بتن پیش تنیده

بتن

برای تولید تیرچه پیش تنیده صنعتی به جهت اینکه در محصولات پیش تنیده صنعتی بتن تحت فشار بالایی قرار می گیرد آیین نامه حداقل بتن رده c35 را برای تولید تیرچه پیش تنیده صنعتی مجاز می داند. صنایع بتن پیش تنیده ایران دارای طرح اختلاط مخصوص به خود است که با استفاده از آن بتن با رده مقاومتی c45 را تولید می نماید. این شرکت برای تولید این بتن از شن و ماسه با دانه بندی مخصوص که دائماً کنترل می شود و همچنین بتن خشک (non slamp) که جهت متراکم سازی احتیاج به لرزاندن شدید و طولانی مدت دارد استفاده می کند. تولید بتن خشک احتیاج به بچینگ مخصوص دارد که در حال حاضر تنها تولید کننده این محصول با بتن خشک صنایع بتن پیش تنیده ایران می باشد.

به علت این که تولید تیرچه پیش تنیده نیاز به استفاده از بتن با مقاومت بالا دارد لذا توصیه می شود به هیچ عنوان از تولید کنندگانی که گواهی استاندارد ندارند این نوع تیرچه تهیه نشود. در محصولات بتنی پیش تنیده در واقع با حذف فولاد، جهت تحمل تنش کششی، بتن تحت فشار قرار میگیرد و در واقع دیگر مقطع بتن آرمه نیست که بتن و فولاد هر دو در تحمل نیروهای وارده سهیم باشند و فقط بتن تنهاست که کار می کند .

پس باید نظارت دقیقی بر مقاومت و کیفیت بتن انجام گیرد.

بتن پیش تنیده ( Prestressed concrete) روشی است برای برطرف کردن ضعف بتن در برابر کشش. از بتن پیش‌تنیده برای ساخت تیرها، کف طبقات یا پل‌هایی با طول دهانه‌های زیاد که در عمل با بتن مسلح معمولی قابل ساخت نیست، می توان استفاده کرد. از تاندون‌های پیش‌تنیده (عموما کابل‌های فولادی کششی)، برای ایجاد بارهای مقاوم استفاده می‌ گردد.

این بارهای مقاوم، با ایجاد تنش فشاری، سبب به وجود آمدن تعادل با تنش کششی شده که این تنش‌های کششی نیز در هنگام وارد آمدن بار خمشی در یک عضو فشاری بتنی ظاهر می‌ گردند. این فرایند به وسیله ی رشته های فولادی، غلاف و … انجام میشود و نیازمند ابزاری خاصی است. روشهای پیش تنیدگی بتن به دو روش  پیش تنیدگی به روش پیش کشیده و پیش تنیدگی به روش پس کشیده انجام می گردد. در بتن‌های مسلح معمولی، از میل‌گردهای فولادی در داخل بتن استفاده می‌ کنند.

سقف‌های بتنی پیش تنیده:

بیش تنیدگی عبارت است از ایجاد یک تنش ثابت و دائمی (Prestress) در یک عضو بتنی به نحو دلخواه و به اندازه لازم، به طوریکه در اثر این تنش، مقداری از تنش‌های ناشی از بارهای مرده و زنده در این عضو خنثی شده و در نتیجه مقاومت باربری آن افزایش پیدا می‌ نماید. هدف اصلی، محدود کردن تنش‌های کششی و ترک‌های ناشی از لنگر خمشی، تحت تاثیر بارهای وارده در آن عضو است. بتن جسمی است مقاوم در مقابل فشار، ولی مقاومت آن در مقابل کشش بسیار کم می‌باشد، می‌توان با وارد کردن فشار به بتن، کشش ایجاد شده در اثر بار مرده و زنده را در عضو بتنی کاهش  و در نتیجه مقاومت آن را افزایش دهیم.

کاربرد:

از دیربازدر پل‌ها و اسکله‌ها  کاربرد داشته و امروزه استفاده از آن در سقف‌های دال تخت، با دهانه‌های بلند و خصوصا در سقف پارکینگ‌های طبقاتی و عموما اعضایی که تحت اثر خمش می‌باشند، توسعه یافته است.

عملکرد:

در این سقف‌ها با بوجود آوردن نیروی اضافی فشاری در بتن، قسمتی از تنش های کششی بتن خنثی شده و در نتیجه سطح مقطع فشاری بتن افزایش می‌یابد. در این نوع سقف‌های، نیروی در بتن، توسط کشش کابل‌ها بعد از ریختن بتن و رسیدن بتن به مقاومت لازم، ایجاد می‌ گردد. این روش به صورت کارگاهی یا کارخانه‌ای قابل انجام است و با مخفف (TP) شناخته می‌شود. در اجرای سقف‌های TP ابتدا غلاف‌های فلزی جایگذاری می‌شوند. سپس، کابل‌ها درون غلاف قرار می گیرند و پس از بتن ریزی و رسیدن بتن به مقاومت لازم کشیده می‌شوند. در مرحله بعد به منظور محافظت کابل‌ها در برابر خوردگی و زنگ زدگی، گروت یا دوغاب سیمانی و یا مواد پلیمری ( قیر یا گریس ) به درون غلاف‌ها تزریق می‌ کنند.

مزیت های بتن پیش تنیده:

۱- یکی از مهمترین خواص سازه‌های این نوع بتن نداشتن ترک‌های دائمی است.این موضوع باعث دوام بیشتر این نوع سازه‌ها نسبت به سازه‌های بتنی و بتن آرمه می‌ گردد. این امر به خصوص در محیط‌هایی با گازها و زمین‌های خورنده و همچنین سازه‌های دریایی بسیار اهمیت دارد. برتری این نوع بتن نسبت به بتن آرمه در ساختمان تانکرهای آب و مخازن به جهت نداشتن ترک واضح می باشد.

۲-وزن کمتر سازه ،وزن سازه‌ به مراتب از وزن سازه‌های بتن آرمه معادل کمتر می باشد.زیرا اولاً چون از مقاومت تمام سطح مقطع بتن استفاده می‌شود، میزان بتن لازم کمتر است. ثانیاً چون فولاد مصرفی دارای مقاومت زیادتری است، معمولاً وزن فولاد لازم بین یک سوم تا یک پنجم وزن فولاد معمولی معادل می‌شود.

۳-نداشتن خیز به سمت پایین ،خیز به طرف پایین (deflection) تیرهای بتنی تحت اثر بارهای سرویس معمولاً بسیار کم می‌باشد. زیرا قبل از وارد آمدن بارهای سرویس، تحت تاثیر نیروهای مقداری خیز به طرف بالا در تیر به وجود آمده است، که از شدت خیز به طرف پایین می کاهد

۴-تست سازه قبل از بارگذاری ،در سازه‌های بتن قبل از وارد آمدن بارهای سرویس، سازه به وسیله نیروی آن به شدت بارگذاری شده و بتن و فولاد تحت اثر تنش‌های زیادی قرار می‌گیرد، و این خود یک نوع امتحان از نظر مطمئن بودن بتن و فولاد است.

۵-قابلیت انعطاف‌پذیری با تغییر مقداری نیروی آن قادر هستیم سازه را صلب و یا انعطاف‌پذیر کرد، بدون اینکه مقاومت نهایی آن تغییر نماید

۶-اقتصادی بودن سازه ، سازه‌ معمولاً برای دهانه‌های بزرگ و بارهای سنگین اقتصادی تر از سازه‌های بتن آرمه است.

۷-انعطاف‌پذیری در معماری، سازه‌ به دلیل حذف بعضی از ستون‌ها و پایه‌ها، امکان اجرای سازه با دهانه‌های بزرگتر را امکان‌پذیر ساخته و قابلیت سازه از نظر معماری را افزایش می‌دهد.

 الزامات:

در این سقف‌ها به منظور دست یافتن به یک طرح بهینه از لحاظ مقدار مصالح، وزن و هزینه، از بتن و فولادهای با مقاومت بالا استفاده می‌ کنند. در این سقف‌های نوع  حداقل رده بتن باید c300 باشد. در زمان اجرا، کنترل کیفیت مواردی نظیر محل و نحوه جایگذاری کابل‌ها، میزان نیروی پس کشیدگی، کفایت تزریق گروت در غلافها بسیار مهم می باشد.

• انقباظ یا آب رفتگی بتن که به علت خروج آب از بتن به مرور زمان است(shrink age)
• افت ناشی از تغییر شکل نسبی الاستیک بتن
• استفاده از سیستم سقف دال‌های تخت  پس کشیده، در دهانه‌های بلند تر از ۷ متر توجیه اقتصادی بسیاری دارد.
• در استفاده از هالوکور های تنیده پس کشیده به لحاظ بزرگ بودن دهانه‌ها و وجود نیروهای ثقلی قابل ملاحظه، در نظر گرفتن تمهیدات لازم به منظور کنترل برش سوراخ کننده (punch)بسیار حائز اهمیت است.
• نظر به اینکه سیستم سقف بتنی پیش تنیده پس کشیده عمدتاً بصورت دال تخت کاربرد دارد، لذا بر اساس توصیه بند ۵-۸-۳-۲ آئین نامه ۲۸۰۰ ایران، در زمان استفاده از سیستم دال های تخت و ستون، ارتفاع ساختمان به ۱۰ متر یا حداکثر ۳ طبقه محدود می‌شود. در غیر اینصورت استفاده از دیوارهای برشی بتن آرمه الزامی خواهد بود.
• ضوابط طراحی و اجرای سیستم سقف بتنی پیش تنیده پس کشیده باید براساس آئین نامهACI 318 آئین نامه طرح و محاسبة قطعات بتن پیش تنیده موضوع نشریه شماره ۲۵۰ سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور که بخش الحاقی آیین نامه بتن ایران(آبا) می‌باشد، انجام گردد.
• رعایت حداقل رده بتن مصرفی معادل 30 C در این سیستم الزامی می باشد.
• محافظت فولادهای پیش تنیدگی در برابر زنگ زدگی بسیاراهمیت دارد و باید کابل‌ها توسط دوغاب سیمان که بعد از کشیدن کابل‌ها به داخل غلاف‌ها تزریغ می‌شود و یا مواد قیری یا گریس که روی آن می‌مالند از زنگ زدگی محافظت گردند.

1- بتن پیش تنیده پیش کشیده (Pre-tensioned concrete)

بتن پیش کشیده: بتنی که کابل های پیش تنیدگی آن قبل از ریختن بتن کشیده شده باشند . در بتن پیش کشیده کابل های داخل بتن به بتن چسبیده اند و در واقع کابل بدون غلاف داخل بتن جای می گیرد و بعد از اینکه بتن به مقاومت مشخصه رسید ، کابل ها را از تکیه گاههای دو طرف آزاد می کنند و قسمت اضافی بیرون مانده از بتن را قطع می نمایند . تمام نیروی پیش تنیدگی به طور کامل در طولی از کابل به بتن منتقل می گردد که طول انتقال ، بستگی به نوع سطح فولاد ، شکل مقطع و قطر آن دارد . در آن مقاومت بتن نیز مؤثر است.همانند تولید شمع ها و تیرهای پیش ساخته . برای جلوگیری از وارد شدن ضربه به بتن در موقع انتقال نیروی پیش تنیدگی ، باید این نیرو به طور آرام و تدریجی به بتن منتقل گردد. بعلاوه قطعه بتنی باید بتواند به راحتی در روی بستر خود بلغزد تا جلوی به وجود آمدن نیروهای داخلی در اثر اصطکاک گرفته شود . یکی از خاصیت های مهم بتن پیش کشیده این است که می توان چندین عضو یک شکل را در آن واحد بین دو تکیه گاه ریخته و پس از گرفتن بتن با قطع کردن کابل های مشترک ، آنها را از هم جدا نمود . این کار از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه است ، زیرا عمل کشیدن کابل ها برای تمام عضوها فقط یکبار انجام می گردد همانند تولید قطعات پیش ساخته Hallow-core است.

۲- بتن پیش تنیده پس کشیده (Post-tensioned concrete )

اگر فولاد پیش تنیدگی را بعد از گرفتن و سفت شدن بتن بکشند ، بتن پس کشیده می گویند. نیروی پیش تنیدگی توسط گیره های ( anchorages ) دو انتهای سازه از کابل به بتن منتقل می شود . فولاد پیش تنیدگی نباید قبل از کشیدن به بتن چسبیده باشد ، در غیر این صورت امکان کشیدن آن وجود نخواهد داشت . فولادهای پیش تنیدگی را باید در داخل غلاف ها یا مجراهایی که در داخل بتن یا خارج از آن تعبیه شده است ،گذاشت

کابل های پیش تنیدگی را می توان قبل و یا بعد از بتن ریزی در داخل غلاف ها کار قرار داد . کابل ها به صورت یکی یکی به وسیله دستگاه کابل ردکن ( strand pusher ) و یا به طور دسته ای بوسیله نیروی انسانی در داخل غلاف کار گذاشته می شوند.

انواع بتن پیش تنیده پس کشیده:

•  با روش چسبنده ( Bonded )

بعد از پایان عملیات کشش کابل ها ، برای جلوگیری از زنگ زدن کابل ها ، دوغاب سیمان به داخل غلاف ها تزریق می کنند تا فاصله بین کابل و غلاف را پر نماید . در این حالت چون کابل توسط دوغاب به غلاف و در نتیجه به بتن می چسبد ، اصطلاحاً این روش را چسبنده ( Bonded ) می گویند.

•  با روش غیر چسبنده ( Unbonded )

گاهی اوقات به منظور ایجاد انعطاف پذیری بیشتر سازه جهت مقاومت بهتر در مقابل زلزله ، ممکن است دوغاب به داخل غلاف تزریق نکنند . در چنین حالاتی چون هیچ نوع چسبندگی بین کابل و غلاف وجود ندارد ، این روش را غیر چسبنده ( unbonded ) می نامند .

در چنین مواقعی برای جلوگیری از زنگ زدن کابل ، داخل غلاف و دور کابل را پر از گیریس می نماید . بعضی از کارخانه های کابل سازی ، کابل هایی تولید می کنند که در داخل لوله های پلاستیک پر از گریس می باشد . این نوع کابل های فاقد چسبندگی را می توان مستقیماً در داخل بتن کار گذاشت و بعد از کسب مقاومت از بتن ، کابل ها را کشید که گریس مانع از چسبیدن کابل به غلاف پلاستیکی و در نتیجه به بتن می شود. در روش غیر چسبنده اگر به دلائلی کابل از داخل گیره ها در برود و یا از هر نقطه پاره شود ، نیروی پیش تنیدگی (روش پیش تنیدگی) در آن مقطع از بین می رود . اصولاً مقاومت نهایی بتن پس کشیده چسبنده خیلی بیشتر از مقاومت نهایی بتن پس کشیده غیر چسبنده مشابه است.