رفتار انکرهدهای کامپوزیتی و پایش با حسگر فیبر براگ نهفته
در پروژههای عمرانی و ژئوتکنیک، یکی از چالشهای مهم مقابله با نیروی شناوری خاک و آب زیرزمینی است. برای این منظور، استفاده از انکر ضد شناوری بهعنوان راهکاری مطمئن و کاربردی رایج شده است. تاکنون بیشتر این انکرها از جنس فولاد ساخته میشدند؛ اما فولاد مشکلاتی مانند خوردگی، وزن زیاد و دشواری در پایش نیروهای داخلی دارد.
در سالهای اخیر، استفاده از میلگردهای پلیمری تقویتشده با الیاف شیشه (GFRP) بهعنوان جایگزینی نوین مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. مقالهای که بهتازگی منتشر شده، به بررسی عملکرد انکر ضد شناوری GFRP در شرایط میدانی و همچنین امکانسنجی استفاده از حسگر فیبر براگ (FBG) برای پایش رفتار آنها پرداخته است. نتایج این تحقیق میتواند مسیر تازهای در طراحی و اجرای پروژههای عمرانی باز کند.
چرا انکرهای GFRP؟
میلگردهای GFRP ویژگیهایی دارند که آنها را نسبت به فولاد برای کاربردهای ژئوتکنیکی متمایز میکند:
مقاومت کششی بالا: قابلیت تحمل بارهای بزرگ کششی.
وزن سبک: حمل و نصب آسانتر در پروژههای سخت.
مقاومت در برابر خوردگی: مناسب برای محیطهای مرطوب یا نمکی.
برشپذیری آسان: در توسعههای آتی، در صورت برخورد با TBM یا ماشینآلات حفاری، بهراحتی بریده میشوند.
این خصوصیات باعث شدهاند GFRP بهویژه در انکرهای موقت یا ضد شناوری یک گزینه ایدهآل باشد.
در این مطالعه، سه انکر ضد شناوری GFRP در بستر گرانیت هوازده نصب و تحت آزمایش بیرونکش (Pullout Test) قرار گرفتند. هدف اصلی، بررسی رفتار واقعی این انکرها در شرایط بهرهبرداری و مقایسه عملکردشان با انکرهای فولادی بود.
علاوه بر این، از حسگر فیبر براگ نهفته (FBG) برای پایش نیروی محوری در طول آزمایشها استفاده شد. این روش نوآورانه اجازه میدهد تا بدون آسیبزدن به ساختار انکر، تغییرات نیرو با دقت بالا ثبت شوند.
۱. دقت بالای حسگر FBG
حسگرهای FBG توانستند نیروی محوری انکرها را در طول آزمایش با دقت کامل ثبت کنند و نرخ بقا ۱۰۰٪ داشتند. این موضوع نشان میدهد که میتوان از این فناوری برای پایش درجا و بلندمدت سازههای ژئوتکنیکی استفاده کرد.
۲. ظرفیت باربری دو برابر فولاد
انکرهای ضد شناوری GFRP به نیروی نهایی بیرونکش ۴۰۰ کیلونیوتن دست یافتند؛ رقمی که تقریباً دو برابر انکرهای فولادی مشابه است. این موضوع پتانسیل جایگزینی فولاد با GFRP را در بسیاری از پروژهها نشان میدهد.
۳. تغییر شکل خطی و کشسانی بیشتر
برخلاف فولاد، جابهجایی سر انکرهای GFRP با بارگذاری روندی خطی دارد و قبل از گسیختگی، تغییر طول بیشتری را تجربه میکند. این رفتار با مدول الاستیسیته پایینتر GFRP قابل توضیح است و در طراحی باید لحاظ شود.
۴. عمق بحرانی ۳٫۵ متر
در آزمایشها مشاهده شد که نیروی بیرونکش به عمق پایینتر از ۳٫۵ متر منتقل نمیشود. این بدان معناست که وجود یک عمق بحرانی برای انکرهای GFRP مسلم است و افزایش طول انکر بیش از این مقدار، تأثیری در ظرفیت نهایی نخواهد داشت.
۵. بیشینه تنش برشی در عمق ۰٫۸ متر
نتایج نشان داد که بیشینه تنش برشی در عمق ۰٫۸ متر رخ میدهد. بنابراین، برای افزایش دوام و ایمنی، توصیه میشود در پروژههای واقعی تقویت موضعی در این عمق در نظر گرفته شود.
۶. نوع گسیختگی
مشاهدات میدانی و تحلیل توزیع نیرو نشان داد که شکست انکر در نهایت به صورت برشی در سطح تماس میلگرد GFRP و بولت رخ داده است.
۷. مدلسازی و تحلیل تئوری
با استفاده از یک مدل مکانیکی الاستیک و راهحل جابهجایی مایندلین، توابع توزیع نیروی محوری و تنش برشی به دست آمدند. نتایج تحلیلی با دادههای آزمایش میدانی تطابق خوبی داشتند که نشاندهندهی اعتبار مدل است.
مزایای استفاده از انکر GFRP با پایش FBG
ایمنی بالاتر: امکان کنترل دقیق رفتار انکر در حین بهرهبرداری.
دوام بیشتر: مقاومت عالی در برابر خوردگی در محیطهای مرطوب و شور.
کاهش هزینههای آتی: به دلیل برشپذیری آسان در پروژههای توسعهای.
جایگزینی بالقوه برای فولاد: ظرفیت باربری بیشتر و وزن کمتر.
اطمینان از عملکرد واقعی: به لطف فناوری پایش FBG.
کاربردهای عملی انکر GFRP با پایش FBG
پروژههای گودبرداری عمیق در شهرها
سازههای ضد شناوری در مناطق با سطح بالای آب زیرزمینی
سدسازی و پروژههای هیدرولیکی
تونلسازی و خطوط مترو
پروژههای نزدیک به سواحل یا خاکهای نمکی
تحقیق میدانی روی انکرهای ضد شناوری GFRP در گرانیت هوازده نشان داد که این سیستم میتواند بهعنوان جایگزینی مطمئن برای انکرهای فولادی مورد استفاده قرار گیرد. همچنین، فناوری حسگر FBG امکان پایش دقیق نیروها را بدون آسیبزدن به ساختار انکر فراهم میآورد.با توجه به مزایای مکانیکی، اقتصادی و زیستمحیطی، استفاده از انکرهای GFRP همراه با پایش FBG میتواند آیندهی پروژههای ژئوتکنیکی را متحول سازد. البته برای رسیدن به نتایج جامعتر، مطالعات بیشتر در انواع خاکها و شرایط بارگذاری مختلف ضروری است.
●طراحی و اجرا و سرمایه گذاری در رستوران هوایی، روف گاردن،باغ ویلا،سازه های خاص.