بتن های پیش ساخته

مقدمه :

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.


بتن های پیش ساخته

مقدمه :

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.یکی از ساده ترین مثالهای پیش تنیدگی تلاش برای بلند کردن یک ردیف کتاب می باشد.ابتدا لازم است به ردیف کتابها از دوطرف فشاری اعمال کنیم تاباعث افزایش مقاومت در مقابل لغزش بین کتابها شده ،بطوریکه بلند کردن انها راممکن سازد.

 

         

 

باتوجه به این مثال ،یک تعریف ساده از پیش تنیدگی عبارت است از:

اعمال نیروهائی به سازه ، علاوه بر بارهائی که سازه برای تحمل آنها طراحی می شود،بمنظور افزایش ظرفیت باربری سازه.

یک مثال  که نشان گر سادگی پیش تنیدگی می باشد بشکه های چوبی قدیمی است که کشش ایجاد شده در حلقه های فلزی بطور موثر قطعات چوبی را به یکدیگر می فشارد تا مقاومت و پایداری آنرا افزایش دهد.

 

 

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 دیوارهای 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 کابل ها 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 اصطهکاک 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.

 

روش های تنیدگی:

          صرف نظر از طرز وارد کردن نیروهای پیش تنیدگی به بتن می توان دو نوع پیش تنیده تشخیص داد:

بتن پیش کشیده (Pretentioned):

 بتن پیش کشیده بتنی است که کابلهای پیش تنیدگی آن قبل از ریختن بتن کشیده شده باشد.در بتن پیش کشیده کابلهای داخل بتن به بتن چسبیده اند (Bonded) و بعد از اینکه بتن خود را گرفت کابلها را از تکیه گاههای دو طرف آزاد کرده و قسمت اضافی بیرون مانده از بتن را قطع می نمایند.این عمل انتقال نیرو از کابل به بتن را به اصطلاح انتقال می گویند (Transfer).تمام نیروی پیش تنیدگی بطور کامل در طولی از کابل به بتن منتقل می شود.این طول را طول انتقال (transmission length ) بستگی به نوع سطح فولاد،شکل مقطع،و قطر آن دارد.همچنین مقاومت بتن نیز در آن مؤثر می باشد.طول انتقال همچنین به خاصیت گوه ای (Wedging Effect) فولاد پیش تنیده در طرف بریده شده آن بستگی دارد.خاصیت گوه ای به این دلیل بوجود می آید که چون قطر فولاد در اثر کشیده شدن کم می شود،در طول انتقال که نیرو متغیر می باشد قطر فولاد نیز بسته به نیروی داخل آن متغیر می باشد.

          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 شود.همچنین تیر باید بتواند به راحتی در روی بستر خود بلغزد تا جلوی به وجود آمدن نیروی های داخلی در اثر اصطحلاک گرفته شود.اگر چنانچه سطح فولاد مصرفی دارای خاصیت چسبندگی کافی به بتن نباشد،نیروی پیش تنیدگی ممکن است به طور ناقص به بتن منتقل شود و در این حالت نمی توان فرض کرد که بتن پیش تنیده شده است،و حتی ممکن است که مقاومت خمشی آن از یک تیر بتن فولادی کمتر گردد.بنابراین در بتن پیش تنیده فقط باید از فولادهای نوع مجاز برای این کار و همچنین بتن عالی با مقاومت بیشتر در موقع انتقال،استفاده نمود.یکی از خاصیت های مهم بتن پیش کشیده این است که میتوان  چندین عضو یک شکل را در آن واحد در کارخانه بین دو تکیه گاه ریخته و پس از گرفتن بتن با قطع کردن کابلهای مشترک آنها را از هم جدا کرد.این کار از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه می باشد،زیرا عمل کشیدن کابلها برای تمام عضوها فقط یک بار انجام می گیرد.

مزایای سازه ای  پیش تنیدگی

1-استفاده حداکثر و بهینه از ظرفیت مصالح بتنی و کابل ها

2-کاهش ارتفاع تیرها و ضخامت دال های بتنی

3-باربری بیشتر عضو پیش تنیده با هندسه مشابه نسبت به بتن مسلح 4-کاهش وزن مرده ساختمان و مصالح مصرفی

5-ایمنی بالاتر سقف یکپارچه بتنی در زلزله

6-امکان ساخت قطعات سبک تر بتنی پیش ساخته

7-کنترل خیز و تغییرشکل در سازه ها

8-کنترل ترک خوردگی در سازه

9-کاهش ارتعاش ناشی از بارهای ضربه ای و دینامیکی

10-افزایش دوام بتن

11-کاهش ابعاد فونداسیون

توجه :

موثرترین طراحی پیش تنیدگی زمانی حاصل می شودکه کابلهای پیش نیدگی با خروج از مرکزیت نسبت به مقطع بتنی ، ونه در یک خط مستقیم ، بلکه در یک مسیر منحنی ویا خطوط شکسته قرار داده شود. اندازه غلاف استفاده

شده در این سیستم وحداقل پوششی که بایستی فراهم شود،میزان حداکثر خروج از مرکزیتی که می توان به ان دست یافت را محدود می کند.

 

 

 

 

 

مزایای اقتصادی پیش تنیدگی

1-کاهش قابل ملاحظه در مقدار آرماتور و بتن مصرفی

2-کاهش قابل ملاحظه در زمان و هزینه نیروی انسانی بواسطه کاهش مقدار مصالح

3-کاهش هزینه تمامی آیتم های ارتفاعی نازک کاری بدلیل کاهش ارتفاع سازه

4-امکان ایجاد طبقات بیشتر تحت یک ارتفاع مجاز

5-کاهش فوق العاده در زمان ساخت و ساز

6-افزایش طول عمر مفید سازه

7-افزایش سوددهی پروژه های ساختمانی بواسطه افزایش تعداد پارکینگ ها

8-امکان احداث پروژه های تجاری با معماری خاص جهت جذب مشتری

 

مزایای معماری پیش تنیدگی

1-ایجاد سهولت و انعطاف پذیری در طراحی پلان و نما

2-امکان ایجاد دهانه های بلندتر و وجود ستون های کمتر در سازه

3-کاهش ارتفاع طبقات و کل ساختمان

4-امکان ایجاد کنسول های بلندتر افزایش فضای مفید بهره برداری در سازه 5-ایجاد فضای مناسب برای تأمین پارکینگ های بیشتر

6-حذف آویز تیرها و امکان استفاده از سقف کاملاً مسطح

7-قابلیت استفاده در پلان های نامنظم و منحنی شکل

8-امکان ایجاد بازشوهای بزرگتر در سقف

9-قابلیت استفاده از ستونهای خارج از محور

10-قابلیت بیشتر عبور لوله ها و ادوات تأسیساتی

 

بتن پس کشیده:

          اگر فولاد پیش تنیدگی را بعد از گرفتن و سفت شدن بتن بکشند،بتن را اصطلاحاً بتن پس کشیده می نامند.نیروهای پیش تنیدگی توسط گیره های انتهائی (Anchorages) از کابل به بتن منتقل می گردد.فولاد پیش تنیدگی نباید قبل از کشیدن به بتن چسبیده باشد.در غیر این صورت امکان کشیدن آن وجود نخواهد داشت.همچنین اصطکاک بین فولاد و بتن را باید هر چه ممکن است کاهش داد.فولادهای پیش تنیدگی را می توان در داخل غلافها یا مجراهائی که در بتن تعبیه شده است و یا اینکه کاملاً خارج از بتن قرار داد.

 

 

 

انواع سیستم های پس کشیدگی

سیستم غیرچسبنده تک رشته :

 منظور از غیر چسبنده بودن، عدم تماس مستقیم فولاد کابل با بتن بواسطه پوشش پلی اتیلنی آن می باشد.

سیستم چسبنده مسطح چند رشته :

 منظور از چسبنده بودن، تماس کابل با بتن از طریق گروت ریزی در داکت

که کابل در آن محصور شده است، می باشد.

سیستم چسبنده مدور چند رشته :

 در پروژه های عظیم مانند پلها بکار می رود

مقایسه سیستم های غیرچسبنده و چسبنده

غیرچسبنده: ( Bonded )

بازوی لنگر بزرگتری فراهم می کند تلفات اصطکاکی را کاهش می دهد

کابل گذاری را آسان می کند نیاز به گروت ریزی ندارد سرعت اجرای بالاتری دارد معمولاً ارزانتر است

چسبنده:  (Unbonded )

مقاومت خمشی بالاتری فراهم می کند بعد از گروت ریزی به انکورج بستگی ندارد مانع گسترش ترک می شود

مقایسه بتن پیش تنیده با بتن آرمه:

          در این قسمت لازم است که فرقها و خواص مشترک بین بتن پیش تنیده و بتن آرمه را مورد مطالعه قرار دهیم.

1-به علت اینکه فشار وارده از طرف کابل های پیش تنیده به بتن بسیار زیاد است،لازم است که مقاومت فشاری بتن مورد استفاده در یک ساختمان بتن پیش تنیده به مراتب بالاتر از مقاومت فشاری بتن مورد استفاده در یک ساختمان بتن آرمه باشد.

2-فولادهای نرمه (Mild Steel) که معمولاً در ساختمان های بتن آرمه به کار می رود برای ساختمان های بتن پیش تنیده مناسب نمی باشد.زیرا امکان کشیدن آن به حدی که بتواند جبران اتلاف تنش های پیش تنیدگی،ناشی از انقباض و خزش بتن را بکند،وجود ندارد.

3-بتن پیش تنیده یک جسم همگن والاستیک می باشد و قبل از ترک خوردن بیشتر خاصیتی شبیه به فولاد را دارد،تا یک غیر همگن مانند بتن آرمه.

4-یک ساختمان بتن پیش تنیده کامل (ساختمان بتن پیش تنیده کامل بنا به تعریف ساختمانی است که تحت تأثیر بارهای سرویس در هیچ نقطه آن تنش کششی وجود نداشته باشد) تحت تأثیر بارهای سرویس در هیچ نقطه آن تنش کششی وجود نداشته باشد)تحت تأثیر بارهای سرویس ترک نخواهد خورد،در صورتی که در یک ساختمان بتن آرمه از همان ابتدای بار گذاری ترکهائی در زیر تار خنثی به وجود می آید.حتی اگر در اثر بارهای بیش از حد پیش بینی شده (Overload) ساختمان بتن پیش تنیده ترک بخورد،بعد از اینکه بارها از روی ساختمان برداشته شود ترکها بسته خواهد شد.

5-اگر در یک ساختمان بتن پیش تنیده تنش پیش تنیدگی در اثر بار وارده خنثی شود.بتن پیش تنیده خاصیتی بسیار به بتن معمولی پیدا خواهد کرد.

 

فوائد بتن پیش تنیده:

1- یکی از مهمتری خواص ساختمان های بتن پیش تنیده نداشتن ترکهای دائمی می باشد.این موضوع باعث دوام بیشتر این نوع ساختمان ها نسبت به ساختمانهای بتنی و بتن آرمه می شود.این امر مخصوصاً در محیط هائی با گازها و زمین های خورنده و همچنین ساختمان های دریائی بسیار حائز اهمیت می باشد.برتری بتن پیش تنیده نسبت به بتن آرمه جهت ساختمان تانکهای آب و مخازن به جهت نداشتن ترک واضح است.

2- وزن ساختمانهای بتن پیش تنیده به مراتب از وزن ساختمان های بتن آرمه معادل کمتر است.زیرا اولاً چون از مقاومت تمام سطح مقطع بتن استفاده می شود،میزان بتن لازم کمتر است،ثانیاً چون فولادی مصرفی دارای مقاومت زیادتری است،معمولاً وزن فولاد لازم بین 3/1 تا 5/1 وزن فولاد معمولی معادل می گردد.

3- خیز به طرف پائین (Deflection) تیرهای بتن پیش تنیده تحت اثر بارهای سرویس،تحت تأثیر نیروهای پیش تنیدگی مقداری خیز به طرف بالا در تیر به وجود آمده است،که از شدت خیز به طرف پائین می کاهد.

4- در ساختمان های بتن پیش تنیده قبل از وارد آمدن بارهای سرویس ساختمان به وسیله نیروی پیش تنیدگی به شدت بارگذاری شده و بتن و فولاد تحت اثر تنش های زیادی قرار می گیرد و این خود یک نوع امتحان از نظر مطمئن بودن بتن و فولاد می باشد.اگر چنانچه در این مرحله ساختمان از خود حالت غیر عادی نشان ندهد،می توان مطمئن شد که تحت تأثیر بارهای سرویس نیز عیبی نخواهد کرد.

5-ساختمان های بتن پیش تنیده معمولاً برای دهانه های بزرگ و بارهای سنگین اقتصادی تر از ساختمان های بتن آرمه می باشد

6-با تغییر مقداری نیروی پیش تنیدگی می توان سازه را صلب و یا انعطاف پذیر کرد،بدون اینکه مقاومت نهایی آن تغییر بکند.

          واضح است یک سازه انعطاف پذیر بیشتر خاصیت فنری و ارتجاعی داشته و می تواندقبل از اینکه در اثر ضربه گسیخته گردد،مقدار قابل توجهی انرژی را جذب کند.به این ترتیب چنین سازه هایی تحت اثر بارهای زلزله و دینامیکی رفتار بهتری نشان می دهند.یک نمونه از چنین سازه هایی،شمع های ضربه گیر (Fender-Pile) اسکله ها می باشد.از طرف دیگر یک سازه بسیار صلب بهتر می تواند لرزش ها و نوسانات بسیار سنگین را تجمل کند (برای مثال،فونداسیون موتورهای توربینی).

 

مقاومت به خستگی (Fatigue):

          در یک ساختمان بتن پیش تنیده فولاد کشیده شده تحت اثربار تکراری نیز قرار می گیرد.اثر این بار تکراری بستگی به تعداد دفعاتی که بار وارد می شود دارد،و در ساختمانهایی که فولاد دارای چسبندگی با بتن می باشد اثر آن خیلی کم اهمیت تر از ساختمان هایی است که فولاد دارای چسبندگی ضعیف و یا فاقد چسبندگی با بتن است.

          در سال 1870 ولر (Wohler) کشف کرد که مقاومت نهایی مصالح تحت اثر بارهای تکراری کمتر از بارهای ثابت می باشد.حداکثر تنش بنام حد دوام و یا مقاومت به خستگی نامیده می شود،و عبارت است از حداکثر تنشی که مصالح تحت اثر تعداد دفعات معینی بار تکراری،می تواند تحمل نماید بدون این که گسیخته شود.حد دوام،بستگی به تعداد سیکل های بارگذاری و دامنة تنش های تکراری دارد.برای هر تعداد دفعه بارگذاری تکراری،برای مثال 10 بتوان 6 دفعه،بار گذاری باعث گسیختگی میشود معمولاً حدود 50 درصد تنش گسیختگی استاتیکی می باشد (برای فولاد آکسل که یک نوع فولاد ساختمانی است).موقعی که تنش متوسط برابر با صفر است (یعنی تنش های مساوی فشار و کشش بطور متناوب اثر می کند)،دامنه به دو سوم تنش گسیختگی استاتیک افزایش می یابد،که هر تنش مجزا یک سوم این مقدار خواهد شد،در حالتی که حد پایینی تنش نصف حد بالائی است،دامنه تنش به یک سوم تنش استاتیکی گسیختگی کاهش می یابد.این موضوع در منحنی گودمن نشان داده شده است.

 

اثر درجه حرارتهای بالا:

          فولاد آلیاژداری که به صورت گرم نورد شده،لیکن در روی آن عملیات (اعم از گرم یا سرد) دیگری انجام نشده باشد (و نتیجتاًدارای مقاومت محدودی است) موقعی که تحت اثر درجه حرارتهای بالاتر از C 350 درجه قرار گیرد مقاومتش کم میگردد ،ولی بعد از سرد شدن،مقاومت اوئلیه خود را بدست می آورد.لیکن فولادی که روی آن به صورت سرد کار شده و یا تحت عملیات حرارتی قرار گرفته است،اگر در شرایط مشابهی از نظر درجه حرارت و گرما قرار گیرد،مقاومتش بطور دائمی کم خواهد شد و چنانچه درجه حرارت از c 400 درجه تجاوز نماید این کاهش مقاومت بسیار بزرگ خواهد گردید.بنابراین نکته ای که از نظر مقاومت به آتش سوزی یک ساختمان بتن پیش تنیده بسیار مهم است،این است که،پوشش بتنی محافظ بتنی محافظ فولادی به اندازه کافی بزرگ انتخاب شود،تا بتواند به صورت یک عایق مؤثر حرارتی عمل کرده و از گرم شدن فولاد تا درجه حرارتهای بحرانی برای مدت زمان مشخصی (معمولاً مقاومت به آتش سوزی یک ساختمان برای مدت نامحدودی نمی باشد بلکه مدت زمان مشخص مثلاً 1 ساعت با حداکثر 2 ساعت است) جلوگیری نماید.در مورد فولادی که روی آن بصورت سرد کار شده،باید مطمئن شد که قبل از اینکه پیش تنیده شود،به هیچ وجه به طور اتفاقی تحت اثر حرارتهای بالا قرار نگرفته باشد.

          جوشکاری فولادهای پیش تنیدگی به دلیلی که قبلاً گفته شد به هیچ شکل مجاز نمی باشد.

 

اثر درجه حرارتهای پائین :

          بتن پیش تنیده در ساختمان منابعی که برای نگاهداری مایعات بسیار سرد (معمولاً انواع گازهای مایع) تا درجه حرارت C 183 درجه می باشد به کار رفته است.آزمایشهای انجام شده بر روی سیمها و میله های آلیاژدار نشان داده است که در این درجه حرارت های بسیار پائین مقاومت فولادی حدود 5 تا ده درصد افزایش یافته و نقطه جاری شدن آن حدود 20 درصد بالا رود.لیکن مقاومت به ضربه کاهش زیادی پیدا می کند.ضریب انبساط حرارتی در درجات بین،24 درجه تا،100 درجه برابر با 10×8/10 بتوان 6 برای هر درجه سانتی گراد و در درجات بین،24 درجه تا،157 درجه برابر با 10×2/10 بتوان 6 برای هر درجه سانتیگراد می باشد.

 بتن:

بتنی که در ساختمانهای پیش تنیده به کار می رود بایستی به چندین دلیل دارای مقاومتی بیشتر از مقاومت بتنی که در ساختمانهای بتن آرمه به کار می رود،باشد.این بتن غالباً تحت اثر نیروهای بزرگتری قرار می گیرد،و بنابراین هر چه کیفیت آن بالاتر باشد،معمولاً از نظر اقتصادی نتیجه بهتری به دست خواهد آمد.با استفاده از بتن های با مقاومت بالا می توان ابعاد مقطع را به حداقل ممکن تقلیل داد،که در نتیجه بارمرده به نحو قابل ملاحظه ای کاهش یافته و از نظر تکنیکی و اقتصادی ساخت دهانه های بزرگتر امکان پذیر می شود.خیز و ترک خوردگی بیش از حد که معمولاً در عضوهای لاغر تحت اثر تنش های بزرگ بوجود می آید را می توان با پیش تنیده کردن عضو تحت کنترل در آورد.

انواع سیمان مصرفی در بتن پیش تنیده :

          سیمانی که در بتن پیش تنیده مورد استفاده قرار می گیرد معمولاً یا سیمان پر تلند معمولی (نوع I) و یا سیمان با مقاومت اولیه زیادمی باشد.در مواقعی که لازم باشد بتن در سن کم دارای مقاومت زیادی گردد،مثلاً در مورد بتن پیش تنیده کشیده (که برای استفاده بیشتر و اقتصادی تر از قالب باید نیروی پیش تنیدگی را هر چه زودتر به بتن وارد کرد تا قالب آزاد شود) می توان از سیمان با مقاومت اولیه استفاده نمود.با وجود اینکه انقباض بتنی که از سیمان با مقاومت اولیه زیاد ساخته شده کمی بیشتر از انقباض بتنی است که از سیمان پرتلند معمولی ساخته شده،شواهدی در دست است که کل اتلاف تنش پیش تنیدگی ناشی از تمام تغییرات حجمی بتن موقعی که سیمان با مقاومت اولیه مورد استفاده قرار می گیرد،کمتر است.

مواد اضافی در بتن (Admixtures):

          گاهی اوقات از مواد اضافی برای منظورهای خاصی در بتن پیش تنیده استفاده می شود.مهمترین مواد اضافی که در بتن پیش تنیده مورد استفاده قرار می گیرد را می توان برحسب خواص آن به سه دسته اصلی به شرح زیر تقسیم کرد:

مواد اضافی کاهش دهنده آب یا روان کننده:

          بطور کلی از مواد کاهش دهنده آب یا روان کننده به دو منظور استفاده میشود ،اول برای افزایش مقاومت بتن بدون اینکه روانی یا قابلیت کار کردن با بتن کاهش یابد،که در این صورت می توان با افزودن مواد کاهش دهنده آب و کم کردن مقدار آب مقاومت بتن را بالا برد بدون اینکه بتن سفت تر شده،و قابلیت ویبره شدن آن کم می شود.دوم برای روان تر کردن بتن بدون اینکه مقاومت آن کم شود،که در این حالت مقدار آب موجود در مخلوط را تغییر نداده و با افزودن مواد کاهش دهنده آب بتن را روان تر می نمایند،از این نوع بتن در جائی که فاصله فولادها از هم خیلی کم بوده و امکان کرمو شدن بتن وجود داشته باشد استفاده می شود.مواد شیمیایی تشکیل دهنده روان کننده ها اصولاً به دو گروه تقسیم می شود،گروه اول لینگو سولفونیت های کلسیم،آمونیوم،منیزیم و سدیم می باشد و گروه دوم نمک های اسید هیدروکسی ایتد،کاربوکسیلیک است.

مواد محبوس کننده هوا:

          این مواد باعث به وجود آمدن حباب های ریز هوا در داخل مخلوط بتن گردیده و مقاومت آن را نسبت به یخ زدن های مکرر افزایش می دهد،همچنین بتن را روان تر و ریختن و ویبره کردن آن را آسانتر،و از جدا شدن مخلوط جلوگیری به عمل می آورد.ماده شیمائی که معمولاً به عنوان محبوس کننده هوا در بتن به کار می رود و ینسول رزین خنثی می باشد.

مواد منبسط کننده:

          از این مواد در دوغاب سیمانی که برای پر کردن غلاف ها به کار می رود استفاده می شود.معمولاً مواد منبسط کننده شامل پودر آلومینیوم و مقدار بسیار کمی کلرور کلسیم می باشد.مواد منبسط کنند وقتی در دوغاب سیمان در مجاورت سیمان پرتلند قرار می گیرد ایجاد گاز هیرروژن نموده و باعث افزایش حجم مخلوط میباشد،که در اثر این پدیده تمام خلل و فرج داخل غلاف پر شده ضمناً کابل در اثر فشار دوغاب کاملاً با بتن اطرافش یکپارچه می شود.

مواد زودگیر کننده بتن:

          گرفتن سیمان پرتلند را می توان با افزودن درصد خیلی کمی از کلرور کلسیم ماده فعال اغلب مواد زودگیر بتن می باشد.این ماده باعث ایجاد زنگ حفره ای در فولاد معمولی و فولاد پیش تنیدگی می شود،این پدیده مخصوصاً وقتی که کرور کلسیم در مجاورت آب و یا به صورت محلول باشد سریعتر و باشدت بیشتری انجام می گیرد.شدت زنگ زدگی همچنین با افزایش درجه حرارت زیادتر می گردد.بنابراین با توجه به آنچه گفته شد از این مواد نباید در بتن پیش تنیده استفاده نمود.

 

نگهداری از بتن:

          بهترین روش برای نگهداری از بتن،ترنگاه داشتن کامل کلیه سطوح آن تا زمان لازم می باشد.این امر در مورد ساختمانه ای بتن پیش تنیده به همان اندازه ساختمان های بتنی نوع دیگر صادق است.برای استفاده هر چه بیشتر و سریعتر از قالب ها دیگر  وسائل ساخت،باید مقاومت بتن پیش تنیده در سن کم،بسیار زیاد باشد و برای دستیابی به چنین هدفی،اغلب برای نگهداری از این نوع بتن ها از بخار آب با فشار یک اتمسفر استفاده می شود.نگهداری با بخار آب اگر به نحو صحیحی انجام گیرد،می توان بیشتر از 60 درصد مقاومت فشاری بتن 28 روزه را در مدت 24 ساعت به دست آورد.در این روش قطعات بتنی را در یک محیط بسته که مرتباً بخار به داخل آن تزریق می شود نگاه می دارند،هوای این محیط تقریباً از بخار آب اشباع شده و گرم می باشد و فشار داخل آن مطابق محیط خارج یعنی یک اتمسفر است.

 

مقاومت فشاری بتن :

          در بیشتر کشورها مقاومت فشاری بتن را از روی نمونه های استوانه ای یا منشوری انجام شود،رابطه نزدیکتری بین نتایج آزمایش و مقاومت واقعی بتن در محل به دست می آید،مقاومت فشاری نمونه استوانه از همه بهتر و دقیق تر،مقاومت فشاری واقعی بتن در محل را نشان می دهد.رابطه بین مقاومت مکعبی و استوانه ای یا منشوری پیچیده می باشد.

          گاهی فرض می شود که رابطه بین آنها خطی است،و مقاومت استوانه ای یا منشوری برابر با 80 درصد مقاومت نمونه مکعبی با سطح مساوی می گیرند،لیکن اگر چنین فرضی صحیح می بود دیگر احتیاجی به استفاده از نمونه استوانه ای یا منشوری نبود.در حقیقت،نسبت مقاومت استوانه ای یا منشوری به مقاومت مکعبی،بستگی به ترکیب بتن و ابعاد استوانه یا منشور دارد،ممکن است بین 6/0 تا 9/0 تغییر کند.برای بتن هائی که از یک نوع مصالح ساخته شده باشند،این نسبت با ازدیاد مقاومت افزایش می یابد.در بیشتر موارد مقدار آن بین 67/0 تا 8/0 می باشد.مقاومت بتن در طول زمان به تدریج تغییر می کند،در ابتدا افزایش مقاومت سریع بوده،لیکن به تدریج سرعت آن کم می شود.این تغییرات مقاومت بتن در طرح و ساخت عضوهای بتن پیش تنیده بسیار مهم می باشد،زیرا ممکن است بارهای بسیار بزرگی در اثر کشیدن کابلها،موقعی که بتن هنوز جوان است به آنها وارد شود.در کلیه ساختمان های پیش تنیده بخصوص در عضوهای پیش کشیده ای که در کارخانه ساخته می شود اغلب برای افزایش سریع مقاومت بتن از روشهای خاصی استفاده می شود.این روشها عبارت از مصرف سیمان زود گیر نوع  III   به جای سیمان پرتلند معمولی و نگهداری با بخار آب می باشد.

 

مقاومت کششی بتن:

          در عضوهای بتن پیش تنیده در اثر کشش خالص،خمش،ترکیب برش و خمش در جان تیرها،پیچش،و عوامل دیگر ممکن است ترک به وجود می آید.رفتار عضو اغلب بعد از بوجود آمدن ترکهای کششی مصالح بسیار مهم می باشد.مقاومت کششی بتن بر خلاف مقاومت فشاری آن در طول زمان افزایش زیادی پیدا نمی کند و معمولاً در پایان دوره نگهداری با آب این مقاومت تقریباً به حداکثر مقدار خود می رسد،بعد از اینکه دوره نگهداری با آب تمام شد،بتن بتدریج آب خود را از دست می دهد که در اثر آن مقاومت کششی اش کم می شود،البته بعد از گذشت مدت زمانی مقاومت کششی دو مرتبه افزایش یافته و به حداکثر مقدار خود می رسد و بعد از این مدت مقدار آن ثابت می ماند.مقاومت کششی بیشتر بستگی به خواص ملاتی دارد که دور دانه های درشت را گرفته است،در صورتی که مقاومت فشاری عموماً تا حد معینی بستگی به مقاومت فشاری دانه های درشت دارد.

انقباض:

          برای اینکه بتوان بتن را خوب ویبره کرده و کار کردن با آن آسان باشد عموماً در بتن های معمولی مقدار آب خیلی زیادتری نسبت به آنچه که برای انجام فعل و انفعالات شیمیائی لازم است بکار می رود.این آب آزاد به مرور زمان تبخیر می شود،سرعت خشک شدن و میزان کامل بودن آن بستگی به رطوبت نسبی،درجه حرارت محیط،اندازه و شکل نمونه بتنی دارد.خشک شدن بتن باعث کم شدن حجم آن می گردد،تغییرات حجمی در ابتدا با سرعت بیشتری رخ می دهد و سپس به مرور زمان سرعت آن کند شده و به حدود صفر می رسد.

          اثر انقباض بتن در ساختمان های بتن پیش تنیده با اثر آن در ساختمان های بتن آرمه فرق بسیار زیادی دارد.در ساختمان های بتن آرمه،به علت وجود فولاد در بتن تا حدودی جلوی کرنش انقباضی بتن گرفته می شود و در این حال مقداری تنش فشاری در فولاد به وجود می آید،در صورتی که در بتن پیش تنیده،فولاد پیش تنیدگی همیشه تحت اثر کشش می باشد،که در اثر آن در بتن کرنش فشاری ایجاد می شود،و این امر نیز به نوبه خود باعث ازدیاد کرنشهای انقباضی در بتن می گردد.علاوه،در عضوهای سازه ای بتن آرمه معمولاً تعداد زیادی ترکهای ریز و نزدیک به همی وجود دارد که اثر تنش های انقباضی را خنثی می نماید.طراح ساختمانهای پیش تنیده باید توجه بسیار زیادی به اثرات،انقباض،خزش و تغییرات درجه حرارت بکند.اگر چنانچه جلوی این حرکات گرفته شود،ممکن است نیروهای بسیار بزرگی ایجاد شود و احتمال صدمه های بسیار جدی سازه ای و یا غیر سازه ای بوجود دارد.

اثر درجه حرارتهای بالا:

          موقعی که بتن تا درجه حرارتهای بالای C 100 درجه گرم می شود،ابتدا آب آزاد را از دست می رود،همچنین تغییر حالت هایی در سیمان در حدود این درجه حرارت شروع به ظاهر شدن می کند.ترک ممکن است در رجه حرارتهای خیلی پائین تری به وجود بیاید،بخصوص اگر درجه حرارت در تمام عضو یکنواخت نباشد،لیکن هیچ تغییر شیمیائی و یا فیزیکی مهمی زیر درجه حرارت 200 درجه پیدا نمی شود.

          مقاومت آتش سوزی بتن بستگی به نوع دانه ها،میزان آب و خواص سیمان دارد.بدترین نوع مصالح این نظر قلوه سنگ،گرانیت و تمام سنگهای شکسته (به غیر از سنگ آهک) می باشد.

 

اثر درجه حرارت های پائیئن:

          در درجه حرارتهای خیلی پائین،رفتار بتن به نحو قابل ملاحظه ای بستگی به میزان آب موجود در آن پیدا می کند.نمونه های خشک شده در فر در موقع آزمایش،در درجه حرارت C 150 درجه،مقاومت فشاری،مقاومت کششی و ضریب ارتجاعی شان حدود 5 تا 10 درصد افزایش می یابد،لیکن نمونه های مرطوب در همین شرایط مقاومت فشاری و مقاومت کششی شان حدود 200 تا 300 درصد و ضریب ارتجاعی شان حدود 50 درصد افزایش می یابد.

قابلیت دوام بتن:

          قابلیت دوام عبارت است از میزان توانائی بتن برای حفظ مقاومت و حفظ ظاهرش در مدت زمان طولانی.این قابلیت بهتر می شود،چنانچه شن و ماسه مصرفی از نظر شیمیائی غیر فعال بوده و بتن خوب متراکم و ویبره شده باشد.یخ زدن ها و باز شدن های مکرر در دوام بتن اثر می گذارد،به این معنی که اگر آب داخل خلل و فرج بتن یخ بزند،چون منبسط می شود.از داخل فشار یا کششی به آن وارد می کند،که اگر تعداد دفعات بسیار زیادی تکرار شود،ممکن است بتن را خرد نموده و علاوه بر اینکه به شکل ظاهر بتن صدمه می زند مقاومت آن را نیز کم می کند.جلوی این پدیده را می توان با تراکم کردن زیاد بتن و یا استفاده از مواد محبوس کننده هوا (در بتن) گرفت.

          تشعشات شدید،بخصوص به شکل اشعه گاما،در طول مدت زیاد یک اثر ضعیف کننده روی بتن دارد.

 

بتن سبک :        

          همانطور که در قسمتهای قبل اشاره شد امروزه برای کم کردن وزن سازه پیش تنیده و نتیجتاً کاهش ابعاد فونداسیون آن و صرفه جوئی در قیمت ساخت،و همچنین برای افزایش طول دهانه مؤثر پل ها از بتن سبک استفاده می شود.از آنجائی که روز به روز بر مصرف بتن در سازه های پیش تنیده افزوده می شود،ما در اینجا از نظر آشنایی،مختصری راجع به این بتن ها صحبت خواهیم کرد.

بتن سبک به سه طریقه مختلف به شرح زیر ساخته می شود:

1- استفاده از دانه های سبک در بتن.

2- ایجاد حبابهای گاز در داخل بتن.

3- حذف ماسه از مخلوط بتن.

وسائل پیش تنیدگی:

تفاوت بتن پیش کشیده و بتن پس کشیده از نظر ساخت:

          قبل از اینکه به شرح وسائل لازم جهت کارهای پیش تنیدگی بپردازیم،لازم است که ابتدا تفاوتهای بتن پیش کشیده و بتن پس کشیده را از نظر ساخت مورد بررسی قرار دهیم،مهمترین این تفاوتها به شرح زیر می باشد:

1- با سیستم پس کشیده می توان قطعات پیش تنیده را یا در پای کار و یا در کارخانه ساخت،بدون اینکه،مثل سیستم پیش کشیده احتیاجی به سرمایه گذاری بزرگ جهت تهیه وسائل پیش تنیدگی باشد.

2- با سیستم پس کشیده می توان ساختمان را به صورت در جا ریخته،بتن ریزی نموده و در محل پیش تنیده کرد،در صورتی که این کار سیستم پیش کشیده امکان پذیر نمی باشد (زیرا عملیات پسش کشیدگی را نمی توان در پای کار انجام داد و باید حتماً در کارخانه انجام گیرد،چون احتیاج به تکیه گاههای مخصوصی می باشد).

3-کابلهای مربوط به یک سازه پس کشیده را می توان روی هر مسیر منحنی دلخواه به راحتی کار گذارد،بدون اینکه احتیاج به وسائل مخصوص و بزرگی جهت خم نگاه داشتن کابل باشد (در سیستم پیش کشیده احتیاج به وسائل مخصوصی جهت خم نگاه داشتن کابل می باشد).

4- در موقع کشیدن کابلهای پس کشیده در اثر اصطحلاک کابل با غلاف مقداری از نیرو و تنش پیش تنیدگی تلف می شود،که باید در طرح در نظر گرفته شود،زیرا ممکن است اثر بسیار مهمی در رفتار بعدی سازه داشته باشد (چنین اتلاف تنشی در ساختمانهای پیش کشیده وجود ندارد).

5- هر کابل پس کشیده باید به طور مجزا کشیده شود،این امر توأم با هزینه گیره های انتهائی،غلاف،وسایل مخصوص،و عملیات تزریق دوغاب به داخل غلاف ها،(جهت محافظت از فولاد و ایجاد چسبندگی)،باعث می شود که در اکثر اوقات قیمت واحد (قیمت برای هر کیلو نیوتن نیروی مؤثر پیش تنیدگی)

6- سیستمهای مختلف جک و گیره های مخصوص پس کشیدگی معمولاً ثبت شده است (که کسی از روی آن تقلید نکند) و غالباً ساخت آنها ساده نبوده و احتیاج به دستگاهای پیچیده و روشهای خاصی دارد.

گیره پس کشیدگی نوع Scd:

          دو نوع گیره اصلی در سیستم Scd وجود دارد،نوع دایره ای و نوع مربع مستطیلی در سیستم نوع دایره ای،سیم های بافته شده به صورت دایره ای قرار می گیرند و آنها را می توان به طور تکی و یا به صورت دسته جمعی کشید،در حالت اول سیستم به نام منوگریپ و در حالت دوم به نام مالتی گریپ نامیده می شود.در هر دو حالت سیم های بافته شده توسط استوانه هائی با سوراخ مخروطی و گوه های سه تکه به گیره گیر داده می شود.صفحه توزیع و حمال برای هر دو سیستم دایره ای مثل هم می باشد.از این نوع گیره های برای گیر دادن سیم های بافته شده به قطر 7/12،2/15 و18 میلیمتر استفاده می نمایند.همچنین گیره های متشکل از 19 سیم بافته سیستم مربعی مستطیلی در حقیقت نوع تکامل یافته،سیستم اولیه مگنل- بلتن می باشد،که در این سیستم،سیم ها توسط گوه های تخت در داخل یک صفحه مطبق نگاه داشته می شود.گیره های مربعی مستطیلی نوع جدید،از یک سری بلوک های سه تایی تشکیل می شود.هر بلوک دارای سه سوراخ مخروطی است گوه های استاندارد،سیم های بافته شده را به گیره،گیر می دهد.سیم های بافته شده هر کدام به صورت تکی کشیده می شود.مجموعه یک گیره نمونه را نشان می دهد که در آن بلوک های گیره به صورت افقی روی یکدیگر قرار می گیرند.چنانچه لازم باشد می توان کل مجموعه بلوک ها را 90 درجه چرخاند.در سیستم مربع مستطیلی می توان سوراخ محل کابلها را توسط هسته های لاستیکی قابل بیرون آوردن و یا غلاف های فلزی ایجاد نمود.هسته های لاستیکی قابل بیرون آوردن،عبارتند از لاستیک هایی به شکل سوراخ محل کابل که در داخل بتن کار گذارده می شود و بعد از اینکه بتن خود را گرفت آنها را از داخل بتن بیرون می کشند،در نتیجه این کار سوراخهائی در داخل بتن بوجود می آید که می توان کابلها را در داخل آن قرار داد.با گیره های مربع مستطیل می توان نیرویی بین 12 تا 400 تن را وارد نمود.برای وارد کردن نیروی 12 تنی،گیره های متشکل از یک سیم بافته شده 13 میلیمتری.برای وارد کردن نیروی 400 تنی گیره های متشکل از 27 سیم بافته شده 13 میلیمتری که در آن سیم ها به صورت مضربی از 3 گروه بندی شده اند،بکار می رود.در این سیستم اصولاً تعدادسیم های موجود در یک گیره معمولاً به صورت مضربی از 3 می باشد.برای اینکه دوغاب دور سیم های کابل را بخوبی بگیرد،در فواصل مناسب از یک شبکه فلزی جهت جلوگیری از مخلوط شدن سیم ها و حفظ فاصله بین آنها استفاده می شود.

 

سیستم پس کشیدگی استرانگ هولد:

          در این سیستم می توان از سیم و یا سیم بافته شده استفاده نمود.سیم ها و یا سیم های بافته شده همگی با هم و به طور همزمان کشیده می شود.گیره تشکیل شده است از یک قطعه شیپوری چدنی یا فولادی،و یک سر گیره،که دارای سوراخهای مخروطی و گوه های دو تکه ای برای گیردادن سیم و یا سیم بافته شده به گیره می باشد.در کابلهای متشکل از سیم ها،در طرف گیره کور یعنی در طرفی که جک زده نمی باشد،برای احتراز از مصرف گوه،سر سیم ها را به طورت دکمه در می آورند.یک نمونه از گیره زنده برای سیم و یک نمونه برای سیم های بافته شده نشان داده شده است جک استرانک هولد تمام سیم ها و یا سیم های بافته شده را به طور همزمان محکم نگاه داشته و بعد از کشیدن آنها از داخل گوه های گیره و قبل از آزاد نمودن کابل،گوه ها را به داخل سوراخهای مخروطی می راند (زیرا زیرا در موقع کشیدن کابل امکان دارد که گیره ها به سیمی که در حال کشیده شدن است چسبیده و با آن از داخل سوراخ مخروطی بیرون بیاید،معمولاً قبل از آزاد کردن جک،با کمک یک پیستون اضافی تمام گوه ها را با فشار به داخل سوراخهای گیره می رانند تا به سوراخ چسبیده و سیم را محکم نگاه دارد.این کار برای احتراز از لغزش زیاد کابل در داخل گوه و در نتیجه اتلاف تنش زیاد در اثر این سرخوردن می باشد و به نام عمل بلوکاژ نامیده می شود).مقدار طول اضافی کابل که باید خارج از گیره باشد.

          (برای اینکه در موقع کشیدن،جک بتواند کابل را محکم نگاه دارد)فقط بین 200 تا 300 میلیمتر است،به این ترتیب مقدار هدر رفتن فولاد در این سیستم بسیار کم است.حدود نیروهایی که به طور عادی می توان توسط گیره های استرانگ هولد وارد نمود،بین 34 تا 340 تن می باشد،لیکن گیره های نوع بزرگتری،نیز موجود است که کمتر مورد اسفاده قرار می گیرد.

 

 

 

 

تکیه گاهها و بستر مخصوص کارهای پیش تنیدگی :

          در حین بتن ریزی و در طول مدت حفاظت از بتن،باید تا جائی که امکان داشته باشد،تنش در کابلهای پیش کشیدگی،تقریباً ثابت نگاه داشته شود.این کار را می توان به دو طریق زیر انجام داد:

1- کابلها را کشیده و به قالبهای مجازی فلزی،که برای تحمل نیروهای پیش کشیدگی و تنش های ناشی از وزن بتن تازه طرح شده،گیر می دهند.

2- کابلها را کشیده و به تکیه گاه های مخصوصی اتصال می دهند،این تکیه گاهها نیروی پیش کشیدگی در کابل را در حین عملیات بتن ریزی حفظ کرده و ثابت نگاه می دارد.بین دو تکیه گاه سطح تراز و صافی وجود دارد که در روی آن قالب های مربوط به قطعات پیش کشیده را گذاشته سپس بتن ریزی را انجام می دهند.مجموعه دو تکیه گاه و سطح صاف بین آنها را بستر پیش کشیده می نامند.از قالب های مجزا که نیروی پیش کشیدگی کابل مستقیماً به آنها وارد می شود،برای ساخت تیرهای T دوبله و شمع های پیش کشیده و تراورس های راه آهن استفاده می شود.به غیر از موارد ذکر شده معمولاً سیستم قالب های مجزا زیاد اقتصادی نبوده و مورد استفاده وسیعی ندارد.انواع بسیار متنئعی از بسترهای پیش کشیده وجود دارد که هر کدام برای کار خاصی مناسب است.هر تکیه گاه و بستر معمولاً برای تحمل یک نیروی ماکزیمم و یک لنگر حداکثر طرح می شود.ما در اینجا فقط به ذکر یک نوع خاص از بستر،به نام بستر کلافی می پردازیم:

بستر کلافی:

          با توجه به این شکل معلوم می شود که نیروی پیش تنیدگی (P) باعث به وجود آمدن یک نیروی کششی (T) در کلاف و یک نیروی فشاری (C) در قسمت فشاری بستر می گردد.توزیع این سه نیرو توسط تکیه گاه قائم انجام می شود.

          از این نوع بستر موقعی که خروج از مرکزیت بار بسیار بزرگ است می توان استفاده نمود.یکی از اشکالات مهم این نوع بستر این است که،چنانچه نیروی پیش تنیدگی خیلی بزرگ باشد،نیروی فشاری در قسمت فشاری بستر بزرگتر از نیروی پیش تنیدگی (P+T+ =C) می شود و برای احتراز از کمانش،ابعاد مقطع قسمت فشاری بستر باید خیلی بزرگ انتخاب شود.اشکال دیگری که این سیستم دارد این است که چنانچه طول بستر خیلی طویل باشد،اثر تغییر شکل بستر در حین عملیات کشش ممکن است بسیار بزرگ باشد،زیرا به تریج که نیروی پیش تنیدگی وارد می شود،کلاف طولش بزرگتر و قسمت فشاری بستر طولش کمتر می گردد.واضح است تغییر شکل در محل کابلها به علت خاصیت اهرمی قسمت قائم تکیه گاه خیلی بزرگتر از تغییر شکل بستر خواهد شد.به دلاییلی که گفته شد از این نوع سیستم فقط در مواقعی که طول بستر کوتاه است استفاده می شود.

 

کاربرد سقف های پیش تنیده  پس کشیده

1- پارکینگ های طبقاتی : از آنجا که در سیستم دال پس کشیده فاصله ستون ها بطور قابل ملاحظه ای(دهانه ها ی12 متری) افزایش می یابد لذا فضای باز و مفیدی را جهت پارک و جابجایی اتومبیل ها ایجاد می نماید. همچنین با توجه به اینکه در اکثر پارکینگ های طبقاتی سقف ها به صورت نمایان (Expose) و بدون سقف کاذب اجرا می گردند قابلیت کاهش نفوذ پذیری و مقاوم شدن بتن در مقابل تهاجم های شیمیای در دال های پس کشیده نیز میتواند عامل مهمی در انتخاب این سیستم برای پارکینگ های طبقاتی باشد.

2- برج ها وساختمان های مرتفع : با توجه به اینکه استفاده از دال های پس کشیده در سازه باعث کاهش ارتفاع طبقه می شود ، لذا در یک ارتفاع ثابت می توان تعداد طبقات بیشتری را ایجاد نمود.

3- ساختمان های تجاری و بیمارستان ها : مزایایی از قبیل فاصله زیاد ستون ها ، سرعت اجرا وکاهش وزن سازه در سیستم دال های پس کشیده باعث می شوند تا این نوع سیستم گزینه مناسبی برای ساختمان های تجاری و بیمارستان ها و... باشد.

4- پل ها : نیاز به اجرای دهانه های بزرگ در پل ها ، جلوگیری از لرزش ، ترک خوردگی و نفوذ پذیری بتن و همچنین سرعت مناسب اجرا در سیستم های پس کشیده از جمله عواملی است که باعث شده این سیستم از مرسوم ترین روشها در ساخت پل ها باشد .

5- انبوه سازی های مسکونی : از آنجا که در این نوع مجتمع ها درهرطبقه چندین واحد مسکونی در نظر گرفته شده و طراحی می گردد لذا فاصله زیاد ستون ها شرایط بسیار مناسبی جهت معماری واحدها مهیا می نماید بطوریکه میتوان در بیشتر موارد هر واحد را بدون قرار گیری ستون در داخل آن طراحی نمود.                                      

مزایا وامتیازات سقف های پس کشیده

1- کاهش ارتفاع سیستم سقف سازه: وجود دال پس کشیده در سقف ها باعث کوتاه شدن و یا حذف تیرها شده و در نتیجه سبب کاهش ارتفاع طبقه و پیروی آن کاهش کل ارتفاع سازه می گردد.

2- افزایش طول دهانه ها: امکان فضاهای بدون ستون و انعطاف بیشتری در معماری فراهم می کند.

 3- کاهش وزن سقف و مصالح مصرفی و سازه سبکتر: ابعاد ستون ها ، دیوارها و فونداسیون در   این سیستم کاهش یافته و سازه سبکتری خواهیم داشت.

 4- انعطاف پذیری در مسیر عبور تاسیسات : حذف تیرها یا تیرچه ها در سقف های پس کشیده انعطاف پذیری را جهت عبور تاسیسات بیشتر می نماید.

5- قابلیت ساخت بهتر: مصالح مصرفی کمتر، جزئیات ساده تر، نبودن تیرها و در نتیجه قالب بندی وآرماتور بندی آن ها،تراکم کمتر آرماتورها همگی قابلیت ساخت بهتر را ایجاد می کنند.

6- کنترل ترک ها وکاهش تغییر شکل ها : به دلیل اثربالانس کابل ها (تاندون ها) سقف پس کشیده تحت تاثیر وزن خود  تغییر شکل نداده وترک خوردگی وتغییر شکل تقریبا به طور اختصاصی بواسطه بار زنده ایجاد می شود.

7- سرعت بالای ساخت : به لحاظ اینکه در دال های پس کشیده معمولا تیرهای میانی حذف و یک دال تخت گسترده داریم لذا یکباره می توان سطوح گسترده ای را قالب بندی ، اجرا و قالب برداری نمود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         

 

 

 

  

    

 نمونه سازه های پیش تنیده در ایران:

 

 

 

  1. 1.       روش ساخت:

 پس تنیدگی تیرهای بتونی پیش ساخته بطول 40 متر. ساخت  شمعهای بتن درجا

  1. 2.     شرح کار:

 طول پل 760 متر 

  1. 3.    توضیحات:

 حفاری درجا بطول 6000 متر و ساخت شمعهای بتن درجا با قطر 120 سانتی متر و تا عمق 33 متر.  ساخت تابلیه پل و نصب اتصالات.

 

 

 

 

 

 

 

1.  روش ساخت:

پس تنیدگی باکس های بتونی و کشیدن کابل های سراسری.

  1. 2.     شرح کار:

طول پل 790 متر و عرض 25 متر

  1. 3.    توضیحات:

ساخت پایه، تابلیه پل و نصب اتصالات.

 

 

 

 

 

منابع

1-    دانشنامه رشد

2-   سایتن اینترنتی ویکی پدیا

3- سایت اینترنتی افتاب

4-  جزوه استاد مویدی دانشگاه تهران

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 محاسبه دقیق افتهای تاندون پیش تنیدگی در سازه های بتن پیش تنیده

          خلاصه
در این مقاله یک روش دقیق برای محاسبه افت نیرو در تاندون های اعضای بتنی پیش تنیده ارائه شده است. این روش با کاهش خطای محاسباتی موجب افزایش دقت طراحی می شود. از محاسن این روش به دست آمدن یک تابع برحسب طول تاندون می باشد. با ارائه یک برنامه کامپیوتری برحسب این تابع و ورود داده هایی از قبیل نوع سازه بتنی (پیش کشیده یا پس کشیده)، نحوه قرارگیری تاندون (مستقیم یا سهموی)، مشخصات مربوط به افت (از قبیل ضریب اصطکاک، ضریب اعوجاج، مقدار تورفتگی در گیره، مقدار خزش مخصوص بتن، ضریب انقباض بتن، ضریب سستی تاندون و ...)، و مشخصات مقطع، مقدار افت در حین انتقال و در بلند مدت سازه به دست می آید.

مقدمه
با توجه به پیشرفت روز افزون کاربرد اعضاء سازه های بتن پیش تنیده در جهان و پیشرفت تئوریهای مربوط به این نوع سازه ها در مهندسی عمران؛ توجه بیش از پیش به این گونه سازه ها اجتناب ناپذیر است. در کشور ما نیز کاربرد سازه های ساخته شده از بتن پیش تنیده در پل ها و دال های کف ساختمان ها و... چندی است که مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به پیشرفت روز افزون تکنولوژی بکارگیری سازه های بتن پیش تنیده؛ و همچنین توجه به امکانات به وجود آمده در زمینه تحلیل و طراحی چنین سازه هایی توسط نرم افزارهای کامپیوتری، توجه بیش از حد به تلفیق این تئوری ها با برنامه های کامپیوتری حائز اهمیت می باشد.
در حال حاضر در زمینه سازه های بتن پیش تنیده، با توجه به امکانات داخلی در تولید بعضی اجزای چنین سازه هایی و پیشرفت رو به توسعه در این زمینه و همچنین وارداتی بودن برخی دیگر از اجزای تشکیل دهنده اینگونه سازه ها، اعم از گیره ها و جک های هیدرولیکی کشنده، طراحی بهینه اینگونه تاندون ها، از اهمیت دو چندانی برخوردار شده است. آنچنانکه مطالعات بسیاری در زمینه بهینه سازی در جهان صورت پذیرفته است.
با توجه به توضیحات اشاره شده در بالا انجام مطالعاتی در این زمینه که هدف از آن کاهش هزینه و صرفه جویی در وقت می باشد، ضروری است.
از الزامات طراحی بهینه در سازه های بتن پیش تنیده محاسبه دقیق پارامترهای گوناگون طراحی می باشد؛ یکی از این موارد، محاسبه مقدار دقیق افت در مقاطع گوناگونی از سازه بوده، که در این مقاله به آن پرداخته شده است. هدف ما از انجام این محاسبات به دست آوردن روشی برای محاسبه دقیق افت های نیروی پیش تنیدگی و ساماندهی آن به شکل یک الگوریتم مرحله به مرحله برای محاسبه افت ها می باشد. ابتدا مقادیر افت ها را برای حالت های خاص در نظر می گیریم؛ سپس با تلفیق این روابط با توجه به ترتیب اثر آنها یک فرآیند مرحله ای برای محاسبه افت ها ارائه می گردد.

تئوریهای مربوط به محاسبه افت نیروی پیش تنیدگی
افت های موجود در سازه بتن پیش تنیده در اثر عوامل متعددی بوجود می آیند؛ برخی از این افت ها در حین انتقال یا بلافاصله بعد از انتقال نیروی پیش تنیدگی رخ می دهند (از این قبیل افت ها می توان به افت اصطکاکی به وجود آمده در تاندون های پس کشیده، افت حاصل از تغییر شکل الاستیک در اثر اعمال نیروی پیش تنیدگی، افت حاصل از تورفتگی تاندون در گیره و...اشاره نمود). برخی دیگر نیز در اثر گذشت زمان و به دلیل خاصیت مصالح به وجود می آیند (از این قبیل افت ها می توان به افت حاصل از جمع شدگی بتن، افت حاصل از خزش بتن، افت حاصل از سستی تاندون پیش تنیدگی و... اشاره نمود).

محاسبه دقیق افت اصطکاکی ناشی از انحناء
برای محاسبه افت اصطکاکی، یک المان دارای انحنای متغییر در طول مانند شکل (1) در نظر گرفته می شود؛ و با بکارگیری روابط تعادل مقدار اصطکاک اعمال شده بر روی تاندون با توجه به محاسبات زیر به دست می آید. (توجه گردد که معادلات تعادل نیروها در دو جهت شعاعی و عمود بر آن در نظر گرفته شده است.)


شکل 1 – المان بریده شده از تاندون برای محاسبه افت



معادله (1) که در آن μ ضریب اصطکاک و T نیروی کششی می باشد؛ رابطه اصلی برای محاسبه افت نیروی پیش تنیدگی در اثر اصطکاک می باشد. همچنین برای افزایش دقت محاسبات مقادیر واقعی انحناء تاندون و طول منحنی با توجه به روابط (2) و (3) در محاسبات منظور شد.


با انتگرال گیری از رابطه (1) ، با توجه به روابط (2) و (3) و همچنین اعمال شرایط اولیه مقادیر دقیق نیروی پیش تنیدگی پس از افت اصطکاکی ناشی از انحناء (به فاصله x از ابتدای تاندون)، با توجه به رابطه (4) حاصل شد.

با در نظر گرفتن تاندون سهموی ( y = A.x2 + B.x +C ) مانند شکل (2)؛ رابطه های مربوط به شکل تاندون به دست می آیند و رابطه (4) تبدیل به رابطه (8) می گردد.


شکل 2 – خروج از مرکزیت تاندون





که در حالت ایده آل EF = EE و X0=L/2 می باشد.


در روابط فوق EF و EM و EE به ترتیب خروج از مرکزیت تاندون در ابتدای تیر، وسط دهانه و انتهای تیر می باشند.

افت اصطکاکی ناشی از اعوجاج
نیروی پیش تنیدگی پس از افت اصطکاکی اعوجاجی نیز (با فرض ثابت بودن مقدار μ/ρ(x) برای هر متر طول)، با توجه به رابطه (11) به دست می آید.


با در نظر گرفتن تاندون به شکل سهموی ؛ مقدار زیر برای رابطه (11) به دست آمد.

که در آن تابع G(x) به صورت زیر محاسبه می شود؛

البته باید توجه گردد که در سازه های بتنی پیش تنیده، که تاندون ها به شکل پس کشیده می باشند؛ افت های اصطکاکی ناشی از انحناء و اعوجاج با هم به وجود می آیند و باید با هم در نظر گرفته شوند؛ به همین منظور با توجه به توضیحات و روابط به دست آمده در بالا کل اثرات حاصل از افت اصطکاکی با استفاده از روابط زیر در نظر گرفته می شود.(در روابط زیر K عبارت است از ضریب اعوجاج)

افت در اثر تغییر شکل الاستیک
با توجه به مطالعات انجام گرفته محاسبات با بررسی تغییر در نیروی پیش تنیدگی در سطح تراز تاندون انجام می شود؛ (تغییر در نیروی پیش تنیدگی در اثر تغییر شکل الاستیک با Δfp نشان داده می شود) و با توجه به یکسان بودن کرنش ها در سطح تراز تاندون رابطه (16) به دست می آید.

تنش های بوجود آمده در بتن در سطح تراز تاندون ها در اثر نیروهای پیش تنیدگی نیز با توجه به رابطه (18) حاصل می شود. (در رابطه زیر Pe مقدار نیروی پیش تنیدگی مؤثر در سطح تراز تاندون ها می باشد)


بدین ترتیب مقدار افت در اثر تغییر شکل الاستیک با توجه به رابطه زیر حاصل خواهدگردید.

ولی در مورد حالت پس کشیدگی تاندون ها باید در نظر گرفت که نحوه کشش تاندون ها به چه شکل خواهد بود؛ اگر کل تاندون ها در یک مرحله کشیده شود؛ با توجه به اینکه جک های کششی، تاندون ها را تا رسیدن به کشش مورد نظر می کشند، هیچگونه افتی در تاندون ها در اثر تغییر شکل الاستیک به وجود نخواهد آمد؛ البته باید در این مورد توجه گردد که اثر وزن تاندون نیز به حساب آمده است؛ ولی اگر تاندون ها در چند مرحله کشیده شوند؛ باید اثرات هر بار کشش تاندون ها در نظر گرفته شود؛ و افت ناشی از کشش تاندون ها در مراحل بعدی منظور گردد؛ اگر فرض شود که تاندون ها در n مرحله کشیده می شوند؛ و در هر مرحله سطح مقطع تاندون ها برابر می باشد؛ روابط زیر برای fco (تنش بتن در تراز تاندون) به دست می آید.

با توجه به توضیحات بالا مقدار تغییرات تنش در مرحله دوم و سوم کشش با توجه به روابط زیر حاصل شد.

 



با ادامه فرآیند بالا برای n مرحله کشش رابطه زیر برای تنش مؤثر بتن در سطح تراز تاندون حاصل شد.


افت در اثر تورفتگی در گیره
در مواردی که گیره های به کار گرفته شده صلبیت کافی را برای تاندون ها بوجود نیاورند؛ تاندون ها در داخل گیره ها می لغزند؛ که مقدار این لغزش بستگی به نوع گیره و نحوه اتصال آن دارد؛ مقدار این تورفتگی معمولاً توسط جداولی بوسیله کارخانجات سازنده ارائه می گردد؛ در این مورد با فرض تورفتگی در گیره برابر با δad محاسبات انجام شده؛ و تغییر تنش در اثر تورفتگی با استفاده از روابط زیر به دست آمد.



در روابط بالا افت اصطکاکی با استفاده از رابطه (15) محاسبه شده در قبل در نظر گرفته شده است.

با توجه به اینکه تنها مجهول موجود در رابطه فوق مقدار xA بود؛ با استفاده از حل رابطه فوق طول مؤثر در تورفتگی به دست آمد؛ با در دست داشتن مقدار طول مؤثر در تو رفتگی تغییرات نیروی پیش تنیدگی در تاندون نیز به دست آمد.

افت حاصل از خزش بتن
مطالعات بسیاری در زمینه افت های بلند مدت سازه های پیش تنیده صورت گرفته است. با توجه به محاسبات انجام گرفته رابطه دقیق انتگرالی (37) برای خزش پیشنهاد شده است.

با توجه به ساده سازیهای صورت گرفته برای رابطه بالا و نظر به اینکه با گذشت زمان برای یک بارگذاری خاص تنش ها ثابت بوده و مقادیر کرنش و ضریب ارتجاعی بتن تغییر می کند؛ با در نظر گرفتن شکل (3)، برای به دست آوردن روابط خزشی محاسبات زیر انجام گرفت.


شکل 3 – نمودار کرنش – زمان برای بتن تحت اثر بارهای دائمی



نسبت εc/εe را با φ نشان می دهند که ضریب خزش نامیده می شود.


در روابط فوق Eci ضریب ارتجاعی بتن در زمان انتقال، Ect ضریب ارتجاعی بتن در بلند مدت، Es ضریب ارتجاعی تاندون، fc تنش موجود در بتن، fpi تنش اولیه در تاندون و m نسبت ضریب ارتجاعی فولاد به بتن می باشند.

افت حاصل از انقباض بتن و سستی تاندون ها
افت در اثر انقباض بتن و سستی تاندون ها بستگی به خصوصیات مصالح دارند.که نحوه محاسبه آنها در آئین نامه ها ذکر شده اند.


در زیر با ارائه مثالی چگونگی نمودارهای پیوسته به دست آمده از روابط فوق بیان می گردد.

تیر پس کشیده مورد بررسی دارای ابعاد و دهانه به شکل زیر بوده و تاندون آن سهمی شکل با خروج از مرکزیت منفی در تکیه گاه وسط می باشد. همچنین فرض شده که بر روی هر ستون 4 تیر واقع گردیده است. که تحت تأثیر بارگذاری HA طبق آئین نامه BS5400 قرار گرفته اند.


شکل 4 – مقطع و نمای کلی پل تحت اثر بارگذاری متحرک HA


شکل (5) مقدار خروج از مرکزیت واقعی تیر را در نقاط مختلف نشان می دهد. همچنین این نمودار خروج از مرکزیت معادل تیر را که به دلیل نامعینی خارجی در اثر لنگرهای ثانویه به وجود می آید را نیز نشان می دهد (توجه گردد که برای نشان دادن کارآمدی روابط خروج از مرکزیت تاندون به شکل نا متقارن در نظر گرفته شده است).


شکل 5 – خروج از مرکزیت تاندون


نمودارهای مربوط به موارد گوناگون افت و اثرات آنها در اشکال ( 6) تا ( 11 ) ارائه گردیده اند.

نتیجه گیری
با توجه به اشکال حاصل از محاسبه افت ها می توان موارد زیر را مشاهده نمود.
1. با توجه به شکل (6) که مربوط به افت اصطکاکی می باشد؛ می توان دریافت که افت دارای تغییرات پیوسته ای می باشد که در نقاط تغییر انحناء منحنی دارای تغییرات وابسته به افزایش یا کاهش آن می باشد.
2. با توجه به شکل (7) برای افت الاستیک و شکل (8) برای افت خزشی می توان به تأثیرپذیری افت از تغییرات انحناء، محل اوج خروج از مرکزیت و محل تکیه گاه ها اشاره نمود.
3. با توجه به شکل (10) که مربوط به افت در اثر تو رفتگی می باشد. می توان مقدار طول مؤثر تورفتگی و پیوستگی منحنی را مشاهده نمود.
با توجه به بخش قبل و روابط حاصله برای هر یک از افت های مورد بحث، ملاحظه می گردد که افت تاندون به راحتی بر حسب توابعی مطابق با فاصله از ابتدای تاندون بیان می گردند. این امر موجب می گردد؛ که با ارائه یک الگوریتم گام به گام محاسبه افت به راحتی امکانپذیر باشد. همچنین توجه به این نکته حائز اهمیت است که در موارد مشابه برای محاسبه افت که تاکنون در روش های بهینه سازی ارائه گردیده است. معمولا از روش های عددی مانند روش سیمپسون و با تقسیم بازه به مقاطع زیاد برای بالا بردن دقت استفاده گردیده است.
در حالی که در روابط بالا می توان بدون انجام تقسیمات خاصی در هر نقطه دلخواه با هر فاصله ای و هر نسبتی مقدار دقیق افت را به دست آورد.

با توجه به نتایج حاصل از قسمت های قبل و مقایسه این روش با الگوریتم های مشابه می توان به موارد زیر اشاره نمود:
1. با استفاده از روش فوق سرعت محاسبه افت توسط نرم افزارهای کامپیوتری به دلیل عدم نیاز به تقسیم بندی بازه های محاسباتی و روابط به شکل تابع که نیاز به محاسبه انتگرال ندارند بالاتر می رود.
2. انعطاف پذیری برنامه برای محاسبه افت در هر نقطه دلخواه افزایش می یابد.
3. علت اصلی انعطاف پذیری محاسبه افت، عدم نیاز به تقسیم بندی بازه در مقایسه با روش های تقسیم نامتقارن بازه محسباتی برای بالا بردن دقت محاسبات می باشد.
4. با اتصال برنامه محاسبه افت به یک الگوریتم بهینه سازی مناسب مانند الگوریتم ژنتیک می توان کارآمدترین شکل تاندون را به دست آورد.
5. با توجه به نمودارها می توان به پیوستگی آنها پی برد؛ که یکی از مشخصات بارز این روش می باشد؛ و آن را از روش های عددی متمایز می سازد.
6. روابط مشابهی که برای افت های بلند مدت مانند رابطه (38) ارائه گردیده است دارای پیچیدگی خاصی می باشند که کار کردن با آنها بسیار مشکل و نیازمند انجام محاسبات زیادی می گردد.


شکل 6 – افت اصطکاکی


شکل 7 – افت الاستیک


شکل 8 – افت خزشی


شکل 9 – افت تو رفتگی


شکل 10 – نیروی پیش تنیدگی


شکل 11 – افت کلی



مراجع


1- Genetic anti-optimization for reliability structural assessment of precast concrete structures Luciano Catallo
Department of Structural and Geotechnical Engineering, University of Rome ‘‘La Sapienza’’, Via Eudossiana 18, 00184 Rome, Italy Accepted 5 March 200
2- Optimal design of reinforced concrete T-sections in bending C.C. Ferreira a,∗, M.H.F.M. Barros a, A.F.M.
Barros b a Department of Civil Engineering, Faculty of Sciences and Technology, University of Coimbra,
Polo II, 3030 Coimbra, Portugal b IDMEC/Instituto Superior Te´cnico, Av. Rovisco Pais, 1000 Lisbon,
Portugal 4 February 2003
3- Optimum detailed design of reinforced concrete continuous beams using Genetic Algorithms V. Govindaraj
a,*, J.V. Ramasamy ba Department of Civil Engineering, Kumaraguru College of Technology, Coimbatore
641 006, Tamil Nadu, India b Department of Civil Engineering, P.S.G. College of Technology, Coimbatore
641 004,accepted 9 September 2005
4- Shrinkage cracking at interior supports of continuous pre-cast pre-stressed concrete girder bridges Hyo-
Gyoung Kwak_, Young-Jae Seo Department of Ci_il Engineering, Korea Ad_anced Institute of Science and
Technology, 373-1 Kusong-dong, Yusong-gu, Taejon 305-701,South Korea Received 21 July 2001;
received in revised form 25 August 2001; accepted 25 October 2001
5- Comparisons and contrasts in creep behaviour G.W. Greenwood .Department of Engineering Materials,
University of Sheffield, Mappin Street, Sheffield S1 3JD, UK Received 2 March 2006; received in revised
form 1 May 2006; accepted 18 June 2006
6- Numerical analysis of time-dependent behavior ofpre-cast pre-stressed concrete girder bridges Hyo-Gyoung
Kwak_, Young-Jae Seo Department of Ci_il Engineering, Korea Ad_anced Institute of Science and
Technology, 373-1 Kusong-dong, Yusong-gu, Taejon 305-701,South Korea Received 21 July 2000;
received in revised form 25 August 2001; accepted 25 October 2001
7- Prediction of time-dependent effects in concrete structures using early measurement dataIn Hwan Yang
Daelim Industrial Co., 146-12, Susong-dong, Jongro-ku, Seoul 110-732, Republic of Korea Received 20
May 2006; received in revised form 21 December 2006; accepted 6 January 2007Available online 6 March
2007
8- Long-term behavior of composite girder bridges Hyo-Gyoung Kwak*, Young-Jae Seo Department of Civil
Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology, 373-1 Kusung-Tong, Yusung-Ku,
Taejon 305-701 South Korea Received 13 July 1998; accepted 19 January 1999