رفتار ستون های بتن مسلح تقویت شده توسط ژاکت فولادی : ستونها از مهمترین اعضای باربر در سازههای بتن مسلح محسوب میشوند و نقش اساسی در انتقال بارهای ثقلی و جانبی به پی ایفا میکنند. با گذشت زمان، تغییر کاربری ساختمان، افزایش بارهای زنده، خطاهای طراحی یا اجرا، فرسودگی مصالح و همچنین نیاز به ارتقای لرزهای مطابق آییننامههای جدید، بسیاری از ستونهای بتنی موجود نیازمند تقویت و مقاومسازی هستند.
یکی از روشهای مؤثر و پرکاربرد در این زمینه، تقویت ستون بتن مسلح با ژاکت فولادی است. این روش به دلیل افزایش ظرفیت باربری، بهبود شکلپذیری و اجرای نسبتاً سریع، مورد توجه مهندسان سازه قرار گرفته است. در این مقاله از سایت پلان قصر، به بررسی جامع رفتار ستونهای بتن مسلح تقویتشده توسط ژاکت فولادی بر اساس مطالعات آزمایشگاهی و تحلیلی پرداخته میشود.
در بسیاری از سازههای موجود، ستونها برای بارهای فعلی طراحی نشدهاند یا با الزامات لرزهای جدید مطابقت ندارند. این موضوع بهویژه در ساختمانهای قدیمی، سازههای تغییر کاربری یافته و بناهای صنعتی بسیار شایع است. تقویت ستون بتنی میتواند:
ظرفیت باربری محوری ستون را افزایش دهد
رفتار شکننده ستون را به رفتار شکلپذیر تبدیل کند
عملکرد لرزهای سازه را بهبود بخشد
عمر مفید سازه را افزایش دهد
روشهای متداول مقاومسازی ستونهای بتن مسلح شامل ژاکت بتنی، ژاکت فولادی و FRP هستند که هر کدام مزایا و محدودیتهای خاص خود را دارند.
ژاکت فولادی به سیستمی اطلاق میشود که در آن، مقاطع فولادی نظیر نبشی، ناودانی C یا صفحات فولادی بهصورت پیرامونی دور ستون بتنی قرار گرفته و با استفاده از مهارهای افقی یا جوش به یکدیگر متصل میشوند. این سیستم با ایجاد محصورشدگی بتن، موجب افزایش مقاومت فشاری و کنترل گسترش جانبی بتن تحت بارگذاری میشود.
در پروژههای طراحی و مقاومسازی که توسط تیمهای تخصصی مانند پلان قصر انجام میشود، انتخاب نوع ژاکت فولادی نقش تعیینکنندهای در عملکرد نهایی ستون دارد.
هدف این مطالعه، بررسی تأثیر پارامترهای زیر بر رفتار ستونهای بتن مسلح تقویتشده با ژاکت فولادی است:
شکل سیستم تقویتکننده فولادی (نبشی، ناودانی C و صفحات فولادی)
تعداد مهارهای افقی
اندازه مهارهای افقی
تأثیر محصورشدگی بتن بر ظرفیت باربری و جابجایی ستون
همچنین تطابق نتایج آزمایشگاهی با تحلیل اجزاء محدود با استفاده از نرمافزار ANSYS مورد ارزیابی قرار گرفته است.
در این تحقیق، هفت ستون بتن مسلح با مقاومت فشاری بتن 34 مگاپاسکال مورد آزمایش قرار گرفتند. ابعاد کلی ستونها 200×100 میلیمتر و ارتفاع آنها 1200 میلیمتر بود. نمونهها به دو گروه تقسیم شدند:
۲ ستون مرجع بدون تقویت
۵ ستون تقویتشده با ژاکت فولادی با پیکربندیهای مختلف
تمام عناصر فولادی عمودی دارای سطح مقطع یکسان بودند تا مقایسه نتایج بهصورت منصفانه انجام شود.
نمونهها تحت بارگذاری محوری مرکزی قرار گرفتند. برای ثبت دادهها از تجهیزات زیر استفاده شد:
لودسل با ظرفیت 5000 کیلونیوتن
کرنشسنج برای آرماتور و ژاکت فولادی
LVDT برای اندازهگیری جابجایی جانبی
آزمایشها در آزمایشگاه معتبر مرکز تحقیقات مسکن و ساختمان انجام شدند.
بهمنظور بررسی دقیق رفتار ستون های بتن مسلح تقویت شده توسط ژاکت فولادی ، نمونهها تحت بارگذاری محوری مرکزی و بهصورت کنترلشده مورد آزمایش قرار گرفتند. ستونها در دستگاه آزمایش بین سر جک هیدرولیکی و قاب فولادی صلب قرار داده شدند و بار بهصورت تدریجی افزایش یافت تا رسیدن به مرحله شکست نهایی. برای ایجاد توزیع یکنواخت تنش و جلوگیری از تمرکز تنش در انتهای ستونها، از صفحات فولادی در بالا و پایین نمونهها استفاده شد. همچنین جهت اطمینان از وقوع شکست در بدنه ستون و نه در نواحی انتهایی، سرستونها با جعبههای فولادی محصور شدند.
اندازهگیری پارامترهای رفتاری ستونها با استفاده از تجهیزات دقیق آزمایشگاهی انجام گرفت. بار اعمالی توسط لودسل با ظرفیت بالا ثبت شد و تغییرشکلهای جانبی ستون در دو جهت عمود بر هم با استفاده از مبدلهای جابجایی خطی (LVDT) اندازهگیری گردید. علاوه بر این، کرنشسنجها بر روی آرماتورهای طولی بتن و اجزای فولادی ژاکت نصب شدند تا توزیع کرنشها در طول فرآیند بارگذاری ثبت شود. کلیه دادهها بهصورت پیوسته توسط سیستم جمعآوری داده به کامپیوتر منتقل و ذخیره شد که این امر امکان تحلیل دقیق رفتار بار–جابجایی و شناسایی مرحله شکست ستونها را فراهم ساخت.
ستونهای مرجع رفتار شکننده از خود نشان دادند. با افزایش بار، ترکهای مایل ایجاد شده و در نهایت خردشدگی بتن و کمانش آرماتورهای طولی منجر به فروپاشی ستون شد.
رفتار شکست ستونهای بتن مسلح تقویتشده با ژاکت فولادی بهطور قابلتوجهی با ستونهای بدون تقویت متفاوت است و نشاندهنده بهبود عملکرد سازهای این روش مقاومسازی میباشد. در ستونهای تقویتشده، بهدلیل ایجاد محصورشدگی مؤثر بتن توسط ژاکت فولادی، گسترش ترکها و خردشدگی بتن با تأخیر رخ داده و فرآیند شکست بهصورت تدریجی اتفاق میافتد. این موضوع باعث میشود مود شکست از حالت شکننده، که معمولاً با خردشدگی ناگهانی بتن و کمانش سریع آرماتورها همراه است، به رفتاری شکلپذیرتر و کنترلشدهتر تبدیل شود.
در اغلب نمونههای تقویتشده، شکست نهایی با کمانش موضعی اجزای فولادی ژاکت، جداشدگی یا گسیختگی مهارها و خردشدگی موضعی بتن در نواحی بحرانی، بهویژه در نزدیکی پای ستون یا زیر صفحه بارگذاری، همراه بود. نوع و محل شکست به شکل ژاکت فولادی و آرایش مهارها وابسته است؛ بهطوریکه سیستمهای مبتنی بر نبشی و ناودانی C معمولاً شکست یکنواختتر و پایدارتر نسبت به ژاکتهای صفحهای از خود نشان دادند. این نتایج بیانگر آن است که تقویت ستونها با ژاکت فولادی نهتنها ظرفیت باربری را افزایش میدهد، بلکه نحوه و کیفیت شکست ستون را نیز به شکل مطلوبی بهبود میبخشد.
ستونهای تقویتشده با ژاکت فولادی رفتار سازهای بهمراتب بهتری نسبت به ستونهای بتن مسلح بدون تقویت از خود نشان میدهند. نتایج آزمایشگاهی و تحلیلی بیانگر آن است که استفاده از ژاکت فولادی موجب افزایش قابل توجه ظرفیت باربری محوری ستون، بهبود محصورشدگی بتن و کاهش گسترش ترکها در ناحیه فشاری میشود. این نوع تقویت، با محدود کردن تغییرشکل جانبی بتن و کنترل کمانش آرماتورهای طولی، باعث تغییر مود شکست ستون از حالت شکننده به رفتار شکلپذیرتر میگردد که از نظر ایمنی سازهای اهمیت بالایی دارد.
علاوه بر افزایش مقاومت، ستونهای تقویتشده با ژاکت فولادی سختی بیشتری در برابر بارگذاری از خود نشان میدهند و معمولاً در جابجاییهای کمتری به بار شکست میرسند. نوع مقطع فولادی مورد استفاده در ژاکت، تعداد و اندازه مهارهای افقی و میزان پوشش سطح ستون از جمله عواملی هستند که مستقیماً بر عملکرد این ستونها تأثیر میگذارند. بهطور کلی، نتایج نشان میدهد که ژاکت فولادی بهعنوان یک روش مؤثر و قابل اعتماد برای مقاومسازی و بهسازی ستونهای بتن مسلح، بهویژه در پروژههای تقویت لرزهای و افزایش ظرفیت باربری، گزینهای مناسب و کاربردی محسوب میشود.
در ستونهای تقویتشده، رفتار کاملاً متفاوت بود:
افزایش قابل توجه بار شکست
تأخیر در خردشدگی بتن
کمانش موضعی ژاکت فولادی بهجای شکست ناگهانی بتن
رفتار شکلپذیرتر نسبت به نمونه مرجع
بیشترین ظرفیت باربری مربوط به ستونهایی بود که با ناودانی C و مهارهای بیشتر یا نبشی و مهارهای مناسب تقویت شده بودند.
تقویت ستون بتنی با چهار نبشی فولادی باعث افزایش مؤثر محصورشدگی بتن شد. نتایج نشان داد:
افزایش بار شکست تا حدود 45٪
کاهش جابجایی جانبی
رفتار پایدارتر در مقایسه با صفحات فولادی
شکل ژاکت فولادی بهعنوان یکی از مهمترین پارامترهای مؤثر در مقاومسازی ستونهای بتن مسلح، نقش تعیینکنندهای در میزان افزایش ظرفیت باربری و نوع رفتار سازهای ستون دارد.
نتایج این تحقیق نشان داد که اگرچه تمام اشکال ژاکت فولادی باعث افزایش ظرفیت ستون نسبت به نمونه بدون تقویت شدند، اما میزان این افزایش به نوع مقطع فولادی مورد استفاده بستگی مستقیم دارد. ستونهای تقویتشده با نبشی و ناودانی C به دلیل ایجاد محصورشدگی مؤثرتر بتن، عملکرد بهتری نسبت به ستونهای تقویتشده با صفحات فولادی از خود نشان دادند و بار شکست بالاتری را تحمل کردند.
در سیستمهای تقویتی مبتنی بر نبشی و ناودانی، تماس بیشتر اجزای فولادی با سطح ستون و اتصال آنها بهوسیله مهارهای افقی، باعث محدود شدن گسترش جانبی بتن و تأخیر در خردشدگی آن میشود. این موضوع نهتنها ظرفیت فشاری ستون را افزایش میدهد، بلکه موجب بهبود رفتار شکلپذیری ستون نیز میگردد.
در مقابل، ژاکتهای ساختهشده از صفحات فولادی نازک به دلیل استعداد بالاتر برای کمانش موضعی، محصورشدگی ضعیفتری ایجاد کرده و در نتیجه افزایش ظرفیت کمتری نسبت به سایر اشکال ژاکت فولادی دارند. بنابراین میتوان نتیجه گرفت که انتخاب مناسب شکل ژاکت فولادی، بهویژه استفاده از نبشی یا ناودانی C، نقش کلیدی در بهینهسازی ظرفیت باربری ستونهای بتن مسلح دارد.
ناودانیها به دلیل پیوستگی بیشتر در دو وجه ستون، عملکرد بسیار خوبی نشان دادند. افزایش تعداد مهارها در این سیستم تأثیر مستقیمی بر افزایش ظرفیت باربری داشت.
نتایج بررسیها نشان داد که ژاکت فولادی با ناودانی C یکی از کارآمدترین روشها برای تقویت ستونهای بتن مسلح محسوب میشود، زیرا پیوستگی نسبی ناودانیها در دو وجه ستون باعث افزایش قابل توجه محصورشدگی بتن و بهبود توزیع تنشها در طول ارتفاع ستون میگردد. افزایش تعداد مهارهای افقی در این سیستم نقش بسیار مؤثری در کنترل کمانش موضعی ناودانیها و جلوگیری از خردشدگی زودهنگام بتن، بهویژه در ناحیه پای ستون، دارد.
ستونهای تقویتشده با ناودانی C علاوه بر افزایش محسوس ظرفیت باربری، رفتار پایدارتر و جابجایی جانبی کمتری نسبت به نمونههای تقویتشده با صفحات فولادی از خود نشان دادند که این موضوع کارایی بالای این نوع ژاکت فولادی را در پروژههای مقاومسازی سازهای تأیید میکند.
استفاده از صفحات فولادی نازک، کمترین افزایش ظرفیت را ایجاد کرد. به دلیل کمانش زودهنگام صفحات، این روش از نظر اجرایی کمتر توصیه میشود.
تقویت ستونهای بتن مسلح با ژاکت متشکل از صفحات فولادی یکی از روشهای متداول مقاومسازی است که در آن، صفحات فولادی نازک بهصورت پیرامونی در اطراف ستون نصب و به یکدیگر متصل میشوند. نتایج این پژوهش نشان داد که اگرچه استفاده از صفحات فولادی میتواند موجب افزایش ظرفیت باربری ستون نسبت به نمونه بدون تقویت شود، اما میزان این افزایش در مقایسه با سیستمهای مبتنی بر نبشی یا ناودانی C کمتر است.
دلیل اصلی این موضوع، ضخامت کم صفحات فولادی و در نتیجه حساسیت بالای آنها به کمانش موضعی تحت بارگذاری محوری است که باعث کاهش کارایی سیستم تقویتی میشود.
از نظر رفتاری، ستونهای تقویتشده با صفحات فولادی بیشترین مقدار جابجایی جانبی را در بین نمونههای تقویتشده نشان دادند. این مسئله بیانگر سختی کمتر سیستم ژاکت صفحهای و محصورشدگی ضعیفتر بتن در مقایسه با سایر انواع ژاکت فولادی است. همچنین در حالت شکست، کمانش قابل توجه صفحات فولادی در نواحی فوقانی ستون مشاهده شد که منجر به تمرکز تغییرشکل و گسیختگی زودهنگام سیستم تقویتی گردید.
بر این اساس، استفاده از ژاکت با صفحات فولادی، بهویژه در صورت نازک بودن صفحات و نبود مهارهای کافی، نیازمند دقت بالا در طراحی بوده و در بسیاری از موارد، استفاده از نبشی یا ناودانی بهعنوان گزینهای ایمنتر و کارآمدتر توصیه میشود.
نتایج آزمایشگاهی نشان داد که تعداد و اندازه مهارهای افقی نقش مهمی در رفتار سازهای ستونهای بتن مسلح تقویتشده با ژاکت فولادی دارند، اما میزان اثرگذاری آنها به نوع المان فولادی طولی مورد استفاده در ژاکت بستگی دارد. در ستونهایی که با نبشیهای فولادی تقویت شده بودند، افزایش اندازه مهارها تأثیر بیشتری نسبت به افزایش تعداد آنها بر ظرفیت باربری ستون داشت. مهارهای بزرگتر باعث بهبود محصورشدگی بتن، کاهش گسترش جانبی و کنترل بهتر کمانش نبشیها شدند که در نهایت منجر به افزایش بار شکست ستون گردید.
در مقابل، در ستونهای تقویتشده با ناودانیهای C، افزایش تعداد مهارهای افقی اثر محسوستری بر بهبود عملکرد ستون داشت. افزایش تعداد مهارها موجب پیوستگی بیشتر ژاکت فولادی در طول ارتفاع ستون و توزیع یکنواختتر تنشها شد، بهطوریکه از خردشدگی زودهنگام بتن و کمانش موضعی ناودانیها، بهویژه در ناحیه پای ستون، جلوگیری گردید. این نتایج نشان میدهد که در طراحی مقاوم سازی ستونها با ژاکت فولادی، انتخاب بهینه تعداد و ابعاد مهارها باید متناسب با نوع سیستم تقویتکننده انجام شود تا حداکثر کارایی سازه ای حاصل گردد.
مهارهای افقی نقش مهمی در انتقال نیرو و جلوگیری از کمانش المانهای فولادی دارند.
در سیستمهای مبتنی بر نبشی، افزایش اندازه مهارها مؤثرتر از افزایش تعداد آنها بود.
در سیستمهای مبتنی بر ناودانی C، افزایش تعداد مهارها نقش کلیدی در افزایش ظرفیت ستون ایفا کرد.
این نکته در طراحی مقاومسازی ستونها توسط مهندسان حرفهای مانند تیم پلان قصر بسیار حائز اهمیت است.
نتایج آزمایشگاهی نشان داد:
ستونهای تقویتشده در جابجایی کمتری نسبت به ستون مرجع به بار شکست رسیدند.
افزایش سختی محوری ستون ها پس از تقویت کاملاً مشهود بود.
نمونههای تقویتشده با صفحات فولادی بیشترین جابجایی جانبی را داشتند.
این موضوع نشان میدهد که ژاکت فولادی علاوه بر افزایش مقاومت، سختی سازه را نیز افزایش میدهد.
برای شبیهسازی رفتار ستونها، از نرم افزار ANSYS 12.0 استفاده شد. بتن با المان SOLID65 و فولاد با مدل رفتاری الاستوپلاستیک مدلسازی گردید.
تطابق بسیار خوب بین نتایج آزمایشگاهی و تحلیلی
اختلاف بار شکست کمتر از ۵٪ در اکثر نمونهها
پیشبینی مناسب محل شکست و الگوی ترکها
مدلهای عددی معمولاً بار شکست را کمی بیشبرآورد میکردند که در تحلیلهای مهندسی امری متداول است.
مقایسه نتایج حاصل از آزمایشهای تجربی با تحلیل اجزاء محدود نشان داد که بین رفتار واقعی ستونهای بتن مسلح تقویتشده با ژاکت فولادی و نتایج مدلسازی عددی، تطابق بسیار مناسبی وجود دارد. منحنیهای بار–جابجایی بهدستآمده از تحلیل نرمافزار ANSYS شکل کلی مشابهی با نتایج آزمایشگاهی داشتند و روند افزایش بار، سختی اولیه و رسیدن به بار شکست در هر دو روش تقریباً یکسان بود. همچنین محل شکست، الگوی ترکخوردگی بتن و کمانش اجزای فولادی در مدلهای تحلیلی، بهخوبی رفتار مشاهدهشده در آزمایشها را شبیهسازی کرد که نشاندهنده دقت بالای مدل اجزاء محدود در پیشبینی رفتار ستونهای تقویتشده است.
از نظر کمی، نتایج تحلیلی در اغلب نمونهها مقدار بار شکست را اندکی بیشتر از مقادیر آزمایشگاهی برآورد کردند که این اختلاف در محدوده قابل قبول مهندسی قرار داشت. میانگین نسبت بار شکست تحلیلی به آزمایشگاهی نزدیک به یک بوده و نشان میدهد که مدل عددی توانایی مناسبی در تخمین ظرفیت نهایی ستونها دارد.
با این حال، در نتایج تحلیلی رفتار پس از رسیدن به بار بیشینه بهخوبی قابل نمایش نبود و افت مقاومت پس از پیک، مشابه آنچه در آزمایش ها مشاهده شد، ثبت نگردید. با وجود این محدودیت، میتوان نتیجه گرفت که تحلیل اجزاء محدود ابزار قابل اعتمادی برای ارزیابی و طراحی تقویت ستونهای بتن مسلح با ژاکت فولادی محسوب میشود.
مقایسه منحنیهای بار–جابجایی نشان داد که:
رفتار کلی ستونها در هر دو روش بسیار مشابه است
مدل اجزاء محدود قادر به پیشبینی دقیق رفتار قبل از شکست است
رفتار پس از پیک در تحلیل عددی کمتر قابل مشاهده است
این موضوع اعتبار استفاده از تحلیل عددی در پروژههای مقاومسازی واقعی را تأیید میکند.
بر اساس نتایج این تحقیق میتوان گفت:
تقویت ستون بتن مسلح با ژاکت فولادی روشی مؤثر و قابل اعتماد است
ظرفیت باربری ستونها حداقل ۲۰٪ و حداکثر نزدیک به ۵۰٪ افزایش یافت
سیستمهای مبتنی بر نبشی و ناودانی C عملکرد بهتری نسبت به صفحات فولادی داشتند
افزایش سطح پوشش ژاکت فولادی باعث افزایش محصورشدگی و بهبود عملکرد ستون میشود
استفاده از نرمافزار ANSYS ابزار مناسبی برای تحلیل و طراحی مقاومسازی ستونها است
در پروژههای طراحی و مقاومسازی که توسط مجموعههایی مانند پلان قصر انجام میشود، انتخاب صحیح نوع ژاکت فولادی و جزئیات اجرایی نقش تعیینکنندهای در ایمنی و دوام سازه دارد.
فروشگاه پلان قصر در سال ۱۳۸۶ با مدیریت مهندس کریمی شروع بکار نموده و با کمک خداوند متعال و سالها تجربه در زمینه طراحی و ترسیم نقشه های ویلایی و آپارتمانی توانسته رضایت اکثریت مشتریان را داشته باشد . دقت و سرعت در طراحی نقشه با ارائه جدیدترین متد ها برای طراحی پلان قصر رویائی شما سر لوحه کار ما است .
. Copyright © 2025 Planghasr.com — All Rights Reserved
