بتن پیش تنیده

بتن پیش تنیده

نیروهای درونی هر عضو بتن پیش تنیده قبل از اینکه در محل بارگذاری شود محاسبه شده و با طی چنین مراحلی با شناخت بیشتر ویژگی های آن، بهتر میتوان میزان بار موجود در پروژه را کنترل کرد.

بتن پیش تنیده چیست؟

در یک تعریف کلی تر پیش تنیدگی بتن، تحت فشار قرار دادن یک بخش از سازه در شرایط تحت کنترل است تا بتوان همان قسمت را برای بهبود عملکرد در شرایط مختلف اجرا، به کار بسته و آماده کرد.
بتن های آرمه که توسط فولاد تقویت می گردند؛ بتن به تنهایی بارهای فشاری را تحمل کرده و فولاد متحمل بارهای کششی تعبیه شده می شود. با این تفاسیر می توان گفت بتن نقش اتصال دهنده را ایفا می کند و برای کنترل بارهای بیرون چندان کاربردی نیست.

مسئله ای که مطرح است این می باشد که در یک بتن پیش تنیده، عمل تنیدگی باعث می شود بتن قدرت تحمل بارهای بیرونی را که منجر به نیروی کششی می شود را نیز دارا باشد.
به عنوان مثال در ستون های بلند در صورت صرف نظر از پیش تنیدگی بتن ها باید ستون ها را بسیار قطور ساخت تا بتوان نیروی مورب کششی را خنثی کرد چرا که در ستون های بلند معمولا نیروی برشی افزایش می یابد؛ در حالی که در صورت استفاده از بتن پیش تنیده در بخش ها، قطر ستون ها نیازی به افزایش ندارد چرا که کاهش نیروی برشی باعث می شود بدون افزایش قطر ستون ها نیروی مورب کششی را نیز خنثی کرد.
در یک نگاه متفاوت تر برای داشتن سازه ی محکم و مقاوم، فقط استفاده از بتن خوب ملاک اصلی نیست؛ بلکه استفاده از میلگردهایی با مقاومت کششی بالا نیز یکی از عناصر مهم است.
معمولا بتن مورد استفاده در قطعات پیش تنیده ی پس کشیده ( post tensioned concrete) باید مقاومتی در اندازه ی 35N/mm2 داشته باشد و در نوع پیش تنیده ی پیش کشیده (pretensioned concrete ) نیز مقاومتی در حدود 45N/mm2 داشته باشد.
نکته: هنگام طراحی بتن های پیش تنیده، میزانی از مقاومت به دلایل مختلفی چون ترک خوردن بتن و یا لغزیدگی بتن و فولاد از دست می رود بنابراین مقاومت آن را حدود 200N/mm2 در نظر می گیرند.
برای جبران این کمبود مقاومت کششی بتن، میلگردهای فولادی در نظر گرفته شده که در بخش زیرین بتن جاسازی شده تا نیروی وارده را تحمل کند.
از مزایای استفاده از بتن های پیش تنیده میتوان به مواردی چون دوام و ماندگاری بالا، سازگاری با شرایط مختلف، کمک به اقتصاد منطقه، سرعت ساخت و معماری بهتر و زیباتر اشاره کرد.

مقاله ی مرتبط: بتن خود متراکم

از دیگر موارد کلی در مزایای بتن های پیش تنیده می توان به موارد زیر اشاره کرد:
عدم وجود ترک های دائمی
یکی از خواص مهم بتن های پیش تنیده نداشتن ترک های دائمی است. چنین موضوعی باعث بالا رفتن دوام سازه نسبت به سازه های بتنی و بتن آرمه می شود.
این مزیت به خصوص در محیط هایی با گازهای خورنده و سازه های دریایی حائز اهمیت و مهم است. برتری این بتن نسبت به نوع آرمه در ساخت تانکرهای آب و مخازن به جهت نداشتن ترک واضح و مشخص است.
وزن کمتر سازه
بتن آرمه وزن بسیار بالاتری نسبت به بتن های پیش تنیده دارد، وزن معادل کمتر بتن های پیش تنیده باعث استفاده از مقاومت تمام سطح مقطع بتن شده، به همین دلیل میزان بتن لازم کمتر است.
تست سازه قبل از بارگذاری
در سازه ی بتن های پیش تنیده قبل از اینکه در محل بارگذاری شوند، هم بتن و هم فولاد به کار برده در آن تحت اثر تنش های زیادی قرار می گیرد و این خود یک امتحان برای اطمینان از مقاومت بتن و فولاد است. 
از دیگر مزایا و موارد کاربرد بتن پیش تنیده
پل ها: بتن پیش تنیده در ساخت پل های بلند و بزرگ نیز استفاده می شود و با توجه به وزن سنگین این نوع سازه ها، بتن پیش تنیده باعث افزایش قدرت و مقاومت پل می شود و امکان ساخت پل های با ارتفاع بالا را فراهم می کند.

1. ساختمان های بلند
2. سد ها
3. تونل ها
4. مخازن ذخیره آب
5. پارکینگ های بلند
6. تیرچه های پیش تنیده

با توجه به کاربرد بتن پیش تنیده در موارد فوق می توان نتیجه گرفت که این نوع بتن از مواد ساختمانی پیشرفته است که در بسیاری از پروژه های ساختمانی و زیرساختی به کار می رود. با استفاده از بتن پیش تنیده، قدرت و مقاومت بتن افزایش می یابد و امکان ساخت سازه های بلند و بزرگ را فراهم می کند. با این حال، برخی از معایب بتن پیش تنیده از جمله هزینه بیشتر در مقایسه با بتن معمولی و نیاز به تجهیزات و تخصص بالاتر برای ساخت این نوع بتن را نیز باید در نظر گرفت.
در کل، بتن پیش تنیده به عنوان یکی از مواد ساختمانی پیشرفته و پر کاربرد در بسیاری از پروژه های ساختمانی و زیرساختی استفاده می شود. همچنین با توجه به قابلیت های بتن پیش تنیده در افزایش قدرت و مقاومت سازه ها، این نوع بتن می تواند در ساختمان هایی که نیاز به قدرت و مقاومت بیشتری دارند، به عنوان یکی از مواد ساختمانی مناسب مورد استفاده قرار گیرد. با این حال این نوع از بتن، معایبی نیز دارد که در ادامه به بررسی بیشتر معایب بتن پیش تنیده خواهیم پرداخت. 

پیشنهاد می شود مقاله بتن هوادار چیست را مطالعه فرمایید

معایب بتن پیش تنیده

1.    هزینه بالا: یکی از معایب بزرگ بتن پیش تنیده، هزینه بالای تولید آن است. به دلیل نیاز به کابل های فولادی پیش تنیده، این نوع بتن هزینه بیشتری نسبت به بتن معمولی دارد. علاوه بر آن، تولید بتن پیش تنیده به تجهیزات خاص نیز نیاز دارد که نیاز به سرمایه گذاری بیشتری دارد. این تجهیزات شامل دستگاه تنش سنج و دستگاه های کنترل کیفیت است.
2.    انعطاف پذیری کمتر: یکی از مزایای بزرگ بتن پیش تنیده، مقاومت بیشتر آن در برابر بارهای دینامیک است. با این حال، انعطاف پذیری بتن پیش تنیده کمتر از بتن معمولی است. بنابراین، در سازه هایی که به انعطاف پذیری بیشتری نیاز دارند، استفاده از این نوع بتن ممکن است منجر به مشکلاتی شود.
3.    پایداری کمتر در برابر خوردگی: یکی از مسائل مربوط به بتن پیش تنیده، پایداری کمتر آن در برابر خوردگی است. با توجه به وجود کابل های فولادی در بتن پیش تنیده، خوردگی این کابل ها ممکن است منجر به ضعف سازه شود. بنابراین، برای جلوگیری از این مسئله، باید از فولاد های مقاوم در برابر خوردگی استفاده شود و نگهداری و پایش دقیقی بر روی سازه صورت گیرد.
4.    محدودیت در اندازه و شکل قطعات بتنی: یکی از معایب بتن پیش تنیده، محدودیت در اندازه و شکل قطعات بتنی است. با توجه به اینکه کابل های پیش تنیده در بتن قرار می گیرند، در ساخت قطعات بتنی با شکل و اندازه های غیر معمول، امکان استفاده از بتن پیش تنیده محدود است. بنابراین، در برخی از پروژه ها مانند ساختمان های بلند، ممکن است استفاده از بتن پیش تنیده با مشکل مواجه شود.
تمام اجزای بتن پیش تنیده، تحت اصول و شرایطی طراحی و ساخته می شوند.
هر مقعطی از اجزای بتن پیش تنیده، حتی پس از بارگذاری نیز همواره یک صفحه ی صاف باقی خواهد ماند.
بتن پیش تنیده محدودیت هایی در تغییر شکل و خم شدگی دارند، به همین دلیل قانون هوک در مورد آنها صادق است.
قانون هوک: قانون هوک در فیزیک، مکانیک و دانش مواد کشسانی به کار برده می شود و نشان دهنده ی تناسب تغییر طول یک ماده با بار وارد بر آن است که رابطه ای خطی است؛ تا زمانی که نیروی وارده از حد کشسانی آنها کمتر باشد با تقریب خیلی خوبی از این قانون پیروی می کنند.
اما در مورد بتن های پیش تنیده، بار کششی ناشی از بارگذاری، باعث افزایش طول اسکلت بتن نشده و تغییرات تنها در اجزای بتنی اعمال می شوند. در این مواقع از تغییر شکل ناشی از بارهای خارجی نیز می توان صرف نظر کرد.

پیشنهاد می شود مقاله نحوه ساخت بتن پلیمری را مطالعه کنید.

اصول کلی ساخت

عضو بتن نیز تحت نیروی قدرتمند تاندون ها قرار داده می شود، نیروهای برشی نیز از قسمت پایانی عضو بر آن وارد می شود تا از کارایی بتن اطمینان حاصل شود.
به طور کلی برای رسیدن بار وارده به عضو بتنی، باید از بتن پر مقاومت در سازه استفاده شود؛ چرا که استفاده از بتن پر مقاومت، باعث ترک نخوردن سازه می شود.
بتن پیش تنیده با دو روش کلی بتن پیش تنیده ی پیش کشیده و بتن پیش تنیده ی پس کشیده ساخته می شود؛ که نوع دوم خود به دو روش دیگر امکان ساخت دارد:

تهیه بتن پیش تنیده پس کشیده با روش چسبنده

پس از پایان کابل کشی برای جلوگیری از زنگ زدن کابل ها، دوغاب سیمان به داخل غلاف ها تزریق می شود تا فاصله ی بین کابل و غلاف را پر کند. دلیل نام گذاری این روش به چسبنده این است که کابل توسط دوغاب به غلاف و در نتیجه بتن می چسبد.
اگر می خواهید درمورد بتن خود متراکم اطلاعات دریافت کنید بر روی لینک مورد نظر کلیک کنید.
تهیه بتن پیش تنیده پس کشیده با روش غیر چسبنده
بعضی اوقات نیز به دلایل خاصی از جمله ایجاد انعطاف پذیری بیشتر جهت مقاومت سازه در مقابل زلزله، دوغاب را مستقیما به داخل غلاف تزریق نمی کنند. در این حالت چون هیچ نوع چسبندگی بین کابل و غلاف وجود ندارد، این روش را غیر چسبنده می نامند.

در این مواقع برای جلوگیری از زنگ زدن کابل داخل و دور غلاف را پر از گریس می کنند؛ معمولا بعضی از کارخانه های کابل سازی، کابل هایی تولید می کنند که داخل لوله های پلاستیکی پر از گریس قرار دارد. این کابل ها فاقد چسبندگی بوده و می توان آن ها را مستقیما داخل بتن کار گذاشت.
نکته ای که باید دانست این است که مقاومت نهایی بتن پس کشیده ی چسبنده خیلی بیشتر از مقاومت نهایی بتن پس کشیده غیر چسبنده است.
در نهایت، باید توجه داشت که استفاده از بتن پیش تنیده در هر پروژه ای بستگی به نیازها و شرایط آن پروژه دارد و در برخی موارد ممکن است به دلیل معایب آن، استفاده از بتن معمولی موجب صرفه جویی در هزینه و زمان شود.