وبلاگ

پیش تنیدگی[1] عبارت است از:  ایجاد یک تنش ثابت و دائمی در یک عضو بتنی به نحوه دلخواه و به اندازه لازم به طوری که، در اثر این تنش مقداری از تنش های ناشی از بارهای مرده و زنده عضو، خنثی شده در نتیجه مقاومت و باربری آن افزایش می یابد. بتن پیش تنیده پس از بتن مسلح در  فرم های ساختمانی به کار گرفته شده  است. در قرن گذشته چندین الگو پیش تنیدگی متفاوت ارائه شده است، اثرات طولانی مدت تنش و انقباض باعث کاهش نیروی پیش تنیدگی می شود، و مزیت و کاربرد بتن پیش تنیده را کاهش می دهد، که این امر با بهره گرفتن از فولاد با مقاومت بالا تا حدی قابل جبران است (بیلینگتون 1976، 84-71).
1-2- روش های وارد کردن نیروی پیش تنیدگی[2]
1-2-1 روش مکانیکی
شاید ساده ترین روش فشرده ساختن یک تیر به وسیله یک یا دو جک در مقابل دو تکیه گاه می باشد. این روش در بعضی از پروژه های بزرگ به  کار می رود در بعضی از پروژها می توان  پس از فشرده ساختن تیر بوسیله جک با قرار دادن ورق فولادی بین تیر و تکیه گاه جلو برگشت تیر را به حالت اولیه گرفت، سپس جک ها را آزاد کرد.  اشکال اساسی این روش ها این است که کوچکترین تغییر شکل یا حرکت تکیه گاه، به نحوه قابل ملاحظه ای نیرو را  کاهش می دهد.
1-2-2 روش شیمیایی
در این روش نیروی پیش تنیدگی در اثر استفاده از سیمان های منبسط شونده بوجود می آید. این سیمان ها بر خلاف سیمان های معمولی در موقع گرفتن و سخت شدن به جای منقبض شدن منبسط می گردند، چون وجود کابلهای در داخل بتن جلوی این انبساط طول را می گیرد، در نتیجه مقدار نیروی فشاری در تیر ایجاد می شود. 
1-2-3 روش الکتریکی- حرارتی
در این روش با وصل کردن جریان برق به کابلها باعث ازدیاد طول کابلها شده، سپس کابلها را توسط گیره هائی در همان حال کشیده به تکیه گاه وصل می کنند. پس از قطع کردن جریان و سرد شدن کابل ها، 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 کابل ها به بتن منتقل می گردد، روش پیش تنیدگی حراراتی به طور وسیعی برای ساختن دالها، تیرها، خرپاها و ستون های چراغ برق مورد استفاده قرار می گیرد (دوبل 1936، 20-9).
 1-3- مصالح و تجهیزات
1-3-1 بتن
مقاومت بتن در سازه های پس تنیده می بایست از مقاومت و کیفیت بهتری نسبت به بتن در سازه های ساخته شده از بتن مسلح معمولی، برخوردار باشد. زیرا بالا بودن مقاومت بتن باعث ایجاد گیرش و چسبندگی بهتر بین کابل ها و بتن می شود.
1-3-2 فولاد

فولادهای پیش تنیدگی شامل مفتول ها و کابل های[3] ساخته شده از مفتول یا میلگردهای آلیاژ[4] دار پر مقاومت می باشند.
1-3-3 انواع گیرها و کابل ها
گیره استرند فورس
 1-4- معیار اساسی پیش تنیدگی
معیار طراحی بتن آرمه چه برای نوع پیش تنیده و چه برای غیر پیش تنیده این است که:
در جایی که در اثر بارگذاری خارجی، کشش ایجاد شود، آرماتور فولادی قرار گیرد، در بتن پیش تنیده آرماتور با مقاومت بالا، به کار می رود و این آرماتور قبل از اعمال بار خارجی کشیده می شود. این کشیدگی اولیه آرماتور بتن مجاور خود را پیش فشرده می کند و باعث می گردد که این بتن بتواند بار بیشتری را قبل از ترک خوردگی تحمل نماید.
شکل 1-1: مقایسه تیرهای بتن آرمه و بتن پیش تنیده (محمودی زاده 1384، 8)
در بتن پیش تنیده هیچ تنش و کرنشی چه در فولاد چه در بتن قبل از اعمال بار وجود ندارد. برای ترک دادن بتن در چنین تیری احتیاج به بار نسبتا کمی می باشد. قبل از ترک خوردگی، تنش های کششی ایجاد شده در آرماتور در تیر بسیار کوچک می باشد.
 در هنگام گسیختگی، لنگر وارده با ایجاد تنش های کششی بالا در آرماتور و تنش های فشاری بالا در بتن تحمل می شود.
همانطور که در شکل (1-1) نشان داده شده است، عمل پبش تنیدگی باعث ایجاد یک سیستم تنش – خود متعادل می شود؛ این تنش خود – متعادل عبارت از تنش های کششی بالا در فولاد پیش تنیدگی که منجر به به نیروی کششی p  می شود و تنش های متقابل در بتن که نتیجه آنها یک نیروی فشاری برابر با p است. باید متوجه بود، که چون این دو نیروی متقابل همدیگر را خنثی می کنند، هیچ نیروی محوری یا لنگر خمشی در اثر پیش تنیدگی ایجاد نمی شود (محمودی زاده 1384،12).
با وجود اینکه نیروی محوری و لنگر خمشی خالص در مقطع موجود نیست؛ در اثر پیش تنیدگی،  عضو کوتاه شده و قوس بر می دارد. چون قبل از هرگونه بار گذاری، تنش های فشاری زیادی در بتن موجود است، عضو مورد نظر می تواند بار زیادی را قبل از اینکه تنش تار تحتانی به تنش ترک خوردگی برسد تحمل کند،  بار دیگر در هنگام گسیختگی لنگر وارده به وسیله تنش های کششی بالا در فولاد و تنش های فشاری بالا در بتن تحمل می شود.
فولاد غیر پیش تنیدگی فقط وقتی تحت کرنش قرا می گیرد، که بتن اطراف دچار کرنش شده باشد بنابراین کرنش های کششی بالا فقط در صورتی در این فولاد ایجاد می شود، که بتن اطراف آن شدیدا ترک خورده باشد.
کرنش در فولاد پیش تنیده خیلی بیشتر از کرنش در بتن اطرافش می باشد؛ در شکل (2-1) به این دلیل، حتی قبل از ترک خوردگی بتن، فولاد پیش تنیدگی می تواند دارای تنش های کششی بالا باشد. می توان چنین تصور کرد که فولاد غیر پیش تنیده به صورت غیر مستقیم (از طریق پیوستگی با بتن اطراف) کرنش های وارده را قبول کند، به کمک پیش تنیدگی این طراح است که به صورت غیر مستقیم تنش موجود در  فولاد را کنترل کرده و تغییر شکل های سازه را تنظیم می کند.
شکل 1-2: نسبت های دهانه به ارتفاع تیپ برای دالهای یک طرفه پیش تنیده و غیره پیش تنیده (محمودی زاده1384،18)
بتن پیش تنیده یکی از جدیدترین  فرم های ساختمان است که وارد مهندسی سازه شده است. این روش در ابتدای قرن بیست و یکم توسط مهندس فرانسوی به نام یوجین فرنیسینه[5] با بهره گرفتن از برخورد منطقی مواد از جمله فولاد با مقاومت بالا توانست تکنیک پیش تنیدگی با موفقیت به کار ببرد، از این زمان به بعد بتن پیش تنیده به عنوان یک روش ساخت قابل قبول مورد استفاده واقع شد و امروزه در بسیاری از کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه در دسترس است.  
ضمنا نیز مواد کامپوزیت یا مرکب امروزه به عنوان یکی از پشرفته ترین و کار بردی ترین مواد جهان صنعتی محسوب شده و روز به روز به رشد این تکنولوژی افزوده می شود.
تاکنون در ضمینه تقویت سازه های بتن مسلح توسط مواد مرکب FRP  [6] تحقیقات زیادی صورت گرفته از جمله این تحقیقات تقویت خمشی تیرها با چسپاندن مواد مرکب به سطوح کششی و تقویت برشی خواهد بود (نشریه 1385، 345).
با توجه به بررسی ها، از این صنعت در ساختمان سازی که تقویت سازه بوسیله مواد مرکب می باشد، پرداخته می شود.   
 1-4-1 بتن پیش تنیده
ایده پیش تنیدگی یا پیش فشردگی یک سازه امری جدید نیست، به عنوان مثال بشر برای ساختن بشکه چوبی و چرخ ها و ارابه های فلزی برای تحت فشار قرار دادن مصالح مصرفی از این روش استفاده کرده است. روش پیش تنیدگی کاربردهای بسیاری در مهندسی عمران دارد، ولی معمول ترین آنها در بتن پیش تنیده می باشد که نیروی پیش تنیدگی به عضو بتنی وارد می شود و موجب به وجود آمدن یک نیروی فشار محوری می شود، که همه یا قسمتی از تنش های کششی بوجود آمده، در عضو تحت اثر بارگذاری خارجی را بی اثر می کند. بیشترین کاربرد پیش تنیدگی در زمینه سازه های ساختمانی به صورت تولید تیرها و دال ها با تکیه گاه ثابت می باشد. این تیرها معمولا در کارخانه ساخته می شوند، تا کنترل کیفیت بهتری  انجام می گیرد. جای که دهانه بزرگ تر لازم هستند معمولا تیرهای بتنی پیش تنیده به کار می رود.
در تاریخ مهندسی نوین ایده پیش تنیده کردن بتن به بیش از یک قرن پیش بر می گردد، تا مدت ها توفیقی در این ایده به دست نیامد، که سرانجام در سال 1945 میلادی مهندس فرانسوی یوجین فرنیسینه توانست با بهره گرفتن از سیم فولادی با مقاومت بالا و بتن با مقاومت بالا کیفیت بهتر نسبت به محققان قبلی به صورت عملی به بتن پیش تنیده دست پیدا کند (بان نیستر 1986، 342-333).
در زمینه مهندسی پل، معرفی بتن پیش تنیده؛ ساخت پل های با دهانه زیاد را عملی ساخته است. این پل ها معمولا از قطعات پیش ساخته تشکیل شده اند که با جرثقیل در ارتفاع مورد نظر قرار گرفته اند و به کمک پیش تنیدگی به قطعات موجود متصل می شوند. این فرایند همچنان ادامه پیدا می کند تا دهانه مورد نظر تکمیل شود. در پل های کوچک تر استفاده از تیرها پیش ساخته پیش تنیده بسیار اقتصادی است، بویژه اگر بخواهیم ترافیک کمتری زیر پل ایجاد شود.