مقاومت بتن در برابر فشار بالاست ولی در مقابل كشش ضعیف است. ایجاد پیش فشردگی در بتن با كابلهای فولادی باعث ميگردد بتن همواره در تنش فشاری باقی بماند و در نتیجه میزان باربری آن افزایش خواهد یافت. چون كابلها در حالت فشرده قرار دارند و نیروی کششی را به نیروی فشاری تبدیل ميكنند و هیچ ضعفی در مقطع بتن ایجاد نميكنند و بتن فقط تحت بارهای بسیار زیاد به كشش ميافتد و ترك نميخورد.
برای پیش فشرده یا پیش تنیده كردن بتن دو سیستم متفاوت وجود دارد. پیش كشیدن و پس كشیدن.
الف- پیش كشیدن
تعداد زیادی از قطعات بتن پیش فشرده، از جمله دال های كف با این روش تولید ميشوند. كابلها را به صورت آزاد در داخل قالب قرار ميدهند و با دستگاه مخصوص كشش لازم را وارد ميكند. بتنریزی را انجام ميدهند و به كمك لرزاندن، هوای آن را تخلیه ميكند و شرایط لازم برای انجام خودگیری سریعتر را فراهم ميكنند. طول اضافی كابلها را كه در دو انتها ثابت شدهاند ميبرند و بتن را تحت فشار رها ميسازند. مانند بتن مسلح پیش ساخته مقطع و محل قرارگیری كابلها براساس بارهای محاسبه شده مشخص و رعایت ميشود.
ب- پس كشیدن
در روش پس كشیدن، كابلها را در قالب كار، داخل غلافهایی قرار ميدهند، بتنریزی را انجام ميدهند. وقتی به اندازه كافی خود را گرفت دو سر كابلها را به طرف بیرون ميكشند. این كار به وسیله گرههای مخصوص كه به دو سر سیمها بسته ميشوند و پس از قطع شدن كشش محكم ميشوند، انجام ميگیرد. مزیت پس كشیدن بر پیش كشیدن این است كه ميتوان آنها را خمیده كرد تا در مسیر تنش قرار گیرند. به این ترتیب ميتوان بتن را به شكلی ریخت كه كمترین حجم ممكن را داشته باشد.
پيش تنيدگي:
پيش تنيدگي روشي است براي مقاوم سازي بتن يا مواد ديگر كه توسط رشته هاي فولادي با مقاومت بالا ويا ميلگردها انجام مي شود.كاربرد پيش تنيدگي در سازه هاي پاركينگ ها، آپارتمانها،دالهاي بتني روي زمين،پلها،حفاري ها،تانكهاي ذخيره آب وموادشيميايي و… مي باشد.روش پس كشيدگي در پيش تنيدگيدر اين روش بتن به دور غلاف محتوي كابل ها ريخته مي شود.وقتي بتن به مقاومت كافي رسيد،كابلها كشيده شده وتوسط گيره هاي مخصوص قفل مي شوند در اين سيستم تمام نيروي كابل ها مستقيماً به بتن منتقل مي شود.
روش پس كشيدگي:
با اين روش كابل هاي پيش تنيده از ميان غلاف ها(لوله هاي اسپيرال)عبورمي كند كه داخل غلافها بعد از كشيده شدن كابلها با دوغاب پرمي شوند.اين سيستم براي كاربردهاي تخصصي استفاده مي شود.خصوصيات اين روش به شرح ذيل مي باشد: _غلاف ها ازورق گالوانيزه در ضخامت،قطر وطولهاي مختلف باماشين اسپيرال ساخته مي شود._محل بافت درغلاف ها كاملا آب بندي بوده ودر برابر فشاربارهاي خارجي بسيارمقاومند._ميزان انحناء ويامسير كابل هاي پس تنيدگي به قابليت انعطاف غلاف هابستگي دارد._غلاف ها پس از كشيدگي كابلها،بايد با دوغاب پرشود
عملكرد دوغاب:
_تأمين چسبندگي بين كابل وغلاف(duct) در تمام طول آن._افزايش محافظت در برابر خوردگي._فراهم آوردن محيطي نارسانا در برابرخوردگي.وظايف غلاف گالوانيزه(duct):_تأمين يك مسير باز براي كابل هادر حين عمليات ساختمان
جداكننده بتن وكابل._ايجاد چسبندگي بين دوغاب وبتن_ايجاد مانعي در برابر رطوبت ومواد مواد شيميايي_محافظت در برابر آسيب هاي مكانيكي.
مزاياي معماري:
استفاده ازسيستم بتن پيش تنيده دراجراي ساختمان ها باعث سهولت در اجراي نقشه ونما، ايجاد فضاي مناسب جهت پاركينگ ها،شرايط مناسب پارتيشن بندي فضا،قابليت بيشتر عبور لوله ها وادوات تأسيساتي وبطور كلي باعث انعطاف در طراحي معماري مي گردد.
_امكان ايجاد دهانه هاي بلندتر وتعداد ستون كمتر
_حذف آويزتيرها وامكان استفاده ازسقفي كاملا ً مسطح_امكان ايجاد كنسول هاي بلندتر_امكان ايجاد بازشوهاي بزرگتردرسقف_كاهش ارتفاع طبقات وكل ساختمان_قابليت استفاده درپلان هاي نامنظم ومنحني
مزاياي سازه اي:
بدليل استفاده از كابل هاي بامقاومت بالاواعمال نيروي فشار به بتن قبل از اعمال بارها به سازه مزيت هاي ذيل را در سازه هاي پيش تنيده خواهيم داشت:
_باربري بيشتر عضو با هندسه مشابه نسبت به بتن مسلح معمولي_كنترل تغيير شكل_كاهش ارتعاش ناشي از بارهاي ضربه اي وديناميكي_كاهش ضخامت دال ها يا تيرهاي بتني_كاستن وزن مرده ساختمان ومصالح مصرفي_كنترل ترك_دوام بسيار بالا_كمتر كردن نيروي زلزله ومقاومت بيشتردر برابر زلزله
مزيت اقتصادي:
سازه هاي بتني پيش تنيده با توجه به مزاياي زيربسيار ارزانتر هستند:_كاهش قابل ملاحظه در آماتور وبتن مصرفي_كاهش ارتفاع طبقات_كم شدن هزينه هاي سفت كاري ونازك كاري،نما وتأسيسات_كم كردن قابل ملاحظه در زمان ساخت_افزايش طول عمرساختمانبزرگترين پل جهان كه جنوب فرانسه را به اسپانيا متصل ميكند به روش پيش تنيدگي ساخته شده است .
كاربرد پيش تنيدگي در پل سازي:
بيش از50 درصد پلها،در سراسر جهان با استفاده از سيستم پيش تنيدگي طراحي واجرا مي شوند.از اين روش براي احداث پل برروي رودخانه ها،دره ها ومسيرهاي صعب العبوري كه نيازبه دهانه هاي بزرگ دارند،استفاده مي شوند. در صورتيكه براي اجراي اينگونه پلها،ازروشهاي ديگري استفاده شود،به دليل افزايش سطح مقطع پل وبارمرده سازه،مقرون به صرفه نبوده ودر برخي موارد امكان پذير نيست.
كاربرد پيش تنيدگي دراجراي مخازن بتني:
استفاده ازسيستم بتن پيش تنيده به دليل مزاياي متعدد وكاهش قيمت تمام شده در چند دهه اخير بعنوان عمده ترين سيستم سازه ايجهت ساخت مخازن در كليه كشورها بكارگرفته مي شود.مخازن پيش تنيده جهت نگهداري موادجامد ،مايع وحتي گاز مايع تحت فشار بالا مي باشد.
بتن پيش تنيده براي ساخت مخازن آب،فاضلاب ،سيلوها،مخازن نفتي،پوسته ها ومخازن گازدر قسمتهاي زير استفاده ميشود. _ پيش تنيدگي دال هاي فونداسيون_ پيش تنيدگي طولي ديواره هاي مستقيم_ پيش تنيدگي محيطي ديواره هاي استوانه اي_ پيش تنيدگي عمودي ديواره ها_ پيش تنيدگي تيرهاي سقف مخازن_ پيش تنيدگي دالهاي سقف مخازن
تفسیر:
1- نظر به اينكه سيستم سقف بتني پيش تنيده پس كشيده عمدتاً بصورت دال تخت كاربرد دارد، لذا بر اساس
توصيه بند 2-8-5-3 آئين نامه 2800 ايران، در زمان استفاده از سيستم دالهاي تخت و ستون، ارتفاع
ساختمان به 10 متر يا حداكثر 3 طبقه محدود مي شود. در غير اينصورت استفاده از ديوار هاي برشي بتن آرمه الزامي خواهد بود.
2- استفاده از اين سيستم با توجه به بند 1 فوق در كليه پهنه هاي لرزه خيزي ايران بلامانع است.
3- ضوابط طراحي و اجراي سيستم سقف بتني پيش تنيده پس كشيده بايد براساس آئين نامه 318 ACIو
آئين نامه طرح و محاسبة قطعات بتن پيش تنيده موضوع نشريه شماره 250 سازمان مديريت و برنامه ريزي كشور كه بخش الحاقي آيين نامه بتن ايران ( آبا ( مي باشد، انجام شود.
4- رعايت حداقل ردة بتن مصرفي معادل 30 C در اين سيستم الزامي است.
5- مقاومت گسيختگي تضمين شده، انواع فولا د هاي پيش تنيدگي به شرح زير بايد بين 1200تا2200نيوتن بر ميلي متر مربع باشد:
-سيم بدون پوشش تنش زدايي شده
-رشته هفت سيم بدون پوشش تنش زدايي شده يا رشته هايي از آن
– ميله فولادي پر مقاومت بدون پوشش
6- محافظت فولاد هاي پيش تنيدگي در برابر زنگ زدگي بسيار حائز اهميت بوده و بايد كاب ل ها توسط دوغاب سيمان كه بعد از كشيدن كابل ها به داخل غلاف ها تزريق مي شود و يا مواد قيري يا گريس كه روي آن مي مالند از زنگ زدگي محافظت شوند.
7- براي رسيدن به يك طرح بهينه از لحاظ مقدار مصالح، وزن و هزينه، بايد طراحي و اجراي دال به گونه اي انجام شود كه پي شتنيدگي كامل حاصل گردد و بتوان از كل مقطع در فشار بهره جست.
8- كنترل نيروي كشش كابل ها بايد توسط ج كهاي كاليبره شده دقيق انجام شود.
9- اجراي اين سيستم بايد توسط تيم متخصص آموزش ديده انجام شود و در زمان اجرا نيازمند كنترل كيفبت دقيق مي باشد.
10- تخريب اين سيستم سقف به دليل وجود ميلگردهاي پيش تنيده بسيار پر خطر بوده و بايد با روش هاي خاص توسط تيم فني آموزش ديده، صورت گيرد.
11- توجه به مسئله افت در اعضاي پيش تنيده پس كشيده بسيار حائز اهميت بوده و محاسبه و پيش بيني مقدار افت ناشي از موارد زير بايد دقيقاً مورد توجه قرار گيرد:
افت نيروي پس كشيدگي به جهت اصطكاك بين كابل و غلاف
افت به دليل لغزش مهار انتهايي و فرو رفتن گوه گيرداري در ابتدا و انتهاي كابل
افت به جهت شل شدگي فولاد – كهولت كرنش (Relaxation)
جمع شدگي بتن يا خزش (Creep)
انقباض يا آب رفتگي بتن كه به علت خروج آب از بتن به مرور زمان م يباشد (Shrinkage)
افت ناشي از تغيير شكل نسبي الاستيك بتن
12- استفاده از سيستم سقف دال هاي تخت پيش تنيده پس كشيده، در دهان ههاي بلندتر از 7 متر توجيه اقتصادي دارد.
13- در استفاده از دالهاي تخت پيش تنيده پس كشيده به لحاظ بزر گ بودن دهانه ها و وجود نيرو هاي ثقلي قابل ملاحظه، در نظر گرفتن تمهيدات لازم به منظور كنترل برش سوراخ كننده (Punch) بسيار حائز اهميت مي باشد.
14- رعايت الزامات مبحث 19 مقررات ملي ساختمان، جهت صرف هجويي در مصرف انرژي الزامي است.
15- رعايت مبحث سوم مقررات ملي ساخت مان در خصوص حفاظت ساختمان ها در برابر حريق و همچنين الزامات نشريه شماره 444 مركز تحقيقات ساختمان و مسكن مربوط به مقاومت جداره ها در مقابل حريق با در نظر گرفتن تعداد طبقات، ابعاد ساختمان، كاربري و وظيفه عملكردي عنصر ساختماني ضروري است.
16- صدابندي هوابرد و كوبه اي سقف بين طبقات مي بايست مطابق مبحث هجدهم مقررات ملي ساختمان تامين شود
نتیجه گیری
مزایای معماری:
استفاده از سيستم بتن پيش تنيده در اجرای ساختمان ها باعث سهولت در طراحی پلان و نما، ايجاد فضای مناسب جهت پاركينگ ها، شرايط مناسب پارتيشن بندی فضا، قابليت بيشتر عبور لوله ها و ادوات تاسيساتی، امكان تغييرات آينده در طرح
معماری مي شود و بطور كلی باعث انعطاف در طراحی معماری مي گردد.
– امكان ايجاد دهانه های بلندتر و تعداد ستون كمتر
– حذف آويز تيرها و امكان استفاده از سقفی كاملاً مسطح
– امكان ايجاد كنسول هاي بلندتر
– امكان ايجاد بازشوهای بزرگتر در سقف
– كاهش ارتفاع طبقات و كل ساختمان
– قابليت استفاده در پلان های نامنظم و منحنی
مزايای سازه ای
بدليل استفاده از كابل های با مقاومت بالای پيش تنيدگی واعمال نيروی فشاری به بتن قبل از اعمال بارها به سازه مزيت های ذيل را در سازهای يش تنيده خواهيم داشت: - باربریبيشتر عضو با هندسه مشابه نسبت به بتن مسلح معمولی - كنترل تغيير شكل - كاهش ارتعاش ناشی از بارهای ضربه ای و ديناميكی - كاهش ضخامت دال ها يا تيرهاي بتنی - كاهش وزن مرده ساختمان و مصالح مصرفی - كنترل ترك - دوام بسيار بالا - كاهش نيروی زلزله و مقاومت بيشتر در برابر زلزله
مزايای اقتصادی
سازه های بتنی پيش تنيده بدليل مزايای زير بسيار ارزانتر هستند: - كاهش قابل ملاحظه در آرماتور و بتن مصرفی - كاهش ارتفاع طبقات و كل ساختمان - كم شدن هزينه های سفت كاری و نازك كاری، نما و تاسيسات - امكان ايجاد طبقات بيشتر در ارتفاع مجاز و لفاف هرم طراحی - صرفه جويی قابل ملاحظه در زمان ساخت - افزايش طول عمر ساختمان و هزينه های زمان بهره برداری.
پیشنهادات
دال های بتنی پيش تنيده به روش پس كشيده (PT Slabs )
اين دال ها با اجرای درجا امكان پوشش دهانه های بزرگتر با تعداد ستون و ضخامت دال كمتر و قالب بندی ساده تر، باعث كاهش وزن و ارتفاع ساختمان، صرفه جويی در هزينه ساخت، سرعت بالاتر و امكانات بيشتر طراحی معماری مي شود.
طراحی و اجرای پلها (Bridges )
بيش از 50 درصد سازه پلها درسراسر جهان با استفاده از تكنولوژی بتن پيش تنيده طراحی واجرامی شود. استفاده از اين سيستم باتوجه به مزايای محرز فنی، اقتصادی و زيبايی شناسی توسط متخصصين، طراحان و مجريان پل سازی همواره توصيه می گردد.
طراحی و اجرای مخازن، سيلوها و پوسته هاTanks, Silos and Shells) )
استفاده از بتن پيش تنيده در اين سازه ها با تاندونهای حلقوی افقی و عمودی باعث كاهش قابل ملاحظه هزينه های ساخت، زمان اجرا، مصرف فولاد و بتن، كارايی بيشتر سازه، حذف ترك ها و آب بندی در مخازن مي شود.
صفحات انتقال بار (Transfer Plates )
در برخی ساختمان های خاص مانند هتل ها و بانك ها لازم است از فضای باز در يك طبقه استفاده شود و يا بدليلی صفحه انتقال بار جانبی در راستای قائم جابجا گردد، لذا لازم است بار ثقلی و يا جانبی اعضای باربر طبقات بالاتر از طريق يك سازه ويژه (صفحات انتقال بار) به اعضای قائم باربر كه در فواصل دوری نسبت به هم قرار دارند منتقل شوند.
فونداسيون های پس كشيده و دالهای روی زمين PT Foundation and Slab- on- Ground) )
بتن پيش تنيده در فونداسيون ها باعث صرفه جويی قابل ملاحظه ای در ابعاد پی و مصرف فولاد مي شود. دالهای روی خاك در كف انبارها وسالن های بزرگ باعث حذف درزهای بتن، عملكرد مناسب تر دال و در نتيجه كاهش ضخامت قسمت بتن ريزی ومصرف آرماتور گرديده و به اين ترتيب كف بدون ترك را ايجاد می نمايد.
مهار خاك (Ground – Anchors )
نگهداری ديواره های خاكی و پايدار سازی آنها بخصوص در گودبرداری ها نياز به روشهای ارزان و ايمن دارد كه بهره گيری از روش پيش تنيدگی پاسخ مناسبی به اين نيازها می باشد.
كاربردهای ويژه (Special Functions )
علاوه بر زمينه های فوق، امروزه از مزايای پس كشيدگی در مقاوم سازی سازه های موجود (بخصوص درمناطق زلزله خيز)، در بالابردن سازه های سنگين (Heavy – Lifting ) و سازه های ويژه نظير اسكله هاو … استفاده های زيادی مي شود.