بررسی رفتار خمشی دال بتن سبک سازه ای تقویت شده با الیاف کربن

ساختمان های امروزی با برترین متدهای تعیین شده در جهان ساخته می شوند.

انتخاب سازه ساختمان با توجه به شرایط اقلیمی، اجرایی، فنی و غیره انجام می گردد که از انواع آن می توان به سازه های سنتی، بتنی و فلزی اشاره کرد.

در واقع در انواع سازه ها از دال های بتنی استفاده می شود که هر کدام با توجه به کاربرد، ضخامت متفاوتی دارند. در ساخت عرشه انواع پل ها و کف سازی ها نیز از دال بتنی استفاده می گردد.

دال های بتنی هم در محل ساختمان و هم در کارخانه ها به صورت پیش ساخته تولید می شوند که در انتخاب ابعاد نوع پیش ساخته باید دقت زیادی به خرج داد.

با توجه به عوامل متعددی مثل کهولت سن سازه، خطاهای طراحی و اجرا، تغییر کاربری، ضعف آیین نامه های قدیمی و موارد دیگری از این دست هر سازه ای می تواند در برابر بار اعمالی بر آن مقاومت لازم را نداشته باشد.

به همین دلیل در برخی ساختمان ها به تقویت سازه پرداخته می شود که در این موارد سازه ساختمان هم از نظر مقاوم سازی به یک ایده آل مطلوب می رسد و هم از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است.

دال های بتنی نیز با مواد مختلفی تقویت می شوند که این روزها بررسی رفتار خمشی دال بتن سبک سازه ای تقویت شده با الیاف کربن بسیار مورد توجه است.

دال های بتن چیست ؟
به سقفی که به صورت یکپارچه از مصالحی مثل بتن و فولاد ساخته شود، دال بتنی می گویند که به عنوان یک عضو مهم سازه در ساختمان های امروزی شناخته شده است.

ضخامت دال ها عموما بین 10 تا 50 سانتی متر می باشد. البته از مدل های نازک تر آن برای سنگ فرش کردن استفاده می کنند.

از این سقف ها به منظور تحمل بار ثقلی و ایجاد دیافراگم صلب برای انتقال بارهای جانبی نیز استفاده می شود که در سازه های جهانی به سقف های رایجی تبدیل شده اند. اما در ایران به دلیل سرعت اجرای پایین و عوامل مختلف دیگر از این مدل سقف کمتر استفاده می شود.

روش های مقاوم سازی دال های بتنی:
اکثر آسیب هایی که به دال ها وارد می شود عمدتاً به دلیل خرابی در پاگرد پله ها، خرابی در نزدیک بازشوهای بزرگ و یا تمرکز نیروهای زلزله در دال مجاور است.

در ادامه با روش های تقویت دال ها با توجه میزان آسیب آشنا می شوید.

ترمیم موضعی دال:
اگر دال ها ترک های کوچکی بردارند، بتن آن ها خرد نشود و کمانشی در آرماتورها دیده نشود، ترمیم موضعی دال با تزریق اپوکسی یا دوغاب سیمان انجام می شود.

تعمیر قسمتی از دال:
اگر قسمتی از دال آسیب ببیند و بتن آن خرد شود و یا کمانش در آرماتورها دیده شود باید آن قسمت به طور کامل برداشته شود و آرماتورهای جدیدی نصب گردد.

این آرماتورها باید به آرماتورهای موجود دیگر جوش خورده و از نو بتن ریزی شود.

همان طور که می دانید بتن مصرفی که در آرماتور وجود دارد مشخصاتی دارد که بتن جدید نیز باید حداقل نزدیک به مشخصات بتن موجود قبلی باشد.

تقویت دال با افزایش ضخامت آن:
در برخی از ساختمان ها به دلیل کم بودن مقاومت و سختی دال از روش افزایش ضخامت دال استفاده می شود.

در این روش از بالا و یا پایین دال برای افزایش ضخامت آن مصالح جدیدی به کاربرده می شود.

هدف از افزایش ضخامت دال در بالای آن افزایش مقاومت خمشی منفی است که افزایش مقاومت خمشی افزایش منفی با افزایش عمق مؤثر و اضافه نمودن آرماتورهای فوقانی ممکن می شود.

در این روش اغلب از بتن معمولی استفاده می گردد.

افزایش ضخامت دال در قسمت پایین برای بالا بردن مقاومت خمشی مثبت دال انجام می شود که این مورد به علت افزودن آرماتورهای زیرین و همچنین زیاد شدن عمق موثر اتفاق می افتد.

بتن پاشی در این روش توصیه می شود. تقویت دال در قسمت فوقانی سختی بیشتری برای عمل دیافراگمی اعمال می کند.

در تقویت قسمت تحتانی دال نیز بهتر است تیرها زره پوش شوند تا یکپارچگی و پیوستگی بیشتری به رفتار آن اعمال شود.

تقویت دال با متصل شدن به دیوار:
این روش با به کارگیری بتن مسلح می تواند انجام گیرد. مهار باید از آرماتورهای طولی خاموت ها و برای احتیاط بیشتر از آرماتورهای قطری تشکیل شود که انتقال بار در دو طرف بار حمل گردد.

در این مورد بتن مصرفی باید منبسط شونده بوده و مقاومت بالایی داشته باشد.

مقاوم سازی سازه با بتن لیکا:
دانه های سبک لیکا از انواع رس که در دمای بالاتر از 1000 درجه سانتی گراد در کوره های گردان قرار می گیرند، تولید می شود.

داخل این مواد گازهایی ایجاد می گردد و به وسیله سرد شدن آن ها سلول های هوای ریز داخل دانه ها باقی می مانند که سطح مستحکمی پیدا می کنند.

این دانه ها خصوصیت های فراوانی دارند که بر بهبود مقاومت سازه تأثیر می گذارند.

خصوصیات این دانه ها شامل وزن کم، ممانعت در برابر نفوذ رطوبت، عایق حرارت، مقاومت در برابر یخ زدن، عایق صوت، مقاومت در برابر آتش می باشند. از این دانه ها در تولید بتن سبک نیز استفاده می شود که کاربردهای فراوانی دارد.

سهولت حمل، وزن کم، بهره وری بالا، باربری مناسب و مقاومت در برابر آتش سوزی از دیگر ویژگی های بتن لیکا می باشد.

از این محصول به عنوان پرکننده فضاهای عایق و یا باربر استفاده می شود. این بتن ها هم می تواند به صورت درجا ریخته شوند و هم به صورت از پیش ساخته موجود می باشند.

مقاوم سازی سازه های بتنی با الیاف frp:
با پیشرفت علم و تکنولوژی برای مقاوم سازی سازه های بتنی از الیاف (FRP) استفاده می شود که از انواع این الیاف می توان به الیاف شیشه، کربن، آرامید و بازالت اشاره کرد.

برای اولین بار در سال 1984 در سوئیس از این الیاف استفاده شد. همچنین اولین بار سیستم های الیاف برای تولید فشار محصور کننده اضافی ستون در کشور ژاپن مورد آزمون قرار گرفت.

پس از زلزله 1995 کوبه ژاپن به طور وسیعی از الیاف در ترمیم و بهسازی ساختمان ها استفاده گردید.

در این قسمت از مقاله به مقایسه و بررسی رفتار خمشی دال بتن سبک سازه ای تقویت شده با الیاف کربن نسبت به انواع دیگر می پردازیم.

از مزایای کلی این الیاف می توان به وزن کم و عدم اعمال بار ثقلی اضافی، افزایش ظرفیت باربری، عدم هدایت الکتریکی و حرارتی اشاره کرد.

مقاومت مشخصه و مدول الاستیسیته بالا، مقاومت در برابر شرایط محیطی مخرب، مقاومت کششی بالا، ضخامت کم، ظرفیت جذب ارتعاشات و اقتصادی بودن از مزایای دیگر این الیاف است.

البته معایبی مانند پایین بودن ضریب ارتجاعی نیز برای این وسایل وجود دارد.

اگر بخواهیم این الیاف را با فولاد مقایسه کنیم، الیاف کربنی مقاومت کششی خیلی بالاتری نسبت به فولاد دارند. مدول الاستیسیته در فولاد ثابت و در الیاف کربنی متغیر است.

اگر از نظر مقاومت خستگی فولادها خوب باشد، الیاف کربنی عالی هستند. فولاد مستعد خوردگی است، اما الیاف کربنی بدون خوردگی می باشند.

از نظر وزنی نیز فولاد سنگین تر از الیاف است و الیاف بسیار سبک می باشند و این سبکی امروزه مورد نظر مهندسان می باشد.

چرا که در هنگام وقوع زلزله الیاف سبک خمش بهتری از خود نشان می دهند و آسیب های کمتری به سازه و ساختمان وارد می شود.

مقایسه انواع الیاف با یک دیگر:
در مقایسه کیفی بین الیاف شیشه، کربن و آرامید از نظر مقاومت کششی، آرامید از بقیه بهتر است. برای این که دال با استفاده از الیاف کربنی از نظر مقاومت در خمش از خود رفتار مناسبی داشته باشد، کناره های دال باید تقویت شود همچنین تعداد لایه بیشتری از کربن ها در دال باید استفاده گردد.

الیاف کربنی در کاربرد خمشی در سازه ها از الیاف شیشه و آرامید بسیار مؤثرتر واقع شده، برش این الیاف نیز نسبت به الیاف آرامید و شیشه خیلی بهتر است.

هنگام استفاده از الیاف در دال بتنی توجه به تقویت دال ها بسیار مهم می باشد. تجربه ثابت کرده است که الیاف کربنی در تقویت دال رفتار خمشی بسیار مناسبی نسبت به مدل های دیگر دارد.

الیاف کربنی در تقویت ستون و تقویت دیوار نیز رفتار خیلی بهتری نسبت به الیاف دیگر از خود نشان می دهد.

یکی از راه های تقویت خمشی تیرها مهاربندی به وسیله الیاف است که در این روش با سیستم پیش تنیدگی در لایه الیاف برای جلوگیری از جدایش لایه ها از بتن استفاده می شود.

روش دیگری برای جلوگیری از جدایش لایه ها وجود دارد که در انتهای لایه ها از پیچ و مهره استفاده می کنند که به اصطلاح مهارهای مکانیکی نامیده می شوند.

می توان برای این کار از شیارزنی در سطح بتن و استفاده از چسب اپوکسی نیز استفاده کرد که در این روش به همراه چسب اپوکسی از الیاف کربنی نیز بهره می گیرند تا تقویت فوق العاده ای انجام شده باشد.

به طور کلی امروزه بیشتر از قبل استفاده از الیاف کربنی بیش از پیش مورد توجه سازندگان ساختمان ها می باشد.

مقاومت سازه با توجه به زلزله خیز بودن کشور ایران بسیار مورد توجه است. سازه ها به روش های مختلفی مقاوم سازی می شوند که استفاده از لیکا و الیاف کربنی، شیشه ای و غیره از روش های جدید برای این امر می باشد.

در مقاوم سازی به روش لیکا وزن کم، سهولت در حمل، مقاومت در برابر آتش سوزی از مزیت های آن محسوب می شود.

امروزه بررسی رفتار خمشی دال بتن سبک سازه ای تقویت شده با الیاف کربن به صورت عملی نیز انجام شده و خوشبختانه بهترین عملکرد را نسبت به روش ها و الیاف دیگر از خود نشان داده است.