امروزه روش‌های مختلفی برای مقاوم سازی سازه هاي بتني وجود دارد. هر یک از روش های مقاوم سازی سازه بتنی دارای مزایا ، معایب و محدودیت‌هایی هستند. از جمله مهم‌ ترین عوامل مؤثر در انتخاب روش تعمیر می‌توان به ابعاد و محدودیت‌های ابعادی در روش تعمیر ، محدودیت‌های معماری ، محدودیت‌ها افزایش باربری ، محدودیت‌های زمانی ، محدودیت‌های بهره‌ برداری اشاره کرد. ما سعی داریم در این مقاله مقاوم سازي سازه هاي بتني مزایا و روش های مقاوم سازی سازه بتنی را برای شما توضیح دهیم. با ما همراه باشید.

سازه بتنی چیست؟
امروزه برای ساخت ساختمان، پل، سد و یا هر نوع پروژه عمرانی، ابتدا مهندسان به طراحی نقشه ها و بررسی جزییات مکان اجرای نقشه می پردازند. پس از این که کاملا تمام جزییات را بررسی کردند و زمین مورد نظر کاملا تایید شد، کار ساخت ساختمان آغاز می شود.

سازه های بتنی یکی از مقاوم ترین اجزای ساختمان که در مقابل هر گونه آسیب مقاوم است، که شامل سازه هایی می شوند که در ساخت آن ها از بتن آرمه استفاده می شود. بتن آرمه به ترکیب شن، ماسه، سیمان و میلگرد های ساده و یا آجدار از جنس پولاد گفته می شود. حتما این ستون های بتنی را در موقع ساخت ساختمان های بلند و آپارتمان ها باید دیده باشید.

مزایای سازه های بتنی

• بتن آرمه یا همان اسکلت بتنی  به علت شکل پذیری بالایی که دارد در تمام پروژه ها از جمله پل، ساختمان و... قابل استفاده است.
• بتن آرمه و در واقع انواع اسکلت بتنی در برابر آتش و حرارت بسیار مقاوم تر است و زمان بیشتری زمان می برد تا فولاد داخلی بتن در برابر حرارت تغییر نشان دهد.
• اجرای اسکلت بتنی در مقایسه با اسکلت فلزی از ظرافت، تخصص و حساسیت کمتری برخوردار می باشد و با توجه به تعدد اجرای این نوع اسکلت، پیمانکاران با تجربه ای آن را اجرا می کنند.
• استاندارد و دوام اسکلت فلزی منوط به ساختن قطعات در کارخانه، استفاده از اتصالات پیچ و مهره و انجام آزمایشات تست جوش است. اما انجام این اقدامات در کشور ما هزینه های ساخت و هزينه مقاوم سازي را به شدت بالاتر می برد.
• کمانش اجزاء در انواع اسکلت بتنی ساختمان کمتر است و علت آن تفاوت رفتار بتن و آهن در برابر نیرو است.
• هزینه نگهداری اسکلت بتنی ساختمان کمتر است. به مرور زمان سطح بیرونی اسکلت فلزی دچار خوردگی شده و رفته رفته از ضخامت آن کاسته می شود، اقداماتی که این روند را کنترل می کنند هزینه بالایی دارند.
• طول عمر سازه های بتنی از دیگر سازه ها بیشتر است.
• با توجه به این که سازه های فلزی زمان بیشتری را برای نصب و پیاده سازی می برند، سازه های بتنی زمان کمتری برای انجام کاراحتیاج دارند.
• برای کارفرمایانی که قصد دارند با توجه به پیشرفت پروژه خرد خرد پرداخت هزینه ها را داشته باشند اسکلت بتنی بهترین انتخاب می باشد.
• هزینه سازه های بتنی نسبت به سازه های فلزی کمتر است و با توجه به هزینه  سازه های بتنی مقام تر است.
• بتن آرمه از لحاظ مقاومت و در مقابل شرایط محیطی سخت تر است.

برخی از انواع روش های مقاوم سازی سازه بتنی به شرح ذیل می‌باشد

استفاده از الیاف FRP ژاکت بتنی • ژاکلت فلزی • افزایش ابعاد عضو باربر • افزایش ظرفیت برابر بستر (مقاوم سازی فونداسیون) • افزایش دیوارهای برشی • افزایش اعضا باربر و کاهش بار وارده به عضو باربر لازم به ذکر است در پاره‌ای موارد ممکن است عملیات مقاوم سازي بتن به‌صورت هم‌زمان با فرآیند ترمیم و تعمیر انجام شود تا سازه موجود ابتدا به شرایط قابل بهره‌برداری رسید و سپس ظرفیت‌های آن ارتقاء داده شود.

علت های مقاوم سازی سازه های بتنی
سازه های بتنی به عنوان بخش گسترده ای از سازه ها چنانچه بر حسب محاسبات دقیق و روابط شکل پذیری طراحی و اجرا شوند ساختمان های بسیار مطلوبی خواهند بود اما کیفیت ساخت در بعضی سازه ها به علت های مختلف بسیار نامطلوب است.

کیفیت بد بتن، آرماتور گذاری نامناسب، اجرای بد بتن ریزی، مصالح نامرغوب، خطاهای طراحی، خطاهای اجرایی، افزایش بار سازه، تاثیر شرایط محیطی مخرب و خطر زلزله در اکثر نقاط کشور ایران از جمله عواملی هستند که باعث ضعف سازه های بتنی و نیاز آن ها به مقاوم سازی ساختمان می گردند.

بسياري از سازه‌هاي بتن ‌آرمه موجود كه بر مبنای آئین‌نامه‌های قبل از سال ۱۹۷۰ طراحي و اجرا شده اند، دارای جزئیات ضعيف آرماتورگذاري بوده كه مشكلاتي مانند ظرفيت تغيير مكان جانبي پايين، قابليت استهلاك انرژي پائين، زوال مقاومت و بروز مكانيزم در محل‌هاي نامطلوب در سازه را به همراه داشته كه تمامی اين موارد منجر به فروپاشي و انهدام سازه مي‌گردد.

جزئیات غيرشكل‌پذير در يك سازه بتن‌آرمه در قالب مواردي همچون مقاومت برشي ضعيف اتصال بواسطه عدم آرماتورگذاري عرضي در هسته اتصال، ظرفيت برشی پائين ستون منتهی به اتصال، كم بودن طول هم‌پوشانی آرماتورهای طولی ستون، عدم رعایت ناحیه خاموت گذاری فشرده در تیر و طول مهاری ناكافي آرماتورهای تير در ناحيه اتصال مطرح می باشد.

ضعف در ناحيه اتصال تير به ستون به همراه عامل نامطلوب ستون ضعيف تير قوی پايداری سازه را به مخاطره مي‌اندازد. وقوع مكانيزم در تير در مقايسه با ستون ارجح بوده و مكانيزم ستون در مقايسه با ناحيه اتصال غير بحراني‌تر می باشد. بروز مكانيزم و تشكيل مفصل در ناحيه اتصال تير به ستون، منجر به دوران‌های فزاينده در تير و ستون شده که باعث از بين رفتن ظرفيت باربری ستون مي‌گردد و ايمني سازه را متأثر ميکند.

جهت بررسی مقاوم سازی سازه های بتنی، بدون تردید شناسایی گونه‌های مختلف خسارت در ساختمان های بتنی امری مهم و اجتناب ناپذیر است. بنابراین انواع مختلف ضعف‌های سازه های بتنی به شرح زیر می‌باشد:

• ایجاد ترک های مورب در هسته بتن
• ورقه ورقه شدگی هسته مرکزی بتن دراکثر ترک های مورب رفت و برگشتی ناشی از زلزله
• جدا شدگی پوشش بتن
• کنده شدن تنگها و خاموت ها و خارج شدن از محل های خود
• شکست برشی المان‌های کوتاه یا اعضایی که به اطراف متصل شده اند و طول موثر آزاد آن ها کم است.
• پدیده کمانش در آرماتورهای طولی
• خارج شدن میلگردها از محل‌های اولیه و در رفتن به نواحی تنش های متناوب زیاد
• گسیخته شدگی دال ها بتن آرمه در کناره های غیر ممتد
• ترک های مورب در دیوار برشی، به خصوص به صورت متمرکز در اطراف بازشوها
• ایجاد ترک برشی در محل گره ها و محل اتصال تیر ستون

بتن مصالح ساختمانی با مقاومت فشاری نسبتا خوب و مقاومت کششی پایین است و در صورتی که عضو بتنی بدون میلگرد در نظر گرفته شود با اعمال بار در عضو ترک خوردگی ایجاد شده و این ترک خوردگی تا تخریب نهایی عضو پیش می رود (گسیختگی بتن تنها به صورت ترد و ناگهانی می باشد).

در بتن مسلح با استفاده از آرماتورهای تقویت کششی این مشکل بر طرف می شود. این مسئله از جمله نقاط ضعف سازه های بتنی مسلح و پیچیدگی آن در امر تقویت، ترمیم و مقاوم سازی بتن می باشد. ارزیابی و انتخاب مصالح تعمیری موجود مرحله دشواری در تعمیر بتن و بازسازی بتن می باشد ضرورت تعداد بیشمار مصالح تعمیری و تقویتی جدید در سال‌های گذشته، باعث توسعه روش های مختلف مقاوم سازی سازه های بتنی شده است می‌باشد.

روش های مقاوم سازی سازه بتنی در ساختمان و سازه‌های صنعتی
تأثیر دورپیچ کردن ستون‌های بتن مسلح (با مقطع دایره‌ای) با مصالح FRP در رفتار خمشی ـ محوری تا پیش از دهه ۱۹۹۰، دو روش مرسوم برای مقاوم سازی ستون‌های بتن مسلح ضعیف وجود داشته. یکی اجرای یک غلاف بتن مسلح اضافی به دور ستون موجود و دیگری استفاده از غلاف فولادی با تزریق دوغاب بوده است.

استفاده از روش غلاف فولادی، به دلیل آنکه غلاف بتن مسلح فضای بیشتری اشغال کرده و وزن سازه را نیز افزایش می‌داد، پراستفاده‌ تر و مؤثرتر می باشد. البته هر دو روش گفته شده، نیازمند نیروی کار زیاد بوده و اغلب برای انجام در کارگاه ساختمانی مشکل هستند. ضمناً غلاف فولادی در برابر حمله شرایط جوی نیز مقاومت کمی دارد.

در سال های اخیر کاربرد روش مقاوم سازی ستون‌های بتن مسلح با استفاده از مصالح FRP به جای غلاف فولادی به‌طور گسترده‌ای پیشرفت کرده است. مرسوم ‌ترین حالت مقاوم سازی ستون‌های بتن مسلح با مصالح FRP شامل دورپیچ کردن بیرونی ستون با استفاده از ورق‌ها یا نوارهای FRP است.

مقاوم سازی ستون‌های موجود بتن مسلح با استفاده از غلاف فولادی یا FRP بر مبنای این علت است که محصورشدگی جانبی بتن ستون، باعث افزایش قابل‌توجه مقاومت فشاری محوری، محوری - خمشی و شکل‌پذیری آن میشود. مقاله دیگری در خصوص استفاده از مصالح FRP در مقاوم سازی پل ها را نیز مطالعه کنید.

مطالعات بسیاری در باره مقاومت فشاری و رفتار تنش - کرنش بتن محصور شده با FRP انجام شده است. این مطالعات بیانگر آن هستند که رفتار بتن محصور شده با FRP با رفتار بتن محصور شده با فولاد متفاوت بوده و بنابراین توصیه‌های طراحی توسعه‌ یافته برای ستون‌های بتنی محصور شده با غلاف فولادی، علیرغم تشابه ظاهری، برای ستون‌های بتنی محصور شده با FRP قابل کاربرد نیستند.

مقاوم سازی ساختمان های بتنی با استفاده از افزودن دیوار برشی پرکننده
در بین روش های مقاوم سازی بتن، افزودن دیوارهای پر کننده بتن مسلح محبوب ترین روش می باشد. در حقیقت نصب دیوارهای پرکننده RC ظرفیت باربری جانبی و سختی سازه را به طرز چشمگیری افزایش می دهد.
در روش مقاوم سازی با استفاده از دیوارهای پرکننده، دیوارهای جدا کننده ی موجود در ساختمان برداشته شده و به جای آن ها دیوارهای برشی بتن مسلح با مقاومت بسیار بالا ساخته می گردد.

دیوارهای برشی بخش عمده ای از بارهای زلزله را تحمیل می کند و تغییر مکان ساختمان را محدود می نماید. در صورتی که سیستم قاب ساختمان مقدار کمی از بار زلزله را می تواند تحمل کند. در این روش جهت تامین عملکرد معماری سازه می توان در داخل دیوار بازشو های پنجره و در نیز تعبیه نمود. هرچند این کار از از سختی و مقاومت دیوارها کم می کند.

مقاوم سازی ساختمان های بتنی با استفاده از روش ژاکت بتنی
مقاوم سازی با ژاکت بتنی یکی دیگر از روش های قدیمی تقویت سازه های بتنی است . ژاکت بتنی از طریق افزایش میزان شکل پذیری و سختی اجزای سازه ، مقاومت کلی ساختمان را افزایش خواهد داد .
حین اجرای این روش ساختمان قابل بهره برداری نمی باشد . بکار بردن بتن آرمه در مقاوم سازی سازه های بتنی علاوه بر افزایش سختی موجب افزایش ابعاد سازه ی بتنی مورد نظر نیز می گردد که همین امر مقدار بار مرده ی وارد بر سازه را بیشتر می کند و این پدیده از معایب این روش است .

مقاوم سازی ساختمان های بتنی با استفاده از روش ژاکت فولادی
مقاوم سازی ساختمان بتنی با استفاده روش ژاکت فولادی باعث افزایش مقاومت برشی، مقاومت خمشی، مقاومت فشاری و شکل پذیری سازه می شود. اجرای این روش طوری است که ورق های فولادی توسط بولت به عضو آسیب دیده متصل می شود.

این روش نسبت به روش ژاکت بتنی از مزایایی همچون نیاز نداشتن به قالب بندی، افزایش ابعاد کم، افزایش وزن کمتر نسبت به ژاکت بتنی و سرعت اجرای بالاتر برخوردار می باشد. بالا بودن هزینه، مقاوم نبودن در برابر آتش سوزی و نیاز داشتن به پوشش ضد حریق، نیاز داشتن به حجم بالای گروت، خوردگی و زنگ زدن آرماتور طی گذر زمان و همینطور امکان آسیب دیدن اعضای مورد مقاوم سازی حین کاشت بولت و برش گیر که خود سبب کاهش مقاومت عضو می گردد از معایب روش ژاکت فولادی جهت مقاوم سازی ساختمان های بتنی است  که همین امر باعث گرایش مهندسین به ایجاد روش های نوین و آسان اجرا و کارآمد تر شده است.

تکنیک پس کشیدگی یا پیش تنیدگی
الیاف FRP یکی دیگر از روش های مقاوم سازی می باشد که برای تقویت تیرها به کار می رود. در این روش با استفاده از القای کشش در کابلهای پیش‌تنیدگی، نیروهای داخلی باز توزیع گشته، ظرفیت باربری فعال عضو بلافاصله بالا رفته و در نتیجه تیر حاضر تقویت می‌شود.

اضافه کردن ورق های فولادی به تیر
با استفاده از اتصال ورق های فولادی به وجه کششی در تیرهای بتنی می توان ظرفیت باربری خمشی تیر را افزایش داد. در این روش ورق های فولادی به ضخامت حداکثر 3 سانتی متر با استفاده از رزین اپوکسی به تیر بتنی چسبانده می شود. همینطور با اضافه کردن ورق های موازی با جان تیر فولادی می توان مقاومت برشی آن را افزایش داد.

مشکلات اجرایی در روش های مقاوم سازی سازه بتنی
حرکت استمراری علم در عرصه مهندسی سازه ـ زلزله باعث شده است تا نوسازی و بهسازی در سال های در اخیر از روش‌های نوین و مصالحی جدید بهره گیرد که در پیشینه طولانی ساخت‌ و ساز سابقه نداشته است در میان این نوآوری‌ها (FRP مواد کامپوزیت پلیمری تقویت‌شده با الیاف) از جایگاه ویژه ای برخوردار هستند.

تا آنجا که به نظر بعضی از متخصصان FRP را باید مصالح ساختمانی هزاره سوم نامید. کامپوزیت FRP که ابتدا در صنایع هوا و فضا بکار برده می‌شد با داشتن ویژگی‌های ممتاز همچون نسبت بالای مقاومت به وزن، دوام در برابر خوردگی و نهایتاً سرعت و سهولت در حمل و نصب، دریچه‌ای نو پیش روی مهندسین عمران گشوده است. به‌گونه‌ای که امروزه سازه‌های متعددی در سرتاسر دنیا با استفاده از این مواد تقویت می‌شوند.

استفاده از مصالح کامپوزیت به طور قابل‌توجهی در صنعت ساختمان یک بازار در حال توسعه می‌باشد. اولین تحقیقات انجام شده در این زمینه از اوایل دهه ۱۹۸۰ آغاز شده است، زلزله ۱۹۹۰ کالیفرنیا و ۱۹۹۵ کوبه ژاپن نیز از جمله عوامل مؤثرتری برای بررسی کاربرد کامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیافFRP جهت تقویت و مقاوم سازی سازه‌های بتنی و بنایی در مناطق زلزله‌خیز شده است.

کاربرد ورق یا کامپوزیت FRP در روش های مقاوم سازی سازه بتنی
امروزه نگهداری از سازه‌ها به علت هزینه ساخت و تعمیر بسیار حائز اهمیت می‌باشد. با مطالعه رفتار سازه‌های بتنی مشخص می‌شود عوامل متعددی همانند: اشتباهات طراحی و محاسبه، عدم اجرای مناسب تغییر کاربری سازه‌ها، آسیب‌دیدگی ناشی از وارد شدن بارهای تصادفی، خوردگی بتن و فولاد و شرایط محیطی از دوام آن‌ها می‌کاهد.ضمناً تغییر آیین‌نامه‌های ساختمانی (که باعث تغییر در بارگذاری و ضرایب اطمینان می‌شود) نیز باعث ارزیابی و بازنگری مجدد طرح و سازه می‌شود تا در صورت لزوم بهسازی و تقویت شود.

سیستم های الیاف مسلح شده پلیمری FRP برای تقویت سازه‌های بتنی تولید شده و به عنوان یک جانشین برای روش‌های سنتی از قبیل چسباندن صفحات فولادی، افزایش سطح مقطع با بتن‌ریزی مجدد و پیش تنیدگی خارجی می‌باشد.

با توجه به معایب این روش‌ها مانند بازدهی کم و یا نیاز به امکانات و فن‌آوری خاص، امروزه روش‌های مقاوم سازی ساختمان با استفاده از کامپوزیت توسعه روزافزون پیدا کرده است. محدودیت استفاده و کاربرد کامپوزیت در مهندسی ساختمان به قیمت بالای آن‌ها باز می‌گردد.

البته هزينه مقاوم سازي و قیمت آن‌ها به‌تدریج رو به کاهش می‌باشد و به‌این‌ترتیب استفاده از آن‌ها بیشتر و بیشتر خواهد شد. استفاده از FRP در زمینه مقاوم سازی بتن ، هر چند که هزینه بالایی در بردارد، اما با توجه به هزینه اجرای کم و نیز سایر مزایای FRP، در کل به‌صرفه‌ترین و مؤثرترین راه مقاوم سازی سازه‌های بتنی امروزه به شمار می‌رود. مقاله ای با عنوان تفاوت سازه های فلزی با بتنی را نیز بخوانید.

مزایای کامپوزیت های پلیمری FRP

وزن کم

انعطاف پذیری بالا

سهولت در حمل و نصب

عدم نیاز به سیستم های محافظ در برابر خوردگی

برشکاری در قطعات دلخواه

نسبت بالای مقاومت به وزن

مقاومت و سختی بالا

امکان تقویت به دو صورت داخلی و خارجی

روش های مقاوم سازی سازه بتنی موجود با به‌ کارگیری الیاف FRP
مقاوم سازی اعضای بتنی با مصالح کامپوزیتی FRPروش نسبتاً جدیدی به شمار می‌رود.مصالح FRP خواص فیزیکی مناسبی دارند که می‌توان به مقاومت کششی بالا و ضخامت و وزن کم آن‌ها اشاره کرد . در ستون‌های بتنی استفاده از FRP ضمن افزایش ظرفیت برشی ستون، مدگسیختگی آن را از حالت برشی به خمشی تغییر داده و شکل‌پذیری را به مقدار قابل‌توجهی افزایش می‌دهد. دورپیچی اعضای فشاری با الیاف FRP باعث افزایش مقاومت فشاری آن‌ها می‌گردد .

این امر باعث افزایش شکل‌پذیری اعضا تحت ترکیب نیروهای محوری و خمشی می‌شود. برای محصور کردن عضو بتنی، لازم است راستای الیاف تا حد امکان عمود بر محور طولی عضو باشد . در این وضعیت، الیاف حلقوی مشابه تنگ های بسته یا خاموت های مارپیچی فولادی عمل می‌کنند. در محاسبه مقاومت فشاری محوری عضو باید از سهم الیاف موازی با راستای طولی آن صرف‌نظر شود. هنگامی که ستون یا عضو فشاری تحت بارهای لرزه‌ای قرار می‌گیرد، مسئله ظرفیت جذب انرژی و شکل‌پذیری ستون اهمیت  پیدا می کند. دراین‌ارتباط مقاوم سازی یا بهسازی آن عضو با افزایش شکل‌پذیری انجام می‌گیرد.