کاشت میلگرد (Post-Installed Rebar) یکی از رایجترین روشهای مقاومسازی لرزهای ساختمانهای بتنی قدیمی است: دیوار برشی جدیدی به سازه اضافه میشود و میلگردهای آن با چسب اپوکسی در فونداسیون موجود کاشته میشوند. اما عمق این کاشت چقدر باید باشد؟ پژوهشی که ۱۴ سپتامبر ۲۰۲۶ (۲۳ شهریور ۱۴۰۵) منتشر شد، این پرسش را با آزمایش بارگذاری چرخهای روی دیوارهای بزرگمقیاس بررسی کرده است. این موضوع برای ایران که کشوری لرزهخیز است کاربرد مستقیم دارد.
مشخصات مقالهٔ اصلی
- عنوان اصلی: Experimental evaluation of the cyclic behavior of implanted reinforced concrete shear walls
- نویسندگان: Suzan Mustafa، Osman Shallan، Mohamed Khafaga و Mahmoud Mashaal (دانشگاه زقازیق و مرکز ملی تحقیقات مسکن و ساختمان مصر، و دانشگاه تبوک عربستان)
- مجله: Frattura ed Integrità Strutturale (Fracture and Structural Integrity)، دورهٔ ۲۰، شمارهٔ ۷۸، صفحههای ۲۹۸ تا ۳۱۴
- ناشر: Gruppo Italiano Frattura
- تاریخ انتشار: ۱۴ سپتامبر ۲۰۲۶
- DOI: 10.3221/IGF-ESIS.78.18
- دسترسی: دسترسی آزاد با مجوز CC BY 4.0
پژوهشگران به دنبال پاسخ چه سؤالی بودند؟
در بسیاری از ساختمانهای بتنی قدیمی، جزئیات آرماتوربندی شکلپذیر رعایت نشده است. افزودن دیوار برشی جدید راهحل متداولی است، اما عملکرد کل سیستم به اتصال دیوار جدید به فونداسیون موجود بستگی دارد. اگر عمق کاشت میلگرد کم باشد، پیوستگی زودتر از موعد از بین میرود و دیوار روی فونداسیون میلغزد. اگر خیلی زیاد باشد، اجرای آن در عمل دشوار میشود. پژوهشگران میخواستند بدانند عمق کاشت چه اثری بر مقاومت، سختی و نوع شکست دیوار دارد.
روش پژوهش
مرحلهٔ اول: آزمایش بیرونکشیدگی
ابتدا با آزمایش بیرونکشیدگی (Pull-out)، دو نوع چسب اپوکسی دوجزئی تجاری و سه قطر سوراخ (۱٫۱۲۵، ۱٫۲۵ و ۱٫۳۷۵ برابر قطر میلگرد) برای میلگردهای ۱۶ و ۱۸ میلیمتری مقایسه شد. ملات اپوکسی مقاومتر با قطر سوراخ ۱٫۲۵ برابر قطر میلگرد بیشترین ظرفیت و یکنواختترین رفتار را داشت و شکست آن از نوع مطلوب «مخروط بتنی» بود. ظرفیت بیرونکشیدگی برای میلگرد ۱۶ حدود ۱۰۰ تا ۱۲۵ کیلونیوتن و برای میلگرد ۱۸ حدود ۱۱۰ تا ۱۴۰ کیلونیوتن گزارش شده است.
مرحلهٔ دوم: آزمایش چرخهای دیوارها
- ابعاد دیوار: چهار دیوار برشی با ارتفاع ۱۵۰۰، عرض ۶۵۰ و ضخامت ۱۲۰ میلیمتر، روی فونداسیون بتنی
- مصالح: بتن با مقاومت ۲۵ مگاپاسکال؛ شش میلگرد قائم ۱۶ میلیمتری با تنش تسلیم ۳۶۰ مگاپاسکال؛ میلگرد افقی ۱۲ میلیمتری با فاصلهٔ ۱۶۷ میلیمتر
- دیوار شاهد: میلگردهای درجا با طول مهاری کامل، حدود ۵۵ برابر قطر (حدود ۸۸۰ میلیمتر)
- سه دیوار کاشتهشده: عمق کاشت ۱۰، ۱۵ و ۲۰ برابر قطر (۱۶۰، ۲۴۰ و ۳۲۰ میلیمتر)
- بارگذاری: بار جانبی رفتوبرگشتی با کنترل تغییرمکان؛ هر دامنه دو بار تکرار شد تا افت مقاومت مشخص شود
یافتههای اصلی
| نمونه | عمق کاشت | بیشینهٔ بار جانبی | نسبت به دیوار شاهد | اتلاف انرژی نسبت به شاهد |
|---|---|---|---|---|
| دیوار شاهد | طول مهاری کامل (حدود ۵۵ برابر قطر) | ۲۳۶٫۴ کیلونیوتن | ۱۰۰٪ | ۱۰۰٪ |
| کاشت ۱۰ برابر قطر | ۱۶۰ میلیمتر | ۶۲٫۶ کیلونیوتن | ۲۶٪ | ۱۶٫۵٪ |
| کاشت ۱۵ برابر قطر | ۲۴۰ میلیمتر | ۱۰۵٫۱ کیلونیوتن | ۴۴٪ | ۲۷٫۴٪ |
| کاشت ۲۰ برابر قطر | ۳۲۰ میلیمتر | ۱۴۹٫۳ کیلونیوتن | ۶۳٪ | ۵۲٫۶٪ |
- تغییر نوع شکست: دیوار با کاشت ۱۰ برابر قطر زود در محل اتصال ترک خورد و روی فونداسیون لغزید؛ شکست آن «کنترلشده با مهار» بود. با افزایش عمق کاشت، رفتار به سمت شکست خمشی رفت، مشابه دیوار شاهد که با ترک خمشی و خردشدگی بتن شکست.
- سختی و پایداری چرخهای: کاشت ۲۰ برابر قطر کمترین لغزش در محل اتصال و بهترین حفظ سختی را در میان دیوارهای کاشتهشده داشت.
- شکلپذیری: ضریب شکلپذیری دیوار شاهد ۲٫۰۸ و دیوارهای کاشتهشده ۱٫۸۸، ۱٫۸۴ و ۱٫۹۶ بود.
این یافتهها برای صنعت فولاد و ساختمان ایران چه معنایی دارد؟
- مهندسان طراح و ناظر: عمق کاشت کم نه فقط مقاومت را پایین میآورد، بلکه نوع شکست را از خمشی به لغزشی تغییر میدهد. حتی بهترین نمونهٔ کاشتهشده (۲۰ برابر قطر) به ۶۳ درصد مقاومت دیوار یکپارچه رسید، پس در طراحی مقاومسازی نمیتوان اتصال کاشتهشده را معادل اتصال درجا فرض کرد.
- پیمانکاران مقاومسازی: انتخاب چسب و قطر سوراخ روی ظرفیت اثر مستقیم داشت. در این آزمایش، قطر سوراخ ۱٫۲۵ برابر قطر میلگرد بهترین نتیجه را داد.
- خریداران میلگرد و مصالح: در پروژههای مقاومسازی، طول کاشت بیشتر یعنی مصرف بیشتر میلگرد و چسب. به نظر آهنسل، این هزینه در برابر کاهش جدی ظرفیت لرزهای که در این آزمایش دیده شد، قابل توجیه است.
محدودیتهای پژوهش
- نویسندگان تصریح کردهاند که برای رسیدن به ظرفیت کامل، احتمالاً عمق کاشتی بیش از ۲۰ برابر قطر لازم است و تعیین طول لازم به آزمایشهای بیشتر نیاز دارد.
- آزمایشها با یک مقاومت بتن (۲۵ مگاپاسکال)، یک قطر میلگرد قائم و تعداد محدودی نمونه انجام شده است.
- از نگاه آهنسل، دوام بلندمدت چسب اپوکسی در برابر رطوبت و شرایط محیطی در این مطالعه بررسی نشده است.
جمعبندی و نظر آهنسل
یافتههای بالا از آن نویسندگان مقاله است. آنچه در ادامه میآید برداشت تحریریهٔ آهنسل است.
از نگاه آهنسل، این پژوهش هشداری عملی برای بازار رو به رشد مقاومسازی در ایران است: «کاشت آرماتور» با عمق کم ممکن است ظاهر اجرایی درستی داشته باشد، ولی در زلزله رفتاری کاملاً متفاوت از دیوار یکپارچه نشان دهد. رعایت ضوابط آییننامهای طول مهاری، استفاده از چسب دارای تأییدیه و آزمایش بیرونکشیدگی در کارگاه، هزینهٔ کمی در برابر ایمنی سازه دارد. برای تهیهٔ میلگرد مناسب پروژه، قیمت روز میلگرد و ماشینحساب وزن میلگرد را ببینید.