قبل از اینکه به ارائه روش ها بپردازیم، چند نکته کلی در رابطه با تکنیک های مختلف مقاوم سازی در بخش فعلی مطرح می شود:
ساختمان بتنی یا چوبی کدام زلزله را تاب می آورد؟
1. روشهای ارتقای لرزهای زیاد نیستند، در مجموع فقط 6-7 هستند. در بیشتر کاربردهای عملی معمولاً از همان ابتدا مشخص می شود که برخی از روش ها به دلیل محدودیت های معماری، عملیاتی یا هندسی، کمبود دانش یا در دسترس نبودن تجهیزات مناسب، قابل اجرا نیستند، به عنوان مثال، جداسازی پایه در ساختمان هایی که این کار را انجام می دهند، قابل اجرا نیستند.
نکته: شما همچنین میتوانید مقاله 7 روش برای ازمایش مقاومت بتن را مطالعه فرمایید.
در سرتاسر محیط خود یا در مناطقی که تخصص هنوز محدود است، فضاهای باز نداشته باشند. از این رو، طراح در هر ساختمان در واقع ممکن است مجبور باشد از میان مجموعه ای از 2 یا 3 روش نامزد انتخاب کند. وظیفه اوست که مزایا و معایب هر روش را با استفاده از قضاوت مهندسی، مطالعات اولیه و محاسبات تحلیلی در نظر گرفته و سنجیده و مناسب ترین روش را انتخاب کند.
2. باید توجه ویژه ای به این واقعیت داشت که در طراحی مداخلات استحکام بخشی، همه روش ها و تکنیک ها نمی توانند آسیب پذیری ساختمان را کاهش دهند.
اجرای اشتباه می تواند برخی از قسمت های ساختمان را تقویت کند و به طور همزمان سایر قسمت ها را ضعیف کند و در واقع خطر کلی را افزایش دهد. به عنوان مثال، غلظت دیوارهای برشی بزرگ در یک طرف ساختمان ممکن است به جای کاهش تقاضا برای اعضای عمودی طرف دیگر، افزایش یابد.
3. روشهای مختلف مزایا و معایب متفاوتی دارند و تأثیر آنها بر پاسخ جهانی، استحکام، سختی، شکلپذیری و تقاضای لرزهای ممکن است بسته به پیکربندی ساختمان خاص، به طور قابل توجهی متفاوت باشد. هیچ راه حل و دستور العمل استانداردی وجود ندارد که بتوان آن را برای هر نوع ساختاری اعمال کرد.
4. تکنیک های تقویت را می توان به دو گروه بزرگ دسته بندی کرد. از یک سو، روشهایی وجود دارند که عموماً در سطح جهانی به کار میروند (یعنی در نظر گرفتن کل ساختار بهعنوان یک موجودیت واحد) و معمولاً به کاهش تقاضا در اعضای موجود کمک میکنند.
معرف ترین نمونه ها در این دسته افزودن دیوارهای برشی جدید و عایق پایه است. از سوی دیگر، روشهایی وجود دارند که در سطح عضو اعمال میشوند و عمدتاً برای ارتقاء ویژگیهای خاص (مثلاً استحکام و/یا شکلپذیری) تک تک اعضا، بهعنوان مثال ژاکتهای RC یا روکشهای FRP استفاده میشوند.
5. اغلب ممکن است ترکیبی از دو یا چند روش موجود مورد نیاز باشد. معمولاً ابتدا یک روش جهانی تر (مثلاً دیوارهای برشی یا مهاربندها) استفاده می شود و روش های دیگر در مرحله دوم برای تقویت اجزا یا بخش هایی از ساختمان که هنوز نیاز به ارتقا دارند، استفاده می شود.
ژاکت های بتن مسلح
ژاکت بتن احتمالاً پرکاربردترین تکنیک برای تقویت اعضای RC است. یا با بتن ریختهشده در محل یا اغلب با شاتکریت ساخته میشود. این روش شامل افزودن یک لایه بتن مسلح به شکل یک ژاکت با استفاده از آرماتورهای فولادی طولی و اتصالات فولادی عرضی در خارج از محیط عضو موجود است.
پوشش با بتن ریختهشده در محل مستلزم نصب قالب در اطراف ستون موجود است که قالب روی آن بسته میشود تا در مقابل بتن ریختهشده مقاومت کند. ضخامت ژاکت معمولاً بیش از 10 سانتی متر است تا بتن ریزی بدون حفره و شکاف امکان پذیر باشد. در مقابل، شاتکریت اجازه می دهد تا ژاکت هایی با ضخامت کمتر از 5 سانتی متر را ایجاد کنید.
آماده سازی سطح عضو موجود با ژاکت بسیار مهم است. اتصال بتن جدید و موجود با زبری سطح و معرفی رولپلاک های فولادی بیشتر می شود.
سپس میلگردها و رکاب های فولادی عمودی جدید با توجه به ابعاد و قطرهای طراحی شده با توجه ویژه به بسته شدن صحیح حلقه ها نصب می شوند. از آنجایی که بسیاری از مواقع خم کردن حلقه ها در زوایای 135 درجه امکان پذیر نیست، به دلیل وجود عضو موجود و ضخامت کم ژاکت، اغلب نیاز به جوشکاری است.
شاتکریت
اصطلاح “شاتکریت” هم به مواد و هم به روش ساخت اشاره دارد. این ماده یک بتن یا ملات با مقاومت بالا است که به معنای واقعی کلمه در قالب ها “شلیک” می شود. روش استفاده از این ماده در محل است.
پیشنهادی : خرید ضد یخ بتن شیمی
به بیان دقیق، شاتکریت (یا گنیت یا بتن پاشیده شده، همانطور که به آن نیز گفته می شود) یک روش تعمیر یا تقویت برای ساختمان های موجود نیست. روشی برای جاگذاری و متراکم کردن بتن است و به غیر از مقاوم سازی کاربردهای متعددی دارد. با این حال، به دلیل محدودیتهایی که در ساختمانهای موجود توسط اجزای سازهای و غیرسازهای اعمال میشود، بتن ریختهشده در محل در اکثر موارد سخت، پرهزینه و یا کلا غیرممکن است که بتن ریزی را بهعنوان متداولترین روش برای ریختهگری بتن تبدیل میکند. در برنامه های تعمیر و مقاوم سازی در واقع، استفاده از شاتکریت در ساخت ژاکت های RC بسیار رایج است که این دو اصطلاح اغلب به شکل قابل تعویض در کاربردهای تقویتی استفاده می شوند.
دیوارهای برشی بتنی مسلح جدید
این روش شامل ساخت دیوارهای برشی جدید با ابعاد بزرگ در مکان های انتخاب شده در محیط ساختمان و/یا در داخل ساختمان است. دیوارها می توانند تأثیر بسیار مفیدی بر عملکرد لرزه ای ساختمان های موجود داشته باشند و به طور همزمان افزایش قابل توجهی در استحکام، سختی و شکل پذیری ایجاد کنند. یکی از مزیت های بسیار مهم این روش، کاهش قابل توجه تقاضا برای اعضای موجود با تقویت سبک است که به دلیل ابعاد بزرگ و سختی بسیار زیاد اعضای جدید است.
یک مقطع معمولی از دیوار برشی جدید اضافه شده به یک ساختمان موجود، بسیار شبیه به دیوارهای برشی ساختمان های جدید است، با ستون های کاذب با رکاب های نزدیک در دو لبه، و یک شبکه به آرامی تقویت شده که انتظار می رود آسیب را در ساختمان ها حفظ کند. یک رویداد لرزه ای قوی تنها تفاوت قابل توجه تعداد زیاد رولپلاک هایی است که برای اتصال اعضای جدید و موجود و انتقال ایمن نیروهای اینرسی لرزه ای از ساختمان موجود به زمین از طریق دیوارهای جدید استفاده می شود.
به طور کلی ترجیح داده می شود که دیوار دو ستون از ساختمان موجود را محصور کند تا ژاکت های محکم و انعطاف پذیر را تشکیل دهد که شبه ستون ها را در لبه های دیوار جدید تشکیل می دهند. ژاکت ها را می توان با بتن ریخته گری در محل همراه با شبکه دیوار (با استفاده از قالب بندی در اطراف اعضا، ستون ها و تیرهای موجود) یا به طور جداگانه با استفاده از شاتکریت ساخت.
پر کردن RC
جایگزینی برای ساخت دیوارهای برشی جدید که ستون ها و تیرهای قاب موجود را در بر می گیرد، پر کردن RC است. با این روش یک دیوار بتنی مسلح در داخل پانل RC ساخته می شود و با ستون های مجاور (سمت چپ و راست) و تیرها (بالا و پایین) با یک سری رولپلاک قوی که برای تحمل نیروهای اینرسی توسعه یافته طراحی شده اند، متصل می شود. در هنگام زلزله و اطمینان از اتصال یکپارچه با قاب موجود.
با توجه به ساخت دیوارهای برشی جدید که اعضای قاب موجود را در بر می گیرد، پر کردن RC به طور قابل توجهی ارزان تر است و بسیار کمتر مخرب است. اشکال اصلی روش مربوط به ظرفیت اعضای موجود است که اطراف پرکننده را احاطه کرده اند.
برای اینکه بتوان نیروهای برشی و گشتاورهای واژگونی را از یک طبقه به طبقه دیگر منتقل کرد، باید حداقل ظرفیت را داشته باشد. در غیر این صورت در صورت رخدادهای لرزه ای قوی آسیب محلی قابل توجهی را متحمل خواهند شد.
مهاربندی فولادی
مهاربندی فولادی مزایای مشابهی را با دیوارهای برشی جدید ارائه می دهد و باعث افزایش استحکام، سختی و شکل پذیری ساختمان می شود. مهاربندها مستقیماً روی قاب بتنی، در داخل حفره های موجود نصب می شوند.
آنها به مقاومت جانبی سازه از طریق نیروی محوری ایجاد شده در اعضای مایل آنها کمک می کنند. مورب ها به صفحات فولادی چسبانده می شوند که در گوشه های هر محفظه بتنی با رزین های اپوکسی لنگر می زنند. به طور مشابه در مورد دیوارهای RC جدید، بادبندها باید در موقعیت های متقارن قرار گیرند تا پیچش ناخواسته در ساختمان ایجاد نشود و در صورت امکان، بی نظمی های داخل صفحه کاهش یابد.
از آنجایی که در حالت کلی بادبندها به اعضای بتنی مستحکم نشده موجود در ساختمان متصل می شوند، زمانی که تیرها و ستون ها دارای حداقل مقاومت نباشند، روش مناسب نیست. در غیر این صورت، عناصر بتنی را می توان با مواد کامپوزیت یا اغلب با ژاکت تقویت کرد.
دستگاه های اتلاف انرژی را می توان به راحتی با مهاربندهای فولادی ترکیب کرد و به طور موثر میرایی را در طول تحریک دینامیکی افزایش داد.
با این حال خاطرنشان می شود که در صورت استفاده از دمپرها، مهاربندهای فولادی باید طوری طراحی شوند که سفتی را به میزان قابل توجهی افزایش ندهند، در غیر این صورت کارایی مکانیزم های میرایی که برای مقرون به صرفه بودن نیاز به تغییر شکل های بزرگ دارند، به خطر می افتد.
دستگاه های میرایی
دستگاه های میرایی برای کاهش دامنه ارتعاشات، تغییر شکل ها و در نتیجه تقاضای تحمیل شده به اعضای سازه با اتلاف انرژی در هنگام زلزله های بزرگ مورد استفاده قرار می گیرند. سیستم های اتلاف غیرفعال، فعال و هیبریدی وجود دارد.
اکثر سیستم ها (دمپرهای ویسکوز، ویسکوالاستیک، اصطکاک و تسلیم فلزی) را می توان به راحتی با اعضای مهاربندی فولادی ترکیب و ادغام کرد و باعث افزایش استحکام، سفتی، شکل پذیری و ظرفیت اتلاف انرژی می شود. روش دیگر، دستگاه های اتلاف کننده را می توان به طور مستقل از سایر مداخلات تقویتی نصب کرد و با اتلاف انرژی به واکنش ساختاری کمک کرد.
پلیمرهای تقویت شده با آتش (FRPS)
کامپوزیت های پلیمر تقویت شده با الیاف (FRP) از الیاف با استحکام کششی بالا در یک زمینه پلیمری مانند پلاستیک گرما سخت اپوکسی، وینیل استر یا پلی استر تشکیل شده اند، اما معمولاً رزین های اپوکسی هستند. این الیاف معمولاً از کربن (CFRP)، شیشه (GFRP)، آرامید (AFRP) یا به ندرت بازالت ساخته می شوند، اگرچه در گذشته از الیاف دیگری مانند کاغذ یا چوب یا آزبست استفاده می شد.
همچنین بخوانید واکنش های سازه های بتنی به آتش سوزی.
مواد FRP در مهندسی سازه به عنوان تقویت کننده اضافی در نظر گرفته می شوند که تنها تفاوت آن ها در کرنش های اولیه موجود در بتن و آرماتور است که به دلیل بار مرده در زمان اعمال FRP است.
به دلیل استحکام کششی بالا و وزن کم (در مقایسه با مصالح سازه ای معمولی و به ویژه فولاد)، FRP ها به یک ماده سازه ای مهم برای استفاده در صنعت ساختمان به عنوان تقویت کننده داخلی یا اغلب خارجی تبدیل شده اند.
پلیمرهای تقویت شده با الیاف را می توان در مقاوم سازی ساختمان های موجود با تکنیک های متغیر استفاده کرد: بسته بندی FRP، ورقه های FRP، تقویت FRP نزدیک به سطح (NSM)، رشته های FRP و اخیراً اسپری شده-FRP. بسته بندی FRP معمولاً به منظور افزایش محصور شدن، شکل پذیری و ظرفیت برشی دیوارها، ستون ها و تیرها با الیاف در جهت حلقه ها استفاده می شود. لمینت های FRP عمدتاً برای افزایش ظرفیت خمشی اعضای RC، معمولاً در تیرها یا دال ها استفاده می شوند.
آرماتور NSM FRP برای تقویت خمشی استفاده می شود که باعث افزایش استحکام و سختی می شود، اما می توان از آن برای تقویت برشی نیز استفاده کرد. رشته های FRP به عنوان تقویت کننده نزدیک سطح و اغلب به عنوان اتصال دهنده فیبر و لنگر بسته بندی های FRP استفاده می شود. در نهایت، FRP پاشیده شده مقاومت برشی و ظرفیت تغییر شکل را افزایش می دهد و می تواند برای تقویت لرزه ای اعضای RC موجود استفاده شود.
ورق های فولادی و کاپشن های استیل
صفحات فولادی منفرد یا تسمه های متصل به اعضای بتنی می توانند مقاومت خمشی آنها را مانند ورقه های FRP بهبود بخشند. به همین ترتیب، صفحات، تسمه ها و زوایای جوش داده شده به یکدیگر برای تشکیل یک ژاکت می توانند استحکام برشی را افزایش دهند، رفتار ادویه های لبه را بهبود بخشند و شکل پذیری را از طریق محصور شدن بدون تأثیر قابل توجهی بر سفتی سیستم موجود، به روشی مشابه به روکش های FRP، ارائه دهند.
تقویت اعضای بتن مسلح با استفاده از اتصال خارجی صفحات فولادی یکی از رایج ترین روش ها و بسیار متداول در کاربردهای مقاوم سازی در چند دهه پیش بود، اما به تدریج محبوبیت خود را به سایر روش های قابل اطمینان تر و آسان تر، به ویژه بسته بندی FRP و ورقه های FRP از دست داد.
جداسازی لرزه ای
جداسازی پایه که به عنوان جداسازی لرزه ای نیز شناخته می شود، یک روش پیشرفته است که یکی از مؤثرترین ابزارهای حفاظت سازه در برابر نیروهای زلزله را تشکیل می دهد. مجموعهای از اجزای سازهای که جداکننده نامیده میشوند، برای جدا کردن تا حد زیادی روبنا از پایه (فنداسیون یا زیرسازی) که بر روی زمین لرزان قرار دارد، استفاده میشود و در نتیجه از یکپارچگی ساختمان محافظت میکند.
ویژگی های اصلی یک سیستم جداسازی لرزه ای سختی محدود در سطح جداسازها است که منجر به طولانی شدن دوره قابل توجه سازه تا دوره های اساسی تا 2.5 ثانیه یا بیشتر می شود. این منجر به کاهش قابل توجهی در شتاب عبوری به روسازه، نیروهای اینرسی و تقاضای نیروی زلزله می شود. در نتیجه، تغییر شکلهای جانبی و رانشهای بین طبقاتی بهطور قابلتوجهی کوچکتر هستند، در نتیجه منجر به آسیب خفیف یا بسیار خفیف به اجزای سازهای و غیرسازهای حتی در زلزلههای بسیار بزرگ میشوند.
مفهوم اصلی استفاده از جداسازی پایه برای مقاومسازی این است که به جای تقویت اعضای سازه برای مقاومت در برابر لرزهای تحمیلی (همانطور که با همه روشهای دیگر انجام میشود)، جداسازی پایه رویکرد مخالف را اتخاذ میکند، یعنی کاهش تقاضای لرزهای. از افزایش ظرفیت از آنجایی که کنترل حرکت زمینی که به سازه تحمیل می شود غیرممکن است، حفاظت سازه با اصلاح تقاضا با جلوگیری/کاهش حرکت های انتقال یافته به روسازه از سطح پی انجام می شود.
رزین / ملات
رزینهای اپوکسی و ملاتهای تعمیری معمولاً موادی هستند که برای تعمیر و تقویت ساختمانهای بتن مسلح مورد استفاده قرار میگیرند. آنها بیشتر برای تعمیر آسیب های موضعی استفاده می شوند، از این رو روشی برای تقویت و ارتقاء ساختمان های موجود نیستند. با این حال، همراه با تمام روش های دیگر، آنها برای تعمیر تک تک اعضای سازه به کار می روند.
استفاده از رزین های اپوکسی به صورت تزریقی رایج ترین راه حل برای ترمیم ترک ها می باشد. در مقایسه با بتن، رزین های اپوکسی دارای استحکام فشاری و کششی بسیار بالایی هستند و به دلیل چسبندگی قوی بین رزین های اپوکسی و بتن، برای اطمینان از انتقال کارآمد مقاومت ها و بازیابی سفتی سازه استفاده می شوند.
ملات های تعمیری برای تعمیر و ترمیم مقاطع بتنی آسیب دیده استفاده می شود. خاطرنشان می شود که یکی از شایع ترین دلایل از هم پاشیدگی بتن خوردگی است که به همین دلیل معمولاً از ملات های تعمیری همراه با بازدارنده های خوردگی استفاده می شود.
تقویت بنیاد
پاسخ دینامیکی پایه ها یک مسئله بسیار پیچیده است که به مهارت در مکانیک خاک، مهندسی پی، دینامیک سازه و تعامل ساختار خاک نیاز دارد. بعلاوه مداخلات استحکام بخشی در پایه ها کاری بسیار مخرب و پرهزینه است که نیاز به حفاری در کل ساختمان در سطح زمین و معمولاً تخلیه ساختمان دارد.
علاوه بر این، در زمین لرزه های اخیر موارد بسیار کمی از خرابی در سیستم پی وجود داشته است و این موارد بیشتر به دلایلی غیر مرتبط با ارتعاش و پاسخ سازه، به عنوان مثال روانگرایی خاک یا پایداری شیب نسبت داده شده است.
به همه این دلایل، استحکام پی ها از نظر فنی و اقتصادی به سختی قابل توجیه است، به استثنای موارد نقص بسیار بزرگ در سیستم فونداسیون، مانند فقدان آرماتور و یا حتی عدم وجود کل پایه ها. متأسفانه این موارد در ساختمان های ساخته شده قبل از سال 1980 به دلیل ضعف کار و عدم نظارت کم نیست. در چنین مواردی، پایههای موجود یا با افزایش اندازه خود با ژاکتهای بتن مسلح (معمولاً با بتن ریختهشده در محل) و یا با ساخت تیرهای اتصال و پایههای نواری تقویت میشوند.
