مقاوم سازی دال بتنی با FRP به منظور افزایش ظرفیت باربری دال، افزایش مقاومت دال در برابر خوردگی، کمبود مقاومت فشاری بتن، افزایش مقاومت خمشی، برشی و… بطور موضعی انجام می‌شود. دال ها عملا وظیفه تحمل بارهای قائم را دارند ولی چون عملکرد دیافراگم افقی نیز دارند، باید با اعضای مقاوم جانبی سازه اتصال داشته و از سختی و مقاومت کافی برخوردار باشند. در واقع مقاوم سازی دال های بتنی با FRP می تواند ظرفیت خمشی آن را افزایش دهد. 

برای مقاوم سازی دال بتنی با FRP، مصالح مرکب FRP را می‌توان بصورت نوارها و یا صفحاتی بر روی سطوح تحت کشش برای افزایش مقاومت خمشی اجرا نمود. دال یک طرفه با تکیه گاه ساده را می توان با چسباندن نوارها یا صفحات FRP در سطوح تحتانی آنها و در راستای طولی، مقاوم سازی نمود. در دال دو طرفه مقاوم سازی با نوارهای FRP  در هر دو جهت صورت گیرد. البته اگر دال دارای تکیه گاه گیردار باشد، نوارهای FRP را باید در قسمت فوقانی دال نیز اجرا نمود. همچنین تقویت و بهسازی دال بتنی با FRP به منظور افزایش ظرفیت برشی پانچ دال بتنی در اطراف ستون ها، و تقویت مناطق اطراف بازشو ها انجام می شود. استفاده ازورق های CFRP در ناحیه کششی اتصال دال می‌تواند تشکیل و گسیختگی ترک های برشی را بوسیله افزایش مقاومت خمشی دال در مجاورت ستون به تعویق اندازد و در نتیجه باعث بهبود مقاومت برشی دو طرفه اتصال گردد. در مقاوم سازی دال با FRP به دلیل ضخامت کم ورقه های FRP (حدود 05/0 اینچ یا 3/1 میلی متر)، ورقه ها براحتی می توانند تحت پوشش کف پنهان شوند و همچنین کاهش هزینه ها و اقتصادی بودن این روش باعث برتری آن نسبت به روش های معمول دیگر می باشد.

کاربرد FRP در دال بتنی

انوع سقف‌ ها و کف های سازه ای که می‌توان با مصالح FRP مقاوم سازی کرد عبارتند از:

• سقف های کامپوزیت
• دال یک طرفه بتنی
• دال دو طرفه بتنی
• سقف های طاق ضربی
• سقف های تیرچه بلوک
• سقف های تیرچه کرومیت

الیاف کربن CFRP

الیاف کربن CFRP یکی از پرکاربرد ترین الیاف در صنعت مقاوم سازی و کامپوزیت است. این الیاف بیشترین مقدار ضریب ارتجاعی را نسبت به الیاف شیشه و کولار دارد. ضریب انبساط گرمایی خطی این نوع الیاف در دماهای بالا و پایین بسیار کم می باشد که این مساله باعث پایداری ابعادی الیاف کربن در دماهای متفاوت می‌گردد. در بین مزایای مختلف الیاف کربن، برجسته ترین آنها مقاومت کششی فوق العاده نسبت به وزن آن است (کربن تقریبا یک سوم فولاد وزن و 5 الی 10 برابر آن مقاومت دارد). علاوه بر آن الیاف کربن  مقاومت خوبی در برابر خستگی دارد. دوام و عمر طولانی در برابر مواد شیمیایی و نفوذ ناپذیری در برابر اشعه x از بارزترین خصوصیات الیاف کربن CFRP به شمار می‌رود. همچنین الیاف کربن رسانایی الکتریکی بسیار خوبی دارد و قابلیت بافت و تولید پارچه، ساخت کامپوزیت‌های سبک و مستحکم CFRP و پایداری در برابر حرارت آن را از سایر مواد مهندسی متمایز می‌سازد. فیبر کربن عنصری با دانسیته  2?27g/cm3 است و اشکال بلوری مختلفی دارد. رشته الیاف کربن که از فیبرهای کربن تشکیل می‌گردد، به مراتب نازکتر از موی انسان در قطر بین 6 تا 10 میکرومتری می‌باشند. علیرغم حجم بالای استفاده از آنها، قیمت الیاف کربن هنوز نسبتاً بالا است. این مسئله باعث محدودیت فروش کامپوزیت CFRP می‌گردد.

فیبر و الیاف کربن در مدول های الاستیسیته و مقاومتهای کششی مختلف و با بافتهای الیاف یک جهته و دو جهته توسط شرکت افزیر برای تولید مصالح کامپوزیتی صنایع مختلف و مقاوم سازی انواع سازه های بتنی عرضه می گردند. با توجه به نیاز صنعتهای مختلف کشور ایران، الیاف کربن در طیف گسترده ایی از انواع فیبر از 3K تا 50KK و با وزن و عرضهای مختلف ارائه می‌شوند.

frp چیست؟

به صورت کلی FRP ترکیبی از دو ماده است. بخش اول آن ماتریس بوده و جز دیگر آن الیاف است. ماتریس خود از برخی مواد شیمیایی مانند رزین‌های اپوکسی و پلی استر تشکیل شده است. این مواد برای اقتصادی شدن و بهبود خواص، دارای افزودنی‌هایی هستند. نقش الیاف، تامین مقاومت مکانیکی کافی در FRP است. در حالی که ماتریس نقش باربری مکانیکی ندارد و تنها باید از الیاف در مقابل خوردگی و آسیب دیدن محافظت نماید. همچنین انتقال بار در FRP به کمک ماتریس انجام می‌شود. از دیگر کاربردهای ماتریس، کنترل کمانش موضعی الیاف تحت فشار است. بیشتر حجم FRP را الیاف تشکیل می‌دهند. عواملی مختلفی در بهره‌وری الیاف FRP تاثیرگذار هستند. از جمله این عوامل می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

• نوع الیاف
• مقدار الیاف
• نحوه قرارگیری الیاف
• ضریب انتقال حرارت
• این عوامل در مقاومت کششی، خمشی، برشی، خستگی و مقاومت در برابر الکتریسیته بسیار موثر هستند. همچنین این عوامل در میزان قیمت تمام شده محصول نیز بسیار پر اهمیت هستند.

مقاوم‌ سازی تیر بتنی با FRP جهت رسیدن به عملکرد دلخواه از طریق افزایش ظرفیت باربری خمشی و برشی، افزایش مقاومت در برابر سایش، افزایش مقاومت در برابر خوردگی و حتی حرارت می باشد. برای مقاوم‌ سازی تیر بتنی با FRPکه آرماتور آنها به دلیل حضور در شرایط نامساعد خورده شده اند، نیز می­توان از مصالح FRP استفاده کرد. بدین ترتیب تیر بتنی ضمن افزایش مقاومت خمشی و برشی، در مقابل شرایط محیطی خورنده نیز با استفاده از FRP محافظت می شوند.

 در مقاوم سازی تیر بتنی با FRP با اتصال مصالح FRP به ناحیه کششی بتن به طوری که راستای الیاف آن عمود بر محور طولی تیر باشد، موجب افزایش مقاومت برشی تیر می شود. نتایج مطالعات نشان می‌دهد که سختی تیرهای بتنی مقاوم سازی شده با FRP، بعد از ترک خوردگی بسیار بیشتر از سختی تیرهای تقویت نشده بعد از ترک خوردگی است که این مسئله در هنگام زلزله بسیار حائز اهمیت می‌باشد.

 کاربرد FRP در تیرهای بتنی

انواع تیرهای بتنی که می‌توان با FRP مقاوم سازی کرد عبارتند از:

1. تیر بتنی مسلح
2. تیر بتنی پیش تنیده
3. تیرهای بتنی پیش ساخته

مزایای روش مقاوم‌ سازی تیر بتنی با FRP

1. افزایش مقاومت خمشی تیر
2. افزایش مقاومت برشی تیر
3. افزایش شکل پذیری تیر
4. افزایش مقاومت در برابر خوردگی
5. افزایش دوام و عمر
6. کنترل عرض ترک
7. ضخامت کم ورقه های FRP و عدم تغیر قابل توجه در ابعاد تیر
8. سهولت در اجرا
9. هزینه پایین نسبت به روش های مرسوم دیگر
10. ترمیم ناشی از خوردگی

در جریان مقاوم سازی ستون بتنی با FRP مقاومت فشاری ستون افزایش می یابد بدین ترتیب که می توان از سیستم هایFRP ، جهت ایجاد محصورشدگی از طریق دورپیچ کامل FRP و به طبع آن افزایش مقاومت فشاری ستون بتنی استفاده نمود. در حقیقت بتن محصور شده مقاومت فشاری بسیار بالاتری نسبت به بتن محصور نشده دارد زیرا محصور کردن ستون باعث ایجاد فشار جانبی بر بتن می شود و وجود فشار محیطی بر ستون بتنی سبب افزایش مقاومت فشاری آن می شود. این امر همچنین باعث افزایش شکل پذیری اعضا تحت ترکیب نیروهای محوری و خمشی می‌شود. در این وضعیت، الیاف حلقوی FRP مشابه تنگهای بسته یا خاموتهای مارپیچ فولادی عمل می‌کنند. در محاسبه مقاومت فشاری محوری عضو باید از سهم الیاف FRP موازی با راستای طولی آن صرف نظرگردد.

مزایا و خصوصیات مقاوم‌ سازی ستون بتنی با FRP