سیستم مقاوم سازی سازه ها با کامپوزیت FRP (الیاف تقویت شده با پلیمر های رزین اپوکسی)  یکی از مصالح مدرن برای مقاوم سازی و تقویت سازه ها میباشد. این نوع کامپوزیت متشکل از دو بخش  الیاف تقویتی FRP است که به وسیله یک ماتریس رزین ازجنس پلیمر رزین اپوکسی احاطه شده است. فیبرهای FRP به روش پلی اکریلونیتریل (PAN) ساخته می شوند و میلگردها و پروفیل ها به روش پالتروژن (Pultrusion)تولید می گردند. در این روش دسته های الیاف پس از آغشته شدن در رزین پس از عبور از یک قالب در کنار هم قرار گرفته و یک پروفیل دارای مقطع ثابت منشوری را به وجود می آورند. محصولات پلیمری مورد استفاده در سازه ها به شکل ورق های پلیمری FRP ، میلگردها یا آرماتور FRP ،  مش هایFRP   و پروفیل FRP مشابه تیرآهن اف آرپی ونبشی اف آرپی وجود دارند. از این مصالح پلیمری FRP برای ساخت و تقویت سازه ها استفاده می شود.

     اجزای تشکیل دهنده FRP

به طور کلی 4 نوع الیاف FRP برای سیستم مقاوم سازی با  FRP استفاده میشود ( FRP Fabric ) که شامل الیاف کربن، شیشه، آرامید و بازالت می باشد. در زیر تصویر این الیاف مشاهده می شود.

الیاف کربن Carbon FRP 

الیاف شیشه Glass FRP 

الیاف آرامید یا الیاف کولارAramid FRP

الیاف بازالت Basalt FRP

از FRP در تقویت ستون ها، تقویت تیرها، مقاوم سازی دال ها، مقاوم سازی اتصالات، دیوارهای برشی بتنی، دیوارهای آجری، مقاوم سازی پایه و عرشه پل ها و . . . می توان استفاده نمود. تکنیک مقاوم سازی ستون های مسلح بتنی با استفاده از کامپوزیت های FRP به طور گسترده ای به جای پوشش نمودن به وسیله فولاد (Steel Jacketing) مورد کاربرد قرار گرفته است. در مقایسه با استفاده از تنگ ها و مارپیچ فولادی، تکنیک محصور سازی با استفاده از  FRP قابلیت این را دارد که محصور شدگی را به صورت پیوسته برای تمام مقطع عرضی ستون تامین کنند. همچنین این مواد دارای خواص ذاتی مطلوبی (نسبت زیاد مقاومت به وزن و مقاومت بالا در برابر خوردگی و خنثی بودن الکترو مغناطیسی) هستند به گونه ای که می توان در مقاوم سازی یا بازسازی اعضای بتنی به طور موفقیت آمیزی از آنها بهره گرفت FRP .می تواند در تیرها و دال های بتنی به عنوان جایگزین بخشی از میلگرد کششی مورد نیاز بکار رود. همچنین  FRPدر اتصالات بتنی می تواند استفاده گردد و شکل پذیری اتصال را افزایش دهد (تقریبا هیچ روش دیگری نمی تواند چنین تاثیری داشته باشد). از FRP در تقویت دیوارهای برشی نیز استفاده می گردد FRP .می تواند شکل پذیری دیوارهای بنایی را افزایش داده و آنها را مهار نماید بنابراین برای مقاوم سازی سازه های بنایی نیز مناسب میباشد.

بر طبق گزارش اداره فدرال بزرگراه های آمریکا هنگام بررسی پلها از نظر سازه ای به دلیل پوشش کم بتن، طراحی ضیعف، عدم مهارت کافی هنگام اجرا و سایر عوامل همانند شرایط آب و هوایی، سبب ایجاد ترک در بتن و خوردگی آرماتور های فولادی شده است.

پس از سالها مطالعه بر روی خوردگی، مقاوم سازی با FRP به عنوان یک جایگزین مناسب برای آرماتور های فولادی کششی در بتن پیشنهاد شد. از این مواد به جای آرماتور های فولادی یا کابلهای پیش تنیده در سازه های بتنی پیش تنیده و یا غیر پیش تنیده استفاده می شود. مصالح FRP موادی غیر فلزی با مقاومت بالا در برابر خوردگی است که در کنار خواص مهم دیگری همانند مقاومت کششی زیاد، آنها را برای استفاده بعنوان جایگزین آرماتور کششی مناسب می کند. از آنجایی که FRP ها مصالحی با فن آوری بالا هستند نوع و مقدار فیبر و رزین مورد استفاده، سازگاری فیبر و کنترل کیفیت لازم هنگام ساخت آن نقش اصلی را در بهبود خواص مکانیکی آن دارد.

نقش اصلی ماتریس عبارت است از :

1-انتقال برش از فیبر تقویتی به ماده مجاور 
2- محافظت از فیبر در شرایط محیطی
3- جلوگیری از خسارات مکانیکی وارد بر الیاف 
4- کنترل کمانش موضعی الیاف تحت فشار

به طور کلیFRP  ها بر اساس فیبر تشکیل دهنده ی آنها به چهار دسته زیر تقسیم می شوند:

 CFRP -1 با الیافی از جنس کربن 
 GFRP-2 با الیافی از جنس شیشه 
 AFRP-3 با الیافی از جنس آرامید
 BFRP-4 با الیافی از جنس بازالت

مزایای استفاده از FRP  :
1- وزن کم  FRP (چگالی آن در حدود 20% فولاد است(.

2- مقاومت کششی زیاد FRP
3- مقاومت زیاد FRP در برابر خوردگی

4- نفوذناپذیری مغناطیسی FRP
5- امکان مقاوم سازی با FRP به صورت خارجی

6- حمل و نقل آسان وسرعت اجرای بالابه دلیل وزن کم FRP
7- روشهای تولید حجیم و وسیع   FRP

لذا به دلیل مزایای بالا، FRP به عنوان یک جایگزین مناسب برای آرماتورهای فولادی در سازه های دریایی، سازه پارکینگ ها، عرشه های پل ها، ساخت بزرگراه هایی که بطور زیادی تحت تاثیر عوامل محیطی هستند و در نهایت سازه هایی که در برابر خوردگی و میدانهای مغناطیسی حساسیت زیادی دارند پیشنهاد می شود.

انواع محصولات: FRP

1- ورقه‌های FRP

ورقه‌هایFRP، ورقه‌های با ضخامت چند میلیمتر از جنس FRP هستند. این ورقه‌ها با چسب‌های مستحکم و مناسب به سطح بتن چسبانده می‌شوند. از ورقه‌های FRP جهت تعمیر و تقویت سازه‌های آسیب دیده (ناشی از زلزله و یا ناشی از خوردگی آبهای یون‌دار) استفاده می‌شود. ورق هایFRP از لحاظ شکل پذیری می توانند به شکل پارچه‌ای و صفحه‌ای باشند. شکل پارچه‌ای خاصیت شکل پذیری بالایی دارد و راستای الیاف در آن می تواند در یک جهت یا دو جهت باشد. صفحه‌ها بر خلاف الیاف پارچه‌ای، شکل پذیر نیستند و در ضخامت و عرض های مختلف یافت می شوند.

FRP  لمینیت های  

2- کابل، نوار و تاندن‌های پیش‌تنیدگی

محصولاتی شبیه میله‌های FRP، ولی به صورت انعطاف‌پذیر هستند که در سازه‌های کابلی و بتن پیش تنیده در محیط‌های دریایی و خورنده کاربرد دارند. این محصولات در اجزاء پیش‌تنیدة در مجاورت آب نیز بکار گرفته می‌شوند.

 FRPنوار  

3- میلگردهای  FRP

فولاد‌های ساختمانی به طور مختصر در مقابل خوردگی به وسیله قلیای بتن محافظت می‌شوند و معمولا سبب دوام خدمت‌پذیری سازه می‌گردند. برای خیلی از سازه هایی که در محیط های مهاجم از قبیل سازه‌های دریایی، پل ها، پارکینگ که در معرض نمک های یخ زا قرار می‌گیرند، ترکیب رطوبت، افزایش دما و محیط کلریدی، قلیایی بتن را کاهش می‌دهد و سبب خوردگی فولاد‌ها می‌شود که در نهایت موجب تخریب سازه بتنی می‌شود. به همین خاطر امروزه از میلگرد‌های ساخته شده با مواد پلیمری FRP در این سازه‌ها استفاده می‌کنند. به‌دلیل اینکه میلگردهای FRPدارای یک رفتار غیر شکل‌پذیر می‌باشند لذا موارد استفاده این میلگردها محدود به سازه‌ هایی می‌شود که مهمترین مشکل آنها خوردگی یا خاصیت الکترومغناطیسی فولاد می‌باشد. رفتار مکانیکی میلگرد‌های  FRP با میلگردهای فولادی تفاوت دارد؛ لذا نحوه طراحی سازه های بتنی با استفاده از میلگرد های FRP دارای تغییراتی نسبت به میلگرد‌های فولادی می‌باشد. میلگرد‌های فولادی دارای رفتار تقریبا همسانگرد می‌باشند ولی میلگرد‌های FRP دارای رفتار ناهمسانگرد هستند. این رفتارناهمسانگرد در مقاومت برشی و رفتار چسبندگی میلگردهای FRP به بتن تاثیر می‌گذارد. مصالح FRP بر خلاف مصالح فولادی، رفتارالاستیک خطی از خود نشان می‌دهند. درشکل زیر میلگرد‌های  FRP نشان داده شده ‌است.

کاربرد FRP در تقویت ستون ها:

 FRP کاربرد های فراوانی در تقویت ستون های بتنی دارد. از FRP می توان برای تقویت خمشی ستون ها، افزایش مقاومت مشخصه بتن و افزایش شکل پذیری (اثر محصور شدگی) استفاده نمود. به علت ضخامت کم ورق های FRP ، این روش یکی از راه های مناسب برای تقویت ستون ها است چرا که در معماری ساختمان خللی ایجاد نمی نماید. تاثیر عمده تقویت توسط FRP ، در ستون های دایره شکل بوده ولی ستون های مربع یا مستطیل را می توان با گرد کردن گوشه ها، به صورت مناسب جهت تقویت با FRP تبدیل نمود.  

تقویت ستون توسط   Wrapping FRP

کاربرد FRP در تقویت دیوارهای برشی:

 FRP می تواند تاثیر زیادی در تقویت خمشی و برشی دیوارهای برشی داشته باشد.

تقویت دیوار برشی توسط لمینیت های FRP

کاربرد FRP در تقویت دال ها:

از FRP به شکل موثری می توان برای تقویت دال ها استفاده نمود. افزایش ظرفیت خمشی مثبت و منفی دال ها و کنترل ترک ها و حتی تغییرشکل دال ها از کاربردهای FRP برای تقویت دال ها می باشد.

تقویت دال توسط ورق های FRP

کاربرد FRP درتقویت  برشی و خمشی تیر ها:

بهترین شیوه تقویت برشی تیرها wrapping تیر ها توسط ورق های  FRP می باشد. همچنین به راحتی و به شکل بسیار موثری می توان تیرها را توسط FRP   تقویت خمشی نمود.

تقویت برشی تیر ها توسط توسط ورق های FRP دوطرفه

تقویت خمشی تیر ها توسط ورق  FRP

کاربرد FRP در تقویت اتصالات:

اتصالات آسیب پذیر ترین قسمت سازه بوده و در عین حال سخت ترین جزء سازه جهت تقویت می باشند. تقویت توسط FRP  یکی از موثر ترین و ساده ترین روش های تقویت اتصالات سازه می باشد.

تقویت اتصالات توسط FRP

کاربرد  در تقویت تیرها و دال ها:

یکی از جدید ترین روش های تقویت تیرها و کنترل خیز تیرها استفاده از پیش تنیدگی در FRP  FRP می باشد. استفاده از این تکنیک نیاز به نیروهای متخصص و جک مخصوص دارد.

تقویت  خمشی تیرها توسط FRP laminate پیش تنیده