روش های تقویت ستون بتنی
ستون چیست؟
ستون سازه ای است عمودی که بر روی فنداسیون قرار گرفته است، دو وظیفه ی اصلی آن حمل بار ساختارهای فوقانی و همچنین انتقال بار از تیر های مجاور به ساختارهای زیرین و در نهایت به فنداسیون سازه می باشد.
به طور کلی می توان گفت ستون سازه ای است که بار محوری به صورت نیروی فشاری را تحمل و منتقل کند. بار های محوری به دو صورت بر یک عضو ستونی وارد می شوند:
- در صورتی که امتداد بار بر محور طولی ستون که از مرکز سطح مقطع عبور می کند منطبق باشد، به این نوع بار، بار محوری ساده گفته می شود.
- در صورتی که امتداد بار بر محور طولی ستون منطبق نباشد، در این حالت علاوه بر اثر فشار بار، اثر ناشی از خروج از مرکزیت آن نیز، ستون و سازه را تحت تاثیر قرار می دهد. معمولا اثر خروج از مرکزیت بار در ستون باعث پدید آمدن خمش می گردد.
اهمیت ستون از آنجاست که رابطی بین کف (شالوده) وسقف ها به شمار می رود و هرگونه ضعف در ستون منجر به وارد گردیدن صدمات جبران ناپذیری به سازه و سقف ها می گردد و گاهی با خسارات مالی و جانی توام است.
علل و صدمات ناشی از ضعف های ستون بتنی:
- ایجاد ترک در ستون بتنی
- ظهور شکست های ناشی از برش و خمش
- پدیده ی کمانش در میلگردهای طولی
- ایجاد خردشدگی
- زنگ زدگی و خوردگی میلگردهای ستون
- عدم توجه به تعداد آرماتورهای مورد نیاز
- موقعیت نامناسب قرارگیری آرماتورها در ستون
- طول ناکافی وصله
- آسیب ناشی از شکست در ستون های کوتاه
انواع روش های ترمیم و مقاوم سازی ستون های بتنی:
- مقاوم سازی با ژاکت بتنی
- مقاوم سازی با ژاکت فولادی
- مقاوم سازی با نبشی کشی
- مقاوم سازی با FRP
مقاوم سازی ستون با ژاکت بتنی:
هدف از استفاده از ژاکت بتنی در واقع افزایش شکل پذیری ستون به وسیله ی افزایش مقاومت خمشی و برشی ستون می باشد. ژاکت بتنی شامل لایه‌ای از بتن، میلگردهای طولی و خاموتهای بسته می‌باشد. ژاکت بتنی با توجه به شرایط و میران ضعف ستون می‌تواند دور تا دور ستون و یا در یک وجه آن اجرا شود.
در مواقعی که هدف اجرای ژاکت در قسمتی از ستون باشد، باید خاموتهای جدید به خاموت های قدیمی جوش شوند.
در تقویت ستون بتنی با استفاده از ژاکت بتنی هدف افزایش ظرفیت خمشی و برشی ستون می باشد، کما اینکه صرفا هدف افزایش ظرفیت برشی باشد می توان ژاکت را به سقف و تیرها متصل نکرد ولی اگر افزایش ظرفیت خمشی و برشی هر دو مد نظر باشد باید پوشش بکار گرفته شده از سقف عبور نماید.
افزایش خاموتها در ژاکت بتنی ستون، منجر به افزایش مقاومت برشی ستون می‌گردد.
اجرای ژاکت بتنی به دو روش صورت می گیرد:
- استفاده از قالب و بتن خود تراکم
- اجرای روکش بتنی ستون با روش بتن پاشی
جهت اطمینان از چسبندگی بتن قدیم و جدید باید سطح بتن قدیم را با تیشه یا قلم مضرس نمود و یـا سطح آنها را با چسب های شیمیایی پوشاند.
در روش اجرای روکش بتنی با قالب، پس از بستن آرماتورها به دور ستون، قالب‌بندی و بتن‌ریزی به صورت مرحله‌ای صورت می گیرد. با توجه به امکان بتن ریزی و تراکم آن، ارتفاع قالب در هر مرحله تعیین می گردد. دشوارترین مرحله، بتن‌ریزی در قسمت فوقانی و در زیر سقف می باشد. در صورتی که روکش بتنی ضخامت کمی داشته باشد، استفاده از روش بتن پاشی بهتر از بتن‌ریزی می‌باشد.
ضوابط آيين نامه بتن ايران، جهت طرح و اجرای روكش بتنی:
- مقاومت مصالح جدید باید برابر و یا بیشتر از مقاومت مصالح موجود باشد.
- برای ستون هایی که به آرماتورهای اضافی احتیاج ندارند، استفاده از چهار آرماتور طولی با قطر ۱۶ میلیمتر که با خاموت هایی به قطر ۸ میلیمتر محصور شده اند ضروری است.
- حداقل ضخامت روکش بتنی ۱۰۰ میلیمتر می باشد.
- فاصله محور به محور خاموت ها نباید از ۲۰۰ میلیمتر تجاوز نماید، لیکن ترجیحا فاصله خاموت ها نباید از ضخامت روکش بیشتر شود.
- حداقل قطر خاموت ۸ میلیمتر و حداکثر آن ۱۴ میلیمتر می باشد. زاویه خم انتهای خاموت ها ۱۳۵ درجه می باشد.
- فاصله آماتورهای متوالی افقی ستون نباید از هیچ یک از مقادیر زیر بیشتر شود:
1- 12 برابر قطر کوچکترین میلگرد طولی اعم از اینکه منفرد باشد یا عضوی از گروه میلگردهای در تماس بشمار آید.
2- 48 برابر قطر میلگرد خاموت ها
3- ۲۵۰ میلیمتر
مقاوم سازی ستون با ژاکت فولادی یا فلزی:
تقویت ستون بتنی با ژاکت فولادی یکی از روش های متداول در مقاوم سازی و تقویت ستون های بتنی می باشد که باعث افزایش مقاومت برشی ستون می شود. در این روش ستون های بتنی با پوششی فولادی محصور می شوند.
موثر بودن اين روش بستگی به سختي مناسب روكش در برابر تغيير شكل هاي جانبی بتن دارد. برای بهبود عملكرد این سیستم می توان از كاشت ميلگرد برای انتقال برش بين ورق و بتن استفاده نمود و همچنین می بایست فضای اندک بين روكش و ستون توسط ملات منبسط شونده پر گردد. به عنوان روشی موقت میتوان از روکش فولادی جهت بهسازی ستون هایی که در زلزله دچار آسیب شده اند استفاده نمود.
روكش فولادی مقاومت برشی ستون را افزايش مي دهد. در صورت متصل گردیدن ورق های روکش فولادی به فنداسیون و ایجاد پيوستگی، بين روكش فولادی طبقات مختلف از ميان دال، مقاومت خمشی ستون افزايش می يابد.
به جهت بهبود رفتار خمشی ژاکت های فولادی از سخت کننده در ارتفاع ستون استفاده می شود. با استفاده از سخت کننده از تورم ژاکت فولادی جلوگیری شده که باعث تامین ظرفیت شکل پذیری خمشی ستون می گردد.
تقویت ستون بتنی با استفاده از نبشی کشی:
نبشی کشی یکی از زیر مجموعه های تقویت ستون های بتنی با ژاکت فولادی است. در تقویت ستون بتنی با این روش، نبشی توسط چسب اپوکسی به ستون بتنی متصل می گردد و در همین حین تحت فشار و گرمایش قرار می گیرند. پس از جوشکاری در تسمه ها، پشت آنها با ملات مناسب پر می شود.
مقاوم سازی ستون با FRP:
مقاوم سازی و تقویت ستون های بتنی با الیاف FRP امروزه از محبوبیت بسیار زیادی در بین مهندسین ساختمان برخوردار شده است. این روش نوین بدلیل مقاومت بالا، ضخامت و وزن پایین نقش مهمی در تعمیر، ترمیم و مقاوم سازی بزرگترین پروژه های عمرانی دنیا ایفا می کند. سیستم FRP سایر مشکلات موجود در روش های دیگر را ندارد و یکی از بهترین روش های مقاوم سازی اجزای بتنی و فولادی سازه است. از مزایای استفاده از این روش میتوان اشاره کرد به:
- نسبت بالای مقاومت به وزن آن ها
- ضخامت پایین در کنار طول عمر بالا
- بدون ایجاد تغییرات در معماری ساختمان
- قابل اجراء در تقویت ستون های فلزی و بتنی
- امکان تقویت بخش هایی که دسترسی به آنها مشکل است
- بدون نیاز به تجهیزات ویژه و در مدت کوتاهی قابل اجراست
