آیا می‌دانستید که میلگردهای پلیمری تقویت‌شده با فیبر (FRP) می‌توانند جایگزینی سبک، مقاوم و ضدخوردگی برای فولاد در ستون‌های بتن مسلح باشند؟ این فناوری نوین، به‌ویژه در محیط‌های خورنده یا مکان‌هایی که تجهیزات حساس به میدان‌های الکترومغناطیسی مانند MRI وجود دارند، کاربرد چشمگیری دارد.

با این حال، استفاده از FRP به‌عنوان آرماتور طولی در ستون‌های فشاری هنوز در کدهای طراحی رسمی، از جمله استاندارد ACI 440.1R-06، پوشش داده نشده است. این محدودیت باعث شده پژوهشگران و مهندسان به بررسی دقیق رفتار ستون‌های FRP-RC بپردازند تا بتوانند دستورالعمل‌های امن و عملی برای طراحی ارائه دهند.

انواع میلگرد FRP و تحقیقات تجربی

1. میلگرد شیشه‌ای (GFRP)

GFRP پرکاربردترین نوع میلگرد FRP برای اعضای بتن مسلح است. مطالعات تجربی متعدد (Paramanantham 1993؛ Alsayed و همکاران 1999؛ De Luca و همکاران 2009، 2010؛ Issa و همکاران 2011؛ Deiveegan و Kumaran 2009، 2011) رفتار فشاری ستون‌های RC با آرماتور طولی GFRP را بررسی کرده‌اند.
نتیجه کلی این تحقیقات نشان می‌دهد که ستون‌های GFRP-RC کاربردپذیر و ایمن هستند، اگرچه محدودیت‌های طراحی باید در نظر گرفته شود.

2. میلگرد آرامید (AFRP)

Kawaguchi (1993) دوازده عضو بتنی با AFRP را تحت بارگذاری اریب بررسی کرد و نتیجه گرفت که ستون‌های AFRP-RC می‌توانند مشابه ستون‌های فولادی-RC تحلیل شوند.
همچنین، Fukuyama و همکاران (1995) یک قاب نیمه‌مقیاس سه‌طبقه AFRP-RC را تحت بارگذاری شبه‌استاتیک آزمایش کردند. این قاب تا زاویه انحراف 1/50 رادیان به‌صورت الاستیک باقی ماند و پس از گسیختگی برخی میلگردها، کاهش قابل توجهی در مقاومت مشاهده نشد، که نشان‌دهنده پایداری بالای سیستم بود.

3. میلگرد کربنی (CFRP)

Kobayashi و Fujisaki (1995) ستون‌هایی با شبکه CFRP را آزمایش کردند و نشان دادند که سازگاری کرنش تا خرد شدن بتن حفظ می‌شود. بعدها، Grira و Saatcioglu (1999) شبکه‌های CFRP را به‌عنوان آرماتور عرضی تحت بارگذاری چرخه‌ای استفاده کردند و عملکرد آنها با ستون‌های فولادی قابل مقایسه بود.

مزایای FRP-RC

استفاده از FRP در ستون‌ها چندین مزیت دارد:

  • مقاومت بالا در برابر خوردگی: ایده‌آل برای محیط‌های ساحلی و صنعتی

  • وزن کمتر نسبت به میلگرد فولادی: نصب آسان و کاهش بار مرده سازه

  • شفافیت الکترومغناطیسی: مناسب ساختمان‌هایی با تجهیزات حساس مانند MRI

  • طول عمر بالا و نگهداری کم: اقتصادی در بلندمدت

محدودیت‌ها و توصیه‌های طراحی

با توجه به نو بودن فناوری FRP-RC برای ستون‌ها، محدودیت‌هایی مشابه آنچه در ACI 314-11 ذکر شده است، پیشنهاد می‌شود:

  • ساختمان‌های کم‌ارتفاع: توصیه می‌شود برای ساختمان‌های حداکثر پنج طبقه و یک طبقه زیرزمین استفاده شود.

  • مناطق زلزله‌خیز: دستورالعمل‌های فعلی برای این مناطق قابل استفاده نیستند.

  • داده‌های تجربی محدود: آزمایش‌های بیشتری لازم است تا طراحی در شرایط پیچیده و بارگذاری دینامیک ممکن شود.

ستون‌های FRP-RC، به‌ویژه با میلگردهای GFRP، AFRP و CFRP، می‌توانند آینده بتن مسلح در ساختمان‌های کم‌ارتفاع و محیط‌های خورنده یا حساس به میدان‌های مغناطیسی باشند. آنها سبک، مقاوم در برابر خوردگی و طول عمر بالا دارند و با دستورالعمل‌های مناسب می‌توانند جایگزین بخشی از میلگرد فولادی شوند.

با انجام آزمایش‌ها و تحلیل‌های بیشتر، محدودیت‌های فعلی می‌تواند کاهش یابد و استفاده از FRP-RC در نسل بعدی کدهای طراحی رسمی شود. این فناوری نوین فرصت‌های جدیدی برای مهندسان سازه فراهم می‌کند تا ساختمان‌هایی ایمن، پایدار و بهینه طراحی کنند.

■■برگرفته از مقاله دکتر هانی جوهر زاده و دکتر آنتونیو نانی■■