لف العمود بألياف زجاجية

طريقة تقوية أعمدة الخرسانة المسلحة هي لفّ ألواح البوليمر المقوى بألياف الكربون حول الأعمدة. خطوات الخرسانة هي كما يلي:

1. يُصمّم طول وعرض كل قطعة قماش وفقًا لارتفاع العمود.

2. يُنظّف سطح عمود الخرسانة المسلحة، ثم يُزال طبقة الجص من سطح الأسطوانة لتنظيفه.

3. يُسوّى سطح العمود، ثم يُوضع المعجون عليه، ثم يُسوّى سطحه.

4. يُدهن غراء القاعدة بالفرشاة.

5. يُوضع اللاصق على اللاصق ويُجفّف باستخدام اللاصق.

6. يُلصق قماش الألياف، ثم يُكشط سطح القماش باستخدام فرشاة بلاستيكية خاصة للحصول على قماش ألياف فسكوزي نافذ.

7. يُلصق الجص.

تتعرض أعمدة الخرسانة المسلحة في الهيكل لضغط محوري وعزم انحناء عند طرف العمود. تحت تأثير الضغط المحوري وعزم الانحناء في نهاية العمود، لا تُنتج الخرسانة في منطقة الضغط تشوهًا محوريًا فحسب، بل تُنتج أيضًا تمددًا عرضيًا بسبب تأثير بواسون. إذا لم يُكبح التمدد الجانبي للخرسانة، فإنها ستتشقق. عند لفّ قماش الألياف على السطح الخارجي للعمود، يُسبب التمدد العرضي للخرسانة إجهاد شد لقماش الألياف في الطبقة الخارجية، والذي بدوره يُفرض قيودًا على الخرسانة لمنع تمددها، مما يُؤدي إلى حالة إجهاد ثلاثية الأبعاد. وبالتالي، تُحسّن قوة الضغط القصوى وأداء التشوه للخرسانة، ويُفعّل أداء التشوه اللدن للتسليح الطولي في منطقة الشد إلى أقصى حد. لذلك، لا يُحسّن قماش الألياف المُلفّ على سطح أعمدة الخرسانة المُسلحة قدرة تحملها فحسب، بل يُحسّن أيضًا ليونتها ومقاومتها للزلازل. العوامل المؤثرة على قدرة تحمل الضغط للأعمدة المقواة بالأعمدة

1. شكل مقطع العمود

عادةً ما تكون أعمدة الخرسانة المسلحة في الهندسة دائرية أو مستطيلة أو مربعة. عند حصر عمود ذي مقطع عرضي دائري بقماش ليفي، يتعرض لشد محيطي، وينشأ ضغط جانبي محصور مستمر على الخرسانة على طول محيط المقطع. عند حصر أعمدة FRP مستطيلة، يؤدي الضغط الجانبي للخرسانة إلى ثني FRP للخارج، مما يوفر أقصى ضغط جانبي عند الزاوية وأدنى ضغط جانبي عند منتصف الحافة. لذلك، تكون الزاوية والقسم المركزي من الخرسانة فقط هما الأكثر تأثرًا بتأثير القوس.

يُشار إلى أن شكل المقطع له تأثير كبير على قدرة التحمل القصوى وقدرتها على التشوه للأعمدة القصيرة، ودرجة التحسن هي عمود أسطواني أو مربع أو مستطيل ذو زاوية بيضاوية، أو عمود مشطوف، أو عمود مربع أو مستطيل بدون زاوية مشطوف من الأعلى إلى الأسفل. لذلك، في الهندسة العملية، يُفضّل استخدام مقطع دائري أو بيضاوي لتغليف الألياف. أما في حالة استخدام مقطع مربع أو مستطيل، فيجب نحت الزاوية القائمة للمقطع إلى زوايا مستديرة، ثم تدعيمها بلفّها بقماش ليفي.

2. أبعاد المقطع المستطيل

تُعدّ نسبة العرض إلى الارتفاع للمقطع المستطيل عاملاً هاماً يؤثر على قدرة تحمل الأعمدة المحورية. يُشار إلى أنه عند تغيير نسبة الطول إلى العرض للخرسانة من 1:1 إلى 6:1، تنخفض زيادة قدرة التحمل من 1.17 إلى 1.08، أي ما يقارب 10%. مع زيادة نسبة الطول إلى العرض إلى حدّ معين، يقلّ تأثير زيادة نسبة الطول إلى العرض على تحسين قدرة التحمل. ويرجع ذلك إلى أن القيود التي يفرضها البلاستيك المقوى بألياف الزجاج (FRP) تتناقص مع زيادة نسبة العرض إلى الارتفاع للمقطع المستطيل، وبالتالي يتناقص تأثير هذه النسبة.

بالإضافة إلى نسبة العرض إلى الارتفاع للمقطع، يؤثر نصف قطر حشوة المقطع أيضاً على قدرة تحمل العمود. كلما زاد نصف قطر الحشوة، زاد ضغط الخرسانة، وتحسنت قدرتها على التحمل. ومع ذلك، فإن نصف قطر الحشوة له تأثير ضئيل على زيادة قدرة التحمل.

3. عدد ملصقات الألياف المستعرضة.

يرجع السبب في قدرة أعمدة الخرسانة المسلحة على تحسين قدرة التحمل والمرونة إلى أن الألياف المستعرضة تُقيّد الخرسانة من قوة أحادية الاتجاه إلى قوة ثلاثية الاتجاهات معقدة، وبالتالي، يزداد عدد طبقات الألياف، ويزداد ضغط الخرسانة، وتزداد قدرتها على الضغط. يمكن ملاحظة أنه كلما صغرت نسبة العرض إلى الارتفاع، زاد تأثير عدد طبقات الترابط.

في الهندسة العملية، يجب تحديد عدد طبقات الألياف المستعرضة.

يتم استخراجها من حسابات التصميم. بالنسبة للأعمدة الخرسانية المسلحة ذات الاختلاف الكبير في الطول والعرض، يصعب تحسين تأثير التسليح بإضافة قماش ليفي، لذا يجب مراعاة طرق أخرى.

4. تأثير الحمل قبل التسليح

عادةً ما يتم التسليح تحت تأثير حمل معين. ما لم تُستخدم دعامات مؤقتة أخرى لنقل مسار نقل الحمل الخارجي، يجب مراعاة تأثير حمل ما قبل التسليح، أي تأثير القوة الثانوية على الأعمدة. قبل تقوية أعمدة الخرسانة المسلحة، تكون الخرسانة في حالة إجهاد ابتدائي تحت تأثير الحمل الخارجي. بعد التسليح، لا يحدث أي تغيير في المقطع المقوى قبل التحميل، ولا في إجهاد المقطع. لذلك، يكون CFRP في حالة إجهاد صفري، وليس له أي تأثير كبح على الخرسانة.

5. زحف الخرسانة

يؤثر زحف الخرسانة أيضًا على قدرة تحمل أعمدة الخرسانة المسلحة وقدرتها على التشوه تحت تأثير الأحمال طويلة المدى. عند دراسة زحف الخرسانة، تكون قدرة تحمل أعمدة الخرسانة المسلحة أقل من مثيلتها في الحالات غير المدروسة، وتكون قدرة التشوه أعلى منها في الحالات غير المدروسة.

بالإضافة إلى ذلك، تؤثر نسبة نحافة أعمدة الخرسانة المسلحة، وقوة ضغط الخرسانة، وتآكل قضبان الفولاذ، والخواص الميكانيكية للبلاستيك المقوى بألياف الزجاج (FRP)، وعوامل أخرى، على قوة ضغط أعمدة الخرسانة المسلحة.