734.

مقاوم سازی به وسیله به وسیله اجرای میلگردها تکمیلی در سرتاسر مقطع گسیختگی به علاوه تزریق رزین مهیا می شود. بیشتر اوقات، مسلح کننده خارجی یا داخلی نصب می شود و تزریق اپوکسی نیز برای مقاوم سازی و مرمت انجام می پذیرد.

مزیت ها و استفاده معمول

تزریق ترک می تواند به طور موفقیت آمیزی برروی ترک های باعرض نازک تر از mm013/0 به طور کلی با تزریق رزین های اپوکسی به طور قابل قبولی استفاده می شود. ترک های با عرض کمتر از آن می تواند با اپوکسی یا دیگر سیستم های پلیمری دارای گرانروی کم CS200 تزریق شود (ACI 503R, 224.1R).

زبان ها و موانع

ملاحظات ویژه ای باید برای تامین مقاومت چسبندگی در دماهای بالا در نظر گرفته می شود. اوکسی ها و دیگر رزین ها وقتی در معرض آتش با باقیماندن در شرایط دمایی بالا هستند، مقومت از دست می دهند. محافظت در برابر آتش برای ترمیم های سازه ای استفاده شده از اپوکسی، الزامی است.

اپوکسی هایی که برچسب دارند و نسبت به آب حساس نیستند در طول مدت عمل آوری خط های سفید شیری رنگی در محل چسبندگی ایجاد می کنند. بررسی حساسیت تلاش کامل اپوکسی ها به آب باید به وسیله تزریق اپوکسی به داخل ترک های از پیش مرطوب شده آزمایش شود، سپس ارزیابی نمونه مغزه گیری شده از تزریق اپوکسی به داخل ترک صورت پذیرد.

نمونه ای از ترمیم

ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی در دال ها یا دیوارهایی که از انتها مهار شده اند ممکن است منجر به افزایش ترک ها در طول ضخامت دال شوند. ترک خوردگی ممکن است به دلیل ترکیب تغییرات حجم بتن در حین عمل آوری یا در زمان بی ثباتی شدید حرارتی رشد کند. ترک خوردگی دال یا دیوار به طور معمول بر اثر مهار شدن در انتهای دال ها یا دیوارها بدون اجازه دادن به جابه جایی ها ایجاد می شوند. علت تنش های منطقه ای باید از بین برود یا در ترمیم بررسی شود.

دمای بتن در این ترمیم کنترل شود. اختلاف ها در حرارت محیط های بهره برداری به تنش های بی ثبات در محل چسبیدن اپوکسی منجر می شود. تزریق در ترک در محدوده دماهای متوسط منجر به حداقل کردن تنش های بی ثبات حرارتی می شود. تغییرات دوره ای دما باعث تنش های داخلی در اپوکسیمی شود.

خصوصیات نگهداری اپوکسی از قبیل مقاومت در برابر خزش و مدول کشسانی باید مورد کنترل شود.

 مسلح کننده های داخلی

تشریح (ترمیم ترک ها)

روش معمول فراهم کردن مسلح کننده های تکمیلی در سطوح مقطع ترک خورده این است که داول های جدیدی در داخل سوراخ های دریل شده قائم در سطوح ترک خورده نصب می شود. کل طول داول ها در داخل بتن با استفاده از مخلوط چسبنده ای محکم می شود. شکل ها نشان دهنده این روش است.

سازه باید شمع بندی و اگر مورد نیاز باشد جک زده شود تا تحمل اعضاء در برابر تنش های حاصل از بار مرده کمتر شود و مسلح کننده های جدید در برابر بارهای مرده اصلی مقاومت کنند. در تنش تسلیم اضافه کردن مسلح کننده ها به طور معمول در مقاومت در برابر همه بارها تاثیر می گذارد.

چندین مواد چسبنده ممکن است مورد استفاده قرار گیرد. گروت های سیمان پرتلند، اپوکسی، ملات اپوکسی، دوغاب سیمانی لاتکسی اصلاح شده و دیگر چسبنده های شیمیایی با موفقیت در نصب داول ها بین داول ها و وجه سوراخ های از پیش دریل شده قرار می گیرند. خزش، تنش برشی، مقاومت کششی پیوند و دیگر تغییرات بلند مدت مواد از قبیل رزین ها و گروت ها باید کنترل شود. انتخاب مواد نیز باید کنترل شود. به علاوه خصوصیاتی از قبیل تولید حرارت و مقاومت برشی باید وقتی اندازه گیری و تعیین قطر سوراخ ها برای داول ها یا انکرها صورت می گیرد مدنظر قرار گیرد.

داول ها ممکن است میلگردهای تغییر شکل یافته، فولادهای زبر، آجدار یا میله های فولادی ضد زنگ، مسلح کننده های الیافی کربنی یا بلت ها باشند. اگر سازگاری شیمیایی اجزاء با مواد چسبنده میسر باشد، پوشش دادن فولاد داول ها با روی (گالوانیزه) یا اپوکسی قابل قبول است. پوشش حفاظت کننده داول ها باید در زمان ارزیابی مقاومت پیوند بین بتن و داول ها کنترل شود، زیرا این پوشش ها در مقاومت چسبندگی بین داول و بتن تاثیر می گذارد.

داول ها برای انتقال برش بین مقاطع مجاور، از قسمت فوقانی و سطح تا میانه ضخامت مقطع نقش دارند. در یک مقطع داول ها چسبیده می شوند و در دیگر مقطع، داول های غیرچسبیده با استفاده از غلاف یا عنصر غیرچسبیده قرار می گیرند.

مزایا و استفاده های معمول

مسلح کننده های داخلی می توانند موجب مقاوم سازی بتن ترک خورده به سبب تغییرات حجمی مهار شده، تنش های برشی و خمشی شوند. روند ترمیم ساده است و از تجهیزاتی که معمولاً در دسترس اند، استفاده می شود.

 محدودیت ها

از برش و آسیب دیدگی میله های مسلح کننده مهار شده موجود در طول مدت عملیات دریل کردن باید جلوگیری شود. از آزمون های نامخرب و نقشه های اجرایی برای تعیین محل های میلگردها یا موارد مهار شده استفاده می شود. اعضای سازه ای با مسلح کننده های زیاد را نمی توان دریل زد، بنابراین این اعضاء باید با روش هایی که از بیرون مقطع می تواند اعمال شود، مقاوم سازی شوند.

ممکن است قیدهایی که از خارج به عضو وارد می شود نیز اجازه ایجاد سوراخ و دریل کردن متقاطع با ترک ها را ندهد.

اگر مقاومت چسبندگی نتواند رشد یابد، داول های داخلی در حالت از بین رفتن و آسیب بتن، نباید اجرا شوند. مقاومت بتن باید برای هر نصب و اجرایی ارزیابی شود.

سوراخ های دریل شده در بتن قبل از اجرا و نصب مسلح کننده ها و عنصر چسباننده، باید از گرد و غبار تمیز شود. اگر سوراخ ها به طور کامل تمیز نشود، خمیر چسبندی با گرد و غبار آمیخته و محدودیت در مقاومت چسبندگی بتن را منجر می شود.

 جزئیات اجرا (نصب)

پیش دریل زدن سوراخ ها باید به طور عودی در ترک یا نزدیکی آن صورت گیرد. از دریل دندانه دار یا نوک کاربیدی ممکن است استفاده شود. نوع دندانه دار دریل ها سطح صافی در داخل سوراخ ها ایجاد می کند. سطوح صاف اثر کمی در چسبندگی بتن دارد. طول مهاری در بعدهای مختلف ترک باید در راستای توسعه مناسب تنش در میله و مقاومت چسبندگی مورد نیاز مشخص شود. برای پیوند اپوکسی، معمولاً 10 تا 15 برابر قطر میله مسلح کننده مناسب است، اما طول بیشتر باید براساس محاسبات طراحی بارها و تنش های چسبندگی یا برپایه آزمایشات باشد. برای ملات سیمان، طول توسعه یافته (بیشتری) طبق آیین نامه ها و ACI 318 مورد نیاز است. اگر از اپوکسی به عنوان عامل چسبندگی استفاده می شود، قطر نهایی سوراخ باید از 3 تا 6 میلی متر بزرگتر از قطر داول باشد. اما در صورت استفاده از ملات سیمان، قطر سوراخ باید حداقل mm50 بیشتر از میله مسلح کننده باشد. در موارد اشاره شده، فضای حلقه مانندی ایجاد می شود که به طور کافی اجازه تراکم ملات را می دهد. گرانروی اپوکسی عامل بسیار مهمی برای تعیین و انتخاب قطر سوراخ به منظور اجرای میله است. بر طبق روش ها و دستورات تولید کننده و تجارب حاصل از نصب کردن های آزمایشی، تیین بهترین قطر و عمق سوراخ صورت می گیرد.

تمیز کردن سوراخ با وارد کردن تیوب به داخل سوراخ و دمیدن به داخل تیوب، بدون روغن با فشار هوا، انجام می شود. موتور دمیدن فشار هوا، گرد و غبار داخل سوراخ های دریل شده را نیز دور می کند. فشار هوا باید از نظر وجود رطوبت و روغن مطابق با روش ASTM D 4285 ، قبل از شروع کار و حداقل هر 4 ساعت یکبار بررسی شود. فرچه نایلونی با تلفیق فشار هوا داخل سوراخ های دریل شده را به طور مناسبی تمیز می کند. دریل های با نوک کاربیدی، مکش داخلی دارند و به زمان دمیدن به داخل سوراخ بعد از دریل کردن نیازی نیست. عامل چسباننده اپوکسی باید در داخل سوراخ قرار گیرد و تمام فضاهای حلقه ای اطراف سوراخ را پر کند. عامل چسباننده اپوکسی جایدهی می شود و اگر به درستی اجرا شود داول ها و فضاهای باز سوراخ ها را پر می کند. اگر سوراخ ها خیلی تنگ باشد گرانروی اجرای داول با گرانروی رزین ممکن است امکان پذیر نباشد. گرانروی عامل چسباننده باید به اندازه کافی روان باشد تا اجازه دهد عامل چسباننده بین داول و سوراخ جریان یابد.

انجام عملیات مقاومت سنجی و بررسی سازه های بتنی در پالایشگاه نهم

در تیر ماه سال 1396 ، مجوعه تست های غیر مخرب بتن ، شامل تست التراسونیک ، خوردگی و اسکن بتن و تست هافسل و تعیین اختلاف پتانسیل الکتریکی بر روی سقف های سولفور پیت های یک و دو واحد 108 پالایشگاه نهم – فاز 12منطقه ی ویژه اقتصادی پارس جنوبی- به سفارش واحد تعمیرات و مهندسی ، توسط واحد فنی و کارشناسان کلینیک بتن ایران ( مهندسین مشاور مهرآزان پایدار) انجام گرفته و نتایج به همراه کارشناسی وضعیت موجود سازه های بتنی و راهکارهای ارتقا و توان بخشی سازه های مورد بحث به واحد مربوط ارائه گردید.

دیدار جمعی از شرکت های صنعتی دارای نشان استاندارد با رئیس تشخیص مصلحت نظام

کلینیک بتن ایران :آیت‌الله هاشمی رفسنجانی، در دیدار جمعی از صنعتگران، تولیدکنندگان و خدمات دهندگان و اعضای انجمن دارندگان نشان استاندارد ایران و همچنین اعضای شرکت همایش‌گذاران مهستان، توجه به استاندارد را تلاش در جهت ارتقای جایگاه تولید و صنعت کشور در ابعاد داخلی و خارجی دانست.

وی با تحلیلی از اوضاع منطقه‌ای و هزینه هایی که اتفاقات سیاسی کشورهای منطقه بر ایران تحمیل می کند، گفت: همه باید کمک کنیم تا ایران ضمن حفظ امنیت مثال زدنی خود، در همه پیشرفت ها بدرخشد که البته دست اندرکاران استاندارد، پیشتازان این حرکت هستند.

شایان ذکر است رئیس هیئت مدیره کلینیک بتن ایران در این نشت حضور داشتند.