سازه پيش تنيده

سازه اي است که مصالح اصلي آن که براي تحمل نيروها و انتقال آنها به کار مي‌روداز ترکيبات بتن با انواع آرماتور‌ها است.مزيت هاي پيش تنيدگي در افزايش کارايي سازه هاپيش تنيدگي روشي است براي مقاوم سازي بتن يا مواد ديگر که توسط رشته‌هاي فولادي با مقاومت بالا و يا ميلگردها انجام مي‌شود و بطور کلي به آن Tendon يا همان فولادهاي پس تنيدگي با جك گفته مي‌شود.کاربرد پيش تنيدگي در سازه‌هاي پارکينگ ها، ساختمان(آپارتمانها) و در دفاتر کار، دالهاي بتني روي زمين، پلها و ورزشگاه ها، حفاري هاي سنگ و خاک، تانکهاي ذخيره آب و مواد شيميايي و ... مي‌باشد.در بيشتر حالت ها سيستم پيش تنيدگي به عمليات اجرايي ساخت پروژه اين امکان را مي‌دهد در مواقع غير ممکن
ملزومات معماري طرح رعايت و محدوديت هاي موجود برطرف گردد. اگر چه سيستم پيش تنيدگي در مراحل ساخت، سرهم کردن قطعات(مونتاژ)، برپاسازي و نصب در موقعيت به معلومات و دانش تخصصي و فني نياز دارد، مفهوم کلي کار به صورت زير توضيح داده مي‌شود :اگر تعدادي بلوک چوبي که درون آنها سوراخي اجرا شده است و از ميان سوراخ نوار لاستيکي عبور داده شود و دو طرف انتهاي نوار لاستيکي را نگاه داريم، بلوک ها از قسمت پايين از هم جدا مي‌شوند.در اين شرايط پيش تنيدگي توسط قرار دادن يک جفت مهره در دو انتهاي نوار لاستيکي قابل شرح است بطوري که با پيچاندن مهره‌ها کم کم بلوکها در قسمت پايين به هم نزديک شده و نهايتا به طور محکم به هم فشار خواهند آورد.در اين حالت اگر از دو قسمت انتهايي مجموعه را بلند کنيم اين بار مجموعه بلوک ها از هم جدا نمي‌شود و بطور مستقيم و در کنار هم موقعيت خود را حفظ مي‌کنند.
اين نوار لاستيکي محکم شده در واقع همان Tendon (فولادهاي پس تنيدگي) در مقياس واقعي مي‌باشند که توسط وسايل مهاري گوه‌اي شکل در محل انتهايي بسته مي‌شوند.مزاياي پيش تنيدگيبراي درک بهتر مزاياي پيش تنيدگي دانستن اطلاعاتي از خواص بتن مفيد خواهد بود. بتن در برابر فشار بسيار مقاوم است اما در برابر کشش ضعيف است. به عنوان مثال وقتي نيرويي کششي در مقطع آن عمل کند، ترک مي‌خورد. به طور متداول در سازه‌هاي بتني وقتي باري شبيه به خودرو در يک پارکينگ بر روي دال بتني و يا تيرها قرار گيرد، تير تمايل به انحنا و خم شدن دارد. اين تغيير شکل خميدگي باعث مي‌شود پايين تير اندکي دچار کشيدگي و ازدياد طول شود.معمولا همين مقدار اندک کشيدگي براي ايجاد ترک در بتن کافي است. ميل گردهاي تقويتي(bars ) فولادي به صورت مدفون در بتن به عنوان تقويت کشش براي محدود کردن عرض ترک قرار داده مي‌شود. ميلگردها در اين حالت وقتي فقط به صورت مدفون در بتن قرار داده مي‌شود به صورت نيروهاي Pssive عمل مي‌کند و تا زماني که خيز در بتن به مرحله قبل از ايجاد ترک نرسيده است نيرويي را تحمل نمي‌کند.اما Tendon يا همان فولادهاي پيش تنيدگي به صورت نيروهاي Active در سيستم عمل مي‌کنند. در سيستم پيش تنيدگي فولاد به عنوان عامل مقاوم و موثر عمل مي‌کند. به طوري که امکان بوجود آمدن ترک در بتن وجود نخواهد داشت.سازه‌هاي پيش تنيده حتي اگر تحت بارگذاري کامل قرار گيرند، مي‌توانند طوري طراحي شوند که کمترين خيز و ترک در سازه ايجاد شود.
کاربردهاتقريبا در تمام انواع سازه‌ها سيستم پيش تنيدگي کاربرد دارد.در سازه ساختمان ها، پيش تنيدگي اجازه ايجاد دهانه آزاد بيشتر بين تکيه گاه‌ها مي‌دهد. ضمنا ضخامت دالهاي بتني نيز کمتر، تعداد تيرها کمتر و لاغرتر و امکان ساخت اعضا سازهاي چشمگير و نمايشي از مزاياي آن است. دال نازکتر به معناي استفاده کمتر از بتن مي‌باشد به علاوه اين که ارتفاع کلي ساختمان براي ارتقاي کف تا کف يکسان نيست به ساختماني که از سيستم پيش تنيدگي استفاده نشده کمتر مي‌باشد.بنابراين سيستم پيش تنيدگي باعث مي‌شود وزن سازه به طور قابل توجهي نسبت به ساختمان بتني معمولي با همان تعداد طبقات کاهش يابد. اين موضوع باعث کاهش بار فندانسيون مي‌شود و مي‌توان مزيت اصلي آن براي نواحي لرزه خيز باشد.
در مقايسه با ساختمان با شرايط مشابه يک ساختمان کوتاه به سيستم هاي مکانيکال کمتر و همچنين هزينه نماي خارجي کمتري احتياج دارد. لذا صرفه اقتصادي نيز حاصل شده است. محاسن ديگر سيستم پيش تنيدگي اين است که تيرها و دالها مي‌توانند ممتد اجرا شوند. به عنوان مثال يک تير تنها مي‌تواند به طور ممتد از يک انتهاي ساختمان به انتهاي ديگر آن امتداد يابد. از نظر سازهاي اين حالت بسيار کارآمدتر از اين است که يک تير فقط از يک ستون به ستون بعدي امتداد داشته باشد.پيش تنيدگي سيستم است که براي سازه‌هاي پارکينگ نيز استفاده مي‌شود و علت آن اين است که انعطاف پذيري زيادي براي طراحي ستون ها، طول دهانه آزاد و شکل رمپ به طراح مي‌دهد. پارکينگ هايي که در آنها از
سيستم پيشتنيدگي استفاده شده است هم مي‌توانند به عنوان يک سازه مستقل باشند و هم به عنوان يک يا چند طبقه در يک ساختمان مسکوني و يا اداري قرار داشته باشند.
درنواحي که از خاک رس روان يا خاک هايي با ظرفيت باربري پايين مي‌باشند،
استفاده از دالهاي روي زمين و يا فندانسيون هاي گسترده با سيستم پيش تنيدگي
مشکلات ناشي از ترک و نشت هاي نامتقارن را از بين مي‌برد.اين روش براي
ساخت پل ها با شرايط مختلف هندسي نظير انحناهاي پل ها و پل هايي با ارتفاع
اهميت زيادي دارد. ضمنا روش پيش تنيدگي امکان ساخت پل ها با دهانه خيلي
زياد را بدون استفاده از تکيه گاه‌هاي مياني پل بوجود مي‌آورد. در
ورزشگاه‌ها نيز اين سيستم باعث مي‌شود دهانه‌هاي آزاد بزرگتري اجرا شود و
در نتيجه امکان اجراي طرح هاي معماري زيبايي به وجود مي‌آورد. اين سيستم به
عنوان مهاري نفوذ کننده در عمق خاک و سنگ نيز استفاده مي‌شوند و به عنوان
اعضا کششي براي نگاه داري ديواره‌هاي جانبي در سازه‌ها مانند ديواره راهها،
تونل ها، ديواره حوضچه‌هاي خشک ساخت و تعمير کشتي و به عنوان نگهدارنده کف
سازه‌هايي که تحت اثر نيروي بالا برندگي قرار دارند( مانند سازه آبگير)
پروژه‌هاي پتروشيمي و پالايشگاه‌ها استفاده فراوان دارد. ضمن اين که براي
پايدار سازي شيب زمين ها و ترانشه‌ها نيز قابل استفاده هستند.نمونه ديگر
مصرف اين سيستم در صنايع نفت و گاز و پالايشگاه‌ها مربوط به تانک هاي بتني
ذخيره گاز و ميعانات گازي است که در آنها ضريب بالايي جهت اطمينان از عدم
وجود ترک در سازه بتني مطرح است. ضمن اين که سازه تانک ذخيره سازي در
راستاي عمودي و افقي به زمين طوري دوخته مي‌شود که ايمني آن در مقابل
هرگونه انفجار تضمين مي‌شود. واژگان فنيفولادهاي پيش تنيدگي(Tendon )کامل
کننده و قسمت اصلي مهاري ها مي‌باشند که به صورت رشته کابل(stand ) فولادي
با مقاومت بالاي کششي (1770 N/mm2 ) با ميلگرد هستند و در جاهايي که داراي
پوشش هستند و در حالتي ديگر درون لوله محافظ قرار داده مي‌شوند که اطراف آن
را توسط گروت و يا پوشش محافظ گريس مخصوص جهت جلوگيري از خوردگي فولاد مي
پوشانند.در حالت کلي دو نوع اصلي پيش تنيدگي وجود دارد:Unbonded
Bonded(grouted) در حالت Unbonded فولاد رشته‌اي يا ميله با بتن اطراف
چسبندگي ندارد.بيشتر سيستم هاي Unbonded به صورت تک رشته‌اي مي‌باشند که در
دال و تيرهاي ساختمان ها، سازنده پارکينگ ها و دالهاي روي سطح زمين از اين
سيستم استفاده مي‌شود.يک رشته کابل (Stand ) از هفت رشته سيم مفتول تشکيل
مي‌شود که با نوعي گريس جهت حفاظت خوردگي پوشيده مي‌شود و کل مجموعه درون
يک روکش پل ياتلين قرار گرفته است.
در
قسمت ابتدائي نيز از يک صفحه فولادي سوراخ دار به همراه گوه‌هايي فولادي
دو تکه استفاده مي‌شود و اين گوه‌ها طوري طراحي شده اند که استرند را درون
خود محکم نگاه مي‌دارد.در سيستم هاي Bonded دو يا چند استرند از درون يک
مجراي محافظ فلزي يا پلاستيکي عبور داده مي‌شود در حالي که اين مجرا از قبل
به صورت مدفون در بتن کار گذاشته مي‌شود. استرندها توسط يک جک کششي بزرگ
مهار شده و کشيده مي‌شوند. سپس مجراي لولهاي(Duct ) توسط گروت که ماداي بر
پايه سيمان است پر مي‌شود. استفاده از اين گروت هم باعث محافظت از خوردگي
کابلهاي فولادي مي‌شود هم اين که باعث انتقال نيروي کششي بين استرندها و
مجراي لولهاي (Duct ) شده و گيرداري طول مشخصي از (Lb ) Tendon را در محيط
اطراف موجب مي‌شود.انکرهاي خاک و سنگ نيز از نوع سيستم Bonded (گيرداري)
هستند اما با قدري تفاوت در مراحل اجراي انکر گذاري به طوري که به وسيله
دستگاه حفاري سوراخ مدنظر به همراه يک غلاف لولهاي (Casing ) جهت جلوگيري
از ريزش خاک و سنگ در محل ايجاد مي‌شود.اين کار ممکن است در ديواره يک تونل
و يا ديواره حايل شيت پايلي و توده خاک پشت آن انجام مي‌گيرد. در درون
Casing عبور داده شده و سپس عمليات تزريق گروت آغاز مي‌شود. بعد از اين که
گروت به مقاومت مدنظر رسيد عمليات کشش Tendon آغاز مي‌شود.
در
حالت پايدار سازي زمينه‌اي شيبدار (ترانشه ها) و يا ديواره تونل ها
استفاده از انکر گذاري باعث نگهداري خاک سست و سنگ و پيوستگي آن دو با هم
مي‌شود، به طوري که وقتي عمليات خاکبرداري داخل آغاز مي‌شود، فشار پشت توسط
نيروي پيش تنيدگي انکر خنثي مي‌شود و ديواره شيت پايل در محل خود استوار
مي ماند.اعضا ضروري در پيش تنيدگيدر سيستم پيش تنيدگي اعضا ضروري متعددي
وجود دارد. در ساختار Unbonded پوشش پلاستيکي به عنوان منفصل و جداکننده
نيروي مهاري بين استرندهاي پيش تنيدگي و بتن اطراف عمل مي‌کند. چيزي که به
عنوان ناحيه آزاد (LF ) مطرح مي‌شود.

اين پوشش همچنين باعث محافظت از خسارت وارده به استرند با روش هاي مکانيکي
مي‌شود. به عنوان يک مانع عمل مي‌کند که از نفوذ رطوبت و مواد شيميايي به
استرند جلوگيري مي‌کند.علاوه بر اين پوشش، ماده محافظ استرند از نوع گريس
مخصوص باعث کاهش اصطکاک بين استرند و پوشش پلاستيکي آن شده و حفاظت خوردگي
مضاعفي ايجاد مي‌کند. قسمتهاي مربوط به مهار کردن و بستن (Anchor Head )
قسمت مهم ديگر است خصوصا در سيستم هاي (Unbonded ) بعد از اين که بتن عمل
آوري شد و به مقاومت لازم رسيد گوه‌ها داخل پليت مخصوص(Wedge Plate ) قرار
داده مي‌شود و استرندها کشيده مي‌شوند. وقتي که جک کششي استرند را آزاد
مي‌کند، استرند به آرامي جمع مي‌شود و گوه‌ها را به درون انکر مي‌کشد و اين
عمل باعث ايجاد قفل شدگي محکم در استرند مي‌شود.
بنابراين
گوه‌ها نيروي موجود در Tendon را حفظ مي‌کنند و آن را بتن محيط اصراف
منتقل مي‌کنند. در محيط هاي خورنده قسمت مهار کننده (anchorhead ) و دم هاي
استرند هاي بيرون زده معمولا با يک پوشش کلاهک براي حفاظت بيشتر پوشانده
مي‌شوند.ساختبراي استفاده از مهاري هاي Unbonded (بي قيد) در ساختمان ها و
دالها، آنها عموما در محلي پيش ساخته مي‌شوند و به محل سايت(به صورت آماده
جهت نصب) منتقل مي‌شوند. سپس رشته‌هاي پيش تنيدگي به شکلي که در نقشه‌هاي
نصب مشخص شده اند در محل قرار داده مي‌شوند. در نقشه‌هاي نصب فاصله آنها از
هم، شکل حرکتي آن در طول(ارتفاع هر قسمت آن از سطح قالب) و محل هايي که
بايد کشيده شوند، نشان داده مي‌شود.

سپس بتن ريزي انجام مي‌شود و وقتي به مقاومت لازم بين 3000-3500 psi رسيد،
رشته‌ها کشيده شده و قفل مي‌شود.اصولا Tendon شبيه يک نوار لاستيکي تمايل
به برگشت به حالت طول اوليه دارد در حالي که توسط قسمت مهارکننده(Anchor
head ) از انجام آن جلوگيري مي‌شود. در واقع رشته‌ها به طور دايمي تحت تنضش
قرار دارند که باعث مي‌شود نيروي فشاري در بتن ايجاد شود. اين نيروي فشاري
که از سيستم پيش تنيدگي حاصل مي‌شود نيروهاي کششي ناشي از بارگذاري را
خنثي مي‌کند. بنابراين ظرفيت باربري بتن و يا ديواره شيت پايل در سازه‌هاي
دريايي(اسکله ها، حوضچه‌هاي خشک تعمير کشتي) به طور قابل توجهي افزايش
مي‌يابد.از آنجايي که بتن پيش تنيده در محل پروژه به صورت درجا ريخته
مي‌شود تقريبا هيچ محدوديتي براي شکل دادن وجود ندارد. نماهاي سر در قوسي
شکل، آرک ها و طرح هاي دالهاي پيچيده اغلب نمادهايي از سازه‌هاي بتني پيش
تندگي هستند. پيش تنيدگي تاکنون براي استفاده در تعداد زيادي از پل هايي که
به زيبايي طراحي شده، جهت استفاده قرار گرفته است.ا
طمينان
از کيفيت ساخت مقدار فروش استرندهاي پيش تنيدگي تقريبا در ده سال گذشته دو
برابر شده از اين رو صنعت پيش تنيدگي به سرعت در حال رشد است. در حال حاضر
براي اطمينان از کيفيت ساخت، موسسه Tensioning institute آمريکا هر دو
عامل کنترل اجراي دوره‌هاي آموزش نيروهاي متخصص و ماهر را اجرا کرده است.
با مشخص کردن اين که شرايط کارگاه ساخت و متخصصان اجرايي با تاييد و تحت

گواهي PTI باشند