تعریف FRP
پلاستیک تقویتشده با الیاف (FRP) که به آن پلیمر تقویتشده با الیاف نیز گفته میشود، یک نوع ماده کامپوزیتی است که از پلیمر تقویتشده با الیاف ساخته شده است. این الیاف معمولاً شیشه (در فایبرگلاس)، کربن (در پلیمر تقویتشده به کمک الیاف کربن)، آرامید یا بازالت هستند. همچنین در FRP بهندرت از الیاف دیگری مانند کاغذ، چوب یا آزبست استفاده میشود. علاوه بر این، FRP یک روش بسیار مؤثر برای مقاومسازی سازهها در برابر نیروهای ناشی از زلزله است. امروزه استفاده از FRP در بهسازی و ایمنسازی سازههای بتنی بسیار رایج شده است. علت این امر هم به دلیل افزایش عمر بهرهبرداری از سازه و یا ارتقای خصوصیات سازهای آن به علت اجرای نامناسب و سایر عوامل است. در حقیقت از FRP بهمنظور بهسازی ساختمانهای آسیبدیده لرزهای بهجای تخریب یا جایگزینی آن استفاده میشود.
از سیستمهای FRP میتوان بهسادگی بهعنوان تقویتکننده سازه در جهت افزایش مقاومت آن و یا سبکسازی ساختمانها استفاده نمود. کاربرد FRP در صنایع معدنی، هوافضا و صنایع مربوط به وسایل نقلیه است. علاوه بر این، از این نوع مصالح ساختمانی برای کاربردهایی که نیاز به مصالحی با نسبت مقاومت به وزن بالا و یا استحکام بالا دارند نیز استفاده میشود.
مقایسه بین ژاکت فولادی و ژاکت بتنی با FRP
یکی از روشهای مقاومسازی سازهها استفاده از ژاکت فولادی و نوع دیگر آن ژاکت بتنی است. ژاکت فولادی به تقویت المانهای موردنظر شما کمک میکند اما ازآنجاییکه مقاومسازی با ژاکت فولادی هزینه زیادتری نسبت به FRP دارد چندان استفاده از این روش توصیه نمیشود گرچه در برخی از مواقع مجبور به استفاده از این روش هستیم. موارد رایج استفاده از روش ژاکت فولادی؛ مقاومسازی، تقویت نمودن اتصال تیر به ستون و یا تقویت اتصال ستون به فونداسیون است.
اما ژاکت بتنی متشکل از میلگردهای فولادی و بتن است که بهصورت شبکهای از میلگردها بر روی سازه موجود قرار میگیرد و بعد از قالببندی درون آن با بتن پر میشود. این نوع ژاکت از لحاظ عملکرد مثل یک ژاکت فولادی است. معمولاً از ژاکت بتنی در تقویت ستونها استفاده میشود. عیب ژاکت بتنی در مقایسه با FRP بزرگ بودن اندازه مقطع آن است. سختی اتصال به مقطع از دیگر عیوب ژاکتهای بتنی است.
هدف از انجام آزمایشهای مخرب و غیر مخرب در سازههای بتنی
برای اینکه بتوان برآورد مناسبی از رفتار ساختمان به دست آورد باید علاوه بر توجه به هندسه، وضعیت و پیکربندی اعضا، به مشخصات مصالح به کار رفته در سازه نیز دقت کرد. اهمیت استفاده از مصالح ساختمانی استاندارد در مورد سازههایی که در نزدیکی گسل یا مناطق لرزهخیز ساخته میشوند، بیشتر است. بهمنظور مطلع شدن از وضعیت مصالح موجود، بهترین راه انجام آزمایش است. در این بین آزمایشهای مخرب و غیر مخرب بر روی سازههای بتنی و فولادی انجام میشود که بهعنوان نمونهای از این آزمایشها میتوان به چکش اشمیت، مغزه گیری بتن و تست اولتراسونیک اشاره نمود. برای انجام آزمایش حداقل دو مغزه از هر عضو باید داشته باشیم و در یک ساختمان حداقل شش مغزه استفاده میشود.
- آزمایش اول: مغزه گیری بتن
در این آزمایش گرفتن نمونههای بتنی با دستگاه مخصوصی انجام میشود. معمولاً این نمونهگیری در مکانی انجام میشود که کمترین تنش را دارد و بهتر است در محل نمونهگیری آرماتور وجود نداشته باشد.
- آزمایش دوم: چکش اشمیت
از آزمایش چکش اشمیت برای نشان دادن یکپارچگی و مقاومت بتن استفاده میشود. نکته مهمی که در انجام این آزمایش باید به آن دقت نمود، پوشش بتن است که باید بهاندازه کافی باشد. علاوه بر این، سطح بتن باید فاقد گردوغبار و ذرات سست باشد. در این آزمایش باید به زاویه چکش روی سطح نیز دقت نمود که کاملاً عمود بر سطح باشد.
- آزمایش سوم: تست اولتراسونیک
اساس این آزمایش بر طبق سرعت امواج درون اجسام است. این سرعت به عوامل مختلفی وابسته است ازجمله به نوع و مقدار سنگدانه، نوع سیمان، نسبت آب به سیمان، اندازه ذرات، دانهبندی و غیره.
ارزیابی آسیبپذیری لرزهای و رابطه آن با FRP
امروزه استفاده از مصالح بتنی به دلیل ویژگیهای مکانیکی، صلبیت و دوام آن بسیار رایج شده است. بارهایی که در طول عمر این نوع سازهها به آنها وارد میشود شامل بار زلزله، بارهای بهرهبرداری و … است. همچنین ممکن است تحت شرایط محیطی، تغییر شکل بر اثر بارهای اضافی، کمبود سختی مصالح، خوردگی میلگردها، ترکخوردگی مصالح بتنی و آتشسوزی نیز ساختمانهای بتنی دچار آسیب شوند که باید برای حل این مشکل تمهیداتی را لحاظ نمود.
یکی از متداولترین سیستمهای سازهای در ایران، قاب خمشی بتنآرمه است. عیب این نوع سیستم سازهای که باعث آسیبپذیری آن شده است، مقاومت پایین بتن ستونها و ضعف اجرایی آن است. ازآنجاییکه کشور ما یکی از لرزهخیزترین کشورها است باید ایمنی سازههای آن تضمین شود. معمولاً برای مقاومسازی ساختمانها در برابر بار زلزله از مهاربند و دیوار برشی استفاده میشود. تحقیقات انجامشده توسط محققان پیرامون ارزیابی آسیبپذیری لرزهای چندین ساختمان کوتاه و متوسط بتنآرمه، نشان میدهد که سیستم سازهای قاب خمشی بتنی، پس از بهسازی ستونهای آن با FRP احتمال رخداد خسارت در آنها بر اثر زلزله کاهش پیدا کرده است.
یکپارچهسازی سقف و دیوار به کمک FRP
یکی از کاربردهای FRP استفاده از آن در ساختمانهای با مصالح بنایی است. در حقیقت شما با کمک این مصالح میتوانید دیوارها یا بخشهایی از بنا را که در اثر فرسایش آسیبدیدهاند، تقویت کنید. این کار را میتوان به کمک میلههای FRP انجام داد. با استفاده از این میلهها و گروت آن دسته از اجزای ساختمان که وظیفه انتقال نیروهای عمودی به فونداسیون را دارند و یا باید در برابر نیروهای جانبی مقاومت کنند، تقویت میشوند. همچنین به کمک تزریق ملات، بخشهای پوک پرشده و به این ترتیب ملاتهای قدیمی تقویت میشوند، نتیجه این امر یکپارچهسازی سقف و دیوار و یا سایر اجزای سازهای است که از این روش تقویت استفاده میکنند.
در نهایت لازم است بیان کنیم که FRP شش مزیت عمده برای هر پروژه ساختمانی به همراه دارد:
- زمان نصب سریعتر
- مصالح سبک
- مقاومت در برابر خوردگی
- تعمیر و نگهداری بسیار کم
- صرفهجویی در هزینه
- انعطافپذیری طراحی
درحالیکه مصالح ساختمانی معمولی ممکن است به دستیابی به اهداف کوتاهمدت کمک کنند، استفاده از FRP اغلب یک گزینه ایده آل برای ایجاد سازههای مقرونبهصرفه است که میتوانند در برابر گذر زمان مقاومت کنند و همچنان قابلاستفاده بمانند. اجزای پیشساخته FRP به سازندگان اجازه میدهد تا در زمان کمتر، هر قسمت را با سرعت بیشتری نصب کنند. بسیاری از پروژههای بزرگ زیرساختی ازجمله پیادهروها، پلهای عابر پیاده و سکوهای ریلی، میتوانند از این مزیت بهرهمند شوند.