پیش تنیدگی
پیش تنیدگی شامل ایجاد یک تنش ثابت و دائمی در یک عضو بتنی به نحو دلخواه و به اندازه لازم است. به طوری که 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 میکند. بتن پیش تنیده، یکی از جدیدترین فرمهای ساختمان است که وارد مهندسی سازه شده است. به علت استفاده از فولاد با مقاومت پایین، اثرات طولانی مدت خزش و انقباض باعث کاهش نیروی پیش تنیدگی میشد و مزیت کاربرد بتن پیش تنیده را شدیداً کاهش میداد.
دال بتن پیش تنیده به عنوان یک روش ساخت قابل قبول مورد استفاده واقع شد و امروزه در بسیاری از کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه در دسترس است.
بیشترین کاربردهای دال بتن پیش تنیده در زمینه سازههای ساختمانی به صورت تولید تیرها و دالها با تکیه گاه ساده است. این تیرها معمولاً در کارخانه ساخته میشوند تا کنترل کیفیت بهتر انجام گیرد. در جایی که دهانههای بزرگ داشته باشد، معمولاً تیرهای بتنی پیش تنیده در جا بکار 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 تشکیل شدهاند که با جرثقیل در ارتفاع مورد نظر قرار گرفتهاند و به کمک پیش تنیدگی به قطعات موجود متصل میشوند.
روشهای وارد کردن نیروی پیش تنیدگی به دالهای پیش تنیده
روش مکانیکی
سادهترین روش فشرده ساختن یک تیر، به وسیله یک یا دو جک در مقابل دو تکیه گاه است. این روش در بعضی از پروژههای بزرگ به کار میرود. در بعضی از پروژهها پس از فشرده ساختن تیر به وسیله جک، با قرار دادن پلیت بین تیر و تکیه گاه جلوی برگشت تیر را به حالت اولیه گرفته، سپس جکها را آزاد میکنند.
اشکال اساسی این روشها این است که کوچکترین تغییر شکل یا حرکت تکیه گاه به نحو قابل ملاحظهای نیروی پیش تنیدگی را کاهش 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 کابلها در داخل بتن جلوی این انبساط طول را میگیرد در نتیجه مقداری نیروی فشاری در تیر ایجاد میشود.
روش الکتریکی – حرارتی
در این روش با وصل کردن جریان برق به کابلها باعث ازدیاد طول کابلها میشود. سپس کابلها را توسط گیرههائی در همان حال کشیده، به تکیهگاه وصل میکنند. پس از قطع کردن جریان و سرد شدن کابلها، دور آنها را بتن ریزی میکنند و بعد از اینکه مقاومت بتن به حد لازم رسید کابلهایی کشیده شده را از تیکه گاه آزاد میکنند. در نتیجه نیروی کشیده شدن کابلها 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 کشیدگی
- پس کشیدگی
پیش کشیدگی
در این روش، تاندونهای فولادی به شکل وایر یا مفتول بین دو گیره انتهایی کشیده میشوند. اعضای بتنی در اطراف این تاندونها ریخته میشوند. هنگامی که بتن به اندازه کافی 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 کشیدگی
در این حالت نیروی پیش تنیدگی بدین ترتیب اعمال میشود که تاندونهای فولادی به وسیله جکهایی کشیده میشوند به قسمی که عکس العمل این جکها به یک عضو بتنی که قبلاً ریخته شده وارد میشود. تقریباً تمامی پیش تنیدگی درجا با استفاده از این روش انجام میشود. تاندونها از داخل غلافهایی که قبلاً در عضو بتن تعبیه شده، عبور داده میشوند. در اکثر کاربردهای بتن پس کشیده، فضای بین تاندون و غلاف با دوغاب سیمان تحت فشار تزریق میشود، این عمل از تاندونها در مقابل زنگ زدگی محافظت میکند و نیز باعث بهبود ظرفیت مقاومت نهایی عضو میشود.
یک تفاوت مهم بین سیستمهای پیش کشیدگی و پس کشیدگی این است که در حالت پس کشیدگی به راحتی میتوان از تاندونهای منحنی استفاده نمود برای این کار غلافهای انعطاف پذیر را به شکل منحنی در عضو کار 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 کیفیت بهتری نسبت به بتن در سازههای ساخته شده از بتن مسلح معمولی، برخوردار باشد. زیرا بالا بودن کیفیت و مقاومت بتن باعث ایجاد گیرش و چسبندگی بهتری بین کابلها و بتن میشود.
فولاد
فولادهای پیش تنیدگی شامل مفتولها و کابلهای 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 کشیده
این دالها با اجرای درجا، امکان پوشش دهانههای بزرگتر با تعداد ستون و ضخامت دال کمتر و قالب بندی سادهتر، باعث کاهش وزن و ارتفاع ساختمان، صرفه جویی در هزینه ساخت، سرعت بالاتر و امکانات بیشتر طراحی معماری میشود.
طراحی و اجرای پلها
بیش از ۵۰ درصد سازه پلها در سراسر جهان با استفاده از تکنولوژی 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 کاهش قابل ملاحظه هزینههای ساخت، زمان اجرا، مصرف فولاد و بتن، کارایی بیشتر سازه،حذف ترکها و آب بندی در مخازن میشود.
مهار خاک
نگهداری دیوارههای خاکی و پایدار سازی آنها بخصوص در گودبرداریها نیاز به روشهای ارزان و ایمن دارد که بهرهگیری از روش پیش تنیدگی پاسخ مناسبی به این نیازها است.
دالهای پیش تنیده به روش پس کشیده
کاربرد دال بتن پیش تنیده در ساختن دالهای تخت از کشور آمریکا شروع شد و هم اکنون 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 اکنون 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 یکنواخت و تاندونهای منحنی مورد استفاده قرار میگیرند. اما یک روش جدید، استفاده از دالهای با ضخامت متغیر و تاندونهای مستقیم است.
الزامات سقف بتنی پیش تنیده به روش پس کشیده
نظر به اینکه سیستم سقف بتنی پیش تنیده پس کشیده عمدتاً بصورت دال تخت کاربرد دارد، لذا بر اساس آئین نامه ۲۸۰۰ ایران، در زمان استفاده از سیستم دالهای تخت و ستون، ارتفاع ساختمان به ۱۰ متر یا حداکثر 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 کابلها توسط دوغاب سیمان که بعد از کشیدن کابلها به داخل غلافها تزریق میشود یا مواد قیری یا گریس که روی آن میمالند از زنگ زدگی محافظت شوند.
- برای رسیدن به یک طرح بهینه از لحاظ مقدار مصالح، وزن و هزینه، باید طراحی و اجرای دال به گونهای انجام شود که پیش تنیدگی کامل حاصل شود و بتوان از کل مقطع در فشار بهره جست.
- کنترل نیروی کشش کابلها باید توسط جکهای کالیبره 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 کشیده، 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 پارکینگها، شرایط مناسب پارتیشن بندی فضا، قابلیت بیشتر عبور لولهها و ادوات تاسیساتی، امکان ایجاد دهانههای بلندتر و تعداد ستون کمتر و امکان ایجاد کنسولهای بلندتر میشود.
مزایای سازهای
بدلیل استفاده از کابلهای با مقاومت بالای پیش تنیدگی و اعمال نیروی فشاری به بتن، قبل از اعمال بارها به سازه مزیتهایی نظیر کنترل تغییر شکلها، کاهش ضخامت دالها یا تیرهای بتنی، کاهش وزن مرده ساختمان و مصالح مصرفی را شاهد هستیم.
مزایای اقتصادی
سازههای بتنی پیش تنیده به دلیل مزایایی از جمله کاهش قابل ملاحظه در آرماتور و بتن مصرفی، کاهش ارتفاع طبقات و کل ساختمان، صرفه جویی قابل ملاحظه در زمان ساختار ارزانتر هستند و مورد توجه قرار گرفتهاند.