وال مش و ارتباط آن با سیستم FRCM
سیستم وال مش از نظر فلسفه تقویت و منطق عملکرد، بر پایه اصول سیستم FRCM (ماتریس سیمانی تقویتشده با شبکه الیاف) شکل گرفته است. در روش FRCM، توری یا مش الیاف به صورت نواری یا سرتاسری در بستر ملات سیمانی یا آهکی بر روی دیوار یا عضو بنایی اجرا می شود تا ظرفیت مکانیکی آن افزایش یابد. در این سیستم، الیاف با تحمل تنش های کششی، نقش اصلی را در افزایش مقاومت خمشی، کنترل ترک خوردگی و بهبود شکل پذیری اعضای بنایی ایفا می کنند.
وال مش نیز دقیقاً بر همین منطق استوار است، با این تفاوت که به صورت هدفمند و تخصصی برای بهبود عملکرد دیوارهای غیر سازه ای در برابر نیرو های جانبی خارج از صفحه توسعه یافته است. در این روش، نوارهای مش الیافی به دیوار بلوکی یا آجری کمک میکنند تا تنش های کششی ناشی از خمش خارج از صفحه و تغییرمکان های جانبی را بهتر تحمل کند.
در هر دو سیستم وال مش و FRCM، شبکه الیاف عنصر اصلی مقاوم در برابر کشش است و ملات یا لایه پوششی، با ایجاد پیوستگی مناسب بین دیوار و الیاف، نیرو های وارد بر دیوار را به شبکه الیافی منتقل می کند. نتیجه این همکاری، تغییر رفتار دیوار از حالت ترد و شکننده به رفتاری شکل پذیر و قابل کنترل در برابر ترک است، رفتاری که در مواجهه با بارهای جانبی مانند زلزله و باد اهمیت ویژه ای دارد.
در مجموع، می توان وال مش را نوعی نسخه ساده سازی شده و کاربرد محور از سیستم FRCM دانست که با تمرکز ویژه بر مهار دیواری های غیر سازه ای در برابر نیرو های خارج از صفحه طراحی و اجرا می شود.
بررسی میدانی دیوارهای مسلح به شبکه الیاف چگونه انجام میشود؟
مطالعات میدانی، به آزمایش ها و پایش های عملی گفته می شود که برای بررسی عملکرد واقعی دیوارهای بنایی در شرایط نزدیک به واقعیت انجام میگیرد. در دیوارهای مسلح به FRCM و وال مش، این بررسی ها معمولاً شامل آزمایش میز لرزان، بارگذاری خارج از صفحه، اندازهگیری جابجایی و شتاب، و پایش ترک ها و گسیختگی ها است. هدف اصلی، سنجش رفتار لرزه ای، ظرفیت باربری، شکلپذیری و میزان مقاومت دیوار به ترک در مواجهه با بارهای جانبی است.
پارامترهای کلیدی شامل شتاب آستانه خرابی، جابجایی ها، الگوی ترک ها و نوع گسیختگی می باشند. در این آزمایش ها، شبکه الیاف FRCM یا وال مش با توزیع یکنواخت تنش ها، از تمرکز نیرو و ریزش ناگهانی دیوار جلوگیری میکند. نتایج این مطالعات، نه تنها اثربخشی FRCM و وال مش را نشان می دهد، بلکه به مهندسین کمک میکند تا طراحی لرزه ای دیوارها را بهینه کرده، جزئیات اجرایی را دقیق تر تعیین کنند و رفتار واقعی سازه را پیش بینی نمایند.
مطالعات میز لرزان روی دیوارهای مسلح به وال مش و FRCM
بررسی و مطالعات نتایج آزمایش میز لرزان نشان می دهد که استفاده از کامپوزیت FRCM در دیوارهای بنایی و بلوکی، تأثیر قابل توجهی بر بهبود عملکرد لرزه ای دارد. این آزمایش ها عمدتاً با هدف بررسی رفتار خارج از صفحه دیوارها تحت شتاب های لرزه ای فزاینده انجام می شوند و معیارهایی نظیر شتاب آستانه خرابی، تغییر مکان، الگوی ترک خوردگی و نحوه گسیختگی مورد ارزیابی قرار می گیرد.
بررسی ها نشان می دهد که دیوارهای مسلح شده با شبکه الیاف در مقایسه با دیوارهای معمولی، قادرند شتاب های لرزه ای بالاتری را بدون فرو ریزش تحمل کنند. در واقع، رفتار دیوار از گسیختگی ناگهانی و ترد به رفتاری تدریجی و شکل پذیر تغییر می یابد. حضور شبکه الیاف در بستر ملات، با کنترل بازشدگی ترک ها و توزیع یکنواخت تنش های کششی، از تمرکز تنش و ناپایداری سریع دیوار جلوگیری میکند.
از آنجا که وال مش همانند FRCM عمل میکند، می توان نتایج آزمایش میز لرزان FRCM را به رفتار لرزهای دیوارهای بلوکی دارای وال مش تعمیم داد. هر دو این سیستم ها به طور مؤثر خطر ترک خوردگی و ریزش ناگهانی دیوارها را کاهش می دهند و عملکرد لرزه ای ساختمان را بهبود می بخشند.
آزمایش میز لرزان چیست و چگونه انجام میشود؟
آزمایش میز لرزان، روشی برای شبیه سازی زمین لرزه و بررسی رفتار دیوارها و سازه ها در شرایط واقعی زلزله است. در این آزمایش، نمونه دیوار روی یک میز متحرک قرار میگیرد و همزمان سنسورها برای ثبت شتاب و جابجایی نصب می شوند، سپس شتاب ها و حرکت های افقی و عمودی مشابه نیروی زلزله به دیوار وارد می شود. با اعمال بارگذاری تدریجی، داده هایی مانند جابجایی ها، الگوی ترک خوردگی، شتاب ها و نوع گسیختگی جمع آوری می شود تا مشخص شود دیوار چگونه و تا چه حد بارهای لرزه ای را تحمل میکند.
اطلاعات این آزمایش به مهندسین کمک میکند تا ظرفیت واقعی دیوارها در برابر زلزله، نقاط ضعف احتمالی و نیازهای تقویتی را پیش بینی کنند و بر اساس آن، طراحی و اجرای دیوارهای غیرسازهای مقاوم و ایمنتر را برنامهریزی کنند.
بررسی نتایج آزمایش میز لرزان نشان می دهد که ترکیب شبکه الیاف و پلاستر سیمانی یا گچی، یک کامپوزیت مقاوم روی دیوارهای غیرسازه ای ایجاد میکند که دیوار را با قدرت در برابر زلزله مهار کرده و رفتار لرزهای آن را بهبود می بخشد.
نتایج آزمایشات میدانی FRCM و وال مش روی دیوار با مقیاس واقعی
نتایج آزمایشات میدانی FRCM و وال مش بر روی دیوار با مقیاس واقعی نشان می دهد که این سیستم ها رفتار لرزه ای دیوارها را به شکل قابل توجهی بهبود می بخشند. داده های به دست آمده از این بررسی ها، شامل الگوی ترک خوردگی، میزان جابجایی خارج از صفحه، ظرفیت تحمل شتاب های جانبی، شکل پذیری و نحوه گسیختگی دیوار است. استفاده از شبکه الیافی یا توری فایبرگلاس همراه با ملات سیمانی یا گچی، با افزایش مقاومت کششی و ظرفیت خمشی، باعث کنترل ترک ها، توزیع یکنواخت تنش ها و جلوگیری از گسیختگی ناگهانی و فروریزش دیوار می شود. نتایج میدانی نشان می دهد که FRCM قادر است رفتار دیوار را هم در داخل و هم خارج از صفحه بهبود دهد، در حالی که وال مش به صورت تخصصی بر مهار خارج از صفحه دیوارهای غیر سازه ای تمرکز دارد. این مجموعه داده ها به مهندسین امکان می دهد عملکرد واقعی دیوار را پیش بینی کرده، فرضیات طراحی را واقع بینانه تر تنظیم کنند و جزئیات اجرایی را در یک چارچوب ایمن و قابل کنترل بهینه سازی نمایند.
مقایسه عملکرد دیوار قبل و بعد از تقویت طبق بررسی های میدانی
مطالعات میدانی نشان می دهد که مسلح سازی دیوار ها با ملات تقویت شده با شبکه الیاف باعث بهبود قابل توجه رفتار مکانیکی آن ها در برابر نیروهای مختلف می شود. دیوارها پیش از تقویت معمولاً مقاومت محدودی در برابر نیروهای خمشی و برشی دارند و مستعد ترک خوردگی، جدا شدن لایه ها و آسیب موضعی هستند. اما پس از تقویت، اتصال مصالح دیوار بهبود یافته، مقاومت خمشی و برشی آن افزایش می یابد و دیوارها رفتار یکپارچهتری از خود نشان میدهند. در نتیجه، دوام و پایداری دیوارها در برابر بارهای جانبی و فشارهای وارده ارتقا یافته و احتمال شکست موضعی به طور چشمگیری کاهش مییابد.
| ویژگی | دیوار قبل از تقویت | دیوار بعد از تقویت (با ملات سیمانی تقویت شده با شبکه الیاف) |
| مقاومت خمشی | محدود، مستعد ترکخوردگی سریع | افزایش یافته، رفتار خمشی یکنواخت و مقاوم |
| مقاومت برشی | پایین، احتمال شکست برشی بالا | افزایش یافته، انتقال نیروهای برشی یکنواختتر |
| پایداری مصالح و اتصال لایهها | ضعیف، احتمال جدا شدن لایهها | تثبیت بهتر مصالح، اتصال قویتر بین لایهها |
| رفتار در برابر بارهای جانبی | غیر یکپارچه، آسیب موضعی محتمل | یکپارچه، شکلپذیرتر و مقاومتر، ترکخوردگی محدود |
| مقاومت درونصفحه و برونصفحه | پایین | بهبود چشمگیر، عملکرد بهتر در برابر نیروهای افقی |
| دوام و طول عمر دیوار | کم، نیاز به تعمیرات مکرر | افزایش یافته، نیاز کمتر به تعمیرات |
8 مورد از مطالعات میدانی FRCM در پروژه های واقعی
در این بخش، چند نمونه از پروژه های واقعی که در آن ها از سیستم مسلح سازی دیوار با شبکه الیاف استفاده شده است، آورده ایم تا نتایج مطالعات میدانی آنها را بررسی کنیم. این مطالعات میدانی نشان می دهد چگونه تقویت دیوارهای بنایی با این روش عملکرد سازه را بهبود می بخشد و ایمنی سازهها در برابر بارهای جانبی افزایش مییابد.
- تقویت دیوارهای آجری در میلان: در یک پروژه بازسازی ساختمان آجری آسیب دیده در میلان ایتالیا، برای تقویت درون صفحه ای و برون صفحه ای، سطح دیوار با توری الیاف شیشه و پلاستر پایه آهکی پوشش داده شد. همچنین میلگرد هایی با استفاده از تزریق گروت هیدرولیک-آهکی در دیوار کاشته شدند تا اتصال مکانیکی بین پوشش FRCM و دیوار افزایش یابد، مقاومت برشی و خمشی موضعی دیوار ارتقا یابد و از جدا شدن لایه های آجر و ترک خوردگی جلوگیری شود. FRCM به همراه این میلگردها، رفتار کلی دیوار را یکپارچه تر کرده و عملکرد آن در برابر بارهای افقی و نیروهای زلزله بهبود داده است.
- تقویت دیوارهای سنگی در لاکویلا: هدف اصلی، افزایش مقاومت خمشی و برشی دیوارها در برابر بارهای جانبی بود. برای این کار از SRG فولادی یکجهته روی ملات پایه آهکی استفاده شد و نوارها به صورت افقی و عمودی با کانکتورهای مکانیکی نصب شدند تا دیوارها به هم متصل شوند و اتصال عرضی بین دیوارها ایجاد شود. به عبارتی هم مشخصات مکانیکی دیوارها تقویت شد و هم اتصال بین بخشهای مختلف دیوار برقرار شد تا رفتار کلی دیوار در برابر زلزله بهبود یابد.
- تقویت دیوارهای بنایی کازینو چیولینا، لاکویلا: در پروژه کازینو چیولینا، لاکویلا، هدف اصلی بهبود رفتار درون صفحه دیوارهای بنایی بود. از این رو، در این پروژه از FRCM استفاده شد. مش فایبرگلاس همراه با یک ملات آهکی، بر روی سطح دیوارهای بنایی اجرا شد. این کامپوزیت قوی، مقاومت برشی دیوار و استحکام درون صفحه آن را افزایش داد و رفتار دیوار در برابر بارهای افقی (درون صفحه) را ارتقا داد و از ترکخوردگی و شکست موضعی دیوار در برابر بارهای افقی جلوگیری کرد.
- تقویت دیوارهای توف با مش آرمید در ایتالیا: در این پروژه، دیوارهای توف بسیار شکننده و آسیب دیده بود. از این رو به وسیله سیستم شبکه الیاف از جنس آرامید و یک ملات پایه آهکی پوشش داده شد تا مقاومت خمشی و برشی دیوار افزایش پیدا کند و از حالت ترد و شکننده به حالت شکل پذیر تبدیل شد تا از شکست موضعی در آن جلوگیری شود. با این روش دیوار هم در برابر نیروهای جانبی و هم فشارهای وارده مقاوم تر شد.
- تقویت دیوارهای بنایی با مش کربن در ایتالیا: در این پروژه، سطح دیوارهای بنایی به وسیله شبکه کربن و ملات سیمانی-پوزولانی پوشش داده شد تا مقاومت درون صفحه ای دیوارها افزایش یابد. هدف این بود که دیوارها در برابر بارهای افقی مثل زلزله مقاوم تر شوند و ترکهای احتمالی کاهش پیدا کند.
- تقویت دیوارهای داخلی با FRCM/SRG در ایتالیا: در یک ساختمان بنایی قدیمی، برای ادامه بهرهبرداری و افزایش ایمنی، دیوارهای باربر داخلی نیاز به تقویت داشتند. سطح این دیوارها با شبکههای الیاف آرامید، شیشه یا کربن پوشش داده شد تا مقاومت خمشی و برشی آنها افزایش یابد. این تقویت نهتنها رفتار مکانیکی دیوارها را بهبود داد، بلکه از ترکخوردگی و آسیب موضعی جلوگیری کرد و دوام و پایداری سازه را در برابر بارهای جانبی افزایش داد.
- تقویت سازه تاریخی در سان مارینو: در پروژه تقویت سازه تاریخی در سان مارینو، هدف اصلی تقویت دیوارهای باربر ساختمان بود. این دیوارها به دلیل سن بالا و آسیبهای ناشی از زمان و بارهای جانبی (مثل زلزله) نیاز به پایداری بیشتر داشتند. روش اجرا این بود که دیوارها به توری فولادی گالوانیزه بسیار مقاوم مسلح شد. توری فولادی هم به صورت عمودی و افقی بر روی دیوارها در هر طبقه نصب شدند تا دیوارها را به هم متصل کنند و از جدا شدن یا شکست موضعی جلوگیری شود. این روش نه تنها اتصال بین دیوارها را ایجاد کرد، بلکه مقاومت خمشی و برشی دیوارها را هم افزایش داد و شکست موضعی محدود شد. دیوارها به شکل یکپارچه رفتار کردند، اتصال بین دیوارها حفظ شد و پاسخ کلی سازه در برابر زلزله بهبود یافت.
- تقویت دیوارهای ساختمان مسکونی در سان پروسپرو: در این پروژه، دو دیوار نما (دیوارهای بیرونی ساختمان که باربر نیستند ولی ممکن است در اثر زلزله یا نیروهای جانبی تکان بخورند) کنار هم بودند. برای اینکه این دیوارها جدا از هم نلغزند یا واژگون نشوند، روی آن ها نوارهای مش الیاف کربن نصب کردند. نوارها هم روی هر دیوار و هم به صورت افقی بین دو دیوار کشیده شدند تا دیوارها به هم متصل شده و پایداری بیشتری پیدا کنند.