پیش تنیدگی چیست؟
گرچه بتن در گذشته مدت های مدیدی به عنوان مصالح ساختمانی به کار می رفت, اما به هیچ عنوان مصالح سازه ای مناسبی محسوب نشده و قابل رقابت با فولاد, سنگ و چوب نبود. چرا که بر خلاف مقاومت فشاری بالا, در برابر تنش های کششی, بسیار ضعیف عمل می کند. به همین علت از بتن صرفاً به عنوان مصالح بنایی استفاده می شد.
ضعف بتن در کشش
بعدها مهندسین برای غلبه بر این ضعف, ترکیبی از فولاد مسلح کننده و بتن که امکان مقاومت در برابر نیروهای کششی و فشاری را ایجاد می نماید, به کار گرفتند. در آغاز, برای مسلح کردن بتن از آرماتور استفاده شد (بتن آرمه). ولی در ادامه, استفاده از تکنولوژی پیش تنیدگی, بتن را به یکی از کاراترین مصالح سازه ای تبدیل نمود. ایده پیش تنیدگی در دهه اول قرن بیستم مطرح گردید و تحقیقات مختلفی بین سال های 1930 تا 1940 روی آن انجام گرفت. این روش عملاً از سال 1955 تا کنون در زمینه های مختلف سازه ای مورد استفاده بوده است.
تئوری پیش تنیدگی
پیش تنیده کردن عبارت است از اعمال تنش فشاری دائمی, قبل از اعمال بارهای بهره برداری, به منظور کاهش و یا از بین بردن تنش های کششی. قرار دادن کابل کشیده شده فولادی و مهار کردن آن در دو طرف عضو, باعث ایجاد تنش فشاری دائمی در مقطع بتنی خواهد شد. در طول اعضای خمشی, هم تار تحتانی در کشش قرار می گیرد (وسط دهانه) و هم تار فوقانی ( روی تکیه گاه). در مقاطع پیش تنیده, با جابجا کردن موقعیت کابل, مقدار و توزیع تنش فشاری قابل کنترل است.
پیش تنیدگی در تیرهای مفصل
پیش تنیدگی در تیرها و دال های یکسره
روش های پیش تنیدگی اعمال نیروهای پیش تنیدگی به دو روش پیش کشیده یا پس کشیده صورت می گیرد. بدین معنی که عملیات کشش کابل ها می تواند پیش از بتن ریزی یا پس از بتن ریزی انجام شود.
انواع روش های پیش تنیدگی
در روش پیش کشیده ابتدا کابل ها روی بسترهای پیش ساخته در حد فاصل دو انتها کشیده می شوند. بعد از بتن ریزی و کسب مقاومت لازم, با بریدن آنها, نیروی کششی موجود به صورت فشاری به بتن منتقل می گردد. این روش در کارگاه ها یا کارخانه های تولید قطعات بتنی مورد استفاده است و معمولاً محصولات تولید شده به صورت پیش ساخته می باشند.
پیش تنیدگی به روش پیش کشیده
در روش پس کشیده کابل ها ( که داخل غلاف های محافظی هستند) در قطعه مورد نظر قرار می گیرند. سپس عملیات بتن ریزی انجام شده و پس از این که بتن به مقاومت فشاری مورد نیاز رسید, کشیده و مهار می شوند. از این روش هم در ساخت قطعات پیش ساخته استفاده می شود و هم امکان اجرای آن به صورت درجا و در محل وجود دارد. کابل ها داخل قطعات پس کشیده به دو صورت چسبیده به غلاف و یا نچسبیده قرار می گیرند.
پیش تنیدگی به روش پس کشیده
سیستم چسبیده (Bonded) در این روش چند کابل داخل یک غلاف فلزی قرار می گیرند و معمولاً همگی به یک مهار انتهایی ختم می شوند. مجموعه این غلاف ها در محل های مناسب روی قالب نصب شده و پس از بتن ریزی و کسب مقاومت فشاری مورد نیاز, کشیده می شوند. برای ایجاد پیوند بین کابل و بتن, مواد پرکننده (گروت) داخل غلاف ها تزریق شده و به این ترتیب چسبندگی بین کابل و غلاف تامین می گردد. آج های روی جداره غلاف نیز طوری طراحی شده اند تا درگیری مناسبی با بتن ایجاد کنند. بدین ترتیب بین کابل و بتن پیوند (Bond ) قابل قبولی ایجاد می گردد. روش چسبیده بیشتر در مواردی استفاده می شود که نیاز به نیروی زیادی برای پیش تنیده کردن اعضا وجود داشته باشد. موارد زیر از کاربردهای این سیستم است:
سیستم نچسبیده (UnBonded)
در این روش نیروی فشاری از طریق مهارهای انتهایی به بتن منتقل شده و کابل در طول خود پیوندی با بتن ندارد. برخلاف روش چسبیده, در این سیستم هر کابل داخل یک غلاف پلاستیکی قرار دارد و به طور مستقیم توسط یک مهار نگه داشته می شود. از آنجایی که نیازی به تأمین چسبندگی بین کابل و بتن وجود ندارد, عملیات تزریق گروت در این سیستم حذف می شود. روش نچسبیده بیشتر در مواردی استفاده می شود که اجزای بتنی دارای ضخامت کمی هستند و کارگذاری مهارهای انتهایی بزرگتر که برای مهار چند رشته کابل استفاده می شوند, امکان پذیر نباشد. موارد زیر از کاربردهای این سیستم است: