توسعه و کاربرد مواد کامپوزیت تقویت شده با الیاف در سازه های نوساز
در سالهای اخیر، تحقیق و کاربرد مواد FRP در سازههای جدید نیز به کانون تحقیقاتی در زمینه مهندسی عمران تبدیل شده است. از آنجایی که FRP با خواص فیزیکی و مکانیکی مصالح ساختمانی سنتی متفاوت است، در هنگام استفاده در سازههای جدید دارای مزایای فنی و فضایی برای توسعه است.&قبلی quot;روندهای تحقیقاتی FRP قسمت 1" در مقاله ذکر شده است که فرآیندهای اصلی تولید مواد FRP شامل بافته، رشته و pultruded است که در این میان روش pultruded رایجتر است. دنده های FRP خطی میله ای شکل که بر اساس شکل تقسیم می شوند، به طور کلی دنده یا میله نامیده می شوند، از جمله دنده های گرد سطحی و دنده های تغییر شکل یافته سطح، که نسبتاً سفت و سخت هستند و خم شدن آنها دشوار است. بسته نرم افزاری الیاف را به صورت پیچشی بپیچانید. دنده های FRP به شکل طناب های مرکب طناب یا رشته نامیده می شوند. آنها یک رشته یا چند رشته هستند، با استحکام کم، و می توانند خم شوند و به شکل رول پیچ شوند. توصیه استفاده از مواد تقویت کننده شیشه Pulwell، تکنولوژی ثبت شده، کیفیت تضمین شده است!
روش تشکیل دنده حرفه ای Pulwell'(شکل 1)
در اوایل دهه 1960، شرکت آمریکایی Marshall-Vega میلههای GFRP را تولید کرد که برای حل خطرات خوردگی نمک سازههای بتن مسلح در مناطق فراساحلی و مناطق سرد استفاده میشد. با شروع دهه 1980، میلگردهای FRP به تدریج به طور گسترده در سازه هایی با الزامات عملکردی خاص برای جایگزینی میلگردهای فولادی مورد استفاده قرار گرفتند. به عنوان مثال، ساختمان هایی با تجهیزات پزشکی تشدید مغناطیسی و دیوارهای دریایی، پانل های ساختمان کارخانه های صنعتی و سایر سازه هایی که در معرض فرسایش شدید شیمیایی هستند. ردیابی و نظارت برای بیش از 20 سال نشان داد که بتن میلهای FRP در شرایط کار خوب است و اقتصاد جامع کل چرخه عمر بهتر از سازه بتن مسلح است که مرتباً نگهداری و بازسازی میشود. مهندسی ژئوتکنیک نیز یک زمینه کاربردی مهم تقویت FRP است. در مهندسی مانند دیوارهای حائل، لنگرهای فونداسیون و کیسون های مترو که به دلیل تغییرات جزر و مدی بین خشک و مرطوب متناوب می شوند، استفاده شده است (شکل 2).
شکل 2 آرماتور FRP در سازه به جای فولاد
شکل دیگر استفاده از تاندون ها و رشته های FRP سازه های بتنی پیش تنیده است که در حال حاضر بیشتر در مهندسی پل استفاده می شود. آلمان اولین پل جاده بتنی پیش تنیده با الیاف شیشه ای را در سال 1986 در دوسلدورف در پل اولنبرگ استراس ساخت. این پل از 59 میله پیش تنیده مواد کامپوزیت در دال روبنا استفاده می کند، هر میله از 19 میله الیاف شیشه ای بدون قلیایی (E) با قطر 7.5 میلی متر تشکیل شده است و در مجموع 4 تن GFRP برای کل پل استفاده شده است. . در سال 1991، یک پل بتنی پیش تنیده به طول کلی 80 متر در لودویگشافن با تاندون های CFRP برای پیش تنیدگی جزئی ساخته شد. آرماتور FRP، بتن آرماتور FRP، قطعات کامپوزیت لوله FRP و ... در حال حاضر مهمترین استانداردهای طراحی مصالح FRP در زمینه مهندسی عمران می باشد. Pulwell دارای 25 سال تجربه در فرآیند تولید مواد کامپوزیت تقویت شده با FRP است و دارای تعداد زیادی موارد مهندسی و تجربه ساخت و ساز است.
ساختار کامپوزیت شبکه بتن FRP
شبکه FRP یک شبکه کلی است که از آغشته کردن الیاف پیوسته با کارایی بالا مانند فیبر کربن و فیبر شیشه در یک رزین با مقاومت در برابر خوردگی خوب تشکیل شده است. الیاف پس از نفوذ و پخت توسط رزین، استحکام و سفتی بالاتری دارد که با انعطاف پذیری بافت و شکل دهی متفاوت است. توری (شکل 3).
استفاده از شبکه FRP آسان، ساده و سریع ساخته می شود. می تواند جایگزین میله های فولادی در سازه های بتنی جدید شود. مخصوصاً برای دیوارها و اسلب ها مناسب است. این ماده زمانی که تحت شرایط خاص اعمال می شود به یک ماده اولیه تبدیل می شود و می تواند یک سیستم جدید را تشکیل دهد. این فقط مکملی برای مواد سنتی FRP نیست.
شکل 3 شبکه CFRP
کاربرد مهندسی مواد شبکه FRP در دهه 1980 آغاز شد. ژاپن در ابتدا از شبکه های فیبر شیشه ای برای تقویت ساختار استفاده کرد و سپس شبکه های فیبر کربن به سرعت توسعه یافتند و میزان کاربردهای مهندسی به سرعت افزایش یافت. به طور گسترده ای در تونل ها و هواپیماها استفاده شده است. باند، پیش بند، پل ها، بزرگراه ها، ساختمان ها، خندق ها و بسیاری دیگر از پروژه های ساختمانی و تقویتی جدید.
به عنوان مثال در ساخت سازه های زیرزمینی، سپر تونلی و غیره می توان از شبکه های FRP به عنوان آرماتور تحت تنش و بتن برای تشکیل یک دیوار پیوسته زیرزمینی استفاده کرد. هنگامی که عملیات ساخت و ساز ماشین سپر با دیوار پیوسته مواجه می شود، می توان آن را مستقیما برش داد. نیازی به برش دستی مانند هنگام مواجهه با دیوارهای بتن مسلح ندارد که باعث صرفه جویی زیادی در نیروی انسانی و زمان می شود و خطرات ساخت و ساز را کاهش می دهد (شکل 4).
شکل 4 شبکه CFRP مورد استفاده در مهندسی تونل
علاوه بر این، مش FRP سبک وزن و اساساً نازک است، به راحتی به اشکال مختلف پردازش می شود و می تواند به عنوان ماده اصلی تحمل کننده تنش برای قطعات پیش ساخته استفاده شود و به ویژه برای تولید قطعات پیش ساخته مانند صفحات مناسب است. لوله ها و سازه های محفظه در حال حاضر محصولات پیش ساخته FRP مرتبط ترویج و اعمال شده است.
محصولات پیش ساخته شبکه CFRP
سازه کامپوزیت لوله-بتن FRP
لوله FRP یک پوسته چند لایه با الیاف چند جهته است. به روش سیم پیچی، روش ریخته گری گریز از مرکز و روش پالتروژن ساخته می شود. فیبر را می توان در جهت حلقه یا ± α درجه با جهت حلقه قرار داد (شکل 5).
ریختن بتن در لوله های FRP می تواند اجزای کامپوزیت لوله-بتن FRP را تشکیل دهد، مشابه بتن لوله فولادی، اجزای لوله-بتن FRP به طور کلی دو شکل دارند: اجزای بتنی لوله گرد FRP و اجزای بتنی لوله مربعی FRP.
شکل 5 لوله FRP
لوله-بتن FRP عملکرد لرزه ای بالایی دارد. می توان آن را بدون آرماتور یا کاهش آن طراحی کرد و در طول ساخت نیازی به قالب بندی نیست. لوله از نظر کیفیت سبک و ساخت آسان و سریع است که می تواند حجم کار و هزینه ساخت را کاهش دهد. لوله-بتن FRP در برابر خوردگی مقاوم است و می توان برای مدت طولانی زیر آب از آن استفاده کرد. به ویژه برای استفاده در سازه های هیدرولیک و مهندسی دریایی مناسب است. هزینه نگهداری آن کم است و مزایای اقتصادی بلندمدت آن مزایای آشکاری دارد (شکل 6).
شکل 6 شمع لوله FRP در حال ساخت
اجزاء و ساختارهای FRP
علاوه بر استفاده در ترکیب با بتن، مواد FRP می توانند به طور مستقل به عنوان اعضای سازه ای نیز مورد استفاده قرار گیرند یا حتی یک سازه FRP کامل را تشکیل دهند.
سقف FRP
در دهه 1960، انگلستان شروع به تولید سازه های سقف مرکب GFRP کرده بود که برای ساخت و استفاده به خاورمیانه و شمال آفریقا ارسال می شد. در سال 1968، یک ساختار گنبدی با استفاده از پانلهای ساندویچ GFRP و اسکلتهای آلومینیومی در بنگاژی، لیبی ساخته شد. در سال 1972، Alian Chieftain فرودگاه بین المللی دبی از سقف چتری GFRP استفاده کرد. در دهه های 1970 و 1980، برخی از ساختمان ها در انگلستان از GFRP به عنوان اجزای باربر یا نیمه باربر به غیر از تیرها و ستون ها استفاده می کردند. در سال 1974، اولین ساختمان تمام کامپوزیت در لنکاوی، انگلستان، با ساختار فضایی متشکل از اهرام مثلثی تکمیل شد.
در سال 1994، پل باند میل ساخته شده در انگلستان از پروفیل های pultruded GFRP تشکیل شد. این یک پل متحرک است که می تواند از یک کامیون 40 تنی عبور کند. در سال 1996، راسل، کانزاس، ایالات متحده، اولین پل جاده ای را با استفاده از دال های عرشه FRP برپا کرد. در کمتر از ده سال از آن زمان، ده ها پل کوچک و متوسط با استفاده از عرشه های FRP در ایالات متحده وجود داشته است.
شکل 7 عرشه پل FRP در حال ساخت
ساختار کامل FRP در مهندسی پل نیز استفاده شده است. عمر تئوری سازه می تواند به صدها سال برسد و می توان آن را در طول سرویس رایگان حفظ کرد. در سال های اخیر در اروپا بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در حال حاضر صدها سازه FRP در مقیاس کوچک ساخته شده است. پل عابر پیاده و پل منظره. به عنوان مثال، اولین پل سازه کامل FRP جهان - پل عابر پیاده آبرفلدی در اسکاتلند، با طول کلی 113 متر و دهانه اصلی 63 متر، یک سیستم کابلی با دو برج و دو هواپیمای کابلی است. برجها، تیرها و عرشههای پل نردهها و نردهها همگی از پروفیلهای pultruded GFRP ساخته شدهاند که در کارخانه از قبل ساخته شدهاند. کابل های پل از فیبر آرامید کولار ساخته شده اند. نصب کامل سایت پل تنها 6 هفته طول می کشد. ایالات متحده، ژاپن، چین و سایر کشورها نیز با موفقیت مجموعه ای از پل های عابر پیاده با ساختار کامل FRP ساخته اند.
کاربرد FRP در مهندسی اقیانوس
در استراتژی پیشبرد توسعه منابع دریایی، ساخت زیرساختهای حملونقل دریایی حوزههای بسیاری از جمله بنادر و اسکلهها، سکوهای دریایی، ساختوسازهای مهندسی جزایر و صخرهها و پلهای عبوری از دریا را در بر میگیرد. در حال حاضر بیشتر این تاسیسات سازه های بتن آرمه و سازه های فلزی است. محیط یک محیط خورنده بسیار خشن است و دوام سازههای بتن مسلح سنتی و سازههای فولادی با آزمایشهای سختی در این محیط مواجه است. با توجه به الزامات فنی مختلف ساخت و ساز مهندسی دریایی، مصالح سازه ای باید دارای ویژگی های جامعی مانند استحکام بالا، چگالی کم، دوام بالا، شکل دهی آسان، ساخت راحت و غیره باشند و مواد FRP دارای موارد فوق از طریق تعداد زیادی ثابت شده است. کاربردهای تحقیقاتی و مهندسی الزامات عملکرد انتخاب خوبی برای حل بسیاری از مشکلات در دوام مواد و فناوری ساخت و ساز در ساخت و ساز مهندسی دریایی است. علاوه بر این، برای ساخت جزایر و صخره های دورافتاده، می توان از مواد FRP در ترکیب با آب دریا و بتن شن و ماسه دریا (ماسه مرجانی) برای تشکیل ساختار کامپوزیتی بتن ماسه دریایی FRP-آب دریا استفاده کرد که اساساً مشکل به دست آوردن مصالح را حل می کند. در محل و حمل و نقل پروژه را تا حد زیادی کاهش می دهد. هزینه و هزینه ساخت.
نتایجی که اظهار شده
تحقیقات کاربردی FRP در مهندسی عمران در حال حاضر موضوعی داغ در زمینه مهندسی عمران است. مواد FRP علاوه بر تقویت سازه های موجود و برخی کاربردهای ساده، کاربردهای گسترده تری نیز دارند. Pulwell با توجه به تقاضای بازار، ما به توسعه و تحقیق در مورد آخرین برنامه های کاربردی FRP برای تولید مواد کامپوزیتی با کیفیت بالا ادامه می دهیم. از آنجایی که بسیاری از کشورها الزامات بالاتر و بالاتری برای ایمنی و عمر مفید سازهها در ساخت زیرساختها و ساختمانهای اصلی در صنایع مختلف دارند، تقاضا برای مصالح ساختمانی جدید با کارایی بالا که توسط FRP نشان داده میشود، روز به روز ضروریتر میشود. من معتقدم در آینده نزدیک، استفاده از FRP در ساختارهای جدید به یک صنعت نوظهور با شتاب توسعه قوی و ظرفیت بازار عظیم تبدیل خواهد شد.
برای اطلاعات بیشتر در مورد مواد FRP، لطفا با ما در info@gfrp-china.com تماس بگیرید.
