در ساختمان های با قاب خمشی، اتصال صلب تیر به ستون عامل اصلی باربری جانبی سازه می‌باشد. خسارات وارده به این نوع قاب‌ها در ناحیه اتصال تیر به ستون رخ می‌دهد. در گذشته تحقیقات و در نتیجه دستورالعمل‌های آیین نامه‌ای در اتصالات بتنی بسیار محدود بود و در نتیجه مهندسین کمتر به جزئیات این ناحیه توجه می‌کردند و تنها خود را ملزم به رعایت تأمین طول مهاری کششی برای میلگردهای منفی تیر می‌دانستند. همچنین جزئیات سخت در آرماتوربندی ناحیه اتصال و اجرای ضعیف آن منجر به نامناسبی رفتار این جزء سازه‌ای شده است. نمونه ای از مقایسه جزئیات آرماتوربندی صحیح و ناصحیح اتصال بتنی تحت بارهای رفت و برگشتی در شکل نشان داده شده است.

در سیستم های باربر جانبی، اتصالات و اجزای آن باید به گونه ای مقاوم سازی شوند که پس از مقاوم سازی دارای سختی،مقاومت و هندسه متناسبی باشند و با عملکرد ارتجاعی اجزای خود، شرایط لازم برای رفتار غیر ارتجاعی چرخ های سایر اعضا را فراهم و پیوستگی مسیر انتقال بار را نیز تأمین نمایند به گونهای که ناحیه شکل پذیر (مفصل پلاستیک) در دو سر تیر و خارج از محدوده اتصال تیر به ستون واقع شود. حداقل فاصله محل تشکیل مفصل پلاستیک از بر ستون 0.5db و حداکثر1.5db می باشد.

منبع: شرکت مقاومسازی افزیر

 مقایسه تأثیر جزئیات آرماتوربندی صحیح و غیرصحیح در رفتار اتصال بتنی

بدون شک مقاوم سازی اتصالات از مراحل پیچیده روش های مقاوم سازی می باشد، چرا که محل تلاقی تعدادی از عناصر سازه ای است و در زلزله دارای تنش بالا می باشد. از این رو بهتر است بجای تقویت اتصال در برابر بارهای جانبی از راهکارهای تقویت سیستم باربر جانبی ساختمان مانند اضافه نمودن بادبند، دیوار برشی و … استفاده نمود. این راهکارها منجر به کاهش لنگرهای موجود در اتصال میگردد. این موضوع بخصوص در ساختما نهای بتن مسلح قابل توصیه می باشد.

به منظور شناخت بهتر از رفتار لرزه ای اتصالات بتنی در اشکال  نمونه‌ای از آزمایش انجام شده بر روی اتصال بتنی کناری و میانی تحت بار دینامیکی رفت و برگشتی به همراه منحنی نیرو -تغییرمکان و شکل خرابی آنها تحت تغییرمکانهای مختلف نشان داده شده است. مقایسه دو شکل بیانگر رفتار ترد نمونه شکل بالا نسبت به نمونه شکل پایین است.

نمودار نیرو – تغییرمکان اتصال بتنی کناری

نمودار نیرو – تغییرمکان اتصال بتنی میانی

آسیب‌های اتصالات بتنی

در بسیاری از زلزله‌ها مفصل پلاستیک در تیر و نزدیکی ستون تشکیل می‌گردد که در نتیجه ترک در تمام عمق تیر گسترش می‌یابد. گسترش خرابی تیر در نزدیکی ستون باعث گسترش تسلیم میلگرد تا داخل اتصال و کاهش طول مهاری در میلگرد تحت بارعرضی به علت لغزش میلگردهای افقی در اتصال می‌گردد. در اتصالات میانی، تیر مسلح در دو طرف ستون تحت تنش‌های مختلفی (فشاری و کششی) قرار می‌گیرد. بنابراین باید برای اتصال بهتر تیر مسلح به ستون، دقت بیشتری نمود.
همانگونه که در شکل نیز مشاهده می‌شود، خرابی اتصال منجر به خرابی کلی سازه می‌شود و این خود نشان دهنده اهمیت  مقاوم سازی اتصال بتنی خصوصاً مقاوم سازی لرزه ای آنها می‌باشد.

آسیب‌های وارد بر اتصالات بتنی به شرح زیرطبقه‌بندی می‌شود:
1- گسیختگی برشی
2- کمانش میلگرد طولی ستون
3- کمانش میلگرد طولی تیر
4- وجود درز سرد (اجرایی) در محل اتصال
5- برون محوری اتصال تیر و ستون
6- کمبود میلگردهای مثبت و منفی
که در ادامه به هر یک از این ایرادات، علت به وجود آمدن آنها و نمونه‌ای از این نوع خرابی‌ها در اثر زلزله‌های گذشته اشاره می‌گردد.

1. گسیختگی برشی اتصال

عدم وجود تنگ‌های کافی و مناسب تیر یا ستون در ناحیه بر اتصال، منجر به گسیختگی برشی اتصال می‌گردد. نمونه‌ای از گسیختگی برشی اتصال در شکل 5 نشان داده شده است.

گسیختگی برشی در ناحیه اتصال

2. کمانش میلگردهای طولی ستون در ناحیه اتصال

عدم استفاده از تنگ‌های مناسب و کافی در اتصال، منجر به کمانش میلگردهای طولی ستون در ناحیه اتصال می‌گردد.
نمونه‌ای از کمانش میلگردهای طولی ستون در ناحیه اتصال در شکل نشان داده شده است.

کمانش میگردهای طولی در اتصال

 3. کمانش میلگردهای طولی تیر در ناحیه اتصال

در اتصالی میانی که میلگردهای طولی تیر با میلگردهای طولی ستون و یا تنگهای مناسب دورگیری نشده باشند، میلگردهای طولی تیر نیز کمانش خواهند نمود. نمونه‌ای از کمانش میلگردهای طولی تیر در ناحیه اتصال در شکل نشان داده شده است.

در اتصالات همواره باید میلگردهای طولی تیر به صورت صاف و مستقیم اجرا شوند، زیرا میلگردهای طولی خمیده، توانایی تحمل نیروهای فشاری را ندارند. جزئیات مناسب و نامناسب میلگردهای طولی تیر در شکل نشان داده شده است.

کمانش میگردهای طولی در اتصال

4. وجود درز سرد در محل اتصال

وجود درز انقطاع (به دلیل نحوه اجرا) در نزدیکی محل اتصال، منجر به خرابی اتصال و به تبع خرابی سازه می‌گردد. در تراز فوقانی ساختمان که احتمال وجود درز انقطاع در آن بسیار زیاد است، باید طول مهاری میلگردهای طولی و خمهای انتهایی آن به شکل صحیح رعایت شده باشد. نمونه‌ای از خرابی سازه به علت وجود درز انقطاع در محل اتصال در تراز فوقانی ساختمان در شکل نشان داده شده است.

خرابی بر اثر درز سرد

5. برون محوری امتداد تیر نسبت به امتداد ستون

برون محوری امتداد تیر نسبت به امتداد ستون، منجر به ایجاد شکست در محل اتصال تیر به ستون و به تبع خرابی اتصال دراثر زلزله می‌گردد. نمونه‌ای از این نوع خرابی در شکل نشان داده شده است.

برون محوری امتداد تیر نسبت به امتداد ستون

6. کمبود میلگردهای مثبت و منفی

کمبود میلگردهای مثبت و منفی کمبود میلگردهای طولی در اتصالات، منجر به خرابی کامل اتصال در اثر بارهای لرزه ای و در نتیجه تخریب کامل سـازه می‌شود. حتی کمبود میلگردهای طولی منفی می‌تواند منجر به آسیب اتصال تحت بارهای ثقلی گردد. با توجه به موارد عنوان شده به جرأت  می‌توان ادعا نمود که بدترین آسیب اتصالات بتنی در اثر کمبود میلگردهای طولی می‌باشد. نمونه‌ای از تخریب اتصال در اثرکمبود میلگرد طولی که منجر به تخریب کلی سازه و جدایی کامل اجزای اتصال شده در شکل زیر نشان داده شده است.

تخریب اتصال در اثر کمبود میلگرد طولی که منجر به تخریب کلی سازه شده است.

روش های مقاوم سازی اتصالات بتنی

چنانچه اتصال توانایی تحمل لنگرها و نیروهای طراحی را نداشته باشد با یکی از روشهای زیر اتصال را می‌توان مقاوم سازی نمود:

• تعمیرات جزئی
• روکش بتنی
• روکش فولادی (ورق فولادی مسلح کننده)
• استفاده از تنگ خارجی برا ی افزایش ظرفیت برشی اتصالات

1. تعمیرات جزئی

تزریق چسب اپوکسی را می‌توان برای تعمیر ترک های با عرض کم بکار برد. در این روش هیچ تخریبی در بتن ایجاد نمی‌شود. البته این روش برای بتن آسیب دیده کاربرد ندارد. در این روش باید ترک به وجود آمده در بتن را کاملاً با روش‌هایی مانند دمیدن هوا در ترک پاک نمود و سپس با تزریق چسب ترک را پر نمود.

2. ژاکت (روکش) بتنی

روکش بتنی باید به گونه‌ای اجرا گردد که کلیه اعضای اتصال به صورت یکپارچه عمل نماید. عموماً این روش زمانی بکار می رود که هم تیر و هم ستون اتصال مستعد ترک خوردگی باشند. برای اتصال مناسب بین بتن قدیم و جدید و همچنین برای جوش نمودن میلگردهای جدید و موجود باید قسمت پوشش بتنی میلگردها را تخریب نمود. ضخامت مناسبی برای روکش بتنی در نظرگرفته شود تا کلیه میلگردهای طولی تیر و ستون و همچنین تنگ ها را در برگیرد. در استفاده از این روش بکارگیری خاموتها با فاصله مناسب بسیار حائز اهمیت می‌باشد.
میلگردهای قائم و افقی و خاموتها باید به گونه‌ای تعبیه شوند که محدوده مسلح شده‌ای در اتصال بوجود آید. در طراحی اتصال، محصور شدن اتصال توسط اعضایی که عمود بر صفحه نیروهای مورد نظر هستند، نقش بسیار مهمی را ایفا می‌نماید. روکش بتنی باید تمام وجه تیرها و ستونهای منتهی به اتصال را در برگیرد. تنگهای افقی مقاومت برشی مورد نیاز را تامین می‌نماید. میلگردهای قائم عرضی توسط تنگهای عرضی به یکدیگر متصل می‌شوند. در استفاده از این روش، روکش بتنی همواره باید سطح رویی دال را نیز بپوشاند.

اجرای روکش بتنی تنها در ناحیه اتصال

در مواردی که تنها ستون منتهی به اتصال ضعیف بوده و یا ضابطه ستون قوی، تیر ضعیف در اتصال رعایت نشده باشد، می‌توان با تقویت ستون با روکش بتنی و امتداد آن تا روی اتصال، ستون و اتصال را تقویت نمود. در این روش با سوراخ نمودن تیرهای منتهی به اتصال میلگردهای برشی از داخل تیرها عبور داده می‌شوند.
در مواردی که جزئیات اتصال و اعضای منتهی به آن بسیار ضعیف بوده و یا اینکه ترکهای عمیقی در اتصال دیده شود، بهتر است روکش بتنی در اطراف تیر و ستون منتهی بـه اتصال و نیز خود اتصال اجرا گردد. در این روش میلگردهای اضافی از اتصال عبور داده می‌شوند. ازخاموتهای افقی و قائم نیز برای تامین مقاومت برشی استفاده می‌شود. در قسمت فوقانی و تحتانی مقطع تیر، خاموتهای افقی ستون در ناحیه اتصال باید با فاصله‌های مناسب و نزدیک به یکدیگر قرار گیرند.

در  اتصالات خارجی بسته به عملکرد نیروها در ناحیه اتصال باید میلگردهای مناسبی در اتصال تعبیه شود.
میلگردهای افقی و عمودی اضافی تیر و ستون باید در داخل اتصال نفوذ نمایند. شبکه جوش شده باید (مانند شکل) در دو سمت اتصال تعبیه شود. شبکه جوشی را باید با جوش به میلگردهای اصلی متصل نمود. در غیر این صورت می‌توان آنها را با میخچه به بتن متصل نمود. خاموت‌های تیر به ستون نزدیک به اتصال منجر به اصلاح رفتار اتصال می‌گردد.

اجرای ژاکت بتنی اتصالات در اطراف تیر و ستون منتهی به اتصال و خود اتصال

اجرای ژاکت بتنی اتصالات در اطراف اتصال خارجی

اجرای ژاکت بتنی اتصالات در اطراف اتصال خارجی

3. روکش فولادی (ورق فولادی مسلح کننده)

استفاده از ورق فولادی مسلح کننده روشی است که با استفاده از آن می‌توان بدون افزایش ابعاد اتصال، مقاومت آن را افزایش داد. در روش استفاده از ورق فولادی مسلح کننده موقعیت اتصال تأثیر بسزایی بر میزان افزایش مقاومت اتصال دارد.
ورق فولادی تقویت کننده بهتر است با چسب اپوکسی به اتصال چسبانده شود و سپس با آرماتور های پیش تنیده به اتصال محکم گردد. چسب یا گروت اپوکسی می‌تواند سطوح ناهموار اتصال را نیز اصلاح نماید. حداقل ضخامت ورق تقویت 4 میلیمترمی‌باشد. قبل از انجام عملیات فوق ضروریست که اتصال به طور موضعی مرمت شود. ورقهای فولادی مسلح کننده ضعف‌های عمده سازه‌های بتن مسلح یعنی فقدان میلگرد برشی کافی و نیاز به میلگردهای محصور کننده هسته بتنی را کاهش می‌دهد.
به منظور بهسازی لرزه ای اتصالات کناری و میانی در صورتی می‌توان از ژاکت فولادی استفاده نمود که ورقهای فولادی مسلح کننده را در کلیه وجوه تیر و ستون بکار برد و آنها را مستقیماً و یا از طریق نبشی به یکدیگر جوش نمود.

روشهای مقاوم سازی اتصالات بتنی کناری

مقاوم سازی اتصالات بتنی میانی

در مواردی که فقط ستون منتهی به اتصال ضعیف بوده و یا ضابطه ستون قوی، تیر ضعیف در اتصال رعایت نشده باشد، می‌توان با  مقاوم سازی اتصال با ورق فولادی و امتداد آن تا روی اتصال مانند شکل ستون و اتصال را تقویت نمود. در این روش با سوراخ نمودن تیرهای منتهی به اتصال میلگردهای برشی از داخل تیرها عبور داده می‌شوند.
برای مکانهایی که در آنها خوردگی شیمیایی زیاد است، در صورتی می‌توان از مقاوم سازی اتصال با ورق فولادی استفاده نمود که ابتدا با انجام آزمایش هایی خاص میزان خوردگی فولاد را اندازه‌گیری نموده و در صورت کمتر بودن میزان خوردگی از رواداریهای مجاز، این روش را بکار برد.

اجرای روکش فولادی تنها در ستون

ژاکت فولادی را با ورقه های گونه نیز می‌توان اجرا نمود. در این روش نیروهای کششی و فشاری بالهای فوقانی و تحتانی تیر به کمک ورق‌های گونه به ستون انتقال داده می‌شود. رعایت جزئیات اجرایی در این روش مقاوم سازی بسیار مهم و روش اجرای آن نیز بسیار مشکل می‌باشد. نمونه‌ای از جزئیات  مقاوم سازی اتصالات بتنی با ورق فولادی در شکل نشان داده شده است.

مقاوم سازی اتصالات بتنی با ورق فولادی

ژاکت فولادی را با ورق های موجدار نیز می‌توان اجرا نمود. اتصالات ضعیف توسط ورقهای فولادی موجدار روکش می‌شوند و فاصله موجود بین ورق و سطح بتن با گروت منبسط شونده پر می‌شود. روکش را می‌توان بر روی ستون و اتصال اجرا نمود، ولی برای افزایش مقاومت برشی تیر بهتر است روکش را تا روی تیر نیز امتداد داد. ورق فولادی موجدار در برابر بارهای سیکلی رفتار بهتری نسبت به ورقهای مسطح از خود نشان می‌دهند.

4. استفاده از تنگ خارجی برای افزایش ظرفیت برشی اتصالات

پس از آنکه ایرادات ترک‌های سطحی با تزریق چسب اپوکسی بر طرف شدند و سطح بتن کاملاً تمیز شد، اتصال با استفاده از تنگ‌های خارجی که پیش‌تنیده شده‌اند، تقویت می‌شود. پس از این مرحله اتصال با شبکه های از مفتول‌های به هم جوش شده پوشانده شده و بتن پاشی می‌شود. وقتی که چهار تیر به اتصال وارد می‌شود استفاده از تنگ در دو طرف ممکن نیست زیرا قادر به عبور از اتصال نیستند. لازم به ذکر است استفاده از تنگ خارجی در یک جهت به هیچ عنوان برای بارهای لرزه ای مناسب نمی‌باشد زیرا این تنگ‌ها کششی کار کرده و به هیچ عنوان ظرفیت تحمل نیروی فشاری را ندارند.

نمونه‌ای از روکش فلزی اتصالات بتنی برای افزایش ظرفیت برشی اتصالات در شکل نشان داده شده است.

بهسازی ظرفیت برشی اتصالات با استفاده از روکش فلزی اتصالات بتنی در یک و یا دو جهت

5. پوشش FRP

با محصور نمودن اعضای اتصال با پوشش FRP می توان ظرفیت خمشی و همچنین ظرفیت برشی اتصال را افزایش داد . به علت دورگیری، بکارگیری این روش میزان شکل پذیری اتصال را نیز افزایش می دهد. با استفاده از این روش می توان بدون افزایش ابعاد اتصال، مقاومت آن را افزایش داد . استفاده از FRP نسبت به روکش فولادی ارجح است، زیرا FRP بر خلاف فولاد دچار خوردگی نمی شود و می تواند در مقابل خوردگی اسیدها، بازها و مواد مهاجم مشابه در دامنه وسیعی از دما مقاومت کنند. در نتیجه نیاز به سیستم های حفاظت از خوردگی نمی باشد و آماده کردن سطوح اعضا قبل از چسباندن صفحات FRP و نگهداری از آنها بعد از نصب، آسان تر از صفحات فولادی است . لازم به ذکر است که در استفاده از این روش بر خلاف روش مقاوم سازی با روکش بتنی نیاز به افزایش ابعاد اتصال و عملیات ساختمانی پر حجم نمی باشد.

تقویت اتصال بتنی با کامپوزیت FRP

منبع: شرکت مقاومسازی افزیر