ترمیم و مقاوم سازی پل ها

پل ها یکی از سازه های مهم و حساس و شریانهای حیاتی یک شهر می باشند. از این رو بررسی آسیب پذیری و تعمیر نقاط آسیب دیده آنها یکی از کارهای حساس می باشد. 

qانواع مختلف پل ها بسته به سیستم سازه ای با استفاده از روش های زیر قابل تقویت و مقاوم سازی می‌باشند:

– استفاده از الیاف و نوارهای FRPبرای تقویت تیرها، ستون ها و عرشه پل
– استفاده از میلگرد FRP در مقاوم سازی پل
– استفاده از انواع میراگرها و جداگرهای لرزه ای(Damper, Base Isolation)

– روشهای سنتی مقاوم سازی پلها شامل تقویت با بتن، فولاد و مواد کامپوزیتی

لمینیت  FRP

لمینیت های FRP Laminate ، ورقه های به ضخامت چند میلی متر هستند که دارای مقاومت فوق العاده ای در یک یا  دو جهت بوده و با سیستمهای رزین اپوکسی مخصوص FRP به سطح بتن و یا فولاد چسبانده می شوند. لمینیت FRP معمولا برای مقاوم سازی و افزایش مقاومت سازه های بتن مسلح و پیش تنیده به کار می رود و باعث افزایش سختی و مقاومت کاملا مشهود و کنترل و جلوگیری از ترک خوردگی در ناحیه پلاستیک اعضاء می‌شود. جنس ورق FRP بسته به نوع کاربرد آنها می‌تواند از جنس صفحات کربن، شیشه و آرامید باشد که نوع کربن آن کاربرد بیشتری دارد و در عرضهای ۱۰ و ۵ سانتی متری با طول نامحدود عرضه می‌شوند.
لمینیتهای یک جهته کربن امروزه برای مقاوم سازی عرشه پل ها، تیرها و ستونهای ساختمان‌ها کاربرد فرآوانی پیدا کرده‌اند. 

بر طبق گزارش اداره فدرال بزرگراه های آمریکا هنگام بررسی پل ها از نظر سازه ای به دلیل پوشش کم بتن، طراحی ضعیف، عدم مهارت کافی هنگام اجرا و سایر عوامل همانند شرایط آب و هوایی سبب ایجاد ترک در بتن و خوردگی آرماتور های فولادی شده است. پس از سال ها مطالعه بر روی خوردگی، اف آر پی FRP به عنوان یک جایگزین خوب آرماتور های فولادی در بتن پیشنهاد شده اند.

سه نوع میلگرد(AFRP) , ( CFRP ) , ( GFRP ) از انواع تجاری آن هستند که در صنعت ساختمان کاربرد دارند.

از این مواد به جای آرماتور های فولادی یا کابل های پیش تنیده در سازه های بتنی پیش تنیده و یا بتن پیش تنیده استفاده می شود. مواد FRPموادی غیر فلزی و مقاوم در برابر خوردگی است که در کنار خواص مهم دیگری همانند مقاومت کششی زیاد آنها را برای استفاده بعنوان آرماتور مناسب می کند.

از آنجایی که FRP ها مصالحی ناهمسانگرد هستند نوع و مقدار فیبر و رزین مورد استفاده، سازگاری فیبر و کنترل کیفیت لازم هنگام ساخت آن نقش اصلی را در بهبود خواص مکانیکی آن دارد.

به طور کلی مزایای آن به صورت زیر دسته بندی می شود:

1- مقاومت کششی بیشتر از فولاد

2- یک چهارم وزن آرماتور فولادی

3- عدم تاثیر در میدانهای مغناطیسی و فرکانس های رادیویی، برای مثال تاثیر روط دستگاه های بیمارستانی

4- عدم هدایت الکتریکی و حرارتی

لذا به دلیل مزایای بالا به عنوان یک جایگزین مناسب برای آرماتور های فولادی در سازه های دریایی، سازه پارکینگ ها، عرشه های پل ها، ساخت بزرگراه هایی که بطور زیادی تحت تاثیر عوامل محیطی هستند و در نهایت سازه هایی که در برابر خوردگی و میدان های مغناطیسی حساسیت زیادی دارند پیشنهاد می کند.

زلزله‌های اتفاق افتاده در دهه 90 میلادی در آمریکا، ژاپن و ترکیه خرابی‌های نسبتا زیادی در پل‌ها ایجاد کردند. زلزله نقاط ضعف سازه را شناسایی نموده و بیشترین خسارت را بدانجا وارد می کند که پل‌ها به دلیل درجه نامعینی کم در برابر این حملات آسیب پذیرند. با توجه به انواع خسارت‌های پل‌ها در زلزله‌های گذشته که در بیشتر موارد ناشی از فلسفه طراحی الاستیک است و با توجه به نقش مهم پل‌ها پس از وقوع زلزله در عملیات امداد و نجات، مقاوم سازی این پل‌ها از اهمیت بسیاری برخوردار است. روش‌های معمول مقاوم سازی لرزه‌ای پل‌ها، افزایش مقاومت یا افزایش ظرفیت جذب انرژی (معرف شکل پذیری) اجزای آن است. این شکل پذیری دربردارنده خسارت بوده، در نتیجه روش طراحی مرسوم از فروپاشی پل جلوگیری می کند، ولی مانع خسارت وارده به پل نمی شود. بنابراین استفاده از وسایل کنترلی نظیر میراگرها که بخش قابل توجهی از انرژی لرزه-ای را مستهلک می نمایند و به راحتی پس از وقوع زلزله بدون اینکه در باربری ثقلی سازه خللی ایجاد گردد، قابل ترمیم و تعویض می باشند، به عنوان روشی قابل توجه خودنمایی می کند. این روش ها به دلیل مزایایی که دارند، از موثرترین و اقتصادی ترین روش‌های بهسازی به شمار می روند، زیرا بدین وسیله ضمن جلوگیری از قطع ترافیک و هم چنین سرعت کار، به تعویض یا ترمیم اجزای دیگر پل نیازی نیست و در این هزینه‌ها صرفه جویی شده و تنها هزینه میراگرهای مورد استفاده باید در نظر گرفته شود. از طرفی استفاده از سیستم‌های اتلاف کننده انرژی در پل‌ها باعث تمرکز خسارت ناشی از زلزله در محل سیستم‌های تکیه-گاهی می شود و پایه ها و کوله ها در مقابل خسارات سازه‌ای محافظت می شوند.

میراگر اصطکاکی

میراگر اصطکاکی  Friction Damper  بر پایه استهلاک انرژی به وسیله لغزش و بالاتر بردن زمان تناوب ارتعاشی سیستم است. چنانچه از این میراگرها جهت بهسازی ساختمان استفاده شود و این نوع مستهلک کننده به عنوان نمونه در مهار بندی‌های قطری یا Chevron تعبیه گردد باید طراحی به نحوی باشد که پیش از جاری شدن مهاربند کششی، در آن لغزش اتفاق بیفتد تا بتواند به صورت مکانیکی انرژی ورودی به ساختمان را مستهلک نماید، ایجاد چنین سیستمی می‌تواند با استفاده از طراحی اتصالات پیچی لغزشی Maurer برای ساختمانها و سایر سازه ها صورت گیرد. در این سیستم با لغزش صفحه خاص، انرژی موجود در اثر بارهای لرزه ای مستهلک می‌شود.

 

میراگرهای آلیاژی

میراگرهای آلیاژی حافظه دار SMA یکی از روشهای نوین کنترل سازه ها در برابر زمینلرزه بکار گیری مصالح هوشمند معروف به آلیاژ حافظه ‌دار شکلی Shape Memory Alloy است. میراگرهای آلیاژی فلزی SMA با توجه به شدت زلزله و درجه حرارت می توانند رفتار متغیری از خود نشان می دهند. این مصالح هوشمند علاوه بر تامین میرایی بسیار بالا و اتلاف انرژی در هنگام زلزله، می توانند بعد از وقوع زلزله با اعمال حرارت سازه را به حالت اولیه خود برگردانند. نوع دیگری از این مصالح الیاژ سوپر الاستیسیته میباشد که آلیاژ به محض باربرداری بدون اعمال حرارت به حالت اولیه اش باز می گردد.
SMA ها امروزه به صورت مفتول (سیم) ، میله و ورق در مهندسی سازه ارائه می شوند. این مصالح به صورت دستگاه های اتلاف انرژی در قالب میراگرها و یا دستگاه های جداسازی با آلیاژ حافظه دار شکلی ارائه شوند و می توانند در سازه های ساختمانی و پل و در مقیاس انبوه در اتصالات لوله‌های هیدرولیک بکار گرفته شوند. استفاده از این مصالح برای مقاوم سازی و بهسازی سازه های با اهمیت زیاد، گزینه بسیار مناسبی است.

میراگر کابل پل

cable dampers

میراگر کابل پل Maurer به منظور اتلاف انرژی ناشی از ارتعاشات کابل ها در سازه های مهاربندی شده که در اثر عوامل انسانی (ترافیک ناشی از ماشین آلات و …) ، باد و یا باران به وجود می آید، مورد استفاده قرار می گیرند. دمپرهای الاستومری ، ویسکوز و اصطکاکی برای این سیستمها می توانند به کار گرفته شوند. میراگرهای کابلی سازگار (Adaptive Cable Dampers) با سیال داخل محفظه که ویسکوزیته آن توسط میدان مغناطیسی الکترونیکی (Magneto-Rheological Dampers)، کنترل می شود، می تواند برای پلهای کابلی با دهانه بزرگ، بسیار مفید باشد.

میراگر هیدرولیکی ویسکوز

میراگر هیدرولیکی ویسکوز با استفاده از حرکت مایع لزج درون یک سیلندر، انرژی وارده را مستهلک می کنند. میراگرهای ویسکوز  به دلیل سادگی در نصب، قابلیت انطباق و هماهنگی با سایر اعضا و همچنین تنوع در ابعاد و اندازه‌های آن‌ها، کاربرد بسیاری در سالهای اخیر در طراحی و مقاوم‌سازی پیدا کرده‌اند.

روشهای سنتی مقاوم سازی پلها:

 تقویت با بتن

مواد کامپوزیتی

 

ترمیم تیر پل فولادی