كامپوزیت در مهندسی عمران
چندین سال است كه مواد كامپوزیتی به دلیل ویژگیهای منحصر به فردی همانند استحكام زیاد، وزن كم، دوام و پایداری عالی و رفتار مناسب در برابر آتش سوزی، نسبت به مواد سنتی مانند فولاد، بتن و آلومینیوم در صنایع گوناگون ازجمله هوافضا، خودرو و غیره به كار میروند. بیش از 10 سال است كه مزایای كاربردی این مواد در صنعت عمران نیز به وضوح مشاهده شده است. طرحهای پزوهشی و به دنبال آن پروژه های اجرایی انجام شده در كشورهای گوناگون در این سالها راه را برای به كارگیری این مواد در صنعت ساختمان چه در ساخت سازه های تمام كامپوزیتی و چه تقویت سازه های گوناگون دیگر هموار كرده است. به عنوان مثال، از سال 1960 پلاستیك های تقویت شده با الیاف شیشه در صنعت ساختمانی لندن به كار گرفته شده اند. در این كشور برخی از بخشهای سازه های قدیمی و مشهور همانند گنبدها و بام ها با قدمتی 70- 80 ساله با استفاده از پوشش های كامپوزیتی تعدیل شده اند.
پانل های GRP (پلاستیك تقویت شده با الیاف شیشه)
برخی از سازه های بزرگراهی كه از عرشه های بتنی مهار شده توسط تیرهای فولادی تشكیل شده اند، در طول عمرشان چندین بار رنگ آمیزی میشوند. تعمیر، نگهداری و رنگ آمیزی این تیرهای فولادی به ویژه در پل های قدیمی بلند كه دسترسی به آنها مشكل است، بسیار هزینه بر است. استفاده از پانل های كامپوزیتی GRP روشی مناسب برای كاهش هزینه های تعمیر و نگهداری این سازه هاست. این پانل ها از روش هایی همچون لایه چینی دستی و پالتروژن ساخته میشوند. پل وینتر بروك بر روی رودخانه تایمز در انگلستان نمونه ای از كاربرد این پانل هاست. دسترسی دائمی به این پانل ها برای بازبینی و تعمیر و نگهداری بسیار آسان است.
پل های عابر پیاده
پل های عابر پیاده ساخته شده از مواد كامپوزیتی، نمونه های بارز گسترش كاربرد كامپوزیت های GRP در صنعت عمران هستند. چندین پل عابر پیاده مشهور جهان در دهه اخیر با استفاده از كامپوزیت ها ساخته شده اند. پل عابر پیاده باشگاه گلف ابرفلدی بر روی رودخانۀ تای در اسكاتلند در سال 1992 تكمیل شده است. سازه كابل مهار این پل با طول بیش از 113 متر نخستین پل مهمی بود كه به طور كامل از FRP و به روش پالتروژن ساخته شد. پل فایبر لاین در دانمارك، با استفاده از مقاطع استاندارد GRP های پالتروژن شده ساخته شده است. این پل بر روی یك مسیر راه آهن دو ریله كشیده شده و كابل مهاری آن 40 متر طول دارد. برای سادگی حمل و نقل، سازه اصلی این پل در دو بخش در كارخانه ساخته شده و به محل موردنظر انتقال داده شد. موشل پل عابر پیاده دیگری است كه به صورت تمام كامپوزیتی طراحی شده و در پایان سال 2000 روی رودخانه تایمز نصب شده است. طرح كامپوزیتی پیشنهاد شده برای این پل، هم در اسكلت پل و هم در فونداسیون های آن حدود 10 برابر سبك تر از نمونه فلزی آن است و باتوجه به هزینه های تعمیر و نگهداری، كل هزینه این پل كامپوزیتی حدود 10 تا 15 درصد كمتر از نمونه فلزی است.
تقویت سازه ها
جدای از ساخت سازه های تمام كامپوزیتی، در صنایع گوناگون ازجمله صنعت ساختمان، كامپوزیت ها برای مقاوم سازی و ترمیم سازه های گوناگون چوبی، فلزی، بتنی و غیره نیز به كار گرفته میشوند. استفاده از مواد كامپوزیتی برای تقویت و احیای پل ها و ساختمان ها در اروپا، آمریكا، كانادا و آسیا به فعالیتی سودآور تبدیل شده و جای روش های سنتی تعمیر و تقویت را گرفته است. امروزه كاربرد عمده كامپوزیت در صنعت ساختمان، استفاده از صفحات پلاستیك تقویت شده با الیاف كربن ( CFRP) به صورت پالترود شده یا الیاف پیش آغشته (پری پرگ)، برای افزایش ظرفیت خمشی و برشی سازه های موجود است. اینگونه ورقهای كامپوزیتی در اغلب كشورهای جهان از جمله انگلستان، وجود داشته و جای مواد سنتی را در تقویت و احیای سازه ها گرفته اند؛ چرا كه جدای از استحكام و مقاومت، از نظر هزینه نیز قابل رقابت با مواد سنتی هستند. در 18 ماه گذشته، بیش از 100 پل و سازه دیگر در انگلستان توسط صفحات CFRP تقویت شده اند.
در كار پژوهشی گسترده ای كه در انگلستان انجام شده است، اثبات شد كه به كارگیری صفحات كامپوزیتی CFRP نسبت به صفحات فلزی اقتصادی تر است. این روش در محدوده گسترده ای از انواع سازه های بتنی، مصالح ساختمانی، سازه های چوبی فلزی و غیره كاربرد دارد و میتوان از آن برای افزایش مقاومت خمشی و برشی سازه ها، حل مشكلات تغییر مكان در ساختمانها، تقویت آنها در برابر بارهای ارتعاشی ناشی از زلزله و باد و غیره استفاده كرد.
پل معروف هایث در آكسفورد، یك سازه فلزی است كه در سال 1874 ساخته شده است. این پل با اتصال صفحات CFRP پیش تنیده تقویت شده و كاربری آن از 5/7 تن به 40 تن افزایش داده شده است. این نمونه، نخستین كاربرد این نوع صفحات در تقویت سازه های فلزی در جهان بود. اگرچه رای تقویت این سازه، اتصال صفحات فلزی و CFRP هردو پیشنهاد شد و كاربرد نیز داشت، اما در دراز مدت و برای پروژه های بزرگ، روش CFRP هزینه كمتری در بر خواهد داشت.
پل كانال ردمایل
كاربرد دیگر صفحات CFRP برای ارتعاشات، به ویژه در پل های آهنی است كه صفحات با مدول بالا استفاده می شود در انگلستان دو پل آهنی با این صفحات مدول بالا كه از روش پیش آغشته سازی (پری پرگ) تهیه شده اند، تقویت شده است. مدول این صفحات از 360 تا 400 گیگا پاسكال تغییر می كند. به علت مدول بال، ضخامت این صفحات نسبت به صفحات فلزی مشابه كمتر است. یك نمونه موفق از كاربرد این صفحات پل ردمایل است. ضخامت صفحات به كار گرفته شده در این پروژه 10 تا 14 میلی متر است. ضخامت 14 میلی متر در مركز استفاده شده و به تدریج به سمت دو انتها، ضخامت كم شدهو به زیر 2 تا 3 میلی متر میرسد. البته با توجه به گران و پرهزینه بودن این صفحات با مدول بالا، میتوان از صفحات معمولی تهیه شده به روش پالتروژن با مدول 160 تا 200 با ضخامتی بیشتر تا حدود 30 میلی متر بهره جست.
پل كانال اسلتكس
این پل، فلزی و مربوط به سال 1936 است و به تازگی با استفاده از صفحات CFRP، ظرفیت آن از 17 تن به 40 تن افزایش داده شده است. در واقع هزینه بالای روش های سنتی برای انجام تقویت، علت اصلی گزینش این روش بود. این پل از نخستین پل های بزرگراهی تقویت شده با صفحات CFRP در اروپا است.
صفحات مورد استفاده دارای ضخامت 4 میلی متر و طول 5/7 متر بودند و روی تیرهای فلزی نصب شدند.
تقویت ستون ها
تقویت خارجی ستون های موجود با استفاده از كامپوزیت ها، برای افزایش ظرفیت های برشی، فشاری، خمشی و مقاومت در برابر ضربه، به طور گسترده ای در صنعت ساختمان به كار گرفته میشود. این روش برای اصلاح مقاومت لرزه ای ستون های پل ها و ساختمان ها در كشورهای گوناگون از جمله آمریكا، كانادا و ژاپن گسترش داده شده و به اثبات رسیده است. در سال های اخیر بر روی بیش از 150 روش در ژاپن، كانادا و آمریكا كار شده است. در انگلستان نیز، پیچیدن FRP دور ستون های پل های بزرگراه ها برای افزایش مقاومت برشی، خمشی و ضربه ای آنها آزمایش شده است. این روش برای افزایش ظرفیت باربری ستون های پاركینگ ها نیز به كار گرفته شده است.
چندین سال است كه مواد كامپوزیتی به دلیل ویژگیهای منحصر به فردی همانند استحكام زیاد، وزن كم، دوام و پایداری عالی و رفتار مناسب در برابر آتش سوزی، نسبت به مواد سنتی مانند فولاد، بتن و آلومینیوم در صنایع گوناگون ازجمله هوافضا، خودرو و غیره به كار میروند. بیش از 10 سال است كه مزایای كاربردی این مواد در صنعت عمران نیز به وضوح مشاهده شده است. طرحهای پزوهشی و به دنبال آن پروژه های اجرایی انجام شده در كشورهای گوناگون در این سالها راه را برای به كارگیری این مواد در صنعت ساختمان چه در ساخت سازه های تمام كامپوزیتی و چه تقویت سازه های گوناگون دیگر هموار كرده است. به عنوان مثال، از سال 1960 پلاستیك های تقویت شده با الیاف شیشه در صنعت ساختمانی لندن به كار گرفته شده اند. در این كشور برخی از بخشهای سازه های قدیمی و مشهور همانند گنبدها و بام ها با قدمتی 70- 80 ساله با استفاده از پوشش های كامپوزیتی تعدیل شده اند.
پانل های GRP (پلاستیك تقویت شده با الیاف شیشه)
برخی از سازه های بزرگراهی كه از عرشه های بتنی مهار شده توسط تیرهای فولادی تشكیل شده اند، در طول عمرشان چندین بار رنگ آمیزی میشوند. تعمیر، نگهداری و رنگ آمیزی این تیرهای فولادی به ویژه در پل های قدیمی بلند كه دسترسی به آنها مشكل است، بسیار هزینه بر است. استفاده از پانل های كامپوزیتی GRP روشی مناسب برای كاهش هزینه های تعمیر و نگهداری این سازه هاست. این پانل ها از روش هایی همچون لایه چینی دستی و پالتروژن ساخته میشوند. پل وینتر بروك بر روی رودخانه تایمز در انگلستان نمونه ای از كاربرد این پانل هاست. دسترسی دائمی به این پانل ها برای بازبینی و تعمیر و نگهداری بسیار آسان است.
پل های عابر پیاده
پل های عابر پیاده ساخته شده از مواد كامپوزیتی، نمونه های بارز گسترش كاربرد كامپوزیت های GRP در صنعت عمران هستند. چندین پل عابر پیاده مشهور جهان در دهه اخیر با استفاده از كامپوزیت ها ساخته شده اند. پل عابر پیاده باشگاه گلف ابرفلدی بر روی رودخانۀ تای در اسكاتلند در سال 1992 تكمیل شده است. سازه كابل مهار این پل با طول بیش از 113 متر نخستین پل مهمی بود كه به طور كامل از FRP و به روش پالتروژن ساخته شد. پل فایبر لاین در دانمارك، با استفاده از مقاطع استاندارد GRP های پالتروژن شده ساخته شده است. این پل بر روی یك مسیر راه آهن دو ریله كشیده شده و كابل مهاری آن 40 متر طول دارد. برای سادگی حمل و نقل، سازه اصلی این پل در دو بخش در كارخانه ساخته شده و به محل موردنظر انتقال داده شد. موشل پل عابر پیاده دیگری است كه به صورت تمام كامپوزیتی طراحی شده و در پایان سال 2000 روی رودخانه تایمز نصب شده است. طرح كامپوزیتی پیشنهاد شده برای این پل، هم در اسكلت پل و هم در فونداسیون های آن حدود 10 برابر سبك تر از نمونه فلزی آن است و باتوجه به هزینه های تعمیر و نگهداری، كل هزینه این پل كامپوزیتی حدود 10 تا 15 درصد كمتر از نمونه فلزی است.
تقویت سازه ها
جدای از ساخت سازه های تمام كامپوزیتی، در صنایع گوناگون ازجمله صنعت ساختمان، كامپوزیت ها برای مقاوم سازی و ترمیم سازه های گوناگون چوبی، فلزی، بتنی و غیره نیز به كار گرفته میشوند. استفاده از مواد كامپوزیتی برای تقویت و احیای پل ها و ساختمان ها در اروپا، آمریكا، كانادا و آسیا به فعالیتی سودآور تبدیل شده و جای روش های سنتی تعمیر و تقویت را گرفته است. امروزه كاربرد عمده كامپوزیت در صنعت ساختمان، استفاده از صفحات پلاستیك تقویت شده با الیاف كربن ( CFRP) به صورت پالترود شده یا الیاف پیش آغشته (پری پرگ)، برای افزایش ظرفیت خمشی و برشی سازه های موجود است. اینگونه ورقهای كامپوزیتی در اغلب كشورهای جهان از جمله انگلستان، وجود داشته و جای مواد سنتی را در تقویت و احیای سازه ها گرفته اند؛ چرا كه جدای از استحكام و مقاومت، از نظر هزینه نیز قابل رقابت با مواد سنتی هستند. در 18 ماه گذشته، بیش از 100 پل و سازه دیگر در انگلستان توسط صفحات CFRP تقویت شده اند.
در كار پژوهشی گسترده ای كه در انگلستان انجام شده است، اثبات شد كه به كارگیری صفحات كامپوزیتی CFRP نسبت به صفحات فلزی اقتصادی تر است. این روش در محدوده گسترده ای از انواع سازه های بتنی، مصالح ساختمانی، سازه های چوبی فلزی و غیره كاربرد دارد و میتوان از آن برای افزایش مقاومت خمشی و برشی سازه ها، حل مشكلات تغییر مكان در ساختمانها، تقویت آنها در برابر بارهای ارتعاشی ناشی از زلزله و باد و غیره استفاده كرد.
پل معروف هایث در آكسفورد، یك سازه فلزی است كه در سال 1874 ساخته شده است. این پل با اتصال صفحات CFRP پیش تنیده تقویت شده و كاربری آن از 5/7 تن به 40 تن افزایش داده شده است. این نمونه، نخستین كاربرد این نوع صفحات در تقویت سازه های فلزی در جهان بود. اگرچه رای تقویت این سازه، اتصال صفحات فلزی و CFRP هردو پیشنهاد شد و كاربرد نیز داشت، اما در دراز مدت و برای پروژه های بزرگ، روش CFRP هزینه كمتری در بر خواهد داشت.
پل كانال ردمایل
كاربرد دیگر صفحات CFRP برای ارتعاشات، به ویژه در پل های آهنی است كه صفحات با مدول بالا استفاده می شود در انگلستان دو پل آهنی با این صفحات مدول بالا كه از روش پیش آغشته سازی (پری پرگ) تهیه شده اند، تقویت شده است. مدول این صفحات از 360 تا 400 گیگا پاسكال تغییر می كند. به علت مدول بال، ضخامت این صفحات نسبت به صفحات فلزی مشابه كمتر است. یك نمونه موفق از كاربرد این صفحات پل ردمایل است. ضخامت صفحات به كار گرفته شده در این پروژه 10 تا 14 میلی متر است. ضخامت 14 میلی متر در مركز استفاده شده و به تدریج به سمت دو انتها، ضخامت كم شدهو به زیر 2 تا 3 میلی متر میرسد. البته با توجه به گران و پرهزینه بودن این صفحات با مدول بالا، میتوان از صفحات معمولی تهیه شده به روش پالتروژن با مدول 160 تا 200 با ضخامتی بیشتر تا حدود 30 میلی متر بهره جست.
پل كانال اسلتكس
این پل، فلزی و مربوط به سال 1936 است و به تازگی با استفاده از صفحات CFRP، ظرفیت آن از 17 تن به 40 تن افزایش داده شده است. در واقع هزینه بالای روش های سنتی برای انجام تقویت، علت اصلی گزینش این روش بود. این پل از نخستین پل های بزرگراهی تقویت شده با صفحات CFRP در اروپا است.
صفحات مورد استفاده دارای ضخامت 4 میلی متر و طول 5/7 متر بودند و روی تیرهای فلزی نصب شدند.
تقویت ستون ها
تقویت خارجی ستون های موجود با استفاده از كامپوزیت ها، برای افزایش ظرفیت های برشی، فشاری، خمشی و مقاومت در برابر ضربه، به طور گسترده ای در صنعت ساختمان به كار گرفته میشود. این روش برای اصلاح مقاومت لرزه ای ستون های پل ها و ساختمان ها در كشورهای گوناگون از جمله آمریكا، كانادا و ژاپن گسترش داده شده و به اثبات رسیده است. در سال های اخیر بر روی بیش از 150 روش در ژاپن، كانادا و آمریكا كار شده است. در انگلستان نیز، پیچیدن FRP دور ستون های پل های بزرگراه ها برای افزایش مقاومت برشی، خمشی و ضربه ای آنها آزمایش شده است. این روش برای افزایش ظرفیت باربری ستون های پاركینگ ها نیز به كار گرفته شده است.
.ircomas.org http://mahdihashemi.blogspot.com/
0 نظرات:
ارسال یک نظر