مقدمه: ستون چیست؟
ستون نوعی سازه است به شکل عمودی که معمولاً برای انتقال و حمل بار ساختارهای فوقانی به ساختارهای زیرین ایجاد می‌شود. البته ستون ممکن است وزن هیچ ساختاری را تحمل نکند و تنها جنبه تزیینی داشته باشد. در مهندسی سازه، ستون به عضوی گفته می‌شود که نیروی فشاری را تحمل کند؛ بنابراین در ستونها، بحث کمانش مطرح و عاملی تعیین کننده‌است.” این تعریفی است که ویکی پدیا از ستون ارائه کرده است.
از نظر ما در قابهای مهاربندیشده ستونها عمدتا تحت بارهای محوری قرار می گیرند و بارهای برشی و خمشی بسیار کوچکی به آنها وارد می شود. از این رو ستون را بعنوان عضو با باربری محوری می شناسند. هرچند در سازههای با سیستم باربری خمشی، ستون بارهای خمشی و برشی قابل توجهی دارد و گاها شکست و گسیختگی ستون متاثر از بارهای خمشی و برشی میباشد، ولی باید در نظر گرفت که همچنان مقدار زیادی بار محوری بر روی این اعضا وجود دارد.
از سوی دیگری می توان ستون های بتنی را بر اساس نسبت ارتفاع به بعد مقطعشان به سه دسته تقسیم کرد:
ستون های بلند: ستونی که نسبت ارتفاع به حداقل بعد مقطع آن بالاتر از ۱۲ باشد.
ستون کوتاه: ستونی که نسبت ارتفاع به حداقل بعد مقطع آن کمتر از ۳ و بیشتر از ۱۲ نباشد.
پدستالها: این ستون عضوی با نسبت طول به کوچکترین بعد مقطع کمتر از ۳ است.
مقاوم سازی ستون با FRP
محصور نمودن ستون که همچنین با نام های دورپیچ کردن ستون یا مقاوم سازی به روش FRP Wrap نیز شناخته می شود یکی از پرکاربردترین روش های مقاوم سازی ساختمان محسوب می شود. اگر ابعاد ستون بتنی و یا مقدار آرماتور طولی آن کمتر از حد نیاز باشد، ستون فاقد مقاومت کافی بوده و نیاز به مقاوم سازی دارد. همچنین اگر فاصله بین خاموت ها یا همان آرماتورهای عرضی زیاد باشد، سایز آرماتور عرضی کوچکتر از آنچه در محاسبات تعیین شده است استفاده شده باشد علاوه بر اینکه مقاومت برشی در ستون تامین نمی‌شود شکل پذیری ستون به شدت کاهش پیدا کرده و یا در حین بارگذاری فشاری آرماتورهای طولی کمانش می‌کنند. اگر اینگونه معایب در یک ستون وجود داشته باشد. مقاومت خمشی و فشاری ستون تامین نخواهد شد و در حین بارگذاری گسیختگی حاصل می شود.
یکی از بهترین روش ها برای مشاور مقاوم سازی اینگونه از اعضا استفاده از روش محصور سازی ستون با پارچه FRP می باشد. برای تقویت ستون ها در این شرایط، می‌توان الیاف FRP توسط چسب اپوکسی به پیرامون ستون متصل کرد. محصور سازی ستون با این روش مقاومت فشاری و خمشی ستون را افزایش می دهد. لازم به ذکر است مقاومت فشاری بتن محصور شده از بتن معمولی بیشتر است زیرا محصور شدگی باعث ایجاد تنش های دو جهته در بتن می شود. قابل ذکر است در این روش مقاوم سازی جهت الیاف باید عمود بر راستای ستون، یعنی هم جهت با خاموت های ستون باشد. شما می توانید برای اطلاعات بیشتر مقاله وال پست را مطالعه کنید.
برای مطالعه بیشتر در ارتباط با مقاوم سازی با FRP به صفحه مقاوم سازی ستون با FRP مراجعه کنید.
مقاوم سازی ستون با ژاکت بتنی
استفاده از ژاکت بتنی از گذشته روشی بسیار قابل اعتماد در خصوص مقاوم سازی ستون های بتنی، تیرهای بتنی و حتی دیوارهای بتنی بوده است. این روش به شکل قابل توجهی مقاومت و شکل پذیری عضو را ارتقا می دهد.
اجرای ژاکت بتنی
استفاده از روکش بتنی بهتر است با قالب و بتن خود متراکم انجام شود ، اما اگر ضخامت لایه پوشش بتن کمی باشد ، روش استفاده از سمپاشی بتن بهتر از ریختن بتن است. در این روش پس از بستن میلگردهای فولادی دور ستون ، قالب بندی و ریختن بتن به صورت مرحله ای تکمیل می شود. ارتفاع قالب در هر مرحله باید از ریختن و فشردن بتن اطمینان حاصل کند. ریختن بتن در قسمت فوقانی زیر سقف سخت ترین قسمت است. از کرم برای اجرای شاتکریت با توجه به شکل استفاده می شود.
به منظور اطمینان از اثر ترکیبی بتن جدید و قدیمی ، سطح بتن قدیمی باید با تبر یا قلم خراشیده شود یا با چسب شیمیایی پوشانده شود. آزمایش ها و آزمایش های قبلی نشان داده است که زبری سطح بتن برای اتصال بتن قدیمی و جدید کافی است ، اما با کاشت میخچه(میلگرد) در فاصله ۳۰۰ تا ۵۰۰ میلی متر ، اثر مشترک بتن قدیمی و جدید به میزان قابل توجهی افزایش می یابد
اگر پوشش بتنی ستون را احاطه کرده باشد ، جمع شدن بتن جدید باعث اصطکاک بین بتن قدیمی و جدید می شود ، بنابراین نیازی به کاشت پیچ و مهره نیست.
حداقل مشخصات فنی پوشش بتن در زیر ارائه شده است. لازم به ذکر است کلیه مقررات طراحی و اجرای پوشش های بتنی در مقررات بتنی ایران باید اجرا شود.
۱- استحکام مصالح جدید باید برابر یا بیشتر از مقاومت مصالح موجود باشد توصیه می شود مقاومت فشاری بتن روکش شده حداقل ۵ مگاپاسکال مگاپاسکال بیشتر از بتن موجود باشد.
۲- برای ستونی که نیازی به تستر اضافی ندارد ، چهار میله فولادی طولی با قطر ۱۶ میلی متر ، احاطه شده با پایه های با قطر ۸ میلی متر مورد نیاز است.
۳- حداقل ضخامت لایه محافظ بتن ۱۰۰ میلی متر است.
۴- حداقل قطر روکش ۸ میلی متر و حداکثر ۱۴ میلی متر است. زاویه خم شدن انتهای استنت ۱۳۵ درجه است.
۵- فاصله بین محور و محور اتصال نباید بیش از ۲۰۰ میلی متر باشد ، اما فاصله بین اتصالات نباید از ضخامت صفحه پوشش بیشتر باشد. در ۱/۴ ارتفاع ستون نگهدارنده ، فاصله بین میله های نگهدارنده نباید از ۱۰۰ میلی متر تجاوز کند.
۶. فاصله بازیکنان آماتور متوالی در این ستون نباید از هیچ یک از مقادیر زیر تجاوز کند:
الف: ۱۲ برابر قطر کوچکترین میلگرد طولی اعم از اینکه منفرد باشد یا عضوی از گروه میلگردهای در تماس بشمار آید.
ب: ۴۸ برابر قطر میلگرد خاموت ها
پ: ۲۵۰ میلیمتر
اگر مقاومت بتن روکش از مقاومت بتن موجود بیشتر باشد ، هنگام تجزیه و تحلیل مقاومت خمشی ستون مسلح ، سطح مقطع ستون را می توان افزایش داد و مواد را می توان ستون مصالح اصلی در نظر گرفت. تحت فرض محافظتی ، بازدهی و ظرفیت خمش نهایی ستون را می توان ۹۰٪ مقدار محاسبه شده در نظر گرفت. افزایش ظرفیت برشی را می توان بر اساس افزایش سختی محاسبه کرد. به منظور محاسبه میزان عقب نشینی ، فقط افزایش پسوند در نظر گرفته می شود.
از ژاکت فولادی استفاده کنید
احاطه ستون های بتنی با پوشش فولادی (روکش فولادی) راه دیگری برای تقویت ستون های بتنی است. در این روش اندازه و وزن ستون اندکی افزایش می یابد. اثربخشی این روش به سختی مناسب پوشش برای جلوگیری از تغییر شکل جانبی بتن بستگی دارد.
استفاده از روکش فولادی همچنین می تواند به عنوان یک روش موقت برای تعمیر ستون های آسیب دیده پس از زلزله مورد استفاده قرار گیرد.
روکش فولادی مقاومت برشی را افزایش می دهد و تا حدی فاصله بین ستون ها را افزایش می دهد. اگر اتصالی بین روکش فولادی ستون های درجات مختلف وجود نداشته باشد، ظرفیت باربری محوری ستون ها افزایش نمی یابد. مقاومت خمشی ستون تا زمانی که ورق روکش فولادی به فونداسیون متصل نشود افزایش نمی یابد و روکش فولادی لایه های مختلف توسط ورق کف متصل می شود.
فولاد مستطیل شکل ژاکت و فولاد مربعی که به تنهایی برای تقویت ستون ها استفاده می شود کاربرد عملی کمی دارند. وظیفه اصلی این نوع ژاکت افزایش مقاومت برشی در ستون می باشد.به منظور افزایش مقاومت برشی ستون تقویت شده معمولاً لازم است شکل پذیری خمشی ارائه شده توسط ژاکت های مستطیلی فقط در گوشه های ستون افزایش یابد این به دلیل مقاومت کم این نوع ژاکت در برابر انبساط جانبی هسته بتنی است.
به منظور بهبود رفتار خمشی فولاد مستطیلی ژاکت، در ارتفاع ستون از سفت کننده ها استفاده می شود. با استفاده از سخت کننده ژاکت فولاد بسته تر شده و از انبساط آن جلوگیری می کند. طراحی ژاکت فولاد و سختی گیر بر اساس ایجاد شکل پذیری خمشی ستون است.
علاوه بر این، ضخامت سختی گیر نیز تأثیر بسزایی در افزایش ظرفیت برشی ستون دارد، به طوری که با افزایش ضخامت سختی گیر، ظرفیت برشی و سختی ستون افزایش می یابد.
فاکتور مهم دیگر مدت سخت شدن است که باید کمی بیشتر از مقدار ناحیه ای باشد که در آن اتصال به راحتی تشکیل می شود تا از انبساط ژاکت در این ناحیه جلوگیری شود.
روکش فولادی را می توان با پروفیل های فولادی و تسمه های اتصال به صورت قفسه ای اجرا کرد. این نوع پوشش فولادی یکی از رایج ترین و کاربردی ترین روش های اجرای پوشش می باشد.
برای مطالعه بیشتر در ارتباط با مقاوم سازی با FRP به مقاوم سازی با ژاکت بتنی Concrete jacketمراجعه کنید.
