ساخت خانه ویلایی تقویت تیرهای بتنی
تیرها معمولاً به صورت افقی یا شیب دار در سازه قرار می گیرند و بارها را به ستون ها منتقل می کنند.
در زلزله های شدید، ستون ها نباید آسیب ببینند و آسیب ها باید به لنگه یا بند ستون ها منتقل شود و برای این منظور در هنگام استحکام بخشی ساختمان ها، لنگه تقویت شده نباید از ستونی که به آن متصل است استحکام داشته باشد.
شکستگی های برشی و خمشی دو شرط اصلی شکست لنگه های بتنی هستند.
شکست خمشی به طور کلی بر شکست تنش برشی ترجیح داده می شود زیرا نرم تر عمل می کند.
شکست داکتایل منجر به توزیع ولتاژ می شود و به کاربران و ساکنین این امکان را می دهد که زمان بیشتری برای درک وضعیت بحرانی ساختمان داشته باشند.
همچنین خرابی آستانه های بتن مسلح می تواند در اثر تهاجم یون های شیمیایی رخ دهد.
شکل زیر شکست آستانه ناشی از تهاجم یون های شیمیایی و تاثیر نیروهای لرزه ای را نشان می دهد.
چنین آسیبی نیاز به تقویت آستانه بتنی را افزایش می دهد.
برای تقویت سازه های بتن مسلح می توان از روش های زیر استفاده کرد:
- تقویت آلمانی با استفاده از پیراهن بتونی
- تقویت ساختمان ها با استفاده از پیراهن فولادی
- یقه های خارجی را اضافه کنید
- تقویت مقاومت تیر در برابر خمش با استفاده از FRP
- تقویت مقاومت برشی تیر با استفاده از مواد FRP
- افزایش مقاومت موضعی تیرهای سوراخ دار
- سیستم محدودیت انتهای لایه FRP
- استفاده از ورق های FRP سیستم پیش تنیدگی
- استفاده از سیستم پیش تنیدگی خارجی (کشش سابق) در تیر بتنی
هر یک از روش های ذکر شده در زیر مورد بحث قرار خواهد گرفت.
استفاده از پیراهن بتنی:
پیراهن بتنی را می توان در سه یا چهار جهت در تیرها استفاده کرد و در نتیجه منجر به افزایش مقطع تیر – در طول و عرض – می شود که منجر به افزایش توانایی آن در تحمل نیروهای برشی بیش از حد می شود.
به این ترتیب می تواند ناحیه ای را که تنش کششی و فشاری تیر وجود دارد را نیز تقویت کند.
برای تکمیل مکانیزم انتقال نیرو بین بتن قدیم و جدید، باید سطح بتن قدیمی را زبر کرد و شاتون ها را با میلگرد جدید و قدیمی جوش داد.
موثرترین روش برای تقویت تیر بتنی، اجرای پیراهن بتنی در هر چهار جهت تیر می باشد.
در این روش باید بتن را به قسمت بالای آستانه، در ضخامت سقف اضافه کرد.
در زیر نمونه ای از لایه بتنی در چهار طرف آستانه را مشاهده می کنید.
-
تقویت تیر بتنی با لایه فولادی:
در صورت تمایل به تقویت بخش بدون زنگ زدگی در فولاد اصلی استفاده می شود و صفحات فولادی در سطح پایینی بتن چه با میخ فولادی و چه با گچ نصب می شوند.
استحکام چسبندگی پانل ها به بتن باید از مقاومت بتن در برابر برش بیشتر باشد و ضخامت ملات چسب باید تا حد امکان کم باشد و توصیه می شود در هر فاصله ای از میخ های فولادی در صورت نصب با بتن استفاده شود.
به عنوان مثال، چسب برای پیش بینی خطر از دست دادن چسبندگی در صورت آتش سوزی.
پانل ها می توانند در تمام طول تیر یا فقط در ناحیه حداکثر ممان ها باشند.
تیرها را می توان با افزودن آرماتور چه به صورت سیخ یا ورق فولادی تقویت کرد و با رعایت روش های صحیح می توان از کل ناحیه تقویت کننده اضافی در هنگام محاسبه ظرفیت تیرهای تقویت شده استفاده کرد.
چسباندن فولاد بر روی وجه قائم تیر از نزدیک تیرها باعث افزایش ظرفیت مقاومت برشی و چسباندن فولاد در سطح پایینی تیر باعث افزایش مقاومت خمشی تیر می شود.
-
افزودن یک میله کششی خارجی با قطعات آهنی:
تیرها را می توان با افزودن یک میله کششی خارجی با قطعات آهن به آن تقویت کرد، بنابراین یک تیر مرکب از آهن و بتن تشکیل می شود.
دو بخش برای کار با هم به عنوان یک بخش، پیچ های لنگر باید نیروهای برشی کافی داشته باشند.
آنها عمدتاً از میخ های فولادی با مقاومت بالا ساخته می شوند و توسط صفحات و زوایای فولادی با استفاده از مهره ها یا با قطعات آهن دفن شده با جوشکاری یا با تثبیت بلوک های آهن یا بتن – در صورت قابل قبول بودن فرم نهایی – روی آستانه ثابت می شوند. میخ ها، صفحات نصب و گوشه ها را باید با استفاده از رنگ های مناسب یا پوشاندن آنها با بتن از زنگ زدگی محافظت کرد.
- افزایش مقاومت تیر در برابر خمش با استفاده از FRP
چسباندن مواد FRP به ناحیه تنش های کششی بتن به طوری که جهت الیاف در جهت طولی اعضای خمشی هر آستانه باشد، منجر به افزایش مقاومت خمشی عضو می شود.
بحث در این بخش شامل افزایش مقاومت خمشی اعضای قاب گشتاور الاستیک لرزه ای که انتظار می رود اتصال پلاستیکی در آن تشکیل شود، نمی شود.
در طراحی این موارد باید رفتار قاب تقویت شده با کاهش چشمگیر چرخش و خمش در نواحی تقویت شده در نظر گرفته شود. در این مورد، باید به تأثیر بارهای مکرر بر روی مواد FRP نیز توجه شود.
-
تقویت مقاومت برشی تیر با استفاده از مواد FRP:
این بخش استانداردهای عمومی استفاده از مواد FRP یک شرکت آلمانی (CTech-LLC) را به منظور افزایش مقاومت برشی مقاطع بتن مسلح پوشش می دهد.
در این روش تخته های FRP در دو طرف تیر به گونه ای چسبانده می شود که جهت الیاف بر محور طولی تیر عمود باشد. برای صفحات بیرونی U شکل، مواد FRP به طور مداوم در دو طرف و زیر آستانه نصب می شوند که مقاومت خمشی FRP را بهبود می بخشد.
-
افزایش مقاومت موضعی در برابر تیرهای سوراخ شده:
یکی دیگر از کاربردهای FRP افزایش مقاومت موضعی تیرهای سوراخ دار است. در این روش می توان اطراف سوراخ ها را با FRP تقویت کرد.
-
با استفاده از سیستم محدودیت در انتهای لایه FRP:
سیستم مهار عمدتاً برای تقویت ساختمان استفاده می شود تا بتوان از ظرفیت بار سیستم FRP حداکثر استفاده را کرد.
معمولاً شکستگی های ناشی از جدا شدن لایه های FRP به دلیل عدم وجود چنین سیستمی است.
با توجه به اینکه معمولاً به دلیل وجود دال، دسترسی به قسمت بالایی آستانه دشوار است، از ورقه هایی استفاده می شود که سطوح زیرین و کناری آستانه را می پوشانند.
روش دیگر مورد استفاده استفاده از میله های مخصوص در انتهای لایه FRP می باشد.
طبق مطالعات انجام شده این روش برای لایه های ترکیبی نیز مناسب بوده و تاثیر مثبتی دارد. اما مشکل این است که لایه FRP به راحتی سوراخ می شود که بر عملکرد آن تأثیر منفی می گذارد و باعث تمرکز تنش در FRP می شود.
-
استفاده از سیستم پیش تنیدگی ورق FRP:
این روش تقریباً شبیه به روش محدودیت در انتهای لایه FRP است، زیرا در این روش برای به دست آوردن کرنش باید محدود شود.
تنها تفاوت در اعمال استحکام پیش کششی قبل از نصب و پخت کامل لایه FRP است.
صفحات یا پانل های FRP پیش تنیده (CTech-LLC) را می توان قبل از اتصال به بتن از پیش تنیده کرد.
مزیت اصلی این روش این است که این نوارها پس از اتصال به المنت به ظرفیت باربری المنت کمک می کنند.
و برای به اشتراک گذاشتن ظرفیت بار المنت، نیازی به اضافه کردن مقدار بار روی المنت نیست. همچنین پیش تنیدگی این صفحات باعث کاهش عرض ترک ها در امتداد المنت می شود و گاهی اهمیت زیادی دارد. علاوه بر این، از آنجایی که مواد FRP دارای استحکام کششی بالایی هستند، پیش تنیدگی باعث استفاده بهتر می شود.
البته این روش نیازمند کارشناسان ماهرتر، عزم راسخ و اجرای دقیق تر است.
پس از آماده شدن سطح بتن، ورق FRP تا حد معینی کشیده می شود.
سپس چسب هم به سطح بتن و هم به سطح صفحه اضافه می شود.
سپس تیر بتنی بالا آورده می شود تا تحت فشار به ورق FRP چسبانده شود.
سپس با اعمال فشار کمی به ورق FRP چسب اعمال می شود. پس از اتمام عملیات چسب، گیره های فولادی در نزدیکی هر دو انتهای صفحه FRP نصب می شوند تا به طور مناسب آنها را بست.
پس از انجام این مراحل و تکمیل فرآیند محدودیت، صفحه FRP برش داده می شود (خارج از محدوده محدود).
سپس صفحات ضخیم تر FRP در کنار بست های فولادی روی صفحه پیش تنیده روی سطح بتن چسبانده می شوند.
پس از اتمام عمل آوری چسب، سوراخ هایی بین ضخامت این صفحات ضخیم، صفحه پیش تنیده و بتن آستانه ایجاد می شود و سپس با تزریق اپوکسی، پیچ هایی وارد سوراخ ها می شود. پس از زدن چسب دور این پیچ ها، گیره های فولادی دو سر صفحه پیش پرس شده جدا شده و طول اضافی این صفحه بریده می شود.
به طور کلی، پیش تنیدگی در FRP دارای مزایایی مانند:
- افزایش سختی
- کاهش عرض و توزیع ترک ها – بهبود قابلیت سرویس دهی و دوام
- آرماتور برشی و خمشی تیر بتنی (به دلیل عدم وجود ترک)
- افزایش امکان حمل آستانه
در عمل، استفاده از پایه مکانیکی انتهایی باید در مواقع ضروری مورد توجه قرار گیرد،
علاوه بر کارایی و کاربرد آن برای حفظ چسبندگی FRP و بتن. در بسیاری از موارد، مهاربندی با صفحات U شکل، مانند بادبندهای آستانه یا تخته های پهن، عملی یا بی اثر نیست.
در این گونه موارد، بررسی و ابداع روش های دیگر محدودیت مکانیکی ضروری است.
یکی از راه ها استفاده از محدودیت های فیبر است.
-
سفت شدن خارجی:
استفاده از تنش کششی منجر به ایجاد نیروهای فشاری می شود که باعث کاهش تنش های خمشی در تیر و همچنین کاهش انحراف می شود و با انتخاب مسیرهای مختلف تأثیر کشش بر انحراف و افزایش توانایی تیر در تحمل بارها تغییر می کند.
مکان کابل های کششی و همچنین محل نصب و محاسبات لازم برای مکان یابی این مکان ها و تعیین مقاومت کششی مورد نیاز مشابه روش محاسبه آستانه های پیش تنیده می باشد.
انتخاب سیستم کششی قابل استفاده تا حد زیادی به فضای موجود برای نصب انتهای کابل ها بستگی دارد و از دو روش می توان استفاده کرد، یکی از آنها بسته به موقعیت: انسجام سیستم با تیر اصلی و سیستمی که با آن منسجم نیست و فقط در انتها به آن متصل می شود.
