بررسی عملکرد کامپوزیت FRP در تقویت دیوارهای برشی

استفاده از کامپوزیت FRP به عنوان یک گزینه عملی نسبت به روش ها و فنون مقاوم سازی مرسوم و متداول در سازه های بتنی به طور روزافزون, در حال توسعه می باشد گستره این نوع مقاوم سازی برای تقویت موضعی اجزاء سازه بتنی شامل تیر, ستون, دال, اتصال و دیوار می باشد اخیراً استفاده از مصالح کامپوزیت به عنوان روشی جایگزین روش های متداول قبلی جهت تقویت دیوارهای برشی پیشنهاد می گردد

استفاده از کامپوزیت FRP به‌عنوان یک گزینه عملی نسبت به روش‌ها و فنون مقاوم‌سازی مرسوم و متداول در سازه‌های بتنی به‌طور روزافزون، در حال توسعه می‌باشد. گستره این نوع مقاوم‌سازی برای تقویت موضعی اجزاء سازه بتنی شامل تیر، ستون، دال، اتصال و دیوار می‌باشد. اخیراً استفاده از مصالح کامپوزیت به‌عنوان روشی جایگزین روش‌های متداول قبلی جهت تقویت دیوارهای برشی پیشنهاد می‌گردد. اگر چه در چند سال گذشته استفاده از این مصالح جهت تقویت تیر و ستون به‌طور گسترده‌ای رواج یافته است. اما دانش و تجربیات موجود در ارتباط با کاربرد این مصالح در تقویت دیوارهای برشی محدود می‌باشد.

از جمله مزایای استفاده از این مصالح در قیاس با سایر روش‌های مقاوم‌سازی، می‌توان به عملکرد مناسب سازه‌ای و تسهیلات اجرائی آن اشاره نمود. لازم به ذکر است مطالب ارائه شده در این متن، جمع‌آوری نتایج و بررسی‌ها صورت گرفته در زمینه تقویت خمشی، برشی و افزایش شکل‌پذیری دیوارهای برشی با کامپوزیت FRP می‌باشد.

●مقدمه

به‌طور کلی عناصر مقاوم در برابر نیروهای زلزله در سازه‌های بتنی می‌توانند به‌صورت قاب خمشی، دیوار برشی و یا ترکیبی از هر دو باشند. استفاده از قاب خمشی به‌عنوان عنصر مقاوم در برابر زلزله احتیاج به رعایت جزئیات خاصی دارد که شکل‌پذیری قاب را تأمین نماید. این جزئیات از لحاظ اجرائی غالباً دست و پا گیر بوده و در صورتی می‌توان از اجزاء دقیق آنها مطمئن شد که کیفیت اجراء و نظارت در کارگاه بسیار بالا باشد.

از این‌رو استفاده از دیوار برشی به‌عنوان روشی مطمئن‌تر برای مقابله با نیروهای جانبی در سازه‌های بتنی از دهه ۱۹۵۰ مورد استفاده قرار گرفته است.

در حال حاضر با توجه به بالا رفتن سن بسیاری از ساختمان‌های بتنی که در زمان ساخت و طراحی آنها، پیشرفت‌های چشمگیری در زمینه طراحی سازه در برابر زلزله به‌دست نیامده بود و آئین‌های موجود در آن زمان ناقص و کارآمد بود، بحث مقاوم‌سازی و ارتقاء سطح سازه‌های بتنی مورد توجه قرار گرفته است. هم‌اکنون بسیاری از ساختمان‌های دارای دیوار برشی در صورت وقوع زلزله دچار آسیب‌دیدگی جدی و حتی انهدام می‌شوند، زیرا بررسی‌های اخیر و دانش امروز نشان داده است که بسیاری از دیوارهای برشی احداث شده در سال‌های قبل به‌دلیل کمبود مقاومت خمشی یا برشی و علی‌الخصوص شکل‌پذیری، آسیب‌پذیر و ناکارا هستند. در این راستا نیز بسیاری از این ساختمان‌ها به پایان عمر مفید خود نزدیک شده‌اند و همین موضوع را پیچیده و دشوارتر می‌نماید.

در طی سال اخیر روش‌های متعددی برای مقاوم‌سازی دیوارهای برشی، پیشنهاد شده و یا مورد آزمایش قرار گرفته است برخی از این روش‌ها عبارتند از افزایش ضخمت دیوار با روش شاتکریت، پر کردن بازشوها با بتن مسلح، احداث و اضافه کردن دیوار برشی جدید در مجاورت دیوار قبلی و نیز استفاده از المان‌های مهارکننده فولادی برای دیوار.

تحقیقات نشان می‌دهد که روش پوشاندن دیوار با بتن جدید اگر چه سبب افزایش باربری قائم دیوار گردد ولی برای افزایش سختی جانبی مؤثر نمی‌باشد.

استفاده از ورق‌های فولادی مهار شده به‌عنوان راه‌حلی دیگر سبب افزایش سختی جانبی دیوار برشی می‌گردد اما از نظر معماری و زیبائی معمولاً غیرقابل قبول و نامطلوب شمرده می‌شوند زیرا سبب به‌هم خوردن نمای خارجی و یا داخلی ساختمان می‌گردد. همچنین سبب کاهش سطح و فضای قابل استفاده و مفید ساختمان می‌گردد. همچنین این نوع تقویت می‌تواند سبب افزایش قابل ملاحظه وزن ساختمان و در نتیجه افزایش نیروهای وارده بر آن گردد. همچنین این پوشش‌ها هزینه بالائی داشته و مستلزم وجود ابزار و امکانات در طول مدت اجراء آنها می‌باشد که این سبب مختل شدن فعالیت‌ها و کاربری روزمره ساختمان و ساکنان آن می‌گردد.

اخیراً استفاده از مصالح کامپوزیت با توجه به خصوصیات برتر مکانیکی و راحتی حمل‌و‌نقل به‌عنوان روشی جایگزین روش‌های متداول قبلی جهت تقویت برشی مطرح شده است که در ادامه متن به‌طور اجمال عملکرد آن در بهسازی دیوارهای برشی مورد بررسی قرار می‌گیرد.

●عملکرد دیوار برشی

برخلاف عنوان برشی برای این سیستم رفتار دیوارهای برشی با نسبت بعدی بیش از ۲ (ارتفاع به‌طول)، بیشتر به‌صورت تیر طره می‌باشد و جابجائی‌های ناشی از خمش در آن حاکم می‌باشد.

در این حالت دیوار برشی به‌صورت یک تیر طره‌ای بسیار قوی که پای آن گیردار می‌باشد در مقابل نیروهای جانبی مقاومت نموده و آنها را به پی انتقال می‌دهد. به‌طور کلی نیروهائی که یک دیوار برشی تحت آن قرار می‌گیرند شامل:

۱ـ نیروی برشی با حداکثر مقدار در پایه

۲ـ لنگر خمشی با حداکثر مقدار در پای دیوار

۳ـ نیروی محوری فشاری ناشی از وزن طبقات می‌باشد

با توجه به مطالب ذکر شده، دو حالت شکست اصلی را می‌توان برای دیوار برشی در نظر گرفت.

۱. شکست خمشی:

شکست خمشی معمولاً با تسلیم میلگرد همراه می‌باشد. در این حالت کاهندگی مقاومت در حلقه‌های پسماند دیده نمی‌شود، اما کاهندگی سختی ناشی از تسلیم میلگردها مشخص می‌باشد.

در شرایط خاصی که دیوار تحت نیروی فشاری زیادی نیز قرار گیرد شکست خمشی با خرد شدن بتن فشاری همراه است که در این حالت علاوه بر کاهندگی سختی کاهندگی مقاومت نیز به‌وجود می‌آید.

۲. شکست برشی:

دیوارهائی که نسبت بعدی (ارتفاع به‌طول) کمی دارند دچار شکست برشی می‌گردند، در این حالت ترک‌های قطری ظاهر می‌شوند. مود شکست در این حالت به‌صورت ترد در پای دیوار رخ می‌دهد.

●تقویت برشی

برای جبران ضعف برشی دیوار، صفحات FRP در راستای طول دیوار موازی با آرماتورهای عرضی به‌صورت افقی نصب می‌گردد. طریقه نصب در این حالت بدین‌صورت می‌باشد که FRP در دو وجه دیوار نصب می‌گردد. نحوه عملکرد FRP بدین‌صورت می‌باشد که پس از ایجاد ترک برشی در بتن، کرنش در FRP در آن منطقه افزایش‌یافته و نیروها به FRP منتقل می‌گردد.

---