مبانی پیش تنیدگی

در مطلب قبل مفهوم تعادل نیرویی در توزیع نیرو در سقف های پس کشیده بیان شد و اشکال اصلی این مفهوم محدودیت استفاده از آن به کف های با ضخامت یکسان می باشد. سیستم های سقف واقعی اغلب دارای اعضای با ضخامت های متفاوت، و دارای ویژگی هایی همچون تغییر ارتفاع، ساخت تیر، و یا سایر ویژگی ها که فرض ثابت بودن برون محوری خط پیش فشردگی را نسبت به محور مرکز جرم نقض می کند، می باشد. 

مفهموم تعادل نیرویی توسعه یافته، که توسط اعلامی در سال 1990 معرفی شد، کاربرد مفهوم تعادل نیرویی را ، برای سیستم های سقف متداول تعمیم می دهد. به طور خلاصه، مفهوم تعادل نیرویی توسعه یافته، تحلیل اعضا پیش تنیده را هنگامی که فاصله بین خط پیش فشردگی و محور مرکز جرم عضو ثابت نیست، پوشش می دهد. در اثر آن، تعادل نیرویی توسعه یافته، تغییر ضخامت عضو پس کشیده را پشتیبانی می کند.

شکل 1 قسمت a نشان دهنده یک عضو پس کشیده با با ضخامت غیر یکنواخت است. در قسمت b فرض می شود که تاندون برداشته شده و با نیروهای معادل جایگزین شده، که شامل نیروهای برکنش(uplift) به دلیل مقطع سهمی وار تاندون و نیروهای محوری متمرکز در انتهای تاندون ها می باشد.

شکل1-توصیف مفهوم تعادل نیروی توسعه یافته 

عدم هم ترازی نیروهای محوری منجر به خمش اضافی در تیر می شود. در قسمت c، به دلیل حفظ فرض جداسازی اثرات محوری و خمشی، یک لنگر در محل تغییر هندسه عضو(پله به وجود آمده در عضو) اضافه می شود. در قسمت d نیروهای عمودی حاصل از هندسه تاندون(1)، لنگر حاصل از تغییر هندسه عضو(2)، منتج به واکنش های به وجود آمده در تکیه گاه می شود. دقت شود که نیروهای مترکز که از ناپیوستگی های موجود در تاندون حاصل می شود و همچنین لنگر خمشی حاصل از تغییر هندسه بر روی واکنش های عضو در محل تیکه گاه تاثیر گذار است.(3) 

ابزار طراحی اولیه، جزییات و روش های میدانی 

ابداع کامپیوتر های شخصی در سال 1980 منجر به شکل گیری اولین نسل نرم افزار های محاسباتی شد که جایگزین مناسب محاسبات دستی زمان بر بر روی نوار های طراحی منفرد، محسوب می شدند. دسترسی فراگیر و سهولت بکارگیری چنین تحلیل ها و نرم افزار های طراحی، همچون PTdata و ADAPT-PT منجر به شتاب رشد ساختمان های مجهز به سیستم های پس کشیدگی شد. 

ابزار ها و دانش محاسباتی توسط ابداع ابزار های پر کاربرد برای تنیدگی و مهار تاندون های تک استرندی استحکام بخشیده شد. عوامل پر اهمیت دیگر در به کارگیری و استفاده فراگیر از پس کشیدگی توسعه تاندون های پوشانده شده از پلاستیک است. که توسط موسسه پس کشیدگی (PTI) ابداع شدند. 

ابزار های طراحی نوین؛ ترکیب با مدل سازی اطلاعات ساختمان(BIM)

خودکارسازی(اتوماسیون) روند طراحی از آغاز طرح تا ساخت، با توسعه مدل سازی اطلاعات ساختمان(BIM) به بالاترین حد خود رسید. هدف مدل سازی اطلاعات ساختمان آن است که تمامی مراحل طراحی و ساخت را همراه با ایجاد توانایی تبادل اطلاعات بین تیم ها روند های طراحی، به یک روند یکپارچه تبدیل کند. مدل سازی اطلاعات ساختمان تظاهر به چالش اصلی برای یکپارچه سازی کامل کار مهندس سازه بر روی بسته اطلاعاتی ساختمان انجام می دهد.

استخراج اطلاعات از یک مدل سه بعدی ساختمان شکل 2 به مدل تحلیلی ایده آل سازی شده مهندس سازه. شکل 3؛ برای استفاده تحلیل و طراحی، و انتقال متعاقب اطلاعات طراحی سازه به مدل سازه ای ساخت یک چالش دشوار می باشد. پیشرفت های اخیر در مهندسی سازه و تکنولوژی ساخت چالش های موجود را پوشش داده است و با موفقیت موانع موجود در فضای تحلیلی مجازی را از میان برداشته است. 

شکل 2- ساختمان چند طبقه و مدل تحلیلی آنالیز سازه 

به دلیل پیش رانشی که در مدل سازی اطلاعات ساختمان ایجاد شده است، مدل سازی و طراحی یکپارچه ساختمان به عنوان یک واحد بسیار محتمل است تا به عنوان یک انتخاب برتر در ساخت و ساز های عمده به حساب بیاید. برای طراحی کف های پس کشیده و تیر های قاب، کاربرد ابزار طراحی بر اساس نوار های طراحی واحد ادامه دارد. بر خلاف بتن مسلح سنتی، هنگامی که هندسه و شرایط مرزی، ویژگی های مصالح و بار ها مشخص شوند می توان طراحی را در یک فرایند خودکار انجام داد که چنین چیزی در کف های پس کشیده صدق نمی کند. 

تا به امروز، نرم افزار ها بر اساس نوار های طراحی مشابه آن چه در شکل 3  نشان داده شده است بهینه سازی را فراهم می کند که در ابزار های طراحی 3 بعدی یکپارچه وجود ندارد. 

شکل 3- قالب بندی تاندون و تغییر شکل های یک طبقه که از مدل کلی سازه استخراج شده است. 

توصیف مختصر پس کشیدگی

پس کشیدگی یک روش پیش تنیدگی بتن است، که تاندون های پیش تنیده پس از آن که بتنی که آن ها را در بر گرفته به مقاومت کافی رسید، کشیده شده و قلاب می شوند. مفاهیم پیش تنیدگی و تئوری های پایه آن در بسیاری از کتاب ها توصیف شده است. 

گزینه های پیش تنیدگی

مفهوم اصلی بتن مسلح، چه برای سازه های پس کشیده و چه برای سازه های غیر پس کشیده آن است که آرماتور های فولادی در قسمت هایی از سازه که ممکن است تحت اثر تنش کششی قرار بگیرند، تعبیه می شود. در سازه های بتنی پیش تنیده از آرماتور های با مقاومت بالا استفاده می شود. این فولاد های تقویتی پیش از اعمال بارهای خارجی کشیده می شوند. این کشیدگی اولیه فولادهای تقویتی موجب پیش فشردگی بتن پیرامون خود می شود، که منجر به ایجاد توانایی باربری بارهای بیشتر، پیش از ترک خوردگی می شود. 

پس کشیدگی

دو نمونه از پیش تنیدگی وجود دارد: پیش کشیدگی و پس کشیدگی. در ابتدا مفهوم پس کشیدگی مطرح شد. در پس کشیدگی بتن همراه با بازشو هایی ریخته می شود که این بازشو ها فضای مورد نیاز فولادهای پس کشیده را به وجود می آورند. 

فولاد پس کشیده یا قبل از ریختن بتن در درون پوشش خود قرار می گیرد و یا پس از آن در درون پوشش مخصوص به خود قرار می گیرد. پس از آن که بتن به مقاومت مورد نیاز خود رسید، یک جک تنیدگی استرند های فولادی را می کشد.  کششی که در فولاد به وجود می آید فشار برابری را در بتن پیرامونی اعمال می کند. 

هنگامی که نیروی موجود در فولاد به مقدار طراحی خود می رسد، تاندون به بدنه بتن قلاب شده و کشش را در فولاد و فشار را در بتن قفل می کند. 

با گذشت زمان، کسری از نیروی اولیه به دلیل دو عامل افت و خزش و آسودگی فولاد پیش تنیده در بتن از دست می رود. با اجرا و مصالح امروزی میزان زوال برابر با 10 تا 15 درصد تنش اولیه است. محاسباتی برای اندازه گیری این مقدار زوال وجود دارد.

در عمل، پس کشیدگی به ندرت به آن صورت که در شکل 4 نشان داده شده است، کار می شود. به این دلیل که نیروی پیش تنیدگی تا زمانی که بتن عمل نیامده است، اعمال نمی شود، تاندون می تواند به آن صورت که در شکل c  نشان داده شده است کار شود. درآوردن تاندون به صورت پروفیل دارای مزیت های افزوده نیز می باشد به این دلیل که تاندون تمایل دارد تا در اثر کشش به صورت مستقیم در بیاید به همین دلیل به بتن نیروی جانبی رو به بالا اعمال می کند. پرفیل تاندون می تواند به گونه ای طراحی می شود که نیرو های جانبی آن برخلاف بار هایی همچون وزن عمل کنند.(قسمت c)

شکل 4- مبانی اجرای پس کشیدگی

پیش تنیدگی

استفاده عملی پیش تنیدگی اولین بار توسط مهندسین آلمانی انجام شد. همان طور که در شکل 5 نشان داده می شود، فولاد پیش تنیدگی در ابتدا تنیده شده و در برابر دیواره های خارجی مهار می شود.(قسمتa)

پس از آن بتن فولاد تنیده شده ریخته می شود.(قسمت b) 

هنگامی که بتن به مقاومت مورد نظر رسید، تاندون ها از دیواره ها رها می شوند. تمایل تاندون کشیده شده برای جمع شدن منجر به پیش فشردگی بتن می شود.(قسمت c)

در اکثریت کاربردهای پیش تنیدگی، تاندون های تنیده شده به صورت مستقیم می باشند. گاهی اوقات، برای حصول یک پرفیل با مزیت های بیشتر،  پرفیل  فولادی در یک یا چند محل به  به سمت پایین انتقال داده می شود.  

شکل 5- مبانی گام های پیش تنیدگی

منبع:

«دپارتمان سازه سامانه کارگشا»

طراحی و اجرای ساختمان های پس کشیده-بیژن اعلامی 

————————————————————————————————————————————–

برای بهره مندی از خدمات محاسبات طراحی و اجرای سازه‌ توسط متخصصین مربوطه درخواست خود را در لینک زیر ثبت نمایید.

(مشاوره آنلاین دپارتمان سازه سامانه کارگشا)