بتن پیشتنیده ( Prestressed concrete) روشی برای برطرف کردن ضعف بتن در برابر کشش است. از کاربردهای بتن پیشتنیده میتوان به ساخت تیرها، کف طبقات یا پلهایی با طول دهنههای زیاد که در عمل با بتن مسلح معمولی قابل ساخت نیستند، بهره برد. از تاندونهای پیشتنیده ، برای ایجاد بارهای مقاوم استفاده می گردد. این بارهای مقاوم، با ایجاد تنش فشاری، سبب به وجود آمدن تعادل باتنش کششی شده که این تنشهای کششی نیز در هنگام وارد آمدن بار خمشی در یک عضو فشاری بتنی ظاهر می گردند. این فرایند به وسیله ی رشته های فولادی، غلاف و … انجام می شود و نیازمند ابزاری خاصی است.
تاریخچه بتن پیش تنیده
اگرچه بتن پیش تنیده توسط یک مهندس اهل سان فرانسیسکو در سال 1886 اختراع شد، اما تا حدود نیم قرن بعد، آن را به عنوان یک ماده ساختمانی نپذیرفتند. کمبود فولاد در اروپا پس از جنگ جهانی دوم به همراه پیشرفت های تکنولوژیکی در بتن با مقاومت بالا و فولاد، موجب انتخاب بتن پیش تنیده به عنوان یک ماده ساختمانی بعد از جنگ اروپا شد. اولین ساختار بتن پیش تنیده شمال امریکا، پل یادبود Walnut Lane در فیلادلفیا، پنسیلوانیا، بود اگرچه این پل تاسال 1951 تکمیل نشد.
روشهای پیش تنیدگی بتن
- پیش تنیدگی به روش پیش کشیده
- پیش تنیدگی به روش پس کشیده
در بتنهای مسلح معمولی، از میلگردهای فولادی در داخل بتن استفاده می کنند.
مفهوم پیش تنیدگی
بیش تنیدگی: از ایجاد یک تنش ثابت و دائمی (Prestress) در یک عضو بتنی به نحو دلخواه و به اندازه لازم، به طوریکه در اثر این تنش، مقداری از تنشهای ناشی از بارهای مرده و زنده در این عضو خنثی شده و در نتیجه مقاومت باربری آن افزایش پیدا می نماید. هدف اصلی، محدود کردن تنشهای کششی و ترکهای ناشی از لنگر خمشی، تحت تاثیر بارهای وارده در آن عضو است. بتن جسمی است مقاوم در مقابل فشار، ولی مقاومت آن در مقابل کشش بسیار کم است، بنابراین میتوان با وارد کردن فشار به بتن، کشش ایجاد شده در اثر بار مرده و زنده را در عضو بتنی تقلیل و در نتیجه مقاومت آن را افزایش دهیم.
معرفی بتن پیش تنیده
انواع مختلف بتن عبارتنداز بتن آماده ، بتن پیش ساخته ، بتن سبک ، بتن مگر، بتن سنگین و غیره ساختار انواع بتن کاملا با یکدیگر متفاوت می باشد. بتن پیش تنیده ، یک مصالح ساختمانی و معماری است که دارای قدرت و استحکام فوق العاده ای می باشد. خصوصیات منحصر به فرد بتن پیش تنیده اجازه می دهد تا تنش به طور متعادل در تمام اعضای بتن توزین گردد. بتن پیش تنیده یک روش برای غلبه بر ضعف طبیعی بتن در مقابل کشش می باشد.
از این نوع بتن در ساخت پل ها و یا طبقات با گستردگی بیشتر از آن چه که بتن مسلح در آن عملی باشد، استفاده می شود. این نوع بتن معمولا در ساخت و سازهای تجاری و مسکونی به عنوان فندانسیون پایه به کار می رود. تاندون های پیش تنیده (معمولا از جنس فولاد و یا میله های دارای قدرت کششی بالا) برای ارائه یک سطح محکم در برابر بارگذاری استفاده می گردند. که بین تنش های فشاری و کششی تعادل و توازن ایجاد می کنند. در غیر این صورت بتن خم می شود. بتن مسلح سنتی بر مبنای استفاده از میله های فولاد و میلگرد در داخل بتن ساخته شده است. روشهای پیش تنیدگی: بتن پیش تنیده، بتن پس تنیده باند (ضمات شده) و بتن پس تنیده غیرباند (بدون تضمین).
کاربردهای بتن پیش تنیده
از بتن پیش تنیده در ایجاد پل ها و ساختمان ها و تمام سازه ها از حدود ۵۰ سال پیش استفاده شده است. که با توجه به عیوب مختلف فولاد( نا پایداری الاستیک نیمرخ های فلزی، خوردگی و زنگ زدگی، فزونی بهای تولید…) امروزه پل های بزرگ از بتن پیش تنیده ساخته می شوند، مصالح مصرفی جهت این پل ها باید از کیفیت بسیار خوبی برخوردار باشند .
در بتن پیش تنیده همانند بتن مسلح از بتنی که دارای مقاومت بسیار خوب فشاری است و فولاد استفاد می گردد ، بتن مسلح ترکیبی از بتن و فولاد می باشد که در آن بتن در مقابل فشار و فولاد در مقابل کشش مقاومت می نماید در حالی که در بتن پیش تنیده با انجام یک عمل مکانیکی بتن به تنهایی تنش های کششی و فشاری ایجاد شده را تحمل می نماید. برای طرح محاسبه قطعات پیش تنیده روش و ترتیب اجرای سازه باید دقیقا مشخص گردد زیرا مقادیر تنش های ایجاد شده در قطعات در حین اجرای سازه بسیار مهم و گاهی تعیین کننده می باشد.
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 دهیم. مصالح مصرفی در سازه های بتن پیش تنیده باید از کیفیت بالایی برخوردار باشند 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 (۱۰۰تا ۱۸۰ کیلو گرم بر میلی متر مربع ) باید مقاومت مناسبی داشته باشد .
مزیت های بتن پیش تنیده نسبت به بتن مسلح
بتن پیش تنیده اصلی ترین ماده برای ساخت کف در ساختمان های بلند و برای مهار کلی در راکتورهای هسته ای می باشد. تاندون های کششی منفرد، در گاراژ پارکینگ ها اغلب به عنوان کابل مانع استفاده می گردد. و همچنین با توجه به توانایی این تاندون ها در برابر فشار و مهار آن، می تواند در تعمیر موقت ساختمان با نگه داشتن دیوار آسیب دیده و یا طبقات، تا زمان تعمیر دائمی مورد استفاده قرار بگیرد.
بتن پیش تنیده نسبت به بتن مسلح ( بتن آرمه ) دارای چندین مزیت می باشد. یک بخش از بتن پیش تنیده کامل، معمولا در تمام طول عمر خود درمعرض فشردگی قرار دارد. این نوع بتن ، چند نقص موجود در بتن را رفع می کند. در ادامه، به مزایای استفاده از بتن پیش تنیده در مقابل بتن مسلح اشاره می کنیم.
- بتن پیش تنیده، تحت بار ناشی از خدمات، دچار شکاف و ترک نمی گردد.
- کاهش خوردگی فولاد
- اینرسی (سختی) بالاتر
- تغییر شکل کمتر این بتن
- افزایش قابلیت برش
- مناسب برای استفاده در مخازن تحت فشار
- بهبود عملکرد تحت بارگذاری های دینامیکی
- در سازه هایی که دارای نسبت دهانه به عمق بیشتری هستند مانند پل ها و ساختمان های بلند، بتن پیش تنیده کارایی بهتری دارد.