1- مفهوم پیش تنیدگی
پیش تنیدگی روشی است برای مقاوم سازی بتن یا مواد دیگر که توسط رشته‌های فولادی با مقاومت بالا و یا میلگردها انجام میشود.کاربرد پیش تنیدگی در سازه‌های پارکینگ ها، ساختمان(آپارتمانها) و در دفاتر کار، دالهای بتنی روی زمین، پلها و ورزشگاه ها، حفاری‌های سنگ و خاک، تانکهای ذخیره آب و مواد شیمیایی و … می‌باشد که در ادامه به مباحث مربوط به پیش تنیدگی پرداخته خواهد شد.
پیش تنیدگی عبارتست از ایجاد یک تنش ثابت دائمی و به اندازه لازم در یک عضو بتنی بطوریکه در اثر این تنش مقداری از تنش های نا شی از بار مرده وزنده در این عضو خنثی گردد ودر نتیجه ظرفیت باربری عضوافزایش یابد.در واقع نیروی فشاری مورد نیاز در بتن پیش تنیده توسط کشش در فولاد با مقاومت بالا تولید می شود؛ فولاد می تواند قبل یا بعد از بتن ریزی کشیده شود. چنانچه فولاد قبل از بتن ریزی کشیده شود به آن پیش تنیدگی و چنانچه فولاد بعد از بتن ریزی کشیده شود به آن پس تنیدگی گفته می شود.
بطور کلی عمل خنثی نمودن تنش ها ویا متعادل نمودن بارها را اساس طراحی اعضای پیش تنیدهمی توان دانست. اگر نیروی فشاری مشخصی رااز دوطرف به یک قطعه یا تیر وارد بیاوریم می توانتنش کششی رادرپائین عضوکاهش داد و یا به کلی آنرا خنثی نمود و تبدیل به تنش فشاری کرد که ایناعمال نیرو تعادل بارهای خارجی می باشند.
در سازه های بتن معمولی، اعضای بتنی ازقبیل تیرو ستون و دال سقف شامل بتن و آرماتور هستند که در این اعضا، بخشی از بتن تحت نیروهای فشاری و بخش دیگر آن به همراه آرماتور ، تحت نیروهای کششی قرارمی گیرند.در ناحیه فشاری، بتن به خوبی نیروها را تحمل می کند اما در ناحیه کششی ، ترک می خورد و عملاً کارایی خود را از دست می دهد و آرماتور به تنهایی نیروهای کششی را تحمل می نمایند در این حالت، بتن تنها نگهدارنده آرماتور است و بدون باربری به وزن سازه می افزاید.
در طول اعضای خمشی هم تار تحتانی در کشش قرار می گیرد (روی تکیه گاه) و هم تار فوقانی (وسط دهانه) در مقاطع پیش تنیده با جابجا کردن موقعیت کابل، مقدار و توزیع تنش فشاری قابل کنترل است.در سازه های پیش تنیده اعضای بتنی شامل بتن آرماتور و کابل های پیش تنیدگی می باشند
در این اعضا آرماتورها برای جلوگیری از ایجاد ترکهای بزرگ در بتن(که عملا موجب شکست می شوند) و تامین الزامات حداقل مقرراتی که آیین نامه بتن ایران برای سازه های بتنی مقرر داشته است استفاده می شوند و معمولاً بعنوان قطعات باربر مورد استفاده قرار نمی گیرند.بتن در این اعضا همچنان نقش باربری فشاری را عهده دار است با این تفاوت که بطور کاملتحت فشار قرار می گیرد و عملا تمام مصالح بتن بدون ایجاد ترک ، نیروهای فشاری را تحمل می کند.
دلیل این امر استفاده از کابل های پیش تنیدگی می باشد که کابل های پیش تنیدگی وظیفه بوجود آمدن چنین وضعیتی راعهده دار هستند.( در زمان ساخت و قبل از بهره برداری از سازه) این کابل های با ایجاد نیروی فشاری اولیه در ناحیه کششی بتن، موجب می شوند بعد از آنکه بارهای مرده(از قبیل بار وسایل و کاربران) و زنده( از قبیل کف سازی ) در زمان بهره برداری از سازه بر سازه اعمال شدند این ناحیه تحت کشش قرار نگیرد و موجب ترک بتن و از دست رفتن کارایی بتن نشود به این ترتیب، از حداکثر ظرفیت باربری بتن استفاده می شود و ابعاد و اندازه اعضا کاهش می یابد.بهینه ترین حالت در انتخاب مقدار نیروی پیش فشردگی حالتی است که درصدی از بارها متعادل شود که منجر به کاهش میزان فولاد مصرفی و کنترل خیز و ترک در بتن شود.
2- مزایای معماری
- ایجاد سهولت و انعطاف پذیری در طراحی پلان و نما
- امکان ایجاد دهانه های بلندتر و وجود ستون های کمتر در سازه
- کاهش ارتفاع طبقات و کل ساختمان
- امکان ایجاد کنسول های بلندتر
- افزایش فضای مفید بهره برداری
- ایجاد فضای مناسب برای تأمین پارکینگ های بیشتر
- حذف آویز تیرها و امکان استفاده از سقف کاملاً مسطح
- قابلیت استفاده در پلان های نامنظم و منحنی شکل
- امکان ایجاد بازشوهای بزرگتر در سقف
- قابلیت استفاده از ستونهای خارج از محور
- قابلیت بیشتر عبور لوله ها و ادوات تأسیساتی
3– مزایای سازه ای
- افزایش دوام بتن
- کاهش ابعاد فونداسیون
- کنترل ترک خوردگی در سازه
- باربری بیشتر عضو پیش تنیده با هندسه مشابه نسبت به بتن مسلح معمولی
- کنترل خیز و تغییرشکل در سازه ها
- ایمنی بالاتر سقف یکپارچه بتنی در زلزله
- کاهش وزن مرده ساختمان و مصالح مصرفی
- کاهش ارتفاع تیرها و ضخامت دال های بتنی
- امکانساخت قطعات بتنی پیش ساخته سبک تر
- کاهش ارتعاش ناشی از بارهای ضربه ای و دینامیکی(کاهش ارتفاع تیرها و ضخامت دال های بتنی)
- استفاده حداکثر و بهینه از ظرفیت مصالح بتنی و کابل ها
4- مزایای اقتصادی
- افزایش طول عمر مفید سازه
- کاهش فوق العاده در زمان ساخت و ساز
- امکان ایجاد طبقات بیشتر تحت یک ارتفاع مجاز
- امکان احداث پروژه های تجاری با معماری خاص
- کاهش هزینه تمامی آیتم های ارتفاعی نازک کاری
- کاهش قابل ملاحظه در مقدار آرماتور و بتن مصرفی
- کاهش قابل ملاحظه در زمان و هزینه نیروی انسانی
- افزایش سوددهی پروژه های ساختمانی بواسطه
- افزایش تعداد پارکینگ ها
5- روش های پیش تنیدگی
اعمال نیروی پیش تنیدگی به دو روش پیش کشیده یا پس کشیده صورت میگیرد. بدین معنی که عملیات کشش کابل ها می تواند پیش از بتن ریزی یا پس از بتن ریزی انجام شود.
1-5- روش پیش کشیدگی:
در این روش در مرحله اول ابتدا کابل ها روی بسترپیش ساخته در حد فاصل دو انتها کشیده می شوند. در مرحله دوم عضو مورد نظر بتن ریزی می شود و سپس به مقاومت کافی می رسد و در مرحله سوم کابل های پیش تنیدگی در دو انتهای تیر، بریده شده و نیروی پیش تنیدگی بصورت یک نیروی فشاری بر عضو اعمال میشود.
این روش درسازه‌های پارکینگ ها، ساختمان ها(آپارتمانها) و در دفاتر کار، دالهای بتنی روی زمین، پلها و ورزشگاه ها، حفاری‌های سنگ و خاک، تانکهای ذخیره آب و مواد شیمیایی کارگاهها یا کارخانه های تولید قطعات بتنی مورد استفاده قرار گرفته و معمولامحصولات تولید شده بصورت پیش ساخته می باشد.
2-5- روش پس کشیدگی:
در این روش در مسیر عبور کابل های پیش تنیدگی ، غلافی تو خالی در بتن تعبیه می گردد سپس کابل ها از درون غلاف ها عبور داده شده بطوریکیه دو سر آن از غلاف بیرون بوده و سپس عملیات بتن ریزی انجام می شود.بعد از اینکه بتن به مقاومت مورد نظر رسید کابل های توسط جک کشیده می شوند و با مهار بند مهار می شوند.
این روش هم در ساخت قطعات پیش شاخته وهم برای اجرا در محل مورد استفاده قرار می گیرد.
6- انواع روشهای پس کشیدگی
با توجه به تماس کابل ها به بتن روشهای پس کشیدگی شامل:
1-6- سیستم غیرچسبنده تک رشته
بیشتر سیستمهای غیر چسبنده به صورت تک رشته‌ای می‌باشند.
شرح:یک رشته کابل از هفت رشته سیم مفتول تشکیل میشود که با نوعی گریس جهت حفاظت خوردگی پوشیده میشود و کل مجموعه درون یک روکش پل یاتلین قرار گرفته است. در قسمت ابتدائی نیز از یک صفحه فولادی سوراخ دار به همراه گوه‌هایی فولادی دو تکه استفاده میشود و این گوه‌ها طوری طراحی شده اند که استرند(کابل) را درون خود محکم نگاه می‌دارد.
در این روش هر کابل پیش تنیدگی داخل یک غلاف پلاستیکی قرار دارد.کابل قابلیت حرکت در داخل غلاف پلاستیکی را دارد و مستقیما توسط یک مهار نگه داشته می شود.پس از بتن ریزی وکسب مقاومت فشاری مورد نیاز کابل ها کشیده می شود. در این روش نیروی فشاری از طریق مهارهای انتهایی به بتن منتقل می شودو کابل در طول خود پیوند وتماس مستقیمی با بتن ندارد. (تصویر1)
(منظور از غیر چسبنده بودن، عدم تماس مستقیم فولاد کابل با بتن بواسطه پوشش پلی اتیلنی آن می باشد.)
از آنجایی که نیازی به تامین چسبندگی بین کابل و بتن وجود ندارد عملیات تزریق گروت در این سیستم حذف می شود.این روش بیشتر در مواردی استفاده می شود که اجزای بتن دارای ضخامت کمی هستندونصب مهارهای انتهایی بزرگتر امکان پذیر نباشد.
2-6- سیستم چسبنده مسطح چند رشته:
در آن کابل ها داخل غلاف از طریق گروت با بتن ارتباط پیدا می کند.
شرح: در این سیستم‌ها دو یا چند استرند از درون یک مجرای محافظ فلزی یا پلاستیکی عبور داده میشود در حالی که این مجرا از قبل به صورت مدفون در بتن کار گذاشته میشود.استرندها توسط یک جک که کششی بزرگ مهار شده و کشیده می‌شوند. سپس مجرای لولهای داکت توسط گروت پر میشود.
استفاده از این گروت هم باعث محافظت از خوردگی کابل های فولادی میشود هم باعث انتقال نیروی کششی بین استرندها و مجرای لولهای داکت شده و گیرداری طول مشخصی از(Tendon) را در محیط اطراف موجب میشود.
تانکرهای خاک و سنگ نیز از نوع سیستم چسبنده (گیرداری) هستند اما با قدری تفاوت در مراحل اجرای انکر گذاری به طوری که به وسیله دستگاه حفاری سوراخ مدنظر به همراه یک غلاف لولهای (Casing ) جهت جلوگیری از ریزش خاک و سنگ در محل ایجاد میشود.این کار ممکن است در دیواره یک تونل و یا دیواره حایل شیت پایلی و توده خاک پشت آن انجام میگیرد.
در درون(Casing ) عبور داده شده و سپس عملیات تزریق گروت آغاز میشود. بعد از این که گروت به مقاومت مدنظر رسید عملیات کشش(Tendon ) آغاز میشود.در حالت پایدار سازی زمینه‌ای شیبدار (ترانشه ها) و یا دیواره تونل‌ها استفاده از انکر گذاری باعث نگهداری خاک سست و سنگ و پیوستگی آن دو با هم میشود، به طوری که وقتی عملیات خاکبرداری داخل آغاز میشود، فشار پشت توسط نیروی پیش تنیدگی انکر خنثی میشود و دیواره شیت پایل در محل خود استوار می ماند.
در این روش چند کابل داخل یک غلاف فلزی قرار گرفته و همگی به یک مهارانتهایی ختم می شوند.مهارهای انتهایی در محل مناسب روی قالب نصب شده و پس از بتن ریزی وعملیات کشش مواد پرکننده(گروت)داخل غلافها تزریق میشود.عاجهای روی جداره غلاف طوری طرااحی شده اند تا درگیری مناسب با بتن ایجاد کنند بدین ترتیب بین کابل هاوبتن پیوند(Bonded)قابل قبولی ایجاد می شود.
(منظور از چسبنده بودن، تماس کابل با بتن از طریق گروت ریزی در داکت که کابل در آن محصور شده است می باشد.)
روش چسبیده بیشتر در مواردی استفاده می شودکه نیاز به نیروی زیادی برای پیش تنیده کردن اعضا وجود داشته باشد.
موارد زیر از کاربردهای مهم این سیستم است :
- پلهای پیش تنیده
- تیرهای پیش تنده برای دهانه های بزرگ
- صفحات انتقال بار(Transfer plate )
- فونداسیون های پیش تنیده
3-6- سیستم چسبنده دایره ای(مدور) چند رشته ای:
که در پروژه های عظیم مثل پل کارایی دارد.
مقایسه سیستمهای چسبیده و نچسبیده:
الف)سیستمهای نچسبیده :
- امکان ایجاد خروج از مرکزیتبیشتربرای کابل ها
- افت کمتر در نیروی پیشتنیدگی
- عدم نیاز به تزریق گروت
- سرعت اجرای بالاتر
- هزینه کمتر
- میانگین مصرف کابل : 3.75 (کیلوگرم در هر متر مربع سقف)
- میانگین مصرف ارماتور: 6 (کیلوگرم در هر متر مربع سقف)
ب)سیستمهای چسبیده:
- مقاومت بیشتر مقطع در حالت حدی نهایی
- مستقل بودن نیروی پیشتنیدگی از مهار انتهایی بعد از تزریق گروت
- میانگین مصرف کابل :4.5 ( کیلوگرم در هرمتر مربع)
- میانگین مصرف ارماتور:9 ( کیلوگرم در هر متر مربع سقف)
7- مراحل اجرای دالهای پس کشیده باروش نچسبیده:
1-7- قالب بندی:
در این سیستم قالب بندی سقف مشابه دال بتنی معمولی (بتن آرمه) است. به منظورسهولت درنصب مهارهای انتهایی برای قالبهای کناردال ازمصالح مناسب مانند چوب استفاده می شود.
2-7- آرماتوربندی:
آرماتورهای مورد نیازشامل کلافهای کناری آرماتورهای تقویتی روی ستونها و دیوارها آرماتورهای مربوط به برش پانچ آرماتورهای اطراف بازشوهاو….در این مرحله روی سقف نصب می شوند.حجم آرماتوربندی در این روش در مقایسه با دال بتن آرمه بسیارکمتراست وعملا آرماتوربندی بصورت شبکه فوقانی وتحتانی وجود ندارد.
3-7- نصب کابل هاو مهارهای انتهایی:
با توجه به نقشه های اجرایی کابل ها روی قالب قرارمی گیرند ومهارهای انتهایی به لبه قالب متصل می شوند. معمولا کابل ها در دو جهت عمود برهم بر روی دال می باشد.درحالت معمولی دریک جهت کابل ها بصورت متمرکز روی نوارهای ستونی قرار می گیرند(Banded Tendons)ودرجهتدیگر بافاصله های یکنواخت حدود5/1متری توزیع میگرددند.(Distributed Tendons)
4-7- نصب(Chair )ها و تامین پروفیل کابل ها:
برای استفاده بهینه ازنیروی پیش تنیدگی موقعیت کابل نسبت به تار خنثی درطول دال تغییر می کند.معمولاروی نقاط تکیه گاهی کابل ها به تارفوقانی ودر وسط دهانه به تار تحتانی نزدیک می شوند.به این انحنا اصطلاحا انحنا(Profile) می گویند.جهت تامین پروفیل مناسب(Chair)هایی دراندازه های متفاوت با فاصله های مشخصی قرار داده شده وکابل روی آنها قرارمی گیرد.
5-7– بتن ریزی:
پس ازبستن آرماتورهاوقرارگیری کابل هاروی سقف بتن ریزی انجام می شود در این مرحله باید در مورد ویبره زدن اطراف مهار های انتهایی دقت کافی به خرج داده شود.
6-7- عملیات کشش:
بعد ازاینکه بتن به مقاومت فشاری مورد نیاز رسید می توان عملیات کشش کابل ها را آغاز نمود.هر کابل از یک طرف یا از هر دوطرف (در صورت نیاز) کشیده می شود.میزان افزایش طول هرکابل با توجه به طول و پروفیل آن محاسبه شده و پس از کشش نیز اندازه گیری می شوند. بدین ترتیب صحت اجرای عملیات کنترل می شود.
****ادامه مقاله در لینک رو به رو: افزیـــــــــــــــــــــــــر
بدون دیدگاه