به منظور مقاوم سازی و افزایش ظرفیت باربری قسمت ­های مختلف هر سازه از روش­ ها و ابزار مختلفی استفاده می­ شود. یکی از اقداماتی که در سازه ­های بتنی به این منظور مورد استفاده قرار می­ گیرد پیش تنیدگی بتن است. تیرچه پیش تنیده یکی از اجزای سازه ­های بتنی است که بسیار مورد استفاده قرار می­ گیرد. با توجه به این مسئله که سازه­ های بتنی با گذشت زمان دچار فرسودگی می ­شوند و به مقاوم سازی و ترمیم نیاز دارند، مهندسین برای حل این مسئله راهکارهایی را ارائه کرده ­اند. از آن­جایی که بازسازی ساختمان­ ها هزینه ­های بسیار بالایی را به همراه دارد، به منظور صرفه جویی در مسائل اقتصادی مقاوم سازی و ترمیم سازه­ هایی که دچار مشکل شده ­اند انتخاب مناسب­تری است.

روش­ های مقاوم سازی تیرچه پیش تنیده
به منظور مقاوم سازی تیرچه پیش تنیده از روش ­های مختلفی می­توان استفاده نمود که یکی از این روش­ها استفاده از الیاف FRP (Fiber Reinforced polymer) است. این نوع الیاف در واقع پلیمرهایی هستند که با فیبر تقویت شده­ اند. استفاده از این نوع مصالح پلیمری نیز مانند نیروی پیش تنیدگی که در اجزای بتنی سازه مورد استفاده قرار می­ گیرد، می­تواند باعث افزایش قابل توجه ظرفیت باربری و مقاومت سازه­ های بتنی شود. در صورتی که در یک سازه­ بتنی از مصالح FRP و نیروی پیش تنیدگی به صورت همزمان استفاده شود، می­توان به مقاومت بسیار بیشتری در سازه بتنی دست یافت. به منظور افزایش مقاومت سازه، مصالح FRP روی قسمت­ های بیرونی آن نصب و اجرا می­ شوند.

مصالح FRP در تیرچه پیش تنیده چیست؟
FRP یا همان الیاف پلیمری که با فیبر مسلح و تقویت شده ­اند در صنایع مختلف و همچنین در صنعت ساختمان سازی مورد استفاده قرار می­ گیرند. به منظور افزایش مقاومت در اجزای مختلف سازه­ های بتنی از جمله تیرچه پیش تنیده از این الیاف استفاده می ­شود. الیاف FRP در سازه­ های مختلف و به صورت گسترده مورد استفاده قرار می ­گیرند که از جمله آن­ها می­ توان به ساختمان­های صنعتی، تجاری، اداری، مسکونی و … اشاره کرد. این مصالح تقویت کننده پلیمری به منظور افزایش مقاومت سازه­های بتنی روی سطوح اجزای مختلف سازه­های بتنی از جمله فنداسیون بتنی، تیرها، ستون­ها، تیرچه پیش تنیده، دال­ های بتنی، دیوارهای بتنی و …. نصب می ­شوند. پارامترهایی که در میزان کارایی این الیاف موثر هستند عبارتند از: نوع الیاف، چگونگی قرارگیری، میزان الیاف و ضریب انتقال حرارت. این عوامل علاوه بر اینکه در ویژگی­ های مقاومتی این نوع الیاف پلیمری تاثیرگذار هستند از جنبه اقتصادی نیز حائز اهمیت هستند و در واقع قیمت این الیاف را نیز مشخص می ­کنند.

مقاوم سازی تیرچه پیش تنیده با استفاده از الیاف FRP
با توجه به اینکه صفحات فولادی که در تماس با بتن و تیرچه پیش تنیده بتنی قرار دارند، در طول زمان دچار خوردگی می­ شوند و همین مسئله باعث ایجاد مشکل در اتصالات این صفحات فولادی با سازه بتنی می­شود و همچنین وزن نسبتا زیاد صفحات فولادی که حمل و نقل و نصب و اجرای آن­ها را در برخی سازه­ ها با مشکل روبرو می­کند، استفاده از مصالح FRP به عنوان یک گزینه مناسب برای جایگزینی این صفحات فولادی مورد توجه و استفاده قرار گرفته است. مصالح FRP انواع مختلفی دارند که شامل میلگرد، ورقه و سایر پروفیل­های FRP می­شود. در سال ­های اخیر تحقیقات انجام شده روی انواع مختلف از این نوع مصالح پلیمری نشان داده است که استفاده از آن­ها در سازه­ های بتنی باعث افزایش قابل توجه مقاومت اجزای مختلف سازه­ های بتنی می ­شود به همین دلیل استفاده از این مصالح پلیمری رواج بیشتری پیدا کرده است.

مزایای مقاوم سازی تیرچه پیش تنیده با مصالح FRP
به منظور مقاوم سازی تیرچه پیش تنیده می­توان از الیاف FRP استفاده کرد که استفاده از این مصالح پلیمری ضمن افزایش ظرفیت باربری خمشی و برشی تیرچه پیش تنیده، می­ تواند از خوردگی نیز در برابر شرایط محیطی مختلف جلوگیری کند و همچنین برای میلگردهایی که دچار خوردگی شده ­اند، جایگزین مناسبی است. در صورت استفاده از مصالح FRP در اجزای بتنی، مقاومت آن­ها پس از گذشت تقریبا ۳ تا ۴ روز، به میزان حدود سه برابر مقاومت کششی فولاد خواهد رسید. با توجه به این مسئله که مصالح FRP از مقاومت کششی بسیاری بالایی نسبت به صفحات فولادی برخوردار هستند، استفاده از این مصالح در قسمت­ هایی از اجزای بتنی که تحت کشش قرار می­گیرند، باعث افزایش مقاومت خمشی آن خواهد شد.

در طراحی اجزای مختلف سازه­ های بتنی مثل دال ­ها و بتن مسلح شده با میلگرد، همواره بحث ترک خوردگی و شکست حائز اهمیت بوده است. در صورت استفاده از نیروی پیش تنیدگی بتن در این اجزای سازه­ای، ظرفیت باربری آن­ها افزایش می­ یابد و همچنین این اجزا در برابر بارهایی که به صورت قائم وارد می­شوند مقاوم سازی می ­شوند. در سازه­ های بتنی که با مصالح FRP مقاوم سازی شده­ اند، شکست ممکن است به دو حالت رخ دهد. حالت اول در صورتی است که مصالح FRP استفاده شده دارای مقاومت زیادی باشند که در این حالت در صورت رخ دادن شکست، مصالح FRP از سطح بتن جدا می­ شوند. حالت دوم در صورتی است که مصالح FRP مقاومت پایینی داشته باشند و مدول الاستیسیته آن­ها بالا باشد که در این حالت در صورت رخ دادن شکست، مصالح FRP پاره می ­شوند و دچار گسیختگی می­ شوند.

به طور کلی می­توان گفت در صورتی که از نیروی پیش تنیدگی و مصالح FRP در مقاوم سازی اجزای بتنی و به خصوص تیرچه پیش تنیده استفاده شود، مقاومت به طور قابل توجهی افزایش خواهد یافت و انرژی زیادی توسط عضو سازه­ای مقاوم سازی شده جذب می­شود. در این حالت شکست در نیروهای بسیار بیشتری رخ می­دهد و همچنین در زمان دیرتر شکست اتفاق می­افتد که این مسئله سبب می­شود عرض ترک ایجاد شده در المان سازه­ای کاهش قابل توجهی داشته باشد.

به طور خلاصه و به عنوان نتیجه گیری می­توان گفت مقاوم سازی تیرچه پیش تنیده بتنی با استفاده از FRP مزایای زیادی دارد که عبارتند از: افزایش ظرفیت باربری خمشی و برشی تیرچه پیش تنیده، مقاومت بالا در برابر آسیب­های محیطی و خوردگی، کاهش قابل توجه عرض ترک­ها، اجرا و نصب ساده و راحت، صرفه جویی اقتصادی، افزایش مدت زمان بهره برداری و عمر مفید سازه، قابلیت شکل پذیری بالا. همچنین در صورت استفاده از مصالح FRP با توجه به ضخامت کم این مصالح، ابعاد تیر بتنی تغییر زیادی نخواهد داشت و این نیز یک مزیت در استفاده از این نوع مصالح محسوب می ­شود.