شبکه های اجتماعی

همه چیز در مورد پیش تنیدگی

  • 26 مرداد 1395
  • 438656
  • 0

پیش تنیدگی عبارت از ایجاد تنش داخلی در یک جسم است تا تنش را که به علت تاثیر نیروهای خارجی بوجود میآید به مقدار مورد نیاز خنثی کند یا به عبارت دیگر پیش تنیدگی به معنای ایجاد تنش های دائمی مخالف با تنش هایی می باشد که دراثر بارهای خدمت در سازه ایجاد خواهند شد. عمده ترین کاربرد پیش تنیدگی در بتن پیش تنیده است.

بتن که یکی از ارزانترین و عملی ترین مصالح ساختمانی است,مقاومت خوبی در برابر فشار دارد و تاب کششی کمی از خود نشان می دهد.بنابراین در ناحیه ای از بتن که بعد از بارگذاری تحت کشش قرار می گیرد, قبلا ایجاد فشار می کنند. این عمل, به اصطلاح«پیش تنیدن بتن» نامیده می شود . بر اساس «آیین نامه 95-    ACI318  «  بتن پیش تنیده عبارت است از بتن سازهای (ساختمانی) که جهت کاهش تنش های کششی بالقوه حاصل از بارها, در آن تنش های داخلی ایجاد شده است . هدف اصلی از پیش تنیده کردن یک عضو بتنی محدود کردن تنش های کششی و ترک های ناشی از لنگر خمشی تحت تاثیری بارهای وارده درآن عضو می باشد . پیش تنیدگی اصلی عمومی است که در موارد دیگر نیز مورد استفاده قرارمی گیرد. یک چرخ دو چرخ یک مثال از پیش تنیدگی را نشان می دهد: لاستیک چرخ دوچرخه بسیار نرم است و سیم های داخل آن بسیار بلندتر است, به طوری که تحت نیروی فشار امکان کمانش آنها وجود دارد. ولی هم لاستیک و هم سیم ها در مقابل کشش مقاوم اند, پس لاستیک چرخ را پراز باد می کنند و در سیمها کشش قبلی ایجاد می کنند.

2-  پیش تنیدگی از چه زمانی مورد استفاده قرار گرفت؟

 مصریها در 5000 سال پیش, در ساختن قایق هایشان از خاصیت پیش تنیدگی استفاده می کردند. بدین ترتیب که, برای اتصال چوب های بدنه قایق, تیغ های آهنی گرم به کار می بردند تا بعد از سرد شدن و انقباض آنها قطعات چوبی به هم فشرده شوند . اولین کسی که ظاهراً توانست با ایجاد تنش فشاری در بتن مقاومت آن را تحت تاثیر لنگر خمشی افزایش دهد یک نفر آمریکایی به نام جکسون بود که اختراع خود را در سال 1886 به ثبت رسانید.

دوسال بعد, در سال1888 ,دوهرینگ, مهندس آلمانی, با قرار دادن یک میله فولادی کشیده شده در داخل دال بتنی توانست اولین دال بتنی پیش تنیده را ایجاد کند. در سال 1896 ,مندل مهندس اتریشی اصل پیش تنیدگی را در تیر بتن پیش تنیده از فولاد معمولی با تنش اولیه 120 نیوتن بر میلیمتر مربع استفاده کرد و از افت ناشی از نشست و وارفتگی آگاهی نداشت, فولاد به زودی کشش اولیه خود را از دست داد و تیر تبدیل به بتن آرمه معمولی شد . در سال 1939 ,امپرگر, مهندس اتریشی استفاده از بتن آرمه با پیش تنیدگی جزئی را پیش تنیده می شود, دارای آرماتورمعمولی (که در بتن مورد استفاده قرار میگیرد) باشد و قطعه در موقع بار سرویس نیز بار کششی تحمل بکند را مورد استفاده قرار داد . در سال 1948 ,پروفسر آبلس انگلیسی اولین ساره بتن آرمه با پیش تنیدگی جزئی را در لندن بنا کرد . در سال 1953 ,فدراسیون بین المللی پیش تنیدگی اولین کنگره خود را در لندن تشکیل داد. در چهارمین کنگره فدراسیون, که در سال 1962 دررم تشکیل شد قدمهای نوینی برای استفاده از بتن آرمه با پیش تنیدگی جزئی برداشته شد و کمیته مختلطی از فدراسیون بین المللی پیش تنیدگی (P. I. F ) وکمیته اروپایی بتن  (B. E. C )به وجود آمد که درآن چهارنوع سازه از بتن آرمه تا پیش تنیده شدن کامل تعیین شده است. این چهار نوع اساساً با مقدار ازدیاد طول نسبی دورترین تارکششی بتن و ترک خوردگی بتن کشش از هم متمایز می شوند . نوع اول بتن پیش تنیده کامل که بتن تا بار سرویس نباید تنش کششی تحمل کند . نوع دوم بتن آرمه با پیش تنیدگی جزئی است. تحت بار سرویس بتن می تواند تنش کششی داشته باشد- بشرطی که ترک نخورد- تحت بارهای دائم بتن نبایستی کشیده شود . نوع سوم بتن آرمه پیش تنیده است. در نوع ترک خوردن بتن تحت بار سرویس امری عادی است, ولی عرض ترکها از1 ./3تا /. میلیمتر محدود شده اند. محدودیت آنها بر حسب آب و هوایی که قطعه در آنجا مورد استفاده قرار می گیرد و جنس فولاد به کار رفته است . نوع چهارم بتن آرمه کلاسیک است.

استفاده از بتن پیش تنیده در ایجاد پلها و ساختمان ها و تمام سازه ها از حدود 50 سال پیش تا کنون در سطح وسیع متداول شده است. با توجه به عیوب مختلف فولاد( نا پایداری الاستیک نیمرخ های فلزی، خوردگی و زنگ زدگی، فزونی بهای تولید...) امروزه اغلب پلهای بزرگ از بتن پیش تنیده ساخته می شوند، اما برخلاف حالت بتن مسلح مصالح مصرفی جهت این پلها باید از کیفیت بسیار خوبی برخوردارباشند در بتن پیش تنیده نیز مانند بتن مسلح از بتن که دارای مقاومت بسیار خوب فشاری است و فولاد استفاد می شود اما بتن مسلح ترکیبی از بتن و فولاد است که در آن بتن در مقابل فشار و فولاد در مقابل کشش مقاومت می کند در حالی که در بتن پیش تنیده با انجام یک عمل مکانیکی بتن به تنهایی تنشهای کششی و فشاری ایجاد شده را تحمل می نماید . برای طرح محاسبه قطعات پیش تنیده روش و ترتیب اجرای سازه باید دقیقا مشخص باشد زیرا مقادیر تنش های ایجاد شده در قطعات در حین اجرای سازه بسیار مهم و گاهی تعیین کننده می باشند. همچنین برخلاف حالت بتن مسلح بعد از بررسی پایداری سازه تغییر شکلهای کوتاه مدت و دراز مدت بتن و فولاد نیز باید به دقت مورد مطالعه قرار گیرند مصالح مصرفی در سازه های بتن پیش تنیده باید از کیفیت عالی برخوردار بوده و با دقت نیز مورد استفاده قرار گیرند با توجه به این که بتن در سن کم که مقاومت نسبتاً ضعیفی داشته و قابل تغییر شکل نیز می باشد تحت فشار فوق العاده زیادی قرار می گیرد باید کیفیت آن به مراتب از کیفیت بتن مصرفی در سازه های بتن مسلح بالاتر باشد همچنین فولاد نیز با توجه به اینکه تحت کشش فوق العاده زیادی قرار می گیرد (100تا 180 کیلو گرم بر میلی متر مربع ) باید مقاومت مناسبی داشته باشد بنابر این در زمان اجرای سازه مصالح مصرفی در بتن پیش تنیده تحت تنش های فوق العاده مهمی قرار می گیرند که عمل تنیدن آزمایش مناسبی برای کنترل کیفیت مصالح به کار رفته است. مقاومت بتن در برابر فشار بالاست ولی در مقابل کشش ضعیف است. ایجاد پیش فشردگی در بتن با کابل های فولادی باعث می گردد بتن همواره در تنش فشاری باقی بماند و در نتیجه میزان باربری آن افزایش خواهد یافت. چون کابل ها در حالت فشرده قرار دارند و نیروی کششی را به نیروی فشاری تبدیل میکنند و هیچ ضعفی در مقطع بتن ایجاد نمی کنند و بتن فقط تحت بارهای بسیار زیاد به کشش می افتد و ترک نمیخورد .

3-  بتن آرمه چه فرقی با بتن پیش تنیده دارد؟

به علت اینکه فشار وارده از طرف کابل های 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 دریک ساختمان بتن آرمه باشد 

فولاد های نرم که معمولا در ساختمان های بتن آرمه به کار می رود برای ساختمان های بتن پیش تنیده مناسب نمی باشد زیرا امکان کشیدن آن به حدی که بتواند جبران اتلاف تنش های پیش تنیدگی ناشی از انقباض و خزش بتن را بکند وجود ندارد . بتن پیش تنیده یک جسم همگن و الاستیک می باشد و قبل از ترک خوردن بیشتر خاصیتی شبیه به فولاد را دارد تا یک جسم غیر همگن مانند بتن آرمه . یک ساختمان بتن پیش تنیده کامل تحت تاثیر بارهای سرویس ترک نخواهد خورد در صورتیکه در یک ساختمان بتن آرمه از همان ابتدای بارگذاری ترکهایی در زیر تار خنثی بوجود می آید حتی اگر در اثر بارهای بیش از حد پیش بینی شده ساختمان بتن پیش تنیده ترک نخورد بعد از اینکه بارها از روی ساختمان برداشته شود ترکها بسته خواهد شد . اگر در یک ساختمان بتن پیش تنیده تنش پیش تنیدگی در اثر بار وارده خنثی شود بتن پیش تنیده خاصیتی بسیار شیبه به بتن معمولی پیدا خواهد کرد . در بتن پیش تنیده لنگر مقاوم به چند برابر افزایش می یابد اثر نیروی برشی 1/10 تا 1/5 تقلیل می یابد خمشی یعنی تغییر شکل به 1/3 می رسد . در بتن پیش تنیده صرفه جوئی در فولاد به میزان 15 تا 20 درصد و در بتن به میزان 30 تا 50 درصد میباشد

4 - آیا میدانید مزایای بتن پیش تنیده چیست؟

یکی از مهمترین خواص ساختمانهای بتن پیش تنیده نداشتن ترکهای دائمی می باشد. این موضوع باعث تداوم بیشتر این امرخصوصاً در محیط هایی با گاز و زمین های مشکل ساز و همیچنین ساختمانهای دریایی بسیار حائز اهمیت میباشد. برتری بتن پیش تنیده نسبت به بتن آرمه جهت نداشتن ترک واضح است . وزن ساختمانهای بتن پیش تنیده به مراتب از وزن ساختمانهای بتن آرمه معادل کمتر است زیرا 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 1/5 تا 1/3 وزن فولاد معمولی معادل می گردد

. –خیز به طرف پایین تیرهای بتن پیش تنیده تحت اثز بارهای سرویس معمولاً بسیار کم میباشد.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

 . – در ساختمانهایی بتن پیش تنیده قبل از وارد آمدن بارهای سرویس ساختمان بوسیله نیروی پیش تنیدگی به شدت بارگذاری شده و بتن و فولاد تحت اثر تنشهای زیادی قرای می گیرد و این خود یک نوع امتحان از نظر مطمئن بودن بتن و فولاد میباشد اگر چنانچه دراین مرحله, ساختمان از خود حالت غیر عادی نشان ندهد می توان مطمئن شد که تحت تاثیر بارهای سرویس نیز عیبی نخواهد کرد. با تغییرات مقداری نیروی پیش تنیدگی می توان سازه را صلب و یا انعطاف پذیر کرد بدون اینکه مقاومت نهایی آن تغییری پیدا بکند . واضح است که یک سازه انعطاف پذیر بیشتر خاصیت فنری و ارتجاعی داشته و می تواند قبل از اینکه در اثر ضربه گسیخته گردد مقدار قابل توجهی انرژی را جذب کند به همین ترتیب چنین سازه هایی تحت تاثیر بارهای زلزله و دینامیکی رفتاربهتری نشان می دهند. یک نمونه از چنین سازه هایی شمع های ضربه گیر اسکله ها میباشد, از همین طرف دیگر یک سازه بسیار صلب بهتر می تواند لرزش ها و نوسانات بسیارسنگین را تحمل کند.(برای مثال , فونداسیون موتورهای توربینی )

5 - آیا میدانید معایب بتن پیش تنیده چیست ؟

- غالباً برای مهار کابل های پیش تنیدگی در دو انتها, احتیاج به وسایل مخصوصی میباشد

 . - اجرای بتن پیش تنیده به نظارت و مهارت بیشتری احتیاج دارد که باعث بالا رفتن هزینه واحد عملیات خواهد شد

 . - استفاده از اعضای پیش تنیده وقتی مقرون به صرفه است که امکان تولید سری و انبوه وجود داشته باشد

. - درشرایطی فعلی, با توجه به محدودیت های ارزی, امکان تولید سری و انبوه امکان پذیر نیست

. - در شرایط فعلی, با توجه به محدودیت های ارزی, امکان وارد کردن وسایل پیش تنیدگی به سادگی امکان پذیر نیست

بتن مورد استفاده دربتن پیش تنیده دارای مقاومت بالاتر نسبت به بتن مصرفی در بتن تحت تاثیر تنش های فشاری بیشتری قرار می گیرد و افزایش سطح مقطع به منظور کم کردن تنش ها باعث افزایش وزن سازه و در نتیجه غیر اقتصادی بودن طرح می شود . سیمان مصرفی نباید به هیچ وجه کلر داشته باشد, زیرا کلر ماده زنگ زننده بسیار خطرناکی برای فولاد کابلهاست. از سیمانی که مقاومت اولیه زیاد باشد (نوع ) 3 در موارد الزامی استفاده می کنند. سیمان نوع 3 به سرعت خود را میگیرد. وقتی ما ناچاریم پیش تنیدگی را در سن پایین تری انجام دهیم, از این نوع سیمان استفاده میکنیم

6 - فولاد های پیش تنیدگی :

فولاد های پیش تنیدگی به سه صورت مفتول, رشته یا کابل و میلگیرد های آلیاژ دار تولید می شوند. مشخصه مهم فولاد های پیش تنیدگی در مقایسه با میلگیردهای معمولی, نقطعه گسیختگی بسیار بالای آنها می باشد

7 - مفتول های پیش تنیدگی :

مفتول در کارها پس کشیده و پیش کشیده مورد استفاده قرار می گیرند مفتول از نورد کم فولاد بلیت بصورت میلگیرد و سپس کشیدن سرد میلگیرد که با کاهش قطرآن همراه است, ساخته می شوند. در آمریکا مفتول ها طبق A421- ASTM تولید و استاندارد می شوند.

8 - کابل ها در بتن پیش تنیده  :

کابل ها از تابیده شدن تعدادی مفتول در دور یکدیگر ساخته می شوند که درزبان فارسی به آن مفتول بافته شده گفته می شود. معمول ترین نوع کابل 7 مفتوله میباشد که قطر اسمی آن در حدود 3 برابر قطر مفتول تشکیل دهنده آن است. کابل 7 مفتوله از تابیده شده 6 مفتول میانی ساخته شده و طبقA416- ASTM استاندارد می شود . میلگردهای آلیاژ دار: با اضافه کردن آلیاژهای مخصوص در هنگام تولید فولاد و سپس اصلاح سرد میلگرد تولید می شود. در آمریکا میلگردهای آلیاژ طبق A722-ASTM استاندارد می شوند

9 - خوردگی در فولاد بتن پیش تنیده چگونه است ؟

خوردگی فولادی که تحت تنش کششی زیاد قرار دارد با خوردگی یا زنگ زدگی معمولی فولاد متفاوت است. زنگ زدگی معمولی در اثر اکسیده شدن فولاد حاصله می شود که به طور تدریجی سطح مقطع مقاوم را کاهش می دهد, در نتیجه تنش افزایش می یابد تابه مقدار تنش گسیختگی می رسد. این عمل به تدریج صورت می گیرد و قابل پیش بینی است. بر عکس« خوردگی تحت کشش» پدیده ای ناگهانی است و گسیخته و شکننده درپی دارد. مقطع گسیخته شده تقریباً مسطح بوده و یک هلال خاکستری رنگ در مقطع دیده می شود. اگر تنش کششی فولاد کمتر از 4 ./تنش نهایی باشد, خوردگی تحت کشش پیش نمیآید. در بتن تنیده تنش فولاد تزرگتر از 4 ./تنش نهایی است.برای جلوگیری از خوردگی پیش تنیده باید آن را بخوبی محافظت کرد. در قطعات چسبنده, کابل باید بخوبی در داخل بتن قرار گرفته و اطرافش ملات ماسه و سیمان( که محیط قلیایی است) تزریق شده باشد و در قطعات غیر چسبنده, از کابل گالوانیزه مخصوص استفاده نمود.

مقاومت بتن در برابر فشار بالاست ولی در مقابل کشش ضعیف است. ایجاد پیش فشردگی در بتن با کابل های فولادی باعث می گردد 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 نمی کنند و بتن فقط تحت بارهای بسیار زیاد به کشش میافتد و ترک نمی خورد . برای پیش فشرده یا پیش تنیده کردن بتن دو سیستم متفاوت وجود دارد .

10 - پیش کشیدن و پس کشیدن در بتن پیش تنیده به چه صورتی انجام می شود ؟

الف- پیش کشیدن

تعداد زیادی از قطعات بتن پیش فشرده، از جمله دال های کف با این روش تولید میشوند. کابل ها را به صورت آزاد در داخل قالب قرار می دهند و با دستگاه مخصوص کشش لازم را وارد میکند. بتنریزی را انجام می دهند و به کمک لرزاندن، هوای آن را تخلیه می کند و شرایط لازم برای انجام خودگیری سریعتر را فراهم می کنند. طول اضافی کابل ها را که در دو انتها ثابت شده اند می برند و بتن را تحت فشار رها می سازند. مانند بتن مسلح پیش ساخته مقطع و محل قرارگیری کابل ها براساس بارهای محاسبه شده مشخص و رعایت می شود.

ب - پس کشیدن

در روش پس کشیدن، کابلها را در قالب کار، داخل غلاف هایی قرار می دهند، بت نریزی را انجام می دهند. وقتی به اندازه کافی خود را گرفت دو سر کابلها را به طرف بیرون می کشند. این کار به وسیله گره های مخصوص که به دو سر سیمها بسته می شوند و پس از قطع شدن کشش محکم می شوند، انجام می گیرد. مزیت پس کشیدن بر پیش کشیدن این است که می توان 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.

11 - سقف های پیش تنیده به روش پس کشیده یعنی چه ؟

در این نوع از سقف ها که به صورت دال بتنی اجرا می شود به جای تیر ها و میلگرد های دال از کابل های فولادی در داخل غلاف های مخصوص استفاده می کنند . کابل ها را طبق محاسبه در فواصل معین شده قرار داده و سپس شروع به بتن ریزی سقف می نمایند بعد از 28 روز که بتن به مقاومت نهایی خود رسید کابل ها را توسط وسیله ای مکانیکی می کشند تا در جای خود ثابت گردند سپس مواد مخصوصی را در داخل غلاف ها تزریق می نمایند تا کابل ها به صورت ثابت در جای خود باقی بماند . اما نکته جالب این روش اجرای دهانه هایی با طول های 5/5 الی 12 متر می باشد

12 - تیرهای حمال پل :

فاصله و شکل تیرهای حمال طولی بستگی به شیوه اجرای پل دارد. در حالت استفاده از تیرهای پیش ساخته فاصله تیرهای حمال بین 2/5 تا 3/5 متر و در حالت استفاده از تیرهای در جا فاصله ذکر شده بین 3 5تا متر می باشد .ضخامت دال پل( از بتن مسلح یا پیش تنیده ) نیز متناسب با فاصله تیرهای حمال بین 16 تا 25 سانتی متر تغییر می کند در حالت ساخت درجا باید حتی المقدور در سادگی شکل تیرها کوشید لذا مقاطعT شکل با ضخامت ثابت متداولاً مورد استفاده قرارمی گیرند در این حالت حداقل ضخامت جان با توجه به شرایط اجرائی برابر 25 سانتی متر می باشد گاهی نیز برای کاهش سطح مقطع و در نتیجه صرفه جوئی در مصرف بتن، مقطع جان را در جهت قائم متغیر ساخته و بدین ترتیب ضخامت ماکزیمم در قسمت تحتانی (برای قراردادن کابلها) در نظر گرفته می شود.

13 - مقاطع جعبه ای :

این مقاطع از بتن مسلح ، بتن پیش تنیده فلزی بوده و شامل یک یا چند جعبه می باشد . مقاومت پیچشی این مقاطع بسیار مطلوب بوده و در پلهای بزرگ یکسره ، با توجه به ممانهای خمشی منفی ایجاد شده به میزان وسیع مورد استفاده قرار می گیرند .

14- مقاطع مشبک :

در حالتی که ارتفاع تیرهای حمال جانبی پلها به علت اهمیت طول دهانه ، زیاد شود ، وبه منظور کاهش وزن مصالح مورد استفاده از تیرهای مشبک که غالباً فلزی بوده ، استفاده می شود

 . • مقاطع با تیرهای حمالI و Tشکل فلزی ، بتن مسلح و بتن پیش تنیده

 . • مقاطع صفحه ای تو پر یا توخالی

 . • مقاطع با ارتفاع ثابت یا متغیر .

 

همه چیز در مورد پیش تنیدگی

به اشتراک بگذارید

امتیاز شما به این مطلب

تعداد امتیازها: 0

نظرات کاربران

شما هم میتوانید نظر خود را در رابطه با این مطلب برای ما ارسال نمایید.

برای ارسال نظر باید عضو سایت باشید، اگر قبلا در سایت ثبت نام کرده اید اینجا را کلیک کنید.

captcha Refresh
logo-samandehi