انواع روش های مقاوم سازی سازه

سازه‌های بتنی و فلزی، ستون فقرات توسعه شهری و صنعتی در سراسر جهان هستند. با این حال، این سازه‌ها در طول عمر خود با چالش‌های متعددی روبرو می‌شوند که می‌توانند ناشی از عوامل مختلفی باشند: کهولت و فرسودگی مصالح، تغییر کاربری سازه و افزایش بارهای وارده، خطاهای طراحی و اجرا، بارهای غیرمنتظره (مانند زلزله)، خوردگی و حملات شیمیایی، و همچنین ارتقای آیین‌نامه‌های طراحی. در چنین شرایطی، تخریب و بازسازی کامل سازه اغلب از نظر اقتصادی و زمانی به‌صرفه نیست. بنابراین، راهکار مقاوم‌سازی (Retrofitting) به عنوان راه‌حلی کارآمد، ایمن و مقرون‌به‌صرفه برای افزایش ظرفیت باربری، شکل‌پذیری و عمر مفید سازه‌های موجود مطرح می‌شود. این مقاله قصد دارد تا با معرفی روش‌های کلاسیک و نوین، مهندسین را در انتخاب بهترین گزینه یاری رساند.

1. روش‌های مقاوم‌سازی سازه‌های بتنی

2.  1 روش ژاکت بتنی (Concrete Jacketing)

روش مقاوم سازی با استفاده از ژاکت بتنی، یکی از سنتی‌ترین و متداول‌ترین روش‌های مقاوم‌سازی است که در آن، یک لایه بتن مسلح جدید با ضخامت مشخص به دور المان‌های موجود (مانند ستون‌ها یا تیرها) اضافه می‌شود. این لایه جدید با شبکه‌ای از میلگردهای طولی و خاموت‌ها مسلح می‌شود که به وسیله کاشت میلگرد و سنجاقی ها در ستون اولیه این اتفاق رخ خواهد داد.

مزایا:

    *   افزایش قابل توجه ظرفیت باربری محوری و خمشی

    *   افزایش چشمگیر شکل‌پذیری و رفتار داکتیل

    *   افزایش سختی سازه

    *   دوام و مقاومت در برابر آتش

    *   فناوری آشنا و در دسترس

معایب:

    *   افزایش وزن مرده سازه

    *   کاهش فضای قابل استفاده

    *   زمان‌بر و پرخرج بودن اجرا

    *   نیاز به آماده‌سازی سطح بتن قدیمی

    *   ایجاد مشکلات معماری

1-3. روش ژاکت فلزی (Steel Jacketing)

در این روش، ورق‌ها یا پروفیل‌های فولادی در اطراف المان‌های بتنی (عمدتاً ستون‌ها) قرار گرفته و به یکدیگر جوش یا به کمک انکر کاشت شده در مقطع بتنی، متصل می‌شوند. فضای بین ژاکت و بتن معمولاً با ترمیم کننده های اپوکسی یا گروت گروت های اپوکسی پر می‌شود.

مزایا:

    *   اجرای سریع و نسبتاً آسان

    *   افزایش بسیار خوب شکل‌پذیری و محصورشدگی (مهم برای زلزله)

    *   افزایش ظرفیت برشی و خمشی

    *   افزایش وزن کمتر نسبت به ژاکت بتنی

معایب:

    *   حساسیت به خوردگی

    *   مقاومت حرارتی پایین (نیاز به محافظت در برابر آتش)

    *   مشکلات اتصال به تیرها و فونداسیون

    *   هزینه نسبتاً بالا

1-۳. روش شاتکریت (Shotcrete) همراه با شبکه مش

اجرای شات کریت بر روی سطح بتنی قبلی یکی دیگر از روش های مقاوم سازی سازه ها میباشد، در این روش، بتن یا ملات با فشار هوا و به سرعت بر روی سطح پاشیده می‌شود. این روش اغلب همراه با نصب شبکه میلگرد یا توری بر روی سطح سازه موجود اجرا می‌شود.

مزایا:

    *   اجرای سریع و امکان پوشش سطوح پیچیده

    *   ایجاد سطح یکپارچه و مقاوم

    *   عالی برای تقویت دیوارهای برشی و طاق‌ها

    *   چسبندگی عالی با سطح موجود

معایب:

    *   نیاز به تجهیزات خاص و اپراتور ماهر

    *   پرتی مصالح نسبتاً بالا

    *   کنترل کیفیت دشوار در حین اجرا

۲-۴. روش تزریق در ترک (Crack Injection)

معرفی: این روش برای ترمیم ترک‌های موجود در بتن به کار می‌رود. با استفاده از فشار، رزین اپوکسی یا سیمان‌های خاصی به درون ترک‌ها تزریق می‌شود. این عمل باعث افزایش ظرفیت باربری و مقاومت سازه میگردد.

مزایا:

    *   بازیابی یکپارچگی و ظرفیت باربری اولیه عضو

    *   جلوگیری از نفوذ آب و عوامل خورنده

    *   اجرای نسبتاً سریع و هدفمند

    *   حفظ ظاهر سازه

معایب:

    *   فقط برای ترمیم موضعی مناسب است

    *   نیاز به تشخیص دقیق علت ترک

    *   عدم افزایش ظرفیت باربری کلی سازه

۲-۵. سیستم کامپوزیت الیاف کربن (CFRP)

مقاوم سازی به روش اجرای الیاف کربن یا همان frp ، یک تکنولوژی نوین و پیشرفته است. در این سیستم، از الیاف کربن با استحکام بسیار بالا، که در یک ماتریس پلیمری (معمولاً زین اپوکسی) قرار گرفته‌اند، استفاده می‌شود. محصول نهایی به صورت ورق یا پارچه بوده و با استفاده از چسب اپوکسی با مقاومت بسیار بالا به سطح بتن چسبانده می‌شود.

مزایا:

    *   نسبت استحکام به وزن بسیار بالا (افزایش وزن ناچیز)

    *   اجرای بسیار سریع و آسان

    *   مقاومت عالی در برابر خوردگی و مواد شیمیایی

    *   عدم تغییر در ابعاد و معماری سازه

    *   انعطاف‌پذیری بالا برای سطوح منحنی

معایب:

    *   هزینه اولیه بالا

    *  حساسیت به تابش مستقیم UV (نیاز به پوشش محافظ)

   *  رفتار شکننده در بارگذاری نهایی

   *  نیاز مطلق به آماده‌سازی سطح و اجرای دقیق

    *  مقاومت حرارتی پایین ماتریس پلیمری

۳. روش‌های مقاوم‌سازی سازه‌های فلزی

۳-۱. استفاده از بادبند (Bracing)

اضافه کردن سیستم‌های مهاربندی به اسکلت فلزی برای افزایش سختی جانبی یکی دیگر از روش های مقاومم سازی سازه است. این روش هم در سازه های فلزی و عم در بتنی قابل اجراست..

مزایا:

    *  افزایش چشمگیر سختی جانبی

    * اجرای نسبتاً سریع

    * هزینه مؤثر

معایب::

    - ایجاد محدودیت در معماری

    - انتقال نیروهای بزرگ به فونداسیون

۳-۲. تسمه‌گذاری و ورق‌گذاری (Strip and Plate Bonding)

استفاده از ورق‌ها یا تسمه‌های فولادی با جوش یا چسب اپوکسی راه حلی جهت افزایش ظزفیت باربری سازه، در سازه هایی که به هر دلیلی دارای افزایش بار پذیری سازه، جبران ضعف عملیات اجرایی و خطاهای ناشی از اجرای نا صحیح و یا ضعف در مقاومت بتن  و ... میباشد.

مزایا:

    *   افزایش ظرفیت خمشی و برشی

    *  اجرای نسبتاً سریع

معایب:

    * تمرکز تنش در محل اتصال

    *  مشکلات مربوط به خوردگی

۳-۳. ستون‌های کمکی (Additional Columns)

اضافه کردن ستون‌های جدید برای کاهش دهانه تیرها به منظور کاهش خیز تیرها در ساختمان ها و کمک به افزایش سطح ظرفیت باربری سازه است.

مزایا

    * کاهش مؤثر بار وارده

    * افزایش ظرفیت کلی سازه

معایب

    * ایجاد محدودیت در فضای معماری

    * نیاز به تقویت فونداسیون

۳-۴. تیرچه‌های فلزی (Secondary Beams)

اضافه کردن تیرهای فرعی برای کاهش دهانه دال‌ها

مزایا:

    * کاهش بار وارده بر تیرهای اصلی

    * افزایش ظرفیت باربری سقف

معایب:

    *  کاهش ارتفاع مفید

    *  افزایش وزن مرده

۴. جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

انتخاب روش بهینه برای مقاوم‌سازی یک سازه، تابع فاکتورهای متعددی است:

برای پروژه‌های با محدودیت فضایی: *سیستم CFRP**

برای افزایش شکل‌پذیری لرزه‌ای: *ژاکت فلزی**

برای افزایش ظرفیت باربری محوری: *ژاکت بتنی**

برای افزایش سختی جانبی: *بادبند**

* برای ترمیم موضعی: تزریق

* برای تقویت سطوح وسیع: شاتکریت

تصمیم‌گیری نهایی باید بر اساس بررسی‌های دقیق مهندسی و تحت نظر مهندسین مجرب طراح  انجام پذیرد.