مقاوم سازی ستون بتنی

ستون ها اعضایی هستند که تحت نیروی محوری با و یا بدون نیروی برشی و لنگر خمشی قرار دارند. در قاب خمشی، ستون ها علاوه بر انتقال بارهای ثقلی به فونداسیون ، باید تلاش های ناشی از بارهای جانبی ناشی از زلزله را نیز تحمل نمایند. رعایت اصل ستون قوی- تیر ضعیف از اصول طراحی است و در طراحی همواره سعی بر آن است که تشکیل مفصل خمیری به تیرها و یا بادبندها منتقل گردد تا فلسفه ستون قوی، تیر ضعیف رعایت گردد. مقاوم سازی ستون بتنی مطابق آیین نامه‌های طراحی باید از حداقل بعد عرضی کافی برخوردار باشند. زمانی که ستونهای بتنی دارای نسبت طول به عرض زیاد می‌باشند تحت خمش‌های دو محوره دچار خرابی می‌گردند. تقویت ستون بتنی به منظور افزایش مقاومت محوری، خمشی و برشی و همچنین برای افزایش ظرفیت شکل‌پذیری ستون در نزدیکی محل اتصال به تیر و مقاوم نمودن محل وصله‌های ضعیف نیز صورت می‌پذیرد. در ستون های بتن مسلح خرابی های ناشی از زلزله مربوط به شکست های ناشی از طول وصل ناکافی، شکست های ناشی از برش، خمش و اندرکنش برش و خمش، شکست ستون کوتاه و گسیختگی های ناشی از کمانش میلگردهای طولی می باشد.

خرابی های ستون بتنی ناشی از موارد زیر است:

•  ایجاد ترک و خرد شدگی
•  خوردگی میلگردهای فولادی
• کمبود مقدار و موقعیت آرماتورهای موجود
• کمبود مقاومت فشاری درجای بتن
• طول وصله ناکافی
• کمانش میلگردهای طولی
• شکست های ناشی از برش
• شکست های ناشی از خمش و اندرکنش برش و خمش
• شکست ستون کوتاه

شکست تُرد و برشی ستون‌های بتنی به دلیل ماهیت ناگهانی آن بدترین نوع شکست می‌باشد. به همین دلیل همواره سعی بر آن است که مکانیسم کنترل کننده خرابی ستون بصورت خمشی باشد و ستون نباید به عنوان عضوی ضعیف در قاب سازه‌ای عمـل نماید. در شکل بالا نمونه‌ای از شکست برشی ستون دیده می‌شود. در مقاوم سازی ساختمان تلاش می شود تا حد امکان از این نوع گسختگی اجتناب نمود. از دیگر خرابی‌های ستون می‌توان به کمانش آرماتورهای طولی، عدم دورگیری مناسب و طول ناکافی وصله‌ها اشاره نمود که در اشکال الف، ب و پ به ترتیب نشان داده شده‌اند. خاموت‌هایی که دارای اعوجاج بوده و یا تحت زاویه 135 درجه و با طول مناسب خم نمی‌گردند، نمی‌توانند از کمانش میلگردهای طولی جلوگیری کرده و یا دورگیری مناسبی برای بتن ایجاد نمایند. این امر منجر به شکست ستون قبل از تشکیل مفصل پلاستیک در تیر می‌گردد. در ستون های بتنی به علت لغزش آرماتورهای طولی در محل وصله‌ها، مفصل پلاستیک در این نواحی ایجاد می‌گردد و طی چند سیکل ابتدایی خمش غیر الاستیک، ظرفیت باربری ستون به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد.

برخی از روش های تقویت و مقاوم سازی ستون های بتنی عبارتند از:

• افزودن الياف FRP به سطح ستون بتنی. اتصال لایه FRP در صورت نصب صحیح آن باعث افزایش ظرفیت خمش، فشار و برش ستون ها می شود.

• نصب ژاکت فلزی اطراف ستون. این روش که معمولا برای تقویت ستون‌های بتنی به کار می‌رود، از طریق نصب المان‌های فولادی نظیر نبشی و پلیت در اطراف ستون ظرفیت فشاری، خمشی و برشی آن را افزایش می‌دهد.

• نصب ژاکت بتنی اطراف ستون. این روش برای تقویت انواع ستون‌های بتنی و فولادی به کار می‌رود. در این روش با کاشت میلگردهای طولی اطراف ستون، قالب بندی و بتن ریزی در اطراف ستون اولیه (ستون فلزی یا بتنی) سطح مقطع آن افزایش پیدا کردو و به تبع آن ظرفیت فشاری، خمشی و برشی ستون نیز را افزایش خواهد یافت.

• افزودن تیر به وسط ارتفاع ستون. در این روش با اضافه شدن تیر به کناره‌های ستون ارتفاع موثر ستون کاهش یافته و در نتیجه ظرفیت فشاری و خمشی ستون افزایش خواهد یافت.
• افزودن کاور بتنی به سطح ستون های فلزی یا بتنی که باعث افزایش مقاومت فشار، خمش و برش ستون ها می شود. این روش نیاز به حذف لایه های آسیب دیده یا ضعیف بتن و نصب قالب و میلگرد دارد.
• افزودن پروفیل فولادی به سطح ستون های بتنی که باعث افزایش ظرفیت خمش، فشار و برش ستون‌ها می شود. این روش نیاز به حذف لایه های آسیب دیده یا ضعیف بتن و جوشکاری پروفیل فولادی به میلگرد ستون دارد