روش ها، تکنیک ها و اقدامات مقاوم سازی سازه فولادی

جامعه به طور فزاینده ای به کیفیت معماری بالاتری احتیاج دارد ، و این باعث می شود ما به طور مداوم استانداردهای پذیرفته شده را مورد بررسی قرار دهیم تا انواع سازه های قدیمی- تاریخی را به روز کنیم. با این حال ، این تقاضای مداوم با برخی از اهداف موازی دیگر مثل حفظ و مرمت ساختمانهای تاریخی در تضاد است. در هر جامعه ای یک ویژگی وجود دارد که نشان دهنده فرهنگ، فعالیت گذشته و انتظارات آینده خود است.

بخش بزرگی از ساختمانهای میراث معماری تاریخی با استفاده از سازه های فلزی ، در زمینه ساخت و ساز خاص و انواع مختلف تیرهای فلزی ساخته شده اند. این ساختمان ها همچنان در آینده باقی خواهند ماند و به کار خود ادامه خواهند داد.

ساختمانهای میراث معماری که با سازه های فلزی ساخته شده اند ، می توانند نتیجه پیشرفتهای متالورژی طی دو قرن گذشته ، همراه با دانش نظری-تجربی بدست آمده از رفتار مکانیکی سازه های فلزی ، تلقی شوند. علاوه بر این ، شایان ذکر است به خلاقیت انواع جدید ساختارها و همچنین توسعه فناوریهای نوین سازنده اشاره کرد. فرایند تاریخی ساخت فولاد را می توان نتیجه تلاش فوق العاده ای برای غلبه بر شکست های ایجاد شده در نظر گرفت. با توجه به اینکه سازه های فولادی بعد از مدت ها به مرمت و مقاوم سازی نیاز دارند بهتر است با روش های مقاوم سازی سازه های فولادی آشنا شویم.

روش های مقاوم سازی سازه های فولادی

روشهای اصلی تقویت سازه های فلزی عبارتند از:

1. کاهش بار
2. تغییر محاسبه گرافیک
3. افزایش ساختار اصلی مقطع
4. استحکام اتصال برای جلوگیری از انتشار ترک

شناسایی نیاز به تقویت سازه فولادی ، با توجه به دامنه آسیب به طور کلی به تقویت موضعی و تقویت جامع تقسیم می شود.

1. مقاوم سازی موضعی عدم توانایی حمل تیر ها یا اتصالات در آرماتور است ، به این منظور روش افزایش سطح مقطع برای کاهش طول آزاد تیر و روش تقویت گره اتصال گسترش یافته است.
2. مقاوم سازی کامل تقویت ساختار کلی است ، به طوری که تغییری در ساختار محاسبه استاتیک روش تقویت گرافیکی ایجاد نشده و ساختار محاسبه استاتیک دو نوع تقویت کننده گرافیکی را تغییر می دهد.

افزایش یا تقویت سیستم پشتیبانی ، یک روش مؤثر دیگر برای تقویت سیستم ساختاری است.

روش تقویت قسمت اصلی قطعات پرهزینه ترین روش است (اما غالباً روشی مناسب می باشد). روش تغییر نمودار محاسبه موثرترین و متنوع ترین روش است و هزینه را نیز بسیار کاهش می دهد.

اقدامات تقویت سازه فولادی

فرایند و اقداماتی که لازم است برای مقاوم سازی بررسی شود به طور عمده شامل موارد زیر است:

1. روش تقویت اجزا: تقویت موضعی یا کل طول اجزای فولادی برای ایجاد نیروی مشترک.
2. تغییر نمودار محاسبه: پشتیبانی اضافی ، تنظیم توزیع بار ، کاهش سطح نیروی داخلی، کاهش ماکزیمم تنش.
3. روش کابل پیش تنیده: استفاده از ساختار تقویت کننده کابل با استحکام بالا برای تقویت پیوندهای ضعیف یا بهبود ساختار کلی ظرفیت تحمل ، سفتی و پایداری.

اطلاعات مورد نیاز قبل از مقاوم سازی

قبل از تعیین برنامه مقاوم سازی ، باید اطلاعات زیر جمع آوری شود:

1. ساختار اصلی تکمیل نقشه (شامل نقشه تغییر) و سوابق پذیرش
2. نسخه اصلی گزارش مواد فولادی یا گزارش بازرسی مواد در سایت
3. تولید قطعات اصلی ساختاری ، سوابق پذیرش نصب.
4. محاسبات طراحی ساختاری اصلی
5. گزارش بازرسی خسارت ساختاری یا اجزا
6. بار واقعی و تقویت شده پس از داده بار جدید

عوامل اصلی آسیب به سازه های فولادی

عوامل اصلی آسیب سازه های فولادی عبارتند از:

1. تغییرات ساختاری در بار ، سرویس تأخیر ، کافی نبودن هنجارها و رویه های منجر به ظرفیت ساختاری
2. اجزای ناشی از انواع تغییر شکل تصادفی ، اعوجاج ، ناتوانی ، فرورفتگی موضعی و غیره ، که منجر به ضعف مقطع ، تاب برداشتن تیر و ترک خوردگی اتصال می شود.
3. اختلاف دما ناشی از تغییر شکل اجزاء یا اتصال ، ترک خوردگی و تاب برداشتن.
4. خوردگی در اثر فرسایش مواد شیمیایی و خوردگی الکتروشیمیایی ناشی از اجزای سازه ضعیف فولادی؛
5. موارد دیگر شامل طراحی ، تولید ، خطاهای ساختمانی و خدمات در هنگام استفاده و بهره برداری غیرقانونی است.

تقویت سازه فولادی با استفاده از کامپوزیت فلزی بتونی

امروزه ترمیم سازه های فلزی معمولا با استفاده از تبدیل آنها به سازه های کامپوزیت فلزی بتونی انجام می شود. در بخش های بتونی فولادی ، پروفیل فلز به طور عمده تحت استحکام کششی کار می کند و بارهای حاصل از تنشهای خمشی را دریافت می کند. در مقابل ، بتن تحت تنش فشاری کار می کند ، بنابراین با افزایش سفتی و جرم کامپوزیت ، رفتار بهتری را نشان می دهد. تقویت سازه فلزی با بتن علاوه بر مزایای حاصل از رفتار مکانیکی سازه کامپوزیت فولادی بتونی ، چندین مزیت دیگر مانند عایق صوتی و عایق حرارتی نیز دارد.

با بکارگیری تیرهای کامپوزیت بتونی-فولادی ، چندین موضوع به طور همزمان حل می شود. پارامترهای اصلی اصلاح شده توسط این نوع مداخله ، که برای ترمیم سازه های فولادی لازم است ، در زیر آورده شده است:

کنترل تغییر شکل

پس از ارائه مرمت ساختمان ، معمولاً هدف این ساختمان تغییر می کند. عناصر پشتیبانی شده توسط صفحات مانند طرح کف و پارتیشن ها نیز اصلاح می شوند. در چنین مواردی ، پیش بینی می شود که مشکلات ناشی از تغییر شکل بیش از حد بتن اصلاح گردد.

کنترل لرزش

امروزه ، بسیاری از مداخلات حاکی از تغییرات قابل توجه در استفاده هستند. بنابراین ، بسیاری از بناهای میراثی مورد استفاده قرار می گیرند تا به عنوان امکانات خدمات عمومی مورد بازدید تعداد زیادی از کاربران ، مانند مراکز فرهنگی ، سالن های نمایشگاهی و غیره قرار بگیرند. برای این نوع ساختمان ها ، رفتار لرزه ای تواند تعیین کننده باشد. در کامپوزیت های بتن فلزی این رفتار کاملا کنترل شده است.

افزایش ظرفیت پشتیبانی

کاملاً متداول است که تغییرات استفاده منجر به نیاز به فراهم آوردن ظرفیت پشتیبانی بالاتر از ساختار اصلی به شکل مستقیم یا (به عنوان مثال بار بیشتر ناشی از یک برنامه بزرگتر پا به دلیل استفاده جدید) یا غیر مستقیم (به عنوان مثال نیاز به یک  بتن قالب اضافی برای امکانات جدید که الزامات استفاده جدید را برآورده می کند) می شود.

تیرهای کامپوزیت بتنی-فولادی

ساخت و سازهای سنتی فولادی که معمولاً برای بناهای تاریخی مورد استفاده قرار می گیرد ، از پروفایل های فلزی T شکل ساخته شده است. در بسیاری از موارد ، این نوع قالب بتنی فاقد لایه فشرده سازی است ، که منجر به مشکلات ساختاری از جمله: ترک جزئی از طرح تیر می شود. علاوه بر این طبیعی است که کیفیت سطح ممکن است از اهمیت بالایی در ساخت و ساز برخوردار باشد ، مانند نقاشی های دیواری روی پشت بام ، وجود آثار گچی با کیفیت بالا و غیره. شایان ذکر است که ملاک مورد استفاده در مرمت بناهای میراث تاریخی تا حد امکان حفظ کیفیت معماری است.

ساخت یک تیر کامپوزیت از جنس فولاد بتنی ، از یک سازه فلزی ، فقط نیاز به تقویت بلوک بتونی دارد که با پروفایل های فولادی سازگار باشد. این معیار تقویت کننده از ساختار موجود برای ایجاد یک لایه فشرده سازی جدید بر روی کل صفحه استفاده می کند ، که قادر است به طور قطعی مشکل ضعف معمولی ایجاد شده توسط تیرهای سنتی را حل کند.

تبدیل یک سازه فلزی به یک سازه کامپوزیت بتونی-فلزی ، به منظور حمایت از یک بلوک بتونی جدید با پروفایل های فلزی موجود، می تواند با روش های مختلفی انجام شود:

پوشش های تعبیه شده با اسلب:

پوشش های ساخته شده بر روی پروفایل:

با توجه به نوع بتن مورد استفاده ، گزینه های متنوعی نیز وجود دارد. برخی از آنها با چندین عملکرد ارائه شده توسط این ماده مطابقت دارند به عنوان مثال در بتن سازه ای سبک ، به دلیل کنترل بالاتر وزن خود ، باعث کاهش ظرفیت بارگیری نهایی می شود. شایان ذکر است که با استفاده از عملیات سطحی (کفپوش پیوسته بتونی ، بتن رنگی و غیره) می توان از تخته بتنی به عنوان روشی برای پرداخت سطح استفاده کرد. علاوه بر این ، عملکرد بتن به عنوان سیستم عایق آتش نیز باید در نظر گرفته شود.

معیارهای تحلیل تیرهای تقویت شده

در وهله اول ، تجزیه و تحلیل ساختار فلز را باید با فرض حضور "تنش های پسماند" حاصل از فرآیند سازنده آغاز می کنیم. قبل از اعمال بارهای خارجی باید از این تنش ها آگاه باشیم. به عنوان نمونه ، ممکن است پروفیل های تجاری که عموماً دارای درجه های مختلفی از تنش های پسماند هستند ، در این مورد به دلیل فرآیند ورقه ورقه آن ها برجسته باشند.

از یک رویکرد نظری دقیق در مورد محاسبه الاستیک ، به اشتباه می توان نتیجه گرفت که تنش های داخلی در صورت عدم وجود بارهای زیاد می توان نادیده گرفت. اگر تنش های پسماند را نمی توان با محاسبات الاستیک نادیده گرفت ، دقیقاً به این دلیل است که عناصر فولادی با کیفیت بالا (به درستی طراحی شده) دارای رفتار پلاستیکی کافی هستند. علاوه بر این ، عناصر فولادی همچنین استانداردهای تنظیم شده مانند محدودیت های مهاربندی و محدودیت های محلی و عمومی را رعایت کرده اند.