بتن پیش تنیده
بتن پیش تنیده سازهای است که مصالح اصلی آن که برای تحمل نیروها و انتقال آنها به کار میرود از ترکیبات بتن با انواع آرماتورها است. مزیتهای پیش تنیدگی در افزایش کارایی سازهها است. پیش تنیدگی روشی است برای مقاوم سازی بتن یا مواد دیگر که توسط رشتههای فولادی با مقاومت بالا که با میلگردها انجام میشود و بطور کلی به آن Tendon یا همان فولادهای پس تنیدگی میگویند.
با توجه به مراحل بتن ریزی، پیش تنیدگی بتن پیش تنیده میتواند به عنوان پیش تنیدگی و پس تنیدگی دسته بندی شود. پیش تنیدگی، فولاد مسلح را پیش از بتن ریزی تحت کشش قرار میدهد و پیش تنیدگی به پیوند ساخته شده بین فولاد مسلح کشیده شده و بتن سفت شده اعمال میشود. در تکنیک پس تنیدگی فولاد مسلح یا تاندون پس از بتن ریزی و بدست آوردن مقاومت مناسب کشیده میشود. در پس تنیدگی تاندونهای فولادی در بتن با مقاومت مناسب در حفرههای محفوظ قرار داده میشوند.
بتن پیش فشرده
در یک تیرچه بتن آرمه متداول کمتر از نیمی از بتن تحت فشار قرار میگیرد و ترکهایی در کف تیرچه تحت بارگذاری کامل، رخ میدهند. زمانی که یک تیرچه بتن پیش تنیده میشود، تمامی بتن متراکم میشود. مکانهای خارج از مرکز فولاد مسلح در تیرچه، خمیدگی به وجود میآورند. تیرچه بتن پیش تنیده تحت بارگذاری هموارتر میشود، اما باز هم تمامی بتن متراکم است و هیچ گونه ترکی ایجاد نمیشود.
بتن پس تنیده
در پس تنیدگی طی عمل آوری بتن، بتن مجاز نیست که به رشتههای فولاد بچسبد. پس از عمل آوری بتن، رشتهها به وسیله یک جک هیدرولیک، تنیده شده و به انتهای تیرچه متصل میشوند.
سیستم بتنی پیش تنیده
مقاومت بتن در برابر فشار بالاست ولی در مقابل کشش ضعیف است. ایجاد پیش فشردگی در بتن با کابلهای فولادی باعث میشود بتن همواره در تنش فشاری باقی بماند. و در نتیجه میزان باربری آن افزایش خواهد یافت. چون کابلها در حالت فشرده قرار دارند و نیروی کششی را به نیروی فشاری تبدیل میکنند و هیچ ضعفی در مقطع بتن ایجاد نمیکنند و بتن فقط تحت بارهای بسیار زیاد به کشش میافتد و ترک نمکخورد. برای پیش فشرده یا پیش تنیده کردن بتن دو سیستم متفاوت پیش کشیدن و پس کشیدن وجود دارد.
پیش کشیدن
تعداد زیادی از قطعات بتن پیش فشرده، از جمله دالهای کف با این روش تولید میشوند. مانند بتن مسلح پیش ساخته مقطع و محل قرارگیری کابلها بر اساس بارهای محاسبه شده مشخص و رعایت میشود.
پس کشیدن
در روش پس کشیدن، کابلها را در قالب کار، داخل غلافهایی قرار میدهند، بتنریزی را انجام میدهند. وقتی به اندازه کافی خود را گرفت دو سر کابلها را به طرف بیرون میکشند. این کار به وسیله گرههای مخصوص که به دو سر سیمها بسته میشوند و پس از قطع شدن کشش محکم میشوند، انجام میگیرد. مزیت پس کشیدن بر پیش کشیدن این است که میتوان آنها را خمیده کرد تا در مسیر تنش قرار گیرند. به این ترتیب میتوان بتن را به شکلی ریخت که کمترین حجم ممکن را داشته باشد.
پیش تنیدگی
در تکنیک پیش تنیدگی با اعمال تنشهای فشاری اولیه به المانهای بتنی قابلیت باربری آنها افزایش یافته و نیاز آنها به میلگرد کاهش مییابد. تنشهای اعمالی به المان در این روش عکس تنشهای ناشی از بارهای سرویس وارده به عضو است. در سیستم پیش تنیده بجای آرماتورهای معمولی از یکسری کابل تاندونهای با مقاومت کششی بالا استفاده میشود. که این کابلها تحت کشش زیادی قرار گرفته و در دو انتهای تیر توسط گیرههای مخصوص تثبیت میشوند. بدین ترتیب کابلهای پیش کشیده پس از رها شدن از کشش تمایل به جمع شدن و رسیدن به حالت اولیه داشته و لذا یک نیروی فشاری زیادی در قسمت زیرین تار خنثی در بتن ایجاد میشود که به تبع این نیرو در مقابل نیروی کششی که بواسطه بارهای ثقلی در بتن ایجاد میشود، قرار میگیرد. بنا براین این کابلها مقداری از نیروهای ناشی از بارهای ثقلی را خنثی نموده و مقطع قابلیت پذیرش بارهای بیشتری را خواهد داشت.
عملکرد بتن پیش تنیدگی
در این سقفها با بوجود آوردن نیروی اضافی فشاری در بتن، قسمتی از تنشهای کششی بتن خنثی شده و در نتیجه سطح مقطع فشاری بتن افزایش مییابد. در این نوع سقفهای، نیروی در بتن، توسط کشش کابلها بعد از ریختن بتن و رسیدن بتن به مقاومت لازم، ایجاد میشود. این روش به صورت کارگاهی یا کارخانهای قابل انجام است و با مخفف (TPP) شناخته میشود. در اجرای سقفهای TP ابتدا غلافهای فلزی جایگذاری میشوند. سپس، کابلها درون غلاف قرار گرفته و پس از بتن ریزی و رسیدن بتن به مقاومت لازم، (میزانی ذکر شده در مدارک محاسباتی طرح) کشیده میشوند. در مرحله بعد به منظور محافظت کابلها در برابر خوردگی و زنگ زدگی، گروت یا دوغاب سیمانی و یا مواد پلیمری مانند انواع مناسب قیر یاگریس به درون غلافها تزریق میشود.
کاربرد بتن پیش تنیدگی
پیش تنیدگی نمودن مقاطع از دیرباز از پلها و اسکلهها کاربرد داشته و در سالهای اخیر استفاده از آن در سقفهای دال تخت، با دهانههای بلند و خصوصاً در سقف پارکینگهای طبقاتی و عموماً اعضایی که تحت اثر خمش هستند، توسعه یافته است.
مزایای پیش تنیدگی
برای درک بهتر مزایای پیش تنیدگی دانستن اطلاعاتی از خواص بتن مفید خواهد بود. بتن در برابر فشار بسیار مقاوم است اما در برابر کشش ضعیف است. به عنوان مثال وقتی نیرویی کششی در مقطع آن عمل کند، ترک میخورد. به طور متداول در سازههای بتنی وقتی باری شبیه به خودرو در یک پارکینگ بر روی دال بتنی یا تیرها قرار گیرد، تیر تمایل به انحنا و خم شدن دارد. این تغییر شکل خمیدگی باعث میشود پایین تیر اندکی دچار کشیدگی و ازدیاد طول شود.
به طور کلی میتوان مزایا را به صورت زیر برشمرد.
- نداشتن ترکهای دائمی یکی از مهمترین خواص سازههای این نوع بتن نداشتن ترکهای دائمی است. این موضوع باعث دوام بیشتر این نوع سازهها نسبت به سازههای بتنی و بتن آرمه میشود. این امر به خصوص در محیطهایی با گازها و زمینهای خورنده و همچنین سازههای دریایی بسیار حائز اهمیت است. برتری این نوع بتن نسبت به بتن آرمه در ساختمان تانکرهای آب و مخازن به جهت نداشتن ترک واضح است.
- وزن کمتر سازه وزن سازههای به مراتب از وزن سازههای بتن آرمه معادل کمتر است. اولاً چون از مقاومت تمام سطح مقطع بتن استفاده میشود، میزان بتن لازم کمتر است. ثانیاً چون فولاد مصرفی دارای مقاومت زیادتری است، معمولاً وزن فولاد لازم بین یک سوم تا یک پنجم وزن فولاد معمولی معادل میشود.
- نداشتن خیز به سمت پایین خیز به طرف پایین (deflection) تیرهای بتنی تحت اثر بارهای سرویس معمولاً بسیار کم ماست. زیرا قبل از وارد آمدن بارهای سرویس، تحت تاثیر نیروهای مقداری خیز به طرف بالا در تیر به وجود آمده است، که از شدت خیز به طرف پایین میکاهد.
- تست سازه قبل از بارگذاری در سازههای بتن قبل از وارد آمدن بارهای سرویس، سازه به وسیله نیروی آن به شدت بارگذاری شده و بتن و فولاد تحت اثر تنشهای زیادی قرار میگیرد، و این خود یک نوع امتحان از نظر مطمئن بودن بتن و فولاد است.
مزایای معماری سیستم بتن پیش تنیده
استفاده از سیستم بتن پیش تنیده در اجرای ساختمان ها باعث سهولت در طراحی پلان و نما، ایجاد فضای مناسب جهت پارکینگ ها، شرایط مناسب پارتیشن بندی فضا، قابلیت بیشتر عبور لوله ها و ادوات تاسیساتی، امکان تغییرات آینده در طرح معماری می شود و بطور کلی باعث انعطاف در طراحی معماری می گردد. – امکان ایجاد دهانه های بلندتر و تعداد ستون کمتر – حذف آویز تیرها و امکان استفاده از سقفی کاملاً مسطح – امکان ایجاد کنسول های بلندتر – امکان ایجاد بازشوهای بزرگتر در سقف – کاهش ارتفاع طبقات و کل ساختمان – قابلیت استفاده در پلان های نامنظم و منحنی
مزایای سازه ای بدلیل استفاده از کابل های با مقاومت بالای پیش تنیدگی واعمال نیروی فشاری به بتن قبل از اعمال بارها به سازه مزیت های ذیل را در سازهای یش تنیده خواهیم داشت: – باربریبیشتر عضو با هندسه مشابه نسبت به بتن مسلح معمولی – کنترل تغییر شکل – کاهش ارتعاش ناشی از بارهای ضربهای و دینامیکی – کاهش ضخامت دال ها یا تیرهای بتنی – کاهش وزن مرده ساختمان و مصالح مصرفی – کنترل ترک – دوام بسیار بالا – کاهش نیروی زلزله و مقاومت بیشتر در برابر زلزله
کنترل تغییر شکل بتن پیش تنیده
در سیستم پیشتنیده به علت تحت فشار قرار گرفتن بتن ترکهای جزیی پس از کشیده شدن استرندها حذف شده و عوامل مخرب به داخل بتن کمتر نفوذ مینمایند. لذا در مناطق با خطر خوردگی بالا سازه اصولاً از دوام بالاتری برخوردار بوده و به عنوان یکی از راه حلهای عملی توصیه میشوند. به دلیل نحوه خاص قرارگیری در بتن و ایجاد بار بالانس تغییرشکلهای ثقلی کاهش مییابند. در اعضای بتن آرمه معمولی تغییر شکل با افزایش ابعاد مقطع کنترل میشود در حالی که در سیستم پیش تنیده با افزایش کابلها و نیروی پیش تنیدگی امکان کنترل خیز وسط دهانه وجود دارد.
کاهش وزن ساختمان
کاهش ضخامت دال، حذف تیرها و کاهش ارتفاع کل ساختمان موجب کاهش وزن کلی ساختمان میشود. این امر باعث کم شدن ابعاد و اندازه سایر اجزای سازهای خواهد شد.
کنترل ترک و دوام بیشتر
نیروی پیش تنیدگی باعث اعمال فشار دائمی به دال میشود و دالها همواره تحت فشار خواهند بود. لذا ترکهای موجود دراین سیستم به حداقل میرسد. کاهش ترکها باعث افزایش مقطع موثر بتن خواهد شد در حالی که در اعضای بتن آرمه معمولی بواسطه ترک خوردگی، مقطع موثر بتن تحت بارهای بهره برداری کاهش مییابد. بعلاوه کاهش ترک مانع نفوذ مواد خورنده به بتن شده و خوردگی فولاد کمتر میشود. به عبارت دیگر دوام سازه افزایش مییابد.
بهبود عملکرد لرزهای
سیستمهای دال بتنی نسبت به سایر سیستمهای پوشش سقف دیافراگم یکپارچه تری تشکیل میدهند که باعث بهبود عملکرد لرزهای ساختمان میشود. بعلاوه تحقیقات مختلف در این زمینه نشان میدهد دالهای پس کشیده با روش نچسبیده نسبت به دالهای بتن آرمه عملکرد مناسبتری هنگام وقوع زلزله داشتهاند.