پیش تنیدگی چیست ؟

آیا می‌دانید پیش تنیدگی چیست؟

پیش تنیدگی عبارت از ایجاد تنش داخلی در یک جسم است تا تنش را که به علت تاثیر نیروهای خارجی بوجود می‌آید به مقدار مورد نیاز خنثی کند یا به عبارت دیگر پیش تنیدگی به معنای ایجاد تنش های دائمی مخالف با تنش‌هایی می‌باشد که دراثر بارهای خدمت در سازه ایجاد خواهند شد. عمده ترین کاربرد پیش تنیدگی در بتن پیش تنیده است.

بتن که یکی از ارزانترین و عملی ترین مصالح ساختمانی است، مقاومت خوبی در برابر فشار دارد و تاب کششی کمی از خود نشان می دهد. بنابراین در ناحیه ای از بتن که بعد از بارگذاری تحت کشش قرار می گیرد، قبلاً ایجاد فشار می کنند. این عمل, به اصطلاح « پیش تنیدن بتن » نامیده می شود.

بر اساس آیین نامه ACI318-95 بتن پیش تنیده عبارت است از بتن سازهای ( ساختمانی ) که جهت کاهش تنش های کششی بالقوه حاصل از بارها, در آن تنش های داخلی ایجاد شده است . هدف اصلی از پیش تنیده کردن یک عضو بتنی محدود کردن تنش های کششی و ترک های ناشی از لنگر خمشی تحت تاثیری بارهای وارده درآن عضو می‌باشد. پیش تنیدگی اصلی عمومی است که در موارد دیگر نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. یک چرخ دو چرخ یک مثال از پیش تنیدگی را نشان می‌دهد: لاستیک چرخ دوچرخه بسیار نرم است و سیم های داخل آن بسیار بلندتر است، به طوری که تحت نیروی فشار امکان کمانش آنها وجود دارد. ولی هم لاستیک و هم سیم ها در مقابل کشش مقاوم اند، پس لاستیک چرخ را پر از باد می‌کنند و در سیمها کشش قبلی ایجاد می‌کنند.

پیش تنیدگی از چه زمانی مورد استفاده قرار گرفت؟

مصریها در ۵۰۰۰ سال پیش، در ساختن قایق‌هایشان از خاصیت پیش تنیدگی استفاده می‌کردند. بدین ترتیب که، برای اتصال چوب های بدنه قایق، تیغ‌های آهنی گرم به کار می‌بردند تا بعد از سرد شدن و انقباض آنها قطعات چوبی به هم فشرده شوند. اولین کسی که ظاهراً توانست با ایجاد تنش فشاری در بتن مقاومت آن
را تحت تاثیر لنگر خمشی افزایش دهد یک نفر آمریکایی به نام جکسون بود که اختراع خود را در سال ۱۸۸۶ به ثبت رسانید.

دو سال بعد در سال ۱۸۸۸ هرینگ مهندس آلمانی، با قرار دادن یک میله فولادی کشیده شده در داخل دال بتنی پیش تنیده توانست اولین دال بتنی پیش تنیده را ایجاد کند. در سال ۱۸۹۶ مندل مهندس اتریشی اصل پیش تنیدگی را در تیر بتن پیش تنیده از فولاد معمولی با تنش اولیه ۱۲۰ نیوتن بر میلیمتر مربع استفاده کرد و از
افت ناشی از نشست و وارفتگی آگاهی نداشت، فولاد به زودی کشش اولیه خود را از دست داد و تیر تبدیل به بتن آرمه معمولی شد. در سال ۱۹۳۹ امپرگر، مهندس اتریشی استفاده از بتن آرمه با پیش تنیدگی جزئی را پیش تنیده می شود, دارای آرماتور معمولی که در بتن مورد استفاده قرار می‌گیرد باشد و قطعه در موقع بار سرویس نیز بار کششی تحمل بکند را مورد استفاده قرار داد.

در سال ۱۹۴۸ پروفسر آبلس انگلیسی اولین ساره بتن آرمه با پیش تنیدگی جزئی را در لندن بنا کرد. در سال ۱۹۵۳ ,فدراسیون بین المللی پیش تنیدگی اولین کنگره خود را در لندن تشکیل داد. در چهارمین کنگره فدراسیون که در سال ۱۹۶۲ در رم تشکیل شد قدمهای نوینی برای استفاده از بتن آرمه با پیش تنیدگی جزئی برداشته شد و کمیته مختلطی از فدراسیون بین المللی پیش تنیدگی و کمیته اروپایی بتن به وجود آمد که در آن چهار نوع سازه از بتن آرمه تا پیش تنیده شدن کامل تعیین شده است. این چهار نوع اساساً با مقدار ازدیاد طول نسبی دورترین تارکششی بتن و ترک خوردگی بتن کشش از هم متمایز می شوند. نوع اول بتن پیش تنیده کامل که بتن تا بار سرویس نباید تنش کششی تحمل کند.

نوع دوم بتن آرمه با پیش تنیدگی جزئی است. تحت بار سرویس بتن می تواند تنش کششی داشته باشد- بشرطی که ترک نخورد- تحت بارهای دائم بتن نبایستی کشیده شود. نوع سوم بتن آرمه پیش تنیده است. در نوع ترک خوردن بتن تحت بار سرویس امری عادی است. ولی عرض ترکها از ۰٫۱ تا ۰٫۳ میلیمتر محدود شده اند. محدودیت آنها بر حسب آب و هوایی که قطعه در آنجا مورد استفاده قرار می گیرد و جنس فولاد به کار رفته است . نوع چهارم بتن آرمه کلاسیک است.

استفاده از بتن پیش تنیده در ایجاد پلها و ساختمان ها و تمام سازه ها از حدود ۵۰ سال پیش تا کنون در سطح وسیع متداول شده است. با توجه به عیوب مختلف فولاد) نا پایداری الاستیک نیمرخ های فلزی، خوردگی و زنگ زدگی، فزونی بهای تولید…( امروزه اغلب پلهای بزرگ از بتن پیش تنیده ساخته می شوند، اما برخلاف حالت بتن مسلح مصالح مصرفی جهت این پلها باید از کیفیت بسیار خوبی برخوردار باشند در بتن پیش تنیده نیز مانند بتن مسلح از بتن که دارای مقاومت بسیار خوب فشاری است و فولاد استفاد می شود اما بتن مسلح ترکیبی از بتن و فولاد است که در آن بتن در مقابل فشار و فولاد در مقابل کشش مقاومت می کند در حالی که در بتن پیش تنیده با انجام یک عمل مکانیکی بتن به تنهایی تنشهای کششی و فشاری ایجاد شده را تحمل می نماید.

برای طرح محاسبه قطعات پیش تنیده روش و ترتیب اجرای سازه باید دقیقا مشخص باشد زیرا مقادیر تنش های ایجاد شده در قطعات در حین اجرای سازه بسیار مهم و گاهی تعیین کننده می باشند. همچنین برخلاف حالت بتن مسلح بعد از بررسی پایداری سازه تغییر شکلهای کوتاه مدت و دراز مدت بتن و فولاد نیز باید به دقت مورد مطالعه قرار گیرند مصالح مصرفی در سازه های بتن پیش تنیده باید از کیفیت عالی برخوردار بوده و با دقت نیز مورد استفاده قرار گیرند.

با توجه به این که بتن در سن کم که مقاومت نسبتاً ضعیفی داشته و قابل تغییر شکل نیز می باشد تحت فشار فوق العاده زیادی قرار می گیرد باید کیفیت آن به مراتب از کیفیت بتن مصرفی در سازه های بتن مسلح بالاتر باشد همچنین فولاد نیز با توجه به اینکه تحت کشش فوق العاده زیادی قرار می گیرد (۱۰۰ تا ۱۸۰ کیلو گرم بر میلی متر مربع) باید مقاومت مناسبی داشته باشد بنابر این در زمان اجرای سازه مصالح مصرفی در بتن پیش تنیده تحت تنش های فوق العاده مهمی قرار می گیرند که عمل تنیدن آزمایش مناسبی برای کنترل کیفیت مصالح به کار رفته است. مقاومت بتن در برابر فشار بالاست ولی در مقابل کشش ضعیف است.

ایجاد پیش فشردگی در بتن با کابل های فولادی باعث می گردد بتن همواره در تنش فشاری باقی بماند و در نتیجه میزان باربری آن افزایش خواهد یافت. چون کابل ها در حالت فشرده قرار دارند و نیروی کششی را به نیروی فشاری تبدیل میکنند و هیچ ضعفی در مقطع بتن ایجاد نمی کنند و بتن فقط تحت بارهای بسیار زیاد به کشش می افتد و ترک نمیخورد.