بتن پیش تنیده که در زبان انگلیسی به آن Prestressed concrete می گویند، به منظور کنترل تنش های کششی و ترک های ناشی از لنگر خمشی که بر اثر بارهای وارد بر آن به وجود می آید، تولید می شود.
به بیان دیگر می توان گفت پیش تنیدگی در بتن عبارت است از ایجاد یک تنش ثابت و دائمی به اندازه لازم در یک عضو بتنی، به صورتی که در اثر این تنش، تنش های ناشی از بارهای مرده و زنده در عضو موردنظر خنثی می شود و مقاومت باربری آن افزایش پیدا کند.
می توان گفت این بتن ها برای رفع ضعف بتن در برابر کشش تولید و مورد استفاده قرار می گیرد. آن چه که در ساخت بتن پیش‌تنیده حائز اهمیت است، استفاده از مصالح با کیفیت می باشد. با این مقدمه در ادامه این مطلب از ساختمانچی به بیان توضیحات بیش تر در این زمینه خواهیم پرداخت. با ما همراه باشید.
ویژگی های بتن پیش تنیده
همان گونه که در بالا گفتیم، ساخت این بتن در جهت کنترل تنش های کششی و ترک های ناشی از لنگر خمشی بر اثر بارهای واردشده صورت می گیرد. از آن جایی که بتن و فولاد در معرض تنش های زیادی قرار دارند و همچنین بر اثر اتلافات پیش تنیدگی که می تواند باعث کاهش نیروی پیش تنیدگی شود، باید از مصالح با مقاومت بالا استفاده شود.
میزان دوام و ایمنی بتن به طرح و اجرای آن بستگی دارد و نمی توان به طور قطع در مورد آن نظر داد. به منظور افزایش دوام بتن، قبل از استفاده آن و واردشدن بار، با توجه به شدت بارگذاری، بتن و فولاد تحت تنش قرار می گیرند تا میزان دوام و ایمنی آن ها مورد بررسی قرار گیرد.
وزن ساختمان هایی که در آن ها از این نوع بتن استفاده می شود، کمتر از ساختمان هایی است که از بتن مسلح در ساخت آن ها استفاده‌شده است. در استفاده از بتن های پیش‌تنیده، از مقاومت تمام سطح مقطع بتن استفاده می شود و همین امر نیاز به بتن را کم تر می کند.
همچنین فولادهایی که در بتن مذکور مورد استفاده قرار می گیرند، دارای مقاومت زیادی اند. همین امر سبب می شود میزان فولاد مصرفی کاهش یابد که خود بر کاهش وزن ساختمان تاثیرگذار می باشد.
اجرای بتن پیش تنیده
بتن‌های پیش‌تنیده کامل و جزئی هستند. بتن های کامل به سازه‌هایی می گویند که در هیچ نقطه ای از آن تنش کششی وجود ندارد. در مقابل سازه بتنی جزئی به سازه ترک دار تحت بارهای بهره برداری اطلاق می شود. اجرای بتن پیش‌تنیده به دو صورت شکل می گیرد و دسته بندی می شود:
بتن پیش‌کشیده
در تیرهای بتنی پیش‌کشیده ابتدا فولادهای تکمیلی و فولادهای برشی در مقطع، در جای خود قرار می گیرند و پس از آن فولادهای پیش‌تنیده در قالب مستقر می شوند. سپس در دو قسمت انتهایی با استفاده از مهارهای مخصوص نگهداری و کشیده می شود و پس از آن عملیات بتن ریزی در قالب انجام می گردد.
بتن پس‌کشیده
تیرهای بتنی پس‌کشیده خود به دو نوع غیرچسبنده و چسبنده تقسیم بندی می شوند. در بتن غیرچسبنده، از غلاف های توخالی در بتن و در مسیر عبور فولادهای پیش‌تنیده استفاده می شود.
پس از آن در دو انتهای تیر از یک وسیله مهاری دیگر قبل از بتن ریزی استفاده و جای گذاری می شود. سپس پس از اینکه بتن به مقاومت موردنظر رسید، فولاد پیش تنیدگی از داخل غلاف عبور می کند و با استفاده از جک هایی که به ورق سر تکیه می کنند، کشیده می شوند.
پس از عبور فولادها، برای محافظت از آن ها و به منظور ایجاد چسبندگی، از دوغاب سیمان استفاده می شود که به آن بتن پس کشیده چسبنده می گویند.
مزایای بتن پیش تنیده
بتن پیش‌تنیده مزایای زیادی دارد. در ادامه به بررسی ویژگی های مثبت این نوع بتن می پردازیم:
افزایش ظرفیت باربری: بتن پیش‌تنیده می تواند بارهای بیشتری را تحمل کند و در نتیجه نیاز به آرایش های بزرگ تر و گزینه های ساختاری کمتری دارد.
کاهش ترک خوردگی: با اعمال تنش های پیشین، ترک خوردگی در بتن کاهش می یابد. این امر به ویژه در سازه‌هایی که ممکن است تحت بارهای شدید قرار بگیرند، اهمیت دارد.
کاهش وزن سازه: به دلیل افزایش ظرفیت باربری، می توان در طراحی سازه از مقاطع نازک تری استفاده کرد که منجر به کاهش وزن کلی سازه می شود.
افزایش عمر مفید سازه: با کاهش ترک خوردگی و بهبود عملکرد بتن، عمر مفید سازه افزایش و هزینه های نگهداری کاهش می یابد.
امکان طراحی دهانه های بزرگ: بتن پیش‌تنیده امکان طراحی دهانه های بزرگ تر را فراهم می کند، که مناسب برای سازه‌هایی مانند پل ها و ساختمان های تجاری است.
تطبیق پذیری در طراحی: این نوع بتن در شکل دهی به سازه های نامتعارف و خصوصاً در پروژه های خاص و معماری مدرن راحتی بیشتری دارد.
معایب بتن پیش تنیده
در کنار مزایای متعدد، این بتن ها معایبی نیز دارند که به شرح زیر می باشد:
هزینه های اولیه بالاتر: سرمایه گذاری اولیه برای بتن پیش‌تنیده معمولاً نسبت به بتن معمولی بالاتر است، به ویژه در مراحل طراحی و تولید.
نیاز به تخصص فنی: طراحی و اجرای بتن پیش‌تنیده نیاز به دانش و تجربه خاصی دارد. عدم رعایت اصول می تواند به مشکلات ساختاری منجر شود.
محدودیت در تعمیرات و تغییرات: سازه‌های بتن پیش‌تنیده ممکن است در برابر تعمیرات و تغییرات مقاوم باشند، زیرا تغییرات در سیستم پیش‌تنیده می تواند پیچیدگی های زیادی داشته باشد.
خطر ترک خوردگی در صورت عدم اجرای صحیح: اگر شرایط پیش تنیدگی به درستی اعمال نشود، ممکن است ترک خوردگی و دیگر مشکلات در سازه ایجاد شود.
محدودیت در شرایط محیطی: بتن پیش‌تنیده باید در شرایط محیطی خاصی قرار گیرد. شرایط رطوبت و دما می تواند بر فرایند پیش‌تنیدگی تأثیر بگذارد.
اجزاء تشکیل‌دهنده سازه‌های پیش‌تنیده
بتن
بتنی که در سازه‌های پیش‌تنیده مورد استفاده قرار می گیرد، باید از مقاومتی بیش از آن چه در سازه های بتن مسلح استفاده می شود، برخوردار باشند.
از آن جایی که این بتن تحت اثر نیروهای بزرگ تر قرار دارند، باید از کیفیت بالایی برخوردار باشند که همین امر از لحاظ اقتصادی نیز مقرون به صرفه تر خواهد بود. استفاده از بتن با مقاومت بالا می تواند ابعاد مقطع و در نتیجه وزن آن را کاهش دهد.
فولاد پیش‌تنیده
فولادهای پیش‌تنیده فولادهایی هستند که از مقاومت کششی زیادی برخوردار هستند. دلیل این امر امکان وجود تنش های زیاد در فولاد می باشد. این گونه فولادها از خاصیت ارتجاعی و خمیری در تنش های بسیار بالا برخوردار می باشند.
این نوع فولادها نسبت به زنگ زدگی مقاوم هستند. قطر کم این فولادها و سطح تماس خارجی بزرگ به منظور افزایش خاصیت چسبندگی با بتن از دیگر ویژگی های این فولادها می باشد. ساخت فولادهای پیش‌تنیده به سه شکل مفتول، سیم، رشته، کابل و میله انجام می شود.
مفتول های پیش‌تنیده
این مفتول ها دارای قطر 4 تا 8 میلی متر می باشند که هم در بتن پیش‌کشیده و هم در بتن پس‌کشیده استفاده می شوند. برای ساخت مفتول ها ابتدا شمش فولاد را به شکل گره، نورد می کنند و پس از اینکه میلگردها سرد شد، میله ها را می کشند تا مقاومت آن افزایش یابد.
پس از این مرحله، مفتول ها را برای زمان معینی به صورت یکنواخت حرارت می دهند تا تنش های آن آزاد شود. این فولاد دارای سستی معمولی می باشد. سستی فولاد یعنی برای کاهش تنش فولاد، آن را تحت بار معینی در درجه حرارت و طول ثابت قرار می دهند.
در صورتی که پس از عملیات کشش سرد و همزمان با اعمال حرارت برای بهتر شدن خواص الاستیک فولاد و کاهش سستی آن به فولاد، یک تنش کششی حدود 65 درصد مقاومت نهایی وارد شود، به این محصول، فولاد با سستی کم می گویند.
کابل های پیش‌تنیده
از پیچش تعدادی مفتول به دور هم، کابل ها تولید می شوند. کابل ها معمولا به صورت 7 یا 19 تسمه تهیه می شوند که نوع اول آن کاربرد بیشتری دارند. کابل ها مانند مفتول ها به صورت سستی معمولی و سستی کم تهیه می شوند و تنش جاری شدن آن ها همانند مفتول ها اندازه گیری می شود.
میله های فولادی
میله ها با افزودن آلیاژهای مخصوص در هنگام تولید فولاد و سپس اصلاح سرد میلگردها، تهیه می شوند و در مرحله آخر عملیات آزادسازی تنش را بر روی آن انجام می دهند.
وسایل و ابزار مورد نیاز پیش تنیدگی
پیش‌کشیده
- تکیه گاه ها و بستر مخصوص کارهای پیش‌کشیده
- قالب های مخصوص برای ساخت قطعه موردنظر
- جک مخصوص و پمپ هیدرولیک برای اعمال نیرو
- ویبراتورهای متصل به قالب برای لرزاندن آن
پس‌کشیده
- غلاف هایی که پیش از بتن ریزی در محل مربوطه قرار می گیرند
- جک مخصوص و پمپ هیدرولیک به منظور ایجاد نیرو در جک
- پمپ فشار قوی برای تزریق دوغاب سیمان در داخل غلاف
کاربرد بتن پیش‌تنیده
بتن پیش‌تنیده کاربردهای زیادی دارد؛ از جمله:
- ساخت تیرها
- کف طبقات
- پل هایی که دهانه های آن ها از طول زیادی برخوردار است
- اسکله ها
- سقف های دال تخت
- پارکینگ های طبقاتی
نحوه عملکرد بتن پیش‌تنیده
در سقف هایی که با بتن پیش‌تنیده بنا می شوند، نیروی اضافی فشاری در بتن بوجود می آید و قسمتی از تنش های کششی آن آزاد می شود. درنتیجه مقطع فشاری بتن افزایش می یابد. در این سقف ها، نیروی بتن به وسیله کشش کابل ها بعد از بتن ریزی و دستیابی به استحکام موردنیاز، ایجاد می شود.
این روش به صورت کارگاهی و کارخانه ای انجام می پذیرد. در اجرای سقف های پیش‌تنیده در ابتدا غلاف های فلزی جای‌گذاری می شوند. سپس کابل ها درون غلاف قرار می گیرند و بعد از بتن ریزی و ایجاد مقاومت لازم در بتن، آن ها را می کشند
در آخرین مرحله برای محافظت از کابل ها در برابر عواملی چون خوردگی و زنگ زدگی، دوغاب سیمان و یا مواد پلیمری را به درون غلاف ها تزریق می کنند.
کلام آخر
امیدواریم این نوشته از ساختمانچی بتواند اطلاعات مورد نیاز شما کاربران گرامی را در مورد بتن پیش‌تنیده ارائه دهد. اگر نکته ای می دانید که ما در این نوشته ذکر نکردیم و همچنین نظرات و پیشنهادات خود را با اهالی ساختمانچی در میان بگذارید.
