پیش تنیدگی چیست؟
هنگامی که مهندسان با استفاده از روش های مختلف، میزان تنش ها و نیرو های وارده به بتن را متعادل می کنند، به این روش پیش تنیدگی می گویند. پیش تنیدگی از شکستن بتن جلوگیری می کند.
با توجه به اینکه مهندسان می دانند سازه آن ها قرار است تحت تنش های فشاری قرار بگیرد، پیش از اینکه این اتفاق بیفتد، درون بتن میله های فولادی یا عناصری شبیه به آن ها را قرار می دهند تا این میله ها بتوانند با ایجاد تنش کششی، نیرو‌هایی که به بتن وارد می شود را خنثی کنند.
به این عمل پیش تنیدگی گفته می شود و ضعف موجود در بتن که به خاطر ترد بودن آن به وجود می آید را برطرف می کند. متأسفانه بتن دارای انعطاف پذیری بالایی نیست و تنها حد مشخصی از تنش را تحمل می کند. اگر میزان تنش از آن حد بیشتر شود، خیلی زود می شکند. اما روش پیش تنیدگی، باعث می شود تا انعطاف پذیری آن افزایش پیدا کند و دیرتر بشکند.
آشنایی با تاریخچه بتن پیش تنیده
استفاده از خاصیت پیش تنیدگی، داری تاریخچه چند هزار ساله است. آن زمان که مصریان باستان برای ساخت قایق های خود از خاصیت پیش تنیدگی استفاده می کردند، هنوز در هیچ کجای دنیا این سیستم مورد استفاده قرار نمی گرفت. اما به تدریج در صنایع ساخت و ساز از این سیستم استفاده شد.
زمانی که مهندسان آمریکایی متوجه شدند بتن در برابر نیرو های کششی و لنگر خمشی مقاومت خوبی ندارد، برای جلوگیری از ترک خوردگی و شکست بتن، از خاصیت پیش تنیدگی استفاده کردند. این کار در سال ۱۸۸۶ توسط جکسون یک فرد آمریکایی، انجام شد. اما پس از دو سال در اروپا نیز یک مهندس آلمانی از این سیستم استفاده کرد.
در آن زمان این مهندس آلمانی یک دال بتنی پیش تنیده طراحی نمود که درون آن کابل های فولادی قرار داشتند. سپس تصمیم گرفت با کشیدن این کابل های فولادی در دال بتنی، خاصیت پیش تنیدگی ایجاد کند. چند سال بعد مجدداً در همان اروپا یک مهندس اتریشی از این خاصیت استفاده کرد و توانست تیرچه پیش تنیده تولید کند.
در آن زمان ها استفاده از بتن پیش تنیده چندان مورد توجه قرار نگرفت تا زمانی که جنگ جهانی اتفاق افتاد و مهندسان به خاطر نبود مصالح ساختمانی و کمبود فولاد، تصمیم گرفتند از این فناوری جدید استفاده کنند. همین باعث شد تا به یکی از مصالح مهم و پرکاربرد تبدیل شود. امروزه نیز از این بتن ها برای ساخت سازه های مقاوم، استفاده می شود.
بتن پیش تنیده در ویکی پدیا
Prestressed concrete یا بتن پیش تنیده، روشی است که برای برطرف نمودن ضعف بتن در برابر نیرو های کششی مورد استفاده قرار می گیرد. به منظور ساخت کف طبقات، تیر ها و پل هایی که دارای دهانه های زیاد هستند، از بتن پیش ساخته استفاده می شود. زیرا برای ساخت این سازه ها استفاده از بتن مسلح معمولی ممکن نیست. برای ایجاد بار های مقاوم معمولاً از کابل های فولادی کششی استفاده می شود. برای آشنایی بیشتر با تعریف بتن پیش تنیده در ویکی پدیا و الزامات آن می توانید به مطالعه آن بپردازید.
کاربرد بتن پیش تنیده چیست؟
بتن پیش تنیده دارای کاربرد های متنوعی است. اما بیشترین استفاده از این روش مقاوم سازی برای ساخت بزرگراه ها، سازه های پل، سقف ها و منابع آب است. از این نوع بتن برای ساخت دیوار ها و ستون ها استفاده نمی‌شود. اما برای اینکه جزو روش های اقتصادی محسوب می شود، هنگام ساخت دیوار های باربر و ستون هایی که نیاز است دارای تنش خمشی باشند، از بتن پیش تنیده استفاده می شود.
یکی از مهم ترین کاربرد های این نوع از بتن برای ساخت پل ها است. زمانی که برای ساخت یک سازه، بتن باید در یک مسیر طولانی قرار بگیرد و هیچ تکیه‌گاهی هم نداشته باشد، از بتن پیش تنیده استفاده می شود. به عنوان مثال پل هایی که دارای دهانه های بزرگ و زیادی هستند، نیاز به بتن های پیش تنیده دارند؛ چراکه استفاده از این نوع بتن ها موجب صرفه‌جویی در هزینه های ساخت سازه می شود.
به طور معمول در دهانه های اجرایی که اندازه آن ها ۶ متر است، از بتن های مسلح معمولی استفاده می کنند. اما هرچه اندازه این دهانه ها افزایش پیدا کند. به عنوان مثال اندازه دهانه ها بین ۶ تا ۹ متر باشد با توجه به ویژگی های پروژه و قوانین، از هر دو روش استفاده می شود. به طور کلی کاربرد های بتن پیش تنیده عبارت‌اند از:
- تونل ها
- مخازن آب
- ساختمان های بلند
- بلوک های ساختمانی
روش های اجرایی بتن پیش تنیده چگونه است؟
روش های اجرایی بتن پیش تنیده چندان زیاد نیستند. برای اجرای این نوع بتن، دو روش کلی وجود دارد که در ادامه مشاهده می فرمایید:
پیش کشیدگی (Pre-tensioning)
پیش کشیدگی در بتن (pre-tensioned concrete) یکی از روش های اجرایی بتن پیش تنیده است. در این روش قبل از بتن‌ریزی، ابتدا تاندون ها تحت کشش قرار می گیرند. به این صورت پیوند بین بتن و میلگرد ها به خوبی ایجاد می شود. در نهایت نیز آرماتور های موجود در بتن در معرض خوردگی و تنش فشاری قرار نمی گیرند. زیرا تنش فشاری در این روش به صورت مستقیم به خود بتن منتقل می شود.
میلگردهایی که در ابتدای اجرا کشیده شده‌اند، تلاش می کنند تا به اندازه اولیه خود برگردند. اما به دلیل اینکه بین آن‌ها و بتن، یک پیوند قوی ایجاد شده، همین باعث می شود تا مقاومت بتن در برابر فشار افزایش پیدا کند. این روش اجرایی بسیار کاربردی است و برای ساخت پل ها، جاده ها، فرودگاه، ساختمان های صنعتی، پایپ رک های پیش ساخته، تونل، سد، سازه های خاص، ساختمان های مهم شهری و … مورد استفاده قرار می گیرد.
روش پس کشیده (Post-tensioning)
پس کشیدگی در بتن (post-tensioned concrete) نیز یکی دیگر از روش های اجرایی است. در این روش ابتدا مرحله بتن‌ریزی انجام می شود و در مرحله بعد، عملیات کشیدگی میلگرد ها انجام می پذیرد. یعنی پس از قرار گرفتن آرماتور ها در موقعیت مناسب خود، بتن ریخته می شود.
بعد از سفت شدن بتن نیز با استفاده از جک های هیدرولیکی، میلگرد ها را می کشند. این عملیات باعث می شود تا حتی پس از برداشتن جک ها نیز این کشش باقی بماند و فشار وارده به خود بتن منتقل شود.
پس از پایان کار نیز بخش اضافی میلگرد ها بریده می شود و جهت جلوگیری از فرسودگی و زنگ زدگی میلگرد ها، این ناحیه با دوغاب و بتن پوشانده می شود. از این روش برای ساخت دال ها و سقف های پیش ساخته بتنی دابل تی استفاده می شود که برای ساختن پروژه های بزرگ ساختمانی یا پل های عظیم، کاربرد دارند.
مزایای استفاده از بتن پیش تنیده چیست؟
نام دیگر بتن های پیش تنیده، بتن پر شده با فولاد است. اگر درباره انواع بتن مسلح اطلاعات داشته باشید، می دانید که بتن های پیش تنیده نیز یکی از انواع بتن های مسلح هستند که در برابر کشش و فشار مقاومت بالایی دارند. به خاطر کاهش فرسایش و توانایی انتقال نیروی بیشتر در سازه‌هایی که نیاز است طول عمر بالایی داشته باشند، این بتن ها مورد استفاده قرار می گیرند. از مزایای بتن پیش تنیده می توان موارد زیر را برشمرد:
- جلوگیری از ترک خوردگی سازه
یکی از دلایل کاهش مقاومت سازه در بتن های مسلح، ترک خوردگی است. اما با استفاده از بتن پیش تنیده ترک خوردگی به میزان قابل توجهی کمتر می شود و مقاومت سازه در برابر ترکیدگی افزایش پیدا می کند.
- کاهش وزن سازه
استفاده از این نوع بتن، باعث کاهش وزن سازه می شود. به خاطر اینکه برای افزایش مقاومت در برابر کشش و فشار از لایه های بتنی با ضخامت کمتری استفاده می شود.
- افزایش طول عمر سازه
با استفاده از بتن های پیش تنیده، طول عمر مفید سازه افزایش پیدا می کند. زیرا در برابر تغییرات نیرویی کشش و فشار، مقاومت لازم را خواهد داشت.
- افزایش مقاومت در برابر فشار و کشش
سازه هایی که دارای بتن پیش تنیده هستند، مقاومت خوبی در برابر نیروهای وارده خواهند داشت و همین باعث می شود تا در مقابل فشار و کشش نیز مقاومت خوبی از خود نشان دهند.
- انتقال نیروی بیشتر
فولاد های پیش تنیده موجود در بتن پیش تنیده، باعث افزایش توانایی انتقال نیرو می شوند.
- اجرای سریع‌تر
اجرای سازه های بتنی با استفاده از فولاد های پیش تنیده، نسبت به سازه هایی که با بتن مسلح ساخته می شوند، آسان‌تر و سریع‌تر است.
- کاهش فرسایش
مقاومت خوب این نوع از بتن ها در برابر کشش و فشار، باعث می شود تا خیلی دیرتر فرسوده شوند. حتی این نوع از بتن دارای ویژگی ترمیم شوندگی است.
- مقاومت در برابر زلزله
این نوع از بتن در برابر زلزله مقاوم‌تر است و کمتر آسیب و خسارت می‌بیند.
- استفاده در شرایط آب و هوایی سخت
از سازه هایی که دارای بتن پیش تنیده هستند، می توان در شرایط آب و هوایی سخت استفاده نمود. زیرا دارای پوشش های محافظ هستند.
- ساخت سازه های پیچیده
هرچه اندازه و ابعاد سازه ها بزرگ‌تر باشد و طراحی آن ها پیچیده‌تر باشد، نیاز به مقاومت بیشتری در برابر فشار و کشش دارند. به همین خاطر از بتن های پیش تنیده برای ساخت آن ها استفاده می شود.
معایب استفاده از بتن پیش تنیده چیست؟
در کنار مزایایی که برای بتن پیش تنیده عنوان شد، بد نیست بدانید که این نوع از بتن ها نیاز به تجهیزات و دستگاه های بسیار پیچیده دارند. همچنین هنگام ساخت و تولید آن ها باید نظارت دقیق و گسترده صورت بگیرد و همین جزو معایب این نوع از بتن است. البته معایب دیگری هم هستند که در ادامه به آن ها اشاره می شود:
- برای استفاده از بتن پیش تنیده نیاز به نیروی کار ماهر وجود دارد.
- تمام مراحل ساخت باید تحت نظارت کامل انجام بگیرد.
- استفاده از دستگاه های لنگر و تجهیزات پیچیده کششی برای ساخت بتن پیش تنیده، لازم است.
- هزینه فولاد با کشش بالا که در این روش استفاده می شود، گرانتر از فولاد های نرم است.
- در این روش به بتن های متراکم با مقاومت و کیفیت بالا نیاز است.
تفاوت بتن پیش تنیده و بتن پیش ساخته چیست؟
تا این قسمت از مقاله، درباره بتن پیش تنیده، انواع آن، کاربرد ها و روش های اجرایی صحبت کردیم. اما ممکن است این سؤال برای بعضی از افراد مطرح شود که تفاوت بتن پیش ساخته و بتن پیش تنیده چیست؟
بتن پیش ساخته در خارج از محل و در کارگاه‌ها و کارخانه ساخت بتن در قالب‌های مورد نظر بر اساس نوع کاربرد ساخته می‌شوند. در کارخانه قالب‌های مورد نظر از پیش مونتاژ شده و میلگردهای تقویتی در قالب مورد نظر قرار داده شده و بتن ریزی انجام می‌شود و در محیط کنترل شده عمل آوری می‌گردد. عناصر بتنی پیش ساخته را می‌توان با میلگردهای تقویت کننده، بسته به نیازهای طراحی، تقویت کرد. سپس این عناصر در محل ساخت و ساز مونتاژ یا متصل می شوند.
بتن پیش تنیده مشابه بتن پیش ساخته است اما فشار کششی آن از پیش اعمال شده است. بتن پیش تنیده از ریختن بتن در قالب‌های از پیش مونتاژ شده در ترکیب با آرماتورها و کابل‌های فولادی ایجاد می‌شود. در این روش‌ها کابل‌ها تا سه چهارم نیروی کششی نهایی، کشیده می‌شوند و زمانی که بتن به مقاومت مورد نظر رسید، کشش آزاد می‌گردد و فولاد تنش فشاری بر تن وارد می‌کند. بتن های پیش تنیده پیش از نصب خاصیت پیش تنیدگی پیدا می کنند. در واقع خواصی که بتن پیش تنیده دارد، بیشتر شبیه خواص فولاد است. زیرا به یک جسم الاستیک و همگن تبدیل می شود. این خاصیت های بتن پیش تنیده باعث می شود تا سازه ها بتوانند بار های وارده را تحمل کنند و ترک نخورند. بدین ترتیب جز ساختاری مستحکمی ایجاد می‌شود و مقاومت عناصر پیش ساخته افزایش می‌یابد.
به طور خلاصه، در حالی که هر دو بتن پیش ساخته و پیش تنیده در خارج از محل تولید می‌شوند، تمایز اصلی در نوع روش تقویت نهفته است. بتن پیش ساخته می‌تواند به روش سنتی از میلگردهای تقویت کننده یا تاندون های پیش تنیده استفاده کند، در حالی که بتن پیش تنیده به طور خاص از میلگردها و تاندون های پیش تنیده برای افزایش قابلیت های باربری بتن استفاده می‌کند.
قیمت بتن پیش تنیده چقدر است؟
عوامل متعددی هستند که بر قیمت گذاری بتن پیش تنیده و قیمت بتن پیش ساخته تأثیر دارند. با توجه به اینکه شرکت های گوناگونی انواع بتن پیش تنیده را در بازار عرضه می کنند، قیمت ها بسیار رقابتی است. اما از نکات مهمی که روی قیمت این نوع بتن تأثیر دارند، می توان به اندازه سفارش مشتری اشاره نمود. به طور کلی فاکتور هایی که در ادامه مشاهده می کنید، همگی روی قیمت بتن پیش تنیده تأثیر دارند.
- کیفیت بتن
هرچه کیفیت بتن استفاده شده برای ساخت تیرچه های پیش تنیده بیشتر باشد، قیمت آن ها افزایش پیدا می کند.
- میزان مصرف کابل های فولادی
با توجه به اینکه قیمت فولاد در کشور تحت تأثیر نوسانات بازار، نرخ ارز و عوامل دیگری است، نمی توان گفت که قیمت دقیق کابل های فولادی مورد استفاده برای ساخت تیرچه پیش تنیده، چقدر است.
جمع بندی نهایی در مورد بتن پیش تنیده
بتن های پیش تنیده با استفاده از استاندارد های بین المللی ساخته می شوند و از رشته های کابلی با مقاومت بالا داخل آن ها استفاده می شود. آلیاژ ها و سیم های فولادی موجود در بتن های پیش تنیده، مقاومت بالایی دارند و از بتن با کیفیت و عیار بالا برای ساخت آن ها استفاده می شود. این نوع از بتن نسبت به بتن های مسلح معمولی مقاومت بیشتری در برابر تنش های کششی و فشار دارند. در صورتی که قصد استعلام یا خرید بتن پیش تنیده را دارید، می توانید با کارشناسان ما در mkbeton تماس حاصل فرمایید.
