مقاوم سازی سازه های فلزی

 1. ارزیابی وضعیت فعلی سازه فلزی

پیش از هرگونه عملیات مقاوم سازی، ارزیابی دقیق وضعیت سازه ضروری است. در این مرحله، باید اطلاعاتی درباره نوع سیستم سازه‌ای، کیفیت مصالح، وضعیت اتصالات، نوع بارگذاری، و تغییرات احتمالی کاربری جمع‌آوری شود. همچنین بازرسی چشمی، آزمون‌های غیرمخرب مانند تست فراصوت و مغناطیسی، و تحلیل عددی سازه کمک می‌کنند تا نقاط ضعف و ریسک‌های محتمل شناسایی گردند. خروجی این مرحله، نقشه‌ای از آسیب‌ها، نیازهای مقاوم‌سازی و اولویت‌بندی اقدامات آتی خواهد بود.

2. مقاوم سازی با استفاده از بادبندهای فلزی جدید

بادبندها یکی از روش‌های کلاسیک و مؤثر در بهبود عملکرد لرزه‌ای سازه‌ها هستند. نصب بادبندهای فلزی به قاب‌های سازه موجب افزایش سختی و کاهش تغییر مکان جانبی می‌شود. این بادبندها می‌توانند به صورت قطری، شورون (V یا Inverted V)، X شکل یا K شکل طراحی شوند. انتخاب نوع بادبند بسته به معماری، محدودیت فضا و تحلیل سازه‌ای انجام می‌شود. بادبندهای جدید معمولاً با پیچ‌های مقاوم یا جوش کامل به اتصالات متصل شده و با در نظر گرفتن محل تمرکز نیرو، سختی قابل توجهی به سازه می‌دهند.

3. مقاوم سازی با ورق‌های تقویتی (Plates)

در این روش، ورق‌های فولادی با ضخامت مناسب روی اعضای موجود جوش یا پیچ می‌شوند. این ورق‌ها می‌توانند روی بال تیرها برای افزایش مقاومت خمشی، یا روی جان آن‌ها برای افزایش ظرفیت برشی استفاده شوند. استفاده از این روش نیازمند بررسی دقیق اثر حرارت جوش بر روی عضو اصلی و کنترل کیفیت اتصالات است. در بسیاری از موارد، اضافه کردن ورق به ستون‌ها به منظور جلوگیری از کمانش موضعی نیز کاربرد دارد.

4. مقاوم سازی با FRP (پلیمرهای تقویت‌شده با الیاف)

این روش یک راهکار نوین و سبک برای مقاوم‌سازی اعضای سازه‌ای است. FRP معمولاً به صورت ورق یا لمینت روی سطح خارجی عضو چسبانده می‌شود. این الیاف می‌توانند از نوع کربن، شیشه یا آرامید باشند که هر یک خواص مکانیکی و مقاومت متفاوتی دارند. مزیت اصلی استفاده از FRP، وزن بسیار پایین، عدم ایجاد بار اضافه و مقاومت بالا در برابر خوردگی است. FRP علاوه بر افزایش مقاومت، ظاهر سازه را نیز حفظ می‌کند.

5. مقاوم سازی با مقاطع فولادی جدید (Encasement)

این روش زمانی کاربرد دارد که عضو موجود ظرفیت باربری لازم را نداشته یا آسیب دیده باشد. در این حالت، مقاطع جدید به صورت پوششی یا جانبی به عضو متصل می‌شوند. به عنوان مثال، در ستون‌های فلزی می‌توان از ورق‌های فولادی یا مقاطع پروفیلی به صورت جعبه‌ای یا قوطی برای احاطه ستون استفاده کرد. این ترکیب باعث افزایش چشمگیر مقاومت فشاری و خمشی می‌شود. همچنین، اتصالات باید به گونه‌ای طراحی شوند که همگرا با عملکرد عضو اصلی باشند.

6. استفاده از میراگرهای انرژی (Dampers)

میراگرها تجهیزاتی هستند که انرژی ناشی از زلزله را جذب و مستهلک می‌کنند. این تجهیزات در محل‌های کلیدی نصب می‌شوند و باعث کاهش پاسخ دینامیکی سازه می‌گردند. میراگرهای ویسکوز (بر پایه سیالات)، میراگرهای اصطکاکی و میراگرهای فلزی تسلیم‌شونده (Y-shaped یا X-shaped) از رایج‌ترین انواع آن هستند. استفاده از میراگرها باعث کاهش تغییرمکان نسبی طبقات و افزایش پایداری می‌شود.

7. مقاوم سازی اتصالات سازه‌ای

اتصالات ضعیف یکی از علل اصلی خرابی در سازه‌های فلزی هستند. مقاوم سازی اتصالات شامل تقویت صفحات اتصال، استفاده از پیچ‌های با مقاومت بالا، افزایش تعداد اتصالات جوشی و افزایش ضخامت صفحات می‌شود. همچنین، در سازه‌های دارای اتصالات ساده می‌توان آن‌ها را به نیمه‌صلب یا صلب ارتقا داد که عملکرد کلی قاب را بهبود می‌بخشد. اصلاح اتصالات نیازمند تحلیل دقیق توزیع نیرو و طراحی جزئیات اجرایی است.

8. مقاوم سازی با افزودن ستون یا تیر جدید

در برخی مواقع، نیاز به افزایش ظرفیت باربری به دلیل تغییر کاربری یا افزایش طبقات وجود دارد. افزودن اعضای جدید مانند ستون‌های موازی یا تیرهای مضاعف به بهبود توزیع بار کمک می‌کند. این اعضای اضافه باید با دقت به سازه اصلی متصل شوند تا انتقال صحیح نیرو صورت گیرد. برای طراحی این اعضا باید تحلیل بارهای جدید، اثرات اندرکنش و محدودیت‌های اجرایی بررسی شوند.

9. مقاوم سازی با تغییر سیستم باربر جانبی

اگر سیستم موجود کارایی لازم را ندارد، ممکن است نیاز باشد به طور کامل سیستم باربر جانبی تغییر کند. برای مثال، تبدیل قاب خمشی به قاب مهاربندی‌شده یا افزودن دیوارهای برشی فولادی می‌تواند سختی جانبی سازه را بهبود دهد. این کار معمولاً با مداخله جدی در ساختار همراه بوده و نیاز به تحلیل لرزه‌ای کامل دارد.

10. مقاوم سازی با تزریق اپوکسی

ترک‌های سطحی و موضعی در اعضای فلزی را می‌توان با تزریق رزین اپوکسی ترمیم کرد. این ماده علاوه بر پر کردن ترک، باعث بازگرداندن چسبندگی داخلی و افزایش مقاومت موضعی می‌شود. تزریق باید با فشار کنترل‌شده و توسط تجهیزات خاص صورت گیرد. این روش بیشتر در مرمت موضعی و جلوگیری از رشد ترک استفاده می‌شود.

11. مقاوم سازی در برابر خوردگی

خوردگی باعث کاهش سطح مؤثر مقطع و ضعف سازه‌ای می‌شود. برای مقاوم‌سازی، ابتدا زنگ‌زدایی سطحی انجام می‌شود و سپس پوشش‌های محافظ مانند رنگ‌های اپوکسی، پلی‌اورتان، یا گالوانیزه گرم استفاده می‌گردد. همچنین استفاده از آندهای فداشونده یا حفاظت کاتدی نیز می‌تواند مؤثر باشد. نگهداری دوره‌ای برای اطمینان از دوام طولانی‌مدت الزامی است.

12. مقاوم سازی با افزودن پوشش ضد حریق

دمای بالا ناشی از آتش می‌تواند مقاومت فولاد را به شدت کاهش دهد. پوشش‌های ضد حریق مانند اسپری سیمانی، رنگ‌های منبسط‌شونده یا پوشش‌های معدنی، با ایجاد لایه‌های محافظ در برابر حرارت از افت مقاومت فولاد جلوگیری می‌کنند. این نوع مقاوم‌سازی در ساختمان‌های عمومی، صنعتی و مرتفع کاربرد گسترده دارد.

13. استفاده از مهاربندهای کمانش‌تاب (BRB)

این مهاربندها برای عملکرد متقارن در فشار و کشش طراحی شده‌اند و درون پوشش‌های مخصوصی قرار دارند که از کمانش آن‌ها جلوگیری می‌کند. BRBها باعث افزایش شکل‌پذیری و کاهش تمرکز تنش می‌شوند و از جمله مؤثرترین سیستم‌های مقاوم‌سازی لرزه‌ای محسوب می‌گردند. طراحی و اجرای صحیح این مهاربندها نیازمند تحلیل دینامیکی غیرخطی است.

14. مقاوم سازی با دیوار برشی فولادی

این دیوارها از ورق‌های فولادی و قاب‌های پیرامونی تشکیل شده‌اند و در برابر بارهای جانبی عملکرد بسیار مطلوبی دارند. آن‌ها نه تنها سختی سازه را افزایش می‌دهند بلکه با داشتن ظرفیت بالای شکل‌پذیری، انرژی زلزله را به خوبی مستهلک می‌کنند. نصب این دیوارها نیازمند بررسی دقیق انتقال نیرو به فونداسیون است.

15. کنترل ارتعاشات و بهسازی عملکرد دینامیکی

در سازه‌های خاص نظیر برج‌ها یا پل‌های فلزی، باید ارتعاشات کنترل شود تا از پدیده‌هایی چون تشدید یا نوسانات بلندمدت جلوگیری گردد. نصب جرم‌های تنظیم‌شونده (TMD)، استفاده از میراگرهای پیشرفته، و بهینه‌سازی شکل هندسی، می‌تواند در کنترل پاسخ دینامیکی مؤثر باشد. تحلیل مودال و پاسخ طیفی برای طراحی این سیستم‌ها الزامی است.