آموزش های ویژه

بتن پیش تنیده

پیش تنیدگی:
عبارت است از ایجاد یک تنش ثابت و دائمی در یک عضو بتنی به نحو دلخواه و به اندازه لازم ، به طوری که در اثر این تنش ، مقداری از تنش های ناشی از بار مرده و زنده در این عضو خنثی شده و در نتیجه مقاومت بار به آن افزایش پیدا می کند .
هدف اصلی از پیش تنیده کردن یک عضو بتنی ، محدود کردن تنشهای کششی و ترکهای ناشی از لنگر خمشی تحت تاثیر بارهای وارده در آن عضو میباشد .
برای مثال اگر یک تیر فقط تحت تاثیر لنگر خنثی ناشی از بار مرده و زنده ، همیشه در پایین تیر کشش وجود خواهد داشت ، حال اگر نیروی فشاری P را در مرکز سطح مقطع تیر از دو طرف وارد آوریم ، می توان تنش کششی را در پایین تیر کاهش داده ، و یا اینکه به کلی آن را از بین برده و تبدیل به تنش فشاری کرد .
تاریخچه :
اولین کسی که ظاهرأ توانست با ایجاد تنش فشاری در بتن آن را تحت تأثیر لنگر خنثی افزایش دهد ، یک نفر آمریکایی به نام Jackson بود که اختراع خود را در سال ۱۸۸۶ به ثبت رسانید .
در سال ۱۸۸۸ دو هرینگ آلمانی با قرار دادن یک میله فولادی کشیده شده در داخل یک دال بتنی توانست ، اولین دال بتنی پیش تنیده را ایجاد کند . نظر او به این بود که ، چون بتن جسمی است مقاوم در برابر فشار و لیکن مقاومت آن در مقابل کشش کم می باشد ، میتوان با وارد کردن فشار به بتن کشش ایجاد شده در اثر بار مرده وزنده را دال تقلیل ، و در نتیجه مقاومت آن را افزایش داد .
هیچکدام از روشهای اولیه پیش تنیدگی در عمل موفق نبود ، زیرا به علت نامرغوب بودن نوع فولاد و بتن مقدار زیادی و گاهی همه تنش پیش تنیدگی به مرور زمان در اثر خزش (Creep) و انقباض بتن(Shrinkage) از بین میرفت . در نتیجه بتن پیش تنیده از نظر اقتصادی نمی توانست با بتن فولادی رقابت نماید .
اولین کسی که در حقیقت توانست از بتن پیش تنیده به صورتی که امروزه آن را می شناسیم استفاده کند ، یک نفر فرانسوی به نام Freyssinet بود . او در سال ۱۸۲۸ توانست با استفاده از فولادهای با مقاومت بالا ، در صد از دست رفتن تنش ناشی از خزش و انقباض به تنش اولیه پیش تنیدگی را کاهش داده و در نتیجه بتن پیش تنیده را از نظر اقتصادی مقرون به صرفه کند .
کاربرد بتن پیش تنیده معمولأ در عضوهایی است که تحت تأثیر خمش میباشد مانند تیرها ، دال ها ، دیوار های حائل و ستونها . ولی از بتن پیش تنیده در عضو هایی که تحت تأثیر کشش هستند مانند لوله ها ، مخازن آب و غیره به نحو مطلوب می توان استفاده نمود .

روش های وارد کردن نیروی پیش تنیدگی :
نیروی پیش تنیدگی را میتوان به طرق مختلف به یک تیر بتنی وارد کرد . شاید ساده ترین روش فشرده ساختن یک تیر ، به وسیله یک یا دو جک در مقابل دو تکیه گاه می باشد . این روش در بعضی از پروژه های بزرگ بکار می رود .
در بعضی از پروژه ها پس از فشرده ساختن تیر به وسیله جک با قرار دادن Plate بین تیر و تکیه گاه جلوی برگشت تیر را به حالت اولیه گرفته ، سپس جک ها را آزاد می کنند .
اشکال اساسی این روش ها این است که کوچکتربن تغییر شکل و با حرکت تکیه گاه پل ، به نحو قابل ملاحظه ای نیروی پیش تنیدگی را کاهش می دهد . در بیشتر موارد همان نتایج را می توان به طور ساده تر با اتصال دو جک انتهایی به یکدیگر توسط یک کابل ( کابل عبارت است از یک یا چند رشته سیم یا میله پیش تنیدگی که یک گیره مشترک متصل اند . ) به دست آورد .
کابلهایی که دو جک را به هم متصل می کنند را می توان در خارج و یا داخل بتن قرار داد ولی معمولأ این کابل ها را داخل مجراهایی که قبلأ در بتن تعبیه شده است قرار می دهند . معمولأ یک سر کابل بتن پیش تنیده را به یک طرف تیر گیر داده و نیروی پیش تنیدگی را توسط جک به طرف دیگر وارد می کنند . بعد از وارد کردن نیروهای لازم کابلها را توسط گیره هایی که در داخل و یا خارج بتن کار کذاشته شده به تیر گیر می دهند و سپس جک ها را آزاد می کنند . در این سیستم پیش تنیدگی بر خلاف سیستم قبلی نیروی پیش تنیدگی با حرکت نسبی تکیه گاهها تغییر نکرده و مستقل از آن می باشد .
یک روش دیگر پیش تنیده کردن که در عمل کاربرد وسیعی دارد و معولأ در کارخانه های تولید قطعات پتن پیش تنیده بکار می رود ، این است که ابتدا کابلهایی که قرار است نیروی پیش تنیدگی به تیر وارد کنند را کشیده ، و آنها را به دو تکیه گاه بتنی مقاوم گیر می دهند . سپس در قالبی که بین این دو تکیه گاه وجود دارد بتن ریزی میکنند . پس از چند روز وقتی مقاومت بتن به حد لازم رسید کابلها را از تکیه گاه آزاد می کنند . در این حال نیروی پیش تنیدگی در کابلها به وسیله اصطحکاک و چسبندگی به بتن منتقل می شود . حسن این روش این است که می توان بین دو تکیه گاه چنذین تیر را در یک زمان بتن ریزی کرد و آنها پیش تنیده کرد .
علاوه بر روشهای میکانیکی پیش تنیدگی که در بالا شرح داده شد می توان یک تیر را توسط روشهای شیمیایی یا حرارتی پیش تنده کرد .

روش شیمیایی :
در این روش نیروی پیش تنیدگی در اثر استفاده از سیمانهای منبسط شونده بوجود می آید . این سیمانها بر خلاف سیمانهای معمولی در موقع گرفتن و سخت شدن به جای منقبص شدن منبسط می گردند و چون وجود کابلها در داخل بتن جلوی این انبساط طولی را می گیرد در نتیجه مقداری نیروی فشاری در تیر ایجاد میشود . در میان عضوهای ساختمانی که برای پیش تنیده کردن آنها از روش شمیایی شده می توان لوله ها ، دالهای دو طرفه و پوسته های نازک را نام برد .

روش الکتریکی – حرارتی :
در این روش با وصل کردن جریان برق به کابلها ، طول کابلها افزایش پیدا کرده ، سپس کابلها را توسط گیره هایی در همان حال کشیده به تکیه گاه وصل می کنند . پس از قطع کردن جریان و سرد شدن کابلها ، دور آنها را بتن ریزی می کنند و بعد از اینکه مقاومت بتن به حد لازم رسید کابلهای کشیده شده را از تکیه گاه آزاد می کنند و در نتیجه نیروی کشیده شدن کابلها به بتن منتقل می شود .
روش های پیش تنیدگی :
صرفنظر از طرز وارد کردن پیش تنیدگی به بتن میتوان دو نوع بتن پیش تنیده تشخیص داد :

- بتن پیش کشیده (Pretentioned) :
بتن پیش تکشیده بتنی است که کابلهای پیش تنیدگی آن قبل از ریختن بتن کشیده شده باشد . در بتن پی کشیده کابلهای داخل بتن به بتن چسبیده اند ، و بعد از اینکه بتن خود را گرفت کابلها را از تکیه گاهای دو طرف آزاد کردهو قسمت اضافی بیرون مانده از بتن را قطع می نمایند . ایتن عمل انتقال نیرو کابل به بتن را به اصطلاح انتقال گویند .

- بتن پس کشیده :
اگر فولاد پیش تنیدگی را بعد از گرفتن و سفت شدن بتن بکشند بتن را اصطلاحأ بتن پس کشیده می نا مند .نیروهای پیش تنیدگی توسط گیره های انتهایی از کابل به بتن متقل می گردد . فولاد پیش تنیدگی نباید قبل از کشیدن به بتن چسبیده باشد . در غیر این صورت امکان کشیده شدن آن وجود نخواهد داشت .

مقایسه بتن پیش تنیده با بتن آرمه :
به علت اینکه فشار وارده از طرف کابلهای پیش تنیده به بتن بسیار زیاد است ، لازم است که مقاومت فشاری بتن مورد استفاده در یک ساختمان بتن پیش تنیده به مراتب بالاتر از مقاومت فشاری بتن مورد استفاده در یک ساختمان بتن آرمه باشد .
- فولاد های نرم که معمولا در ساختمانهای بتن آرمه به کار می رود برای ساختمانهای بتن پیش تنیده مناسب نمی باشد . زیرا امکان کشیدن آن به حدی که بتواند جبران اتلاف تنشهای پیش تنیدگی ، ناشی از انقباض و خزش بتن را بکند ، وجود ندارد .

- یک ساختمان بتن پیش تنیده کاملأ تحت تأثیر بارهای سرویس ترک نخواهد خورد ، در صورتی که در یک ساختمان بتن آرمه از همان ابتدای بارگذاری ، ترکهایی در زیر تار خنثی به وجود می آید . حتی اگر در اثر بار های پیش از حد پیش بینی شده ساختمان بتن پیش تنیدهترک بخورد ، بعد از اینکه بارها از روی ساختمان برداشته شود ترکها بسته خواهد شد .

فوائد بتن پیش تنیده :
- یک از مهمترین خواص ساختمانی بتن پیش تنیده نداشتن ترکهای دائمی می باشد . این موضوع باعث دوام بیشتر این ساختمانها نسبت به ساختمانهای بتنی و بتن آرمه می باشد .
- وزن ساختمانهای بتن پیش تنیده به مراتب از وزن ساختمانهای بتن آرمه معادل کمتر است . زیرا اولأ چون مقاومت تمام سطح مقطع بتن استفاده می شود ، میزان بتن لازم کمتر است ، ثانیأ چون فلاد مصرفی دارای مقاومت زیادتری است ، معمولأ وزن فولاد لازم بین یک سوم تا یک پبجم وزن فولاد معمولی می گردد .
- خیز به طرف پایین تیرهای بتن پیش تنیده تحت اثر بارهای سرویس معمولأ بسیار کم می باشد . زیرا قبل از وارد آوردن بار های سرویس تحت تأثیر نیروهای پیش تنیدگی مقداری خیز به طرف بالا در تیر به وجود آمده است ، که از شدت خیز به سمت پایین می کاهد .

- ساختمانهای پتن پیش تنیده معمولأ برای دهانه های بزرگ و بارهای سنگین اقتصادی تر از ساخنمانهای بتن آرمه می باشد .

مزایای بتن پیش تنیده :
- نداشتن ترکهای دائمی
یکی از مهمترین خواص سازه های بتن پیش تنیده نداشتن ترک های دائمی می باشد . این موضوع باعث دوام بیشتر این نوع سازه ها نسبت به سازه های بتنی و بتن آرمه می شود . این امر به خصوص در محیط هایی با گازها و زمین های خورنده و همچنین سازه های دریایی بسیار حائز اهمیت می باشد . برتری بتن پیش تنیده نسبت به بتن آرمه در ساختمان تانکرهای آب و مخازن به جهت نداشتن ترک واضح است .

وزن کمتر سازه
وزن سازه های بتن پیش تنیده به مراتب از وزن سازه های بتن آرمه معادل کمتر است . اولاً چون از مقاومت تمام سطح مقطع بتن استفاده می شود ، 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 می گردد .

- نداشتن خیز به سمت پایین
خیز به طرف پایین ( deflection ) تیرهای بتنی پیش تنیده تحت اثر بارهای سرویس معمولاً بسیار کم می باشد . زیرا قبل از وارد آمدن بارهای سرویس ، تحت تاثیر نیروهای پیش تنیدگی مقداری خیز به طرف بالا در تیر به وجود آمده است ، که از شدت خیز به طرف پایین می کاهد .

- تست سازه قبل از بارگذاری
در سازه های بتن پیش تنیده قبل از وارد آمدن بارهای سرویس ، سازه به وسیله نیروی پیش تنیدگی به شدت بارگذاری شده و بتن و فولاد تحت اثر تنش های زیادی قرار می گیرد ، و این خود یک نوع امتحان از نظر مطمئن بودن بتن و فولاد می باشد .

- قابلیت انعطاف پذیری
با تغییر مقداری نیروی پیش تنیدگی می توان سازه را صلب و یا انعطاف پذیر کرد ، بدون اینکه مقاومت نهایی آن تغییری بکند .

- اقتصادی بودن سازه
سازه های بتن پیش تنیده معمولاً برای دهانه های بزرگ و بارهای سنگین اقتصادی تر از سازه های بتن آرمه می باشد .

- انعطاف پذیری در معماری
سازه های بتن پیش تنیده به دلیل حذف بعضی از ستون ها و پایه ها ، امکان اجرای سازه با دهانه های بزرگتر را امکان پذیر ساخته و قابلیت سازه از نظر معماری را افزایش می دهد .
به عنوان مثال سطح هیپربولوئید ( که از دوران هذلولی به وجود می آید ) پیش تنیده برای پوشش سقف ساختمان های صنعتی با دهانه های ۱۰ تا ۱۸ متر ، سازه های فضایی و … از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه و از نظر آرشیتکتی بسیار زیبا می باشد .

بر گرفته از کتاب بتن پیش تنیده
تألیف دکتر شاهین تعاونی
مجله کنکاش دانشگاه آزاد اسلامی واحد استهبان

این مطلب توسط raha mehr تهیه شده است.

دیدگاهی بنویسید

ایمیل شما منتشر نخواهد شدفیلد های ضروری نشانه گذاری شده است. *

*

شما می‌توانید از این دستورات HTML استفاده کنید: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Scroll To Top