استفاده از میلگردهای کامپوزیتی در عرشه ی پل ها + میزان خوردگی

استفاده از میلگردهای کامپوزیتی در عرشه ی پل ها + میزان خوردگی

میلگردهای کامپوزیتی در عرشه ی پل ها

از مهم‌ترین عوامل تاثیرگذار بر جنبه‌های مختلف زندگی بشر راه‌های ارتباطی بوده

و در این میان پل‌ها به عنوان آسیب‌پذیرترین و حیاتی‌ترین بخش این حوزه در معرض

انواع بارها و نیز اثرات ناشی از عواملی چون آب‌وهوا هستند. عوامل آسیب‌دیدگی

پل‌ها به طور کلی در چهار گروه عوامل داخلی، عوامل بارگذاری ترافیکی،

عوامل محیطی و آب و هوایی و عوامل نگهداری قرار می‌گیرند .

رایج‌ترین آسیب به فولاد، در اثر خوردگی پدید آمده و موجب خوردگی پل های بتنی می شود.

خوردگی مهم‌ترین عامل کاهش ظرفیت عضو و سطح مقطع در اعضای فولادی است

و معمول‌ترین عامل آن مواجه‌شدن فولاد با سیکل تر- خشک شدن می‌باشد.

لذا امروزه نگهداری و بهسازی پل‌ها بسیار مورد توجه قرار گرفته است

، به طوری که در ایالت کبک کانادا نیمی از بودجه تخصیص داده شده

وزارت حمل و نقل صرف بهسازی سازه‌های آسیب‌دیده به‌وسیله خوردگی فولاد می‌شود

و در اروپا هزینه سالانه بهسازی در برابر خوردگی در حدود یک میلیارد پوند تخمین زده شده است.

یکی از روش‌هایی که اخیراً برای مقابله با خوردگی سازه به کار گرفته شده است

استفاده از مواد کامپوزیتی FRP می‌باشد. که در بسیاری موارد در عرشه پل‌ها و سایر اجزای سازه‌ای به کار گرفته شده است

و نتایج مطلوبی نیز حاصل‌شده است.

میلگردهای FRP با توجه به مقاوم بودن در برابر خوردگی و علاوه بر آن بزرگ بودن مقاومت کششی

نسبت به میلگردهای فولادی به جایگزینی مناسب برای میلگردهای فولادی تبدیل‌شده‌اند.

میلگردهای FRP

میلگردهای کامپوزیتی FRP از نظر شکل ظاهری مشابه میلگردهای متداول هستند

ولی به جای فولاد از الیاف مخصوص با مقاومت بسیار بالا نسبت به فولاد به همراه یک نوع رزین پلیمری ساخته شده‌اند.

میلگردهای کامپوزیت FRP به عنوان جایگزینی مناسب برای میلگردهای فولادی در بسیاری از سازه‌های بتنی به کار می‌روند .

انواع میلگردهای کامپوزیت FRP شامل میلگردهای کامپوزیت یا آرماتور CFRP با الیاف کربن،

میلگرد کامپوزیت AFRP با الیاف آرامید و میلگرد کامپوزیت BFRP با الیاف بازالت

میلگرد کامپوزیت GFRP با الیاف شیشه می‌باشد که نوع آخر ارزان‌تر از انواع دیگر است

و از انواع دیگر متداول‌تر می‌باشد.

میلگردهای FRP خصوصیاتی را دارا هستند

که در سایر مصالح وجود ندارد به دلیل اینکه این کامپوزیت‌ها از رزین‌های همراه با الیاف شیشه ،

کربن و آرامید ساخته شده‌اند در برابر نیروهای مغناطیسی ایمن می‌باشند.

به علت خصوصیات غیر مغناطیسی بودن استفاده از میلگردهای FRP در سازه‌های تحت تأثیر

میدان‌های الکترومغناطیسی نظیر رآکتورها، فرودگاه‌ها، بخش‌های MRI بیمارستان‌ها و لابراتوارها توصیه می‌شوند.

همچنین میلگردهای FRP نارسانا هستند که این امر آن‌ها را به گزینه مناسبی

برای سازه‌هایی که در آن‌ها خطرات برق‌گرفتگی وجود دارد تبدیل می‌کند

. نمونه‌هایی از این کاربردها عبارت‌اند از استفاده از میلگردهای FRP در ساخت دکل‌های بتنی انتقال نیرو،

استفاده از میلگردهای FRP در ساخت تیرهای انتقال برق و پایه پست ولتاژ بالا و… .

میلگردهای FRP بسیار سبک‌تر از میلگردهای رایج هستند.

این کاهش چگالی می‌تواند منجر به کاهش هزینه حمل‌ونقل، آسانی درجابجایی مصالح

و همچنین کاهش بار مرده سازه گردد.

لذا استفاده از میلگردهای FRP در بسیاری از پروژه‌ها منجر به اقتصادی‌تر شدن پروژه می‌گردد.

با وجود مزایای میلگردهای FRP این میلگردها خالی از ضعف نیستند

از جمله مشکلات میلگردهای FRP عبارتند از هزینه اولیه بیشتر، کاهش مقاومت باگذشت زمان،

مدول الاستیسیته کمتر و شکست ترد. میلگردهای FRP به دلیل ماهیت رفتار ترد خود

در سازه‌هایی که به شکل‌پذیری و قابلیت استهلاک انرژی نیاز دارند عملکرد مناسبی ندارد.

به‌عنوان مثال در زلزله‌های حوزه نزدیک که به علت حرکت پالس گونه نیروی واردشده برسازه

به صورت ضربه‌ای می‌باشد که باعث بروز رفتار ترد در سازه می‌شود

استفاده از میلگردهای FRP با رفتار ترد مشکل را دو چندان خواهد کرد.

به کارگیری آلیاژهای شکل پذیر حافظه‌دار با رفتار غیرخطی الاستیک خود

به عنوان مسلح کننده همراه با میلگردهای به صورت ترکیبی (SMA-FRP) می‌تواند راه‌حل مناسبی برای این مشکل باشد.

با وجود مزایای بسیار میلگردهای FRP نسبت به میلگردهای فولادی رفتار ترد الاستیک،

کرنش گسیختگی محدود و مدول الاستیسیته کمتر نسبت به فولاد، شکل‌پذیری

و قابلیت بهره‌برداری سازه‌ها را تحت تأثیر قرار داده در این مورد عملکرد رضایت بخشی ندار

که همین فقدان شکل‌پذیری و قابلیت استهلاک انرژی، استفاده از میلگردهای FRP را در کاربردهای لرزه‌ای محدود کرده است.

میلگردهای مسلح کننده SMA-FRP متشکل از رزین‌های پلیمری FRP است

که بوسیله الیاف قطری آلیاژ شکل‌پذیری حافظه‌دار کوچک با خاصیت فوق ارتجاعی مسلح شده است.

از این رو میلگردهای SMA-FRP هم خاصیت ضدخوردگی مواد کامپوزیت FRP را دارا می‌باشد و

هم به واسطه آلیاژ شکل‌پذیر حافظه‌دار، همانند میلگرد فولادی رفتار شکل‌پذیر از خود نشان می‌دهد

با این مزیت که در میلگردهای فولادی به علت عدم وجود خاصیت حافظه داری،

فولاد بعد از اعمال تغییر شکل ماندگار به حالت اولیه خود باز نمی‌گردد ا

ما در آلیاژهای شکل‌پذیر به واسطه ویژگی حافظه داری شکلی (SMA) به معنی قابلیت برگشت

به شکل اولیه، میلگرد SMA-FRP  بعد از باربرداری بدون باقی گذاشتن کرنش پسماند

قابل توجه به شکل اولیه خود باز خواهد گشت و مقدار قابل توجهی انرژی را بدون تغییر شکل ماندگار

مستهلک خواهد کرد. با وجود این استفاده از میلگردها SMA-FRP به دلیل قیمت

بالای آن هنوز در صنایع ساختمان‌سازی به طور گسترده مرسوم نگشته است،

اما ویژگی‌های منحصر به فرد آن محققان را تشویق به مطالعه کاربرد آن‌ها در مهندسی عمران کرده است.

کاربرد میلگردهای FRP در پل ها

خرابی عرشه پل‌ها یکی از رایج‌ترین نقطه‌ضعف‌ها در سیستم یک پل می‌باشد.

عرشه پل بتنی نسبت به سایر اجزای آن زودتر دچار خرابی می شود

که این به دلیل این می‌باشد که عرشه پل در تماس مستقیم با محیط می‌باشد

و همچنین از دلایل دیگر می‌توان به بار ترافیکی اشاره کرد

مشکل اصلی در مورد عرشه پل مربوط به خوردگی می‌باشد که سهم بزرگی از هزینه بهسازی را در بر می‌گیرد.

در ادامه دو مورد از پروژه‌هایی که در آن‌ها از میلگردهای FRP در تسطیح پل بتنی مورد استفاده قرار گرفته است

آورده شده است که این پل‌ها در کبک کانادا می‌باشند.

عرشه این پل‌های تیر و شاه‌تیر بتنی به وسیله میلگردهای FRP داخلی مسلح شده‌اند.

پل‌ها در طول دهانه، ضخامت عرشه و نوع پل متفاوت هستند.

مشخصات کششی میلگردهای فولادی و FRP (CFRP و GFRP) که در عرشه این پل‌ها به کاررفته‌اند

خوردگی در پل ها

خوردگی

خوردگی را می‌توان به صورت از بین رفتن فلز توسط یک پروسه اکسیداسیون شیمیایی و یا الکتروشیمیایی دانست.

خوردگی در فلزات شکلی از اکسیداسیون است که توسط جریان الکتریسیته

از یک قسمت از سطح فلز به قسمت دیگری از سطح همان فلز به وجود می‌آید

که نتیجه آن تبدیل آهن به اکسید آهن می‌باشد.  خوردگی باعث کاهش سطح مقطع عضو فولادی شده

و نهایتاً منجر به کاهش ظرفیت سازه‌ای می‌گردد.

برای اینکه در فولاد خوردگی به وجود آید. باید عوامل زیر وجود داشته باشد

استفاده از میلگردهای کامپوزیتی در عرشه ی پل ها:

خواص ویژه میلگردهای کامپوزیتی

۱.سه برابر استحکام کششی بیشتر از میلگردهای فولادی

۲.هشت برابر سبک تر از میلگردهای فولادی

۳.صد در صد مقاوم در برابر خوردگی

۴.پانزده برابر عمر بیشتر از فولاد

۵.بین پانزده تا سی درصد ارزانتر از فولاد

گردآوری: میلگرد کامپوزیت