پیش تنیدگی
پیش تنیدگی شامل ایجاد یك تنش ثابت و دائمی در یك عضو بتنی به نحو دلخواه و به اندازه لازم است. به طوری كه در اثر این تنش، مقداری از تنشهای ناشی از بارهای مرده و زنده در این عضو خنثی شده و در نتیجه مقاومت باربری آن افزایش پیدا میكند. بتن پیش تنیده، یكی از جدیدترین فرمهای ساختمان است كه وارد مهندسی سازه شده است. به علت استفاده از فولاد با مقاومت پایین، اثرات طولانی مدت خزش و انقباض باعث كاهش نیروی پیش تنیدگی میشد و مزیت كاربرد بتن پیش تنیده را شدیداً كاهش میداد.
دال بتن پیش تنیده به عنوان یك روش ساخت قابل قبول مورد استفاده واقع شد و امروزه در بسیاری از كشورهای توسعه یافته و در حال توسعه در دسترس است.
بیشترین كاربردهای دال بتن پیش تنیده در زمینه سازههای ساختمانی به صورت تولید تیرها و دالها با تكیه گاه ساده است. این تیرها معمولاً در كارخانه ساخته میشوند تا كنترل كیفیت بهتر انجام گیرد. در جایی كه دهانههای بزرگ داشته باشد، معمولاً تیرهای بتنی پیش تنیده در جا بكار میروند.
در زمینه مهندسی پل، معرفی بتن پیش تنیده ساخت پلهای بتنی با دهانه زیاد را عملی ساخته است. این پلها معمولاً از قطعات پیش ساخته تشكیل شدهاند كه با جرثقیل در ارتفاع مورد نظر قرار گرفتهاند و به كمك پیش تنیدگی به قطعات موجود متصل میشوند.
روشهای وارد كردن نیروی پیش تنیدگی به دالهای پیش تنیده
روش مكانیكی
سادهترین روش فشرده ساختن یك تیر، به وسیله یك یا دو جك در مقابل دو تكیه گاه است. این روش در بعضی از پروژههای بزرگ به كار میرود. در بعضی از پروژهها پس از فشرده ساختن تیر به وسیله جك، با قرار دادن پلیت بین تیر و تكیه گاه جلوی برگشت تیر را به حالت اولیه گرفته، سپس جكها را آزاد میكنند.
اشكال اساسی این روشها این است كه كوچكترین تغییر شكل یا حركت تكیه گاه به نحو قابل ملاحظهای نیروی پیش تنیدگی را كاهش میدهد.
روش شیمیایی
در این روش نیروی پیش تنیدگی در اثر استفاده از سیمانهای منبسط شونده بوجود میآید. این سیمانها بر خلاف سیمانهای معمولی در موقع گرفتن و سخت شدن به جای منقبض شدن منبسط میشوند. و چون وجود كابلها در داخل بتن جلوی این انبساط طول را میگیرد در نتیجه مقداری نیروی فشاری در تیر ایجاد میشود.
روش الكتریكی – حرارتی
در این روش با وصل كردن جریان برق به كابلها باعث ازدیاد طول كابلها میشود. سپس كابلها را توسط گیرههائی در همان حال كشیده، به تكیهگاه وصل میكنند. پس از قطع كردن جریان و سرد شدن كابلها، دور آنها را بتن ریزی میكنند و بعد از اینكه مقاومت بتن به حد لازم رسید كابلهایی كشیده شده را از تیكه گاه آزاد میكنند. در نتیجه نیروی كشیده شدن كابلها به بتن منتقل میشود. روش پیش تنیدگی حرارتی به طور وسیعی برای ساختن دالها، تیرها، خرپاها و ستونهای چراغ برق مورد استفاده قرار میگیرد.
دسته بندی روشهای پیش تنیدگی
روشهای پیش تنیدگی به دو گروه اصلی تقسیم بندی میشوند.
پیش كشیدگی
در این روش، تاندونهای فولادی به شكل وایر یا مفتول بین دو گیره انتهایی كشیده میشوند. اعضای بتنی در اطراف این تاندونها ریخته میشوند. هنگامی كه بتن به اندازه كافی سخت شد، گیرههای انتهایی آزاد میشوند و در نتیجه نیروی پیش تنیدگی در اثر پیوستگی موجود بین فولاد و بتن، به بتن منتقل میشود. سپس انتهای بیرون زده تاندونها بریده میشود تا سطح انتهایی بتن به صورت صاف باشد.
پس كشیدگی
در این حالت نیروی پیش تنیدگی بدین ترتیب اعمال میشود كه تاندونهای فولادی به وسیله جكهایی كشیده میشوند به قسمی كه عكس العمل این جكها به یك عضو بتنی كه قبلاً ریخته شده وارد میشود. تقریباً تمامی پیش تنیدگی درجا با استفاده از این روش انجام میشود. تاندونها از داخل غلافهایی كه قبلاً در عضو بتن تعبیه شده، عبور داده میشوند. در اكثر كاربردهای بتن پس كشیده، فضای بین تاندون و غلاف با دوغاب سیمان تحت فشار تزریق میشود، این عمل از تاندونها در مقابل زنگ زدگی محافظت میكند و نیز باعث بهبود ظرفیت مقاومت نهایی عضو میشود.
یك تفاوت مهم بین سیستمهای پیش كشیدگی و پس كشیدگی این است كه در حالت پس كشیدگی به راحتی میتوان از تاندونهای منحنی استفاده نمود برای این كار غلافهای انعطاف پذیر را به شكل منحنی در عضو كار میگذارند و بتن ریزی در اطراف آنها انجام میشود.
مصالح و تجهیزات دالهای پیش تنیده
بتن
مقاومت بتن در دالهای پیش تنیده بایستی از مقاومت و كیفیت بهتری نسبت به بتن در سازههای ساخته شده از بتن مسلح معمولی، برخوردار باشد. زیرا بالا بودن كیفیت و مقاومت بتن باعث ایجاد گیرش و چسبندگی بهتری بین كابلها و بتن میشود.
فولاد
فولادهای پیش تنیدگی شامل مفتولها و كابلهای ساخته شده از مفتول یا میلگردهای آلیاژ دار پر مقاومت هستند.
زمینههای فنی و موارد استفاده از سیستم دالهای پیش تنیده
دالهای بتنی پیش تنیده به روش پس كشیده
این دالها با اجرای درجا، امكان پوشش دهانههای بزرگتر با تعداد ستون و ضخامت دال كمتر و قالب بندی سادهتر، باعث كاهش وزن و ارتفاع ساختمان، صرفه جویی در هزینه ساخت، سرعت بالاتر و امكانات بیشتر طراحی معماری میشود.
طراحی و اجرای پلها
بیش از ۵۰ درصد سازه پلها در سراسر جهان با استفاده از تكنولوژی بتن پیش تنیده طراحی و اجرا میشود. استفاده از سیستم دال پیش تنیده با توجه به مزایای فنی، اقتصادی و زیبایی شناسی توسط متخصصین، طراحان و مجریان پل سازی همواره توصیه میشود.
طراحی و اجرای مخازن، سیلوها و پوستهها، استفاده از بتن پیش تنیده در این سازهها با تاندونهای حلقوی افقی و عمودی، باعث كاهش قابل ملاحظه هزینههای ساخت، زمان اجرا، مصرف فولاد و بتن، كارایی بیشتر سازه،حذف ترکها و آب بندی در مخازن میشود.
مهار خاک
نگهداری دیوارههای خاكی و پایدار سازی آنها بخصوص در گودبرداریها نیاز به روشهای ارزان و ایمن دارد كه بهرهگیری از روش پیش تنیدگی پاسخ مناسبی به این نیازها است.
دالهای پیش تنیده به روش پس كشیده
كاربرد دال بتن پیش تنیده در ساختن دالهای تخت از كشور آمریكا شروع شد و هم اكنون هم به طور گستردهای در استرلیا، اروپا و شرق دور استفاده میشود. اگر چه استفاده از دالهای تخت بتن پیش تنیده تا همین اواخر در انگلستان غیر متداول بود. مزایای اقتصادی آن، هم اكنون بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در ایران نیز در سالهای اخیر این نوع دالها مورد استفاده قرار گرفتهاند. در بیشتر موارد دالهای با ضخامت یكنواخت و تاندونهای منحنی مورد استفاده قرار میگیرند. اما یك روش جدید، استفاده از دالهای با ضخامت متغیر و تاندونهای مستقیم است.
الزامات سقف بتنی پیش تنیده به روش پس كشیده
نظر به اینكه سیستم سقف بتنی پیش تنیده پس كشیده عمدتاً بصورت دال تخت كاربرد دارد، لذا بر اساس آئین نامه ۲۸۰۰ ایران، در زمان استفاده از سیستم دالهای تخت و ستون، ارتفاع ساختمان به ۱۰ متر یا حداكثر ۳ طبقه محدود میشود. در غیر این صورت استفاده از دیوارهای برشی بتن آرمه الزامی خواهد بود.
- استفاده از این سیستم در تمامی پهنههای لرزهخیزی ایران بلامانع است.
- محافظت فولادهای پیش تنیدگی در برابر زنگ زدگی بسیار حائز اهمیت بوده و باید كابلها توسط دوغاب سیمان كه بعد از كشیدن كابلها به داخل غلافها تزریق میشود یا مواد قیری یا گریس كه روی آن میمالند از زنگ زدگی محافظت شوند.
- برای رسیدن به یك طرح بهینه از لحاظ مقدار مصالح، وزن و هزینه، باید طراحی و اجرای دال به گونهای انجام شود كه پیش تنیدگی كامل حاصل شود و بتوان از كل مقطع در فشار بهره جست.
- كنترل نیروی كشش كابلها باید توسط جكهای كالیبره شده دقیق انجام شود.
- تخریب این سیستم سقف به دلیل وجود میلگردهای پیش تنیده بسیار پر خطر بوده و باید با روشهای خاص توسط تیم فنی آموزش دیده، صورت گیرد.
- استفاده از سیستم سقف دالهای تخت پیش تنیده پس كشیده، در دهانههای بلندتر از ۷ متر توجیه اقتصادی دارد.
- مقاومت گسیختگی تضمین شده، انواع فولادهای پیش تنیدگی باید بین ۱۲۰۰ تا ۲۲۰۰ نیوتن بر میلی متر مربع باشد.
مزایای اجرای سازههای بتنی با سیستم دالهای پیش تنیده
مزایای معماری
استفاده از سیستم بتن پیش تنیده در اجرای ساختمانها باعث سهولت در طراحی پلان و نما، ایجاد فضای مناسب جهت پاركینگها، شرایط مناسب پارتیشن بندی فضا، قابلیت بیشتر عبور لولهها و ادوات تاسیساتی، امكان ایجاد دهانههای بلندتر و تعداد ستون كمتر و امكان ایجاد كنسولهای بلندتر میشود.
مزایای سازهای
بدلیل استفاده از كابلهای با مقاومت بالای پیش تنیدگی و اعمال نیروی فشاری به بتن، قبل از اعمال بارها به سازه مزیتهایی نظیر كنترل تغییر شكلها، كاهش ضخامت دالها یا تیرهای بتنی، كاهش وزن مرده ساختمان و مصالح مصرفی را شاهد هستیم.
مزایای اقتصادی
سازههای بتنی پیش تنیده به دلیل مزایایی از جمله كاهش قابل ملاحظه در آرماتور و بتن مصرفی، كاهش ارتفاع طبقات و كل ساختمان، صرفه جویی قابل ملاحظه در زمان ساختار ارزانتر هستند و مورد توجه قرار گرفتهاند.
