مصالح بتنی پیش تنیده و تیرچه پیش تنیده در بسیاری از پروژههای عمرانی و سازههای بتنی مورد استفاده قرار میگیرند. با توجه به این نکته که بتن به تنهایی در برابر اعمال نیروهای فشاری مقاومت بسیار خوبی دارد اما در برابر نیروهای کششی ضعیف عمل میکند و ممکن است دچار ترک خوردگی یا شکست شود، برای مسلح کردن بتن و افزایش مقاومت آن در برابر نیروهای کششی از ایجاد نیروی پیش تنیدگی استفاده میشود. به این صورت کابلهای فولادی که هنگام پیش تنیدگی در بتن قرار داده شدهاند، تحت فشار قرار میگیرند و نیروی فشاری را به نیروی کششی تبدیل میکنند. بنابراین مقاومت بتن در برابر نیروهای کششی نیز افزایش مییابد و به راحتی دچار ترک خوردگی یا شکست نمیشود. با توجه به این مسئله میتوان گفت اعضای بتنی که با استفاده از نیروی پیش تنیدگی تولید میشوند مقاومت بسیار بیشتری نسبت به اعضای بتن مسلح دارند بنابراین استفاده از این مصالح و تیرچه پیش تنیده در سازههای بتنی انتخاب بسیار مناسبی است.
استفاده از مصالح بتنی پیش تنیده از جهات مختلفی از نظر معماری، سازهای و اقتصادی دارای مزایای بسیاری است. به عنوان مثال با توجه به اینکه تیرچه پیش تنیده قابلیت استفاده در دهانههای بزرگتری را نسبت به تیرچههای معمولی دارد، باعث میشود تعداد ستونها کمتر شود و از نظر معماری نیز فضای بیشتری در اختیار طراح قرار میگیرد و باعث انعطاف در طراحی معماری پروژه میشود و همچنین از نظر تامین و مصرف مصالح ساختمانی مورد نیاز نیز صرفه جویی صورت میگیرد و بنابراین از نظر اقتصادی نیز دارای مزیت است. با توجه به این مسائل استفاده از مصالح بتنی پیش تنیده در پروژههای مختلف سازه بتنی مورد استقبال قرار گرفته است و این مصالح در موارد مختلفی کاربردهای متفاوتی دارد که در ادامه این مقاله به آنها پرداخته میشود.
استفاده از تیرچه پیش تنیده در اجرای سقف
تیرچه پیش تنیده بتنی در واقع یک مقطع T شکل بتنی است که تعدادی کابل فولادی درون آن تعبیه شدهاند. زمانی که این کابلها کشیده میشوند، نیروی فشاری را به نیروی کششی تبدیل میکنند و بنابراین بتن موجود در این نوع تیرچهها در برابر تنش کششی نیز مانند تنش فشاری مقاومت خوبی از خود نشان میدهد. استفاده از تیرچه پیش تنیده میتواند جایگزین مناسبی برای سایر تیرچهها از جمله تیرچههای خرپایی، تیرچههایی کرومیت، تیرچههای پاشنه بتنی و … باشد.
در ایران رایجترین سیستم برای اجرای سقف ساختمانها استفاده از سیستم تیرچه و بلوک است. همان طور که پیشتر اشاره شد انواع مختلفی از تیرچهها وجود دارند با توجه به اینکه تولید تیرچههای مختلف با مشکلات زیادی از نظر فنی در مراحل ساخت و اجرا روبرو میشود، استفاده از تیرچه پیش تنیده انتخاب بسیار مناسبتری است زیرا این تیرچهها در کارخانه و به صورت کاملا استاندارد تولید میشوند و از کیفیت مطلوبی برخوردار هستند. تیرچه پیش تنیده از نظر اجرا و کاربرد مانند سایر تیرچهها است با این تفاوت که مزیتهایی نیز دارد که از جهت معماری، سازهای و اقتصادی حائز اهمیت هستند که از جمله این مزایا میتوان به کاهش بتن و میلگرد مصرفی در تیرچهها، کاهش وزن سازه، کاهش ارتفاع ساختمان و … اشاره کرد.
شرایط استفاده از تیرچه پیش تنیده
تیرچه پیش تنیده که در کارخانه تولید میشود و در پروژههای مختلف در سازههای بتنی مورد استفاده قرار میگیرد تا دهانههای ۱۲ متری قابل اجرا و استفاده است. روش اجرای تیرچه پیش تنیده تفاوت خاصی با سایر تیرچهها ندارد و به همان صورت قابل اجرا است. با توجه به اینکه این تیرچهها در کارخانه و به صورت انبوه تولید میشوند، هزینه تولید آنها کاهش مییابد. به همین علت قیمت تمام شده این تیرچهها با وجود مزیتهای زیادی که نسبت به تیرچههای معمولی دارند، کمتر است.
طبقه بندی تیرچههای پیش تنیده بر اساس ارتفاع آنها و تعداد کابلهای فولادی به کار رفته در تولید آنها انجام میشود. هر چه تعداد کابلهای فولادی تعبیه شده در بتن و ارتفاع تیرچه پیش تنیده بیشتر باشد،آن تیرچه برای پروژههایی مناسب است که نیازمند دهانههای بلندتر باشند و همچنین بارگذاری احتمالی روی تیرچه بیشتر باشد. تیرچه پیش تنیده در هر دو نوع اسکلت بتنی و اسکلت فلزی قابل اجرا است. در سازه اسکلت بتنی، دو سمت تیرچه به طول حدود ۱۰ سانتی متر در درون میلگردهای تیرهای اصلی باربر که به صورت عمود بر تیرچهها وجود دارند، قرار میگیرند و سپس بتن ریزی انجام میشود. در سازه اسکلت فلزی نیز دو سمت تیرچه روی کناره بال پایینی تیر اصلی باربر که به صورت عمود بر تیرچهها وجود دارد، قرار میگیرند و سپس بتن ریزی انجام میشود.
کاربرد بتن و تیرچه پیش تنیده
با توجه به اینکه بتن در مقابل تنش کششی مقاومت پایینی دارد، زمانی که تحت اثر نیروهای کششی قرار میگیرد دچار ترک خوردگی و در نهایت شکست میشود. برای غلبه بر این مشکل و مقاوم سازی بتن در برابر نیروهای کششی از بتن پیش تنیده و تیرچه پیش تنیده استفاده میشود. استفاده از بتن پیش تنیده در طراحی و اجرای پلها در سراسر جهان کاربرد بسیاری دارد به طوری که میتوان گفت تقریبا نیمی از پلهایی که در دنیا ساخته میشوند با استفاده از نیروی پیش تنیدگی بتن طراحی و اجرا میشوند. در مسیرهایی که عبور از روی آنها دشوار است و همچنین برای احداث پل بر روی رودها و درهها از نیروی پیش تنیدگی استفاده میشود زیرا در این شرایط به دهانههای بزرگ احتیاج است و مصالحی که با استفاده از نیروی پیش تنیدگی تولید شدهاند این امکان را فراهم مینمایند. در صورتی که در این پروژهها پلهایی با استفاده از سایر روشها طراحی و اجرا شوند، وزن سازه افزایش خواهد یافت و همچنین سطح مقطع پل نیز افزایش خواهد یافت در نتیجه از نظر اقتصادی هزینه بیشتری لازم است و صرفه اقتصادی ندارد.
استفاده از بتن پیش تنیده در ساخت مخازن مختلف نیز کاربرد دارد. با توجه به اینکه استفاده از بتن پیش تنیده مزایای زیادی دارد و هزینه نسبتا پایینی نسبت به سایر مصالح و روشها دارد، در سراسر جهان به عنوان یک روش مناسب برای ساخت مخازن مورد استفاده قرار میگیرد. به منظور ساخت مخازن جهت نگهداری مواد مختلف به صورت جامد، مایع و گاز که برای نگهداری نفت، گاز و … مورد استفاده قرار میگیرند، از بتن پیش تنیده استفاده میشود.