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 كشش ضعیف است. ایجاد پیش فشردگی در بتن با كابل‌های فولادی باعث میشود بتن همواره در تنش فشاری باقی بماند. و در نتیجه میزان باربری آن افزایش خواهد یافت. چون كابل‌ها در حالت فشرده قرار دارند و نیروی کششی را به نیروی فشاری تبدیل می‌كنند و هیچ ضعفی در مقطع بتن ایجاد نمی‌كنند و بتن فقط تحت بارهای بسیار زیاد به كشش می‌افتد و ترک نمک‌خورد. برای پیش فشرده یا پیش تنیده كردن بتن دو سیستم متفاوت پیش كشیدن و پس كشیدن وجود دارد.
پیش كشیدن
تعداد زیادی از قطعات بتن پیش فشرده، از جمله دال‌های كف با این روش تولید می‌شوند. مانند بتن مسلح پیش ساخته مقطع و محل قرارگیری كابل‌ها بر اساس بارهای محاسبه شده مشخص و رعایت میشود.
پس كشیدن
در روش پس كشیدن، كابل‌ها را در قالب كار، داخل غلاف‌هایی قرار می‌دهند، بتن‌ریزی را انجام می‌دهند. وقتی به اندازه كافی خود را گرفت دو سر كابل‌ها را به طرف بیرون می‌كشند. این كار به وسیله گره‌های مخصوص كه به دو سر سیم‌ها بسته می‌شوند و پس از قطع شدن كشش محكم می‌شوند، انجام می‌گیرد. مزیت پس كشیدن بر پیش كشیدن این است كه می‌توان آنها را خمیده كرد تا در مسیر تنش قرار گیرند. به این ترتیب می‌توان بتن را به شكلی ریخت كه كمترین حجم ممكن 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 سيستم پيش تنيده بجای آرماتورهای معمولی از يكسری كابل تاندون‌های با مقاومت كششی بالا استفاده میشود. كه اين كابل‌ها تحت كشش زيادی قرار گرفته و در دو انتهای تير توسط گیره‌های مخصوص تثبيت می‌شوند. بدين ترتيب كابل‌های پيش كشيده پس از رها شدن از كشش تمايل به جمع شدن و رسيدن به حالت اوليه داشته و لذا يك نيروی فشاری زيادی در قسمت زيرين تار خنثی در بتن ايجاد میشود كه به تبع اين نيرو در مقابل نيروی كششی كه بواسطه بارهای ثقلی در بتن ايجاد میشود، قرار می‌گيرد. بنا براين اين كابل‌ها مقداری از نيروهای ناشی از بارهای ثقلی را خنثی نموده و مقطع قابليت پذيرش بارهای بيشتری 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 درك 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.
مزايای معماری سيستم بتن پيش تنيده
استفاده از سيستم بتن پيش تنيده در اجرای ساختمان ها باعث سهولت در طراحی پلا‌ن و نما، ايجاد فضای مناسب جهت پاركينگ ها، شرايط مناسب پارتيشن بندی فضا، قابليت بيشتر عبور لوله ها و ادوات تاسيساتی، امكان تغييرات آينده در طرح معماری مي شود و بطور كلی باعث انعطاف در طراحی معماری مي گردد. – امكان ايجاد دهانه های بلندتر و تعداد ستون كمتر – حذف آويز تيرها و امكان استفاده از سقفی كاملا‌ً مسطح – امكان ايجاد كنسول هاي بلندتر – امكان ايجاد بازشوهای بزرگتر در سقف – كاهش ارتفاع طبقات و كل ساختمان – قابليت استفاده در پلا‌ن های نامنظم و منحنی
مزايای سازه ای بدليل استفاده از كابل های با مقاومت بالای پيش تنيدگی واعمال نيروی فشاری به بتن قبل از اعمال بارها به سازه مزيت های ذيل را در سازهای يش تنيده خواهيم داشت: – باربریبيشتر عضو با هندسه مشابه نسبت به بتن مسلح معمولی – كنترل تغيير شكل – كاهش ارتعاش ناشی از بارهای ضربه‌ای و ديناميكی – كاهش ضخامت دال ها يا تيرهای بتنی – كاهش وزن مرده ساختمان و مصالح مصرفی – كنترل ترك – دوام بسيار بالا – كاهش نيروی زلزله و مقاومت بيشتر در برابر زلزله
کنترل تغییر شکل بتن پیش تنیده
در سيستم پيش‌تنيده به علت تحت فشار قرار گرفتن بتن تركهاي جزيی پس از كشيده شدن استرندها حذف شده و عوامل مخرب به داخل بتن كمتر نفوذ می‌نمايند. لذا در مناطق با خطر خوردگی بالا سازه اصولاً از دوام بالاتری برخوردار بوده و به عنوان يكی از راه حل‌های عملي توصيه می‌شوند. به دليل نحوه خاص قرارگيری در بتن و ايجاد بار بالانس تغييرشكل‌های ثقلی كاهش می‌يابند. 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.
