دانلود مقاله بتن پیش تنیده

اولین سازه بتن پیش تنیده دنیا در حدود سال 1930 توسط فریسینه طرح و اجرا شد.گرچه قبل از فریسینه ایده پیش تنیده کردن بتن برای افزایش مقاومت آن وجود داشت،ولی به علت مشکلات فنی و اجرایی امکان ساخت و استفاده اقتصادی از این نوع سازه نبود.

          در بیشتر کشورهای اروپایی و حتی آمریکا قبل از سال 1950 سازه بتن پیش تنیده مهمی طرح و ساخته نشده بود.در حقیقت بعد از این سال بود که استفاده روز افزون از سازه های بتن پیش تنیده در دنیا آغاز شد.به این ترتیب سال 1950 را میتوان  سال تولد بتن پیش تنیده دانست.

          سازه های بتن پیش تنیده از بسیاری از جهات بهتر از سازه های بتن آرمه و سازه های فولادی عمل کرده و اقتصادی تر می باشد.همین امر موجب توسعه سریع این نوع سازه ها گردیده است.بطوریکه امروزه کمتر نقطه ای از دنیا وجود دارد که در آنجا سازه پیش تنیده ای ساخته نشده باشد.

          بعضی از انواع سازه ها که قبلاً از فولاد ساخته می شد،نظیر مخازن نفت و گاز،پل های بزرگ،عضوهای کششی،امروزه از بتن پیش تنیده ساخته می شود.زیرا به لحاظ مقاومت بیشتر و بهتر در مقابل آتش سوزی،انفجار،ضربه و از نظر اقتصادی و همچنین از نظر تغییر شکل کمتر،سازه های پیش تنیده بر سازه های فولادی رجحان دارد.

          با اینکه حدود 15 تا 20 سال است که از بتن پیش تنیده برای ساخت انواع پلهای بزرگ،منابع آب و بعضی دیگر از سازه ها در ایران استفاده می شود،لیکن تا کنون منبع عمده ای به زبان فارسی جهت طرح و ساخت این نوع سازه ها نگاشته نشده است.

اصول بتن پیش تنیده

تعریف:

          پیش تنیدگی عبارت است از ایجاد یک تنش ثابت دائمی (Prestress) در یک عضو بتنی به نحو دلخواه و به اندازه لازم،به طوری که در اثر این تنش،مقداری از تنش های ناشی از بارهای مرده و زنده در این عضو خنثی شده و در نتیجه مقاومت باربری آن افزایش پیدا می کند.هدف اصلی از پیش تنیده کردن یک عضو بتنی،محدود کردن تنشهای کششی و ترکهای ناشی از لنگر خمشی تحت تأثیر بارهای وارده در آن عضو می باشد،همیشه در پائین تیر کشش وجود خواهد داشت،حال اگر نیروی فشاری p را در مرکز ثقل سطح مقطع تیر از دو طرف وارد آوریم،می توان تنش کششی را در پائین تیر کاهش داده،و یا اینکه به کلی آنرا از بین برده و تبدیل به تنش فشاری کرد.چون مقاومت بتن در کشش حدود یک دهم مقاومت فشاری آن است،بنابراین با از بین بردن تنش کششی در یک تیر می توان مقاومت آنرا مقدار زیادی افزایش داد.

تاریخچه:

اولین کسی که ظاهراً توانست با ایجاد تنش فشاری در بتن مقاومت آن را تحت تأثیر لنگر خمشی افزایش دهد،یک نفر آمریکائی به نام جکسن بود که اختراع خود را در سال 1886 به ثبت رسانید.در سال 1888 دو هرینگ آلمانی با قرار دادن یک میله فولادی کشیده شده در داخل یک دال بتنی توانست،اولین دال بتنی پیش تنیده را ایجاد کند.نظر او بر این بود که،چون بتن جسمی است مقاوم در مقابل فشار و لیکن مقاومت آن در مقابل کشش بسیار کم می باشد،می توان با وارد کردن فشار به بتن،کشش ایجاد شده در اثر بار مرده و زنده را در دال تقلیل،و در نتیجه مقاومت آن را افزایش داد.هیچکدام از متدهای اولیه پیش تنیدگی در عمل موفق نبود زیرا به علت نامرغوب بودن نوع فولاد و بتن مقدار زیادی و گاهی همه تنش پیش تنیدگی به مرور زمان در اثر خزش (Creep) و انقباض بتن (Shrinkage) از بین می رفت.در نتیجه بتن پیش تنیده از نظر اقتصادی نمی توانست با بتن فولادی رقابت نماید.در سال 1908 اشتاینر اهل آمریکا پیشنهاد نمود که برای جلوگیری از اتلاف تنش پیش تنیدگی در اثر خزش و انقباض بتن،پس از اینکه مقداری از خزش و انقباض بتن انجام شد،دو مرتبه میله های فولادی داخل بتن را کشیده و سفت کنند.در نتیجه با این کار تنش پیش تنیدگی را زیاد کرده تا به مقدار اولیه برسد.اولین کسی که در حقیقت توانست از بتن پیش تنیده به صورتی که ما امروز آن را می شناسیم استفاده کند،یک نفر فرنسوی به نام فریسینه (Freyssinet) بود.او در سال 1928 توانست با استفاده از فولادهای با مقاومت بالا درصد از دست رفتن تنش ناشی از خزش و انقباض بتن به تنش اولیه پیش تنیدگی را کاهش داده و در نتیجه بتن پیش تنیده را از نظر اقتصادی مقرون به صرفه کند.کاربرد بتن پیش تنیده معمولاً در عضوهایی است که تحت تأثیر خمش می باشد مانند تیرها،دال ها،دیواره های حائل و ستونها.ولی می توان از بتن پیش تنیده در عضوهایی که تحت تأثیر کشش هستند مانند لوله ها،مخازن آب و غیره نیز به نحو مطلوب استفاده نمود.

روشهای وارد کردن نیروی پیش تنیدگی :

          نیروی پیش تنیدگی را میتوان به طرق مختلف به یک تیر بتنی وارد کرد.شاید ساده ترین روش فشرده ساختن یک تیر،یک تیر،بوسیله یک یا دو جک در مقابل دو تکیه گاه می باشد.این روش در بعضی از پروژه ها پس از فشرده ساختن تیر به وسیله جک با قرار دادن پلیت بین تیر و تکیه گاه جلوی برگشت تیر را به حالت اولیه گرفته،سپس جک ها را آزاد می کنند.گاهی از جک هایی که برای همیشه در زیر بار می ماند به نام جک های تحت (Flat Jacks) استفاده می شود.در این جک ها به جای مایع هیدرولیک از دو غاب سیمان استفاده می شود.روش کار به این ترتیب است که وقتی فشار وارده توسط جک به تیر به مقدار مطلوب رسید،دریچه های ورود دو غاب را مسدود می کنند و دو غاب سیمان پس از گرفتن همیشه یک فشار ثابت به تیر وارد خواهد کرد.

          در روش دیگری برای پیش تنیده کردن نشان داده شده،که به نام روش (COYNE) نامیده می شود.در اوائل از این سیستم برای اتصال دادن دیوار های حائل و سدها،به پی های سنگین زیرشان استفاده می شد.یک انتهای کابل،که شامل یک دسته سیم مستقیم است را داخل یک دیوار بتنی کار می گذارند.انتهای دیگر را به یک محفظه فلزی بزرگ که از دو غاب سیمان پر شده و مثل یک گیره عمل می کند،گیر می دهند.در هر دو حالت سیم ها توسط چسبندگی بین سیم و بتن یا دو غاب سر جای خود (در داخل دیوار بتنی با محفظه فلزی پر از دوغاب) محکم نگاه داشته میشود.با وارد کردن نیرو به گیره (منظور محفظه استوانه ای پر از دوغاب است) توسط یک سری جک،و دور کردن آن از انتهای سازه،نیروی پیش تنیدگی به ساختمان وارد می شود.بعد از اینکه نیروی وارده به اندازه لازم رسید فاصله بین گیره و انتهای سازه را توسط صفحات فلزی پر کرده و بعد جکها را آزاد می کنند.در این روش کل کابل های پیش تنیدگی با هم کشیده می شود.

          روش دیگری برای پیش تنیده کردن بتن وجود دارد،که روش پری فلکس (Preflax) نامیده می شود.در این روش یک تیر فولادی نورد شده با مقاومت بالا را بطور مصنوعی خم کرده و سپس دوربال کششی آن را بتن می ریزند.بعد از برداشت بار (باری که توسط آن تیر به طور مصنوعی خم شده بود) یک نیروی فشاری در داخل بتن به وجود می آید که در اثر آن بتن،پیش تنیده می شود.سیستم فوق الذکر برای اولین بار در کشور بلژیک ابداع شده و از آن در پل ها و ساختمانهای معمولی استفاده شده است.این روش پیش تنیده کردن،معمولاً گران تمام می شود،زیرا به مقدار زیادی فولاد نیاز می باشد،لیکن در مواقعی که عمق سازه باید کم باشد راه حل بسیار مناسبی است.علاوه بر روشهای مکانیکی پیش تنیدگی که در بالا شرح داده شد،می توان یک تیر را توسط متدهای شیمیائی یا حرارتی پیش تنیده کرد.

روش شیمیائی :

          در این روش نیروی پیش تنیدگی در اثر استفاده ازسیمان های منبسط بوجود می آید،این سیمانها برخلاف سیمانها معمولی در موقع گرفتن و سخت شدن به جای منقبض شدن منبسط می گردند،و چون وجود کابلها در داخل بتن جلوی این انبساط طول را می گیرد در نتیجه مقداری نیروی فشاری در تیر ایجاد می شود.در میان عضوهای ساختمانی که برای پیش تنیده کردن آنها از روش شیمیائی استفاده شده میتوان  لوله ها،دالهای دو طرفه و پوسته های نازک را نام برد.باید متذکر شد که روش پیش تنیدگی شیمیائی هنوز مراحل ابتدائی و آزمایشگاهی خود را می گذارند.

روش الکتریکی – حرارتی :

          در این روش با وصل کردن جریان برق به کابلها باعث ازدیاد طول کبلها شده،سپس کابلها را توسط گیره هایی در همان حال کشیده به تکیه گاه وصل میکنند.پس از قطع کردن جریان و سرد شدن کابلها،دور آنها را بتن ریزی می کنند و بعد از اینکه مقاومت بتن به حد لازم رسید کابل های کشیده شده را از تکیه گاه آزاد می کنند،و در نتیجه نیروی کشیده شدن کابلها به بتن منتقل می گردد.روش پیش تنیدگی حرارتی به طور وسیعی در شوروی و دیگر کشورهای اروپائی شرقی برای ساختن دالها،تیرها،خرپاها و ستونهای چراغ برق مورد استفاده قرار می گیرد.حسن بزرگ این روش پیش تنیدگی نسبت به متدهای متداول دیگر در کم خرج بودن آن است زیرا اولاً سرمایه گذاری اولیه جهت استفاده از این متد بسیار کم می باشد،ثانیاً از این متد میشود برای پیش تنیده کردن میله های دندانه دار با مقاومت بالا (High Yield Deformed Bars)  استفاده نمود که به مراتب ارزان تر از سیم ها (Wire) و سیمهای بافته شده (Strand) می باشد و ضمناً به علت اینکه این میله ها دندانه دار هستند،طول لازم جهت انتقال نیرو به بتن که رابطه مستقیم با چسبندگی و اصطهلاک بتن با میله دارد نیز کم می شود.این موضوع بخصوص در عضوهای بتنی کوتاخ مانند تراورس های بتن پیش تنیده راه آهن اهمیت زیادی دارد.