مهندسی عمران - سازه

مقدمه ای بر پيش تنيدگي :

پیش تنیدگی یک روش تسلیح بتن با فولاد با مقاومت بالا می باشد که باعث مقاومت بیشتر اعضای بتنی در مقابل بارهای وارده می شود.

پيش تنيدگي :

عبارت است از ايجاد يك تنش ثابت و دائمي در يك عضو بتني به نحو دلخواه و به اندازه لازم ، به طوري كه در اثر اين تنش ، مقداري از تنش هاي ناشي از بار مرده و زنده در اين عضو خنثي شده و در نتيجه مقاومت بار به آن افزايش پيدا مي كند .

هدف اصلي از پيش تنيده كردن يك عضو بتني ، محدود كردن تنشهاي كششي و تركهاي ناشي از لنگر خمشي تحت تاثير بارهاي وارده در آن عضو ميباشد .

براي مثال اگر يك تير فقط تحت تاثير لنگر خنثي ناشي از بار مرده و زنده ، هميشه در پايين تير كشش وجود خواهد داشت ، حال اگر نيروي فشاري P را در مركز سطح مقطع تير از دو طرف وارد آوريم ، مي توان تنش كششي را در پايين تير كاهش داده ، و يا اينكه به كلي آن را از بين برده و تبديل به تنش فشاري كرد .

تاريخچه :

اولين كسي كه ظاهرأ توانست با ايجاد تنش فشاري در بتن آن را تحت تأثير لنگر خنثي افزايش دهد ، يك نفر آمريكايي به نام Jackson بود كه اختراع خود را در سال 1886 به ثبت رسانيد .

در سال 1888 دو هرينگ آلماني با قرار دادن يك ميله فولادي كشيده شده در داخل يك دال بتني توانست ، اولين دال بتني پيش تنيده را ايجاد كند . نظر او به اين بود كه ، چون بتن جسمي است مقاوم در برابر فشار و ليكن مقاومت آن در مقابل كشش كم مي باشد ، ميتوان با وارد كردن فشار به بتن كشش ايجاد شده در اثر بار مرده وزنده را دال تقليل ، و در نتيجه مقاومت آن را افزايش داد .

كاربرد پیش تنیدگی :

پیش تنیدگی در احداث ساختمان های اداری و آپارتمانی ، پارکینگ ، S-O-G ، استادیوم های ورزشی ، تکیه گاه های خاک و مهار سنگی و همچنین در پل سازی، ساخت مخازن بتنی و سازه های ویژه نظیر اسکله ها و کاربردهای فراوانی دارد.

کار برد پیش تنیدگی به 440 سال قبل از میلاد بر می گردد زمانی که یو نانی ها کشش و تنشهای خمشی در بدنه کشتی های جنگی خود را با پیش تنیدگی ساختار بدنه به وسیله طناب های کشیده شده کاهش می دادند. یک مثال دیگری که نشان گر سادگی پیش تنیدگی می باشد بشکه های چوبی قدیمی است که کشش ایجاد شده در حلقه های فلزی بطور موثری قطعات چوبی را به یکدیگر می فشارد تا مقاومت و پایداری آنرا افزایش دهد

یکی از ساده ترین مثالهای پیش تنیدگی تلاش برای بلند کردن یک ردیف کتاب می باشد ابتدا لازم است به ردیف کتابها از دوطرف فشاری اعمال کنیم تا باعث افزایش مقاومت در مقابل لغزش بین کتابها شده به طوری که بلند کردن آنها را ممکن سازد این مثال همچنین نشان گر یکی ا ز اصول متداول در بیشتر کاربرد های پیش تنیدگی است

هيچكدام از روشهاي اوليه پيش تنيدگي در عمل موفق نبود ، زيرا به علت نامرغوب بودن نوع فولاد و بتن مقدار زيادي و گاهي همه تنش پيش تنيدگي به مرور زمان در اثر خزش (Creep) و انقباض بتن (Shrinkage) از بين ميرفت . در نتيجه بتن پيش تنيده از نظر اقتصادي نمي توانست با بتن فولادي رقابت نمايد .

اولين كسي كه در حقيقت  توانست از بتن پيش تنيده به صورتي كه امروزه آن را مي شناسيم استفاده كند ، يك نفر فرانسوي به نام Freyssinet بود . او در سال 1828 توانست با استفاده از فولادهاي با مقاومت بالا ،  در صد از دست رفتن تنش ناشي از خزش و انقباض به تنش اوليه پيش تنيدگي را كاهش داده و در نتيجه بتن پيش تنيده را از نظر اقتصادي مقرون به صرفه كند .

كاربرد بتن پيش تنيده معمولأ در عضوهايي است كه تحت تأثير خمش ميباشد مانند تيرها ، دال ها ، ديوار هاي حائل و ستونها . ولي از بتن پيش تنيده در عضو هايي كه تحت تأثير كشش هستند مانند لوله ها ، مخازن آب و غيره به نحو مطلوب مي توان استفاده نمود .

پیش كشیدن :

تعداد زیادی از قطعات بتن پیش فشرده، از جمله دال های كف با این روش تولید مي‌شوند. كابل‌ها را به صورت آزاد در داخل قالب قرار مي‌دهند و با دستگاه مخصوص كشش لازم را وارد مي‌كند. بتن‌ریزی را انجام مي‌دهند و به كمك لرزاندن، هوای آن را تخلیه مي‌كند و شرایط لازم برای انجام خودگیری سریع‌تر را فراهم مي‌كنند. طول اضافی كابلها را كه در دو انتها ثابت شده‌اند مي‌برند و بتن را تحت فشار رها مي‌سازند. مانند بتن مسلح پیش ساخته مقطع و محل قرارگیری كابل‌ها براساس بارهای محاسبه شده مشخص و رعایت مي‌شود.

پس كشیدن:

در روش پس كشیدن، كابل‌ها را در قالب كار،‌ داخل غلاف‌هایی قرار مي‌دهند، بتن‌ریزی را انجام مي‌دهند. وقتی به اندازه كافی خود را گرفت دو سر كابل‌ها را به طرف بیرون مي‌كشند. این كار به وسیله گره‌های مخصوص كه به دو سر سیم‌ها بسته مي‌شوند و پس از قطع شدن كشش محكم مي‌شوند، انجام مي‌گیرد. مزیت پس كشیدن بر پیش كشیدن این است كه مي‌توان آنها را خمیده كرد تا در مسیر تنش قرار گیرند. به این ترتیب مي‌توان بتن را به شكلی ریخت كه كمترین حجم ممكن را داشته باشد.

روش هاي وارد كردن نيروي پيش تنيدگي :

نيروي پيش تنيدگي را ميتوان به طرق مختلف به يك تير بتني وارد كرد . شايد ساده ترين روش فشرده ساختن يك تير ، به وسيله يك يا دو جك در مقابل دو تكيه گاه مي باشد . اين روش در بعضي از پروژه هاي بزرگ بكار مي رود .

در بعضي از پروژه ها پس از فشرده ساختن تير به وسيله جك با قرار دادن Plate بين تير و تكيه گاه جلوي برگشت تير را به حالت اوليه گرفته ، سپس جك ها را آزاد مي كنند .

اشكال اساسي اين روش ها اين است كه كوچكتربن تغيير شكل و با حركت تكيه گاه پل ، به نحو قابل ملاحظه اي نيروي پيش تنيدگي را كاهش مي دهد . در بيشتر موارد همان نتايج را مي توان به طور ساده تر با اتصال دو جك انتهايي به يكديگر توسط يك كابل ( كابل عبارت است از يك يا چند رشته سيم يا ميله پيش تنيدگي كه يك گيره مشترك متصل اند . ) به دست آورد .

كابلهايي كه دو جك را به هم متصل مي كنند را مي توان در خارج و يا داخل بتن قرار داد ولي معمولأ اين كابل ها را داخل مجراهايي كه قبلأ در بتن تعبيه شده است قرار مي دهند . معمولأ يك سر كابل بتن پيش تنيده را به يك طرف تير گير داده و نيروي پيش تنيدگي را توسط جك به طرف ديگر وارد مي كنند . بعد از وارد كردن نيروهاي لازم كابلها را توسط گيره هايي كه در داخل و يا خارج بتن كار كذاشته شده به تير گير مي دهند و سپس جك ها را آزاد مي كنند . در اين سيستم پيش تنيدگي بر خلاف سيستم قبلي نيروي پيش تنيدگي با حركت نسبي تكيه گاهها تغيير نكرده و مستقل از آن مي باشد .

يك روش ديگر پيش تنيده كردن كه در عمل كاربرد وسيعي دارد و معولأ در كارخانه هاي توليد قطعات پتن پيش تنيده بكار مي رود ، اين است كه ابتدا كابلهايي كه قرار است نيروي پيش تنيدگي به تير وارد كنند را كشيده  ، و آنها را به دو تكيه گاه بتني مقاوم گير مي دهند . سپس در قالبي كه بين اين دو تكيه گاه وجود دارد بتن ريزي ميكنند . پس از چند روز وقتي مقاومت بتن به حد لازم رسيد كابلها را از تكيه گاه آزاد مي كنند . در اين حال نيروي پيش تنيدگي در كابلها به وسيله اصطحكاك و چسبندگي به بتن منتقل مي شود . حسن اين روش اين است كه مي توان بين دو تكيه گاه چنذين تير را در يك زمان بتن ريزي كرد و آنها پيش تنيده كرد .

علاوه بر روشهاي ميكانيكي پيش تنيدگي كه در بالا شرح داده شد مي توان يك تير را توسط روشهاي شيميايي يا حرارتي پيش تنده كرد .

روش شيميايي :

در اين روش نيروي پيش تنيدگي در اثر استفاده از سيمانهاي منبسط شونده بوجود مي آيد . اين سيمانها بر خلاف سيمانهاي معمولي در موقع گرفتن و سخت شدن به جاي منقبص شدن منبسط مي گردند و چون وجود كابلها در داخل بتن جلوي اين انبساط طولي را مي گيرد در نتيجه مقداري نيروي فشاري در تير ايجاد ميشود . در ميان عضوهاي ساختماني كه براي پيش تنيده كردن آنها از روش شميايي شده مي توان لوله ها ، دالهاي دو طرفه و پوسته هاي نازك را نام برد .

روش الكتريكي – حرارتي :

در اين روش با وصل كردن جريان برق به كابلها ، طول كابلها افزايش پيدا كرده ، سپس كابلها را توسط گيره هايي در همان حال كشيده به تكيه گاه وصل مي كنند . پس از قطع كردن جريان و سرد شدن كابلها ، دور آنها را بتن ريزي مي كنند و بعد از اينكه مقاومت بتن به حد لازم رسيد كابلهاي كشيده شده را از تكيه گاه آزاد مي كنند و در نتيجه نيروي كشيده شدن كابلها به بتن منتقل مي شود .

روش هاي پيش تنيدگي :

صرفنظر از طرز وارد كردن پيش تنيدگي به بتن ميتوان دو نوع بتن پيش تنيده تشخيص داد :

1-    بتن پيش كشيده (Pretentioned) :

بتن پيش تكشيده بتني است كه كابلهاي پيش تنيدگي آن قبل از ريختن بتن كشيده شده باشد . در بتن پي كشيده كابلهاي داخل بتن به بتن چسبيده اند ، و بعد از اينكه بتن خود را گرفت كابلها را از تكيه گاهاي دو طرف آزاد كردهو قسمت اضافي بيرون مانده از بتن را قطع مي نمايند . ايتن عمل انتقال نيرو كابل به بتن را به اصطلاح انتقال گويند .

2-    بتن پس كشيده :

اگر فولاد پيش تنيدگي را بعد از گرفتن و سفت شدن بتن بكشند بتن را اصطلاحأ بتن پس كشيده مي نا مند .نيروهاي پيش تنيدگي توسط گيره هاي انتهايي از كابل به بتن متقل مي گردد . فولاد پيش تنيدگي نبايد قبل از كشيدن به بتن چسبيده باشد . در غير اين صورت امكان كشيده شدن آن وجود نخواهد داشت .

مقايسه بتن پيش تنيده با بتن آرمه :

1-    به علت اينكه فشار وارده از طرف كابلهاي پيش تنيده به بتن بسيار زياد است ، لازم است كه مقاومت فشاري بتن مورد استفاده در يك ساختمان بتن پيش تنيده به مراتب بالاتر از مقاومت فشاري بتن مورد استفاده در يك ساختمان بتن آرمه باشد .

2-    فولاد هاي نرم كه معمولا در ساختمانهاي بتن آرمه به كار مي رود براي ساختمانهاي بتن پيش تنيده مناسب نمي باشد . زيرا امكان كشيدن آن به حدي كه بتواند جبران اتلاف تنشهاي پيش تنيدگي ، ناشي از انقباض و خزش بتن را بكند ، وجود ندارد .

3-    يك ساختمان بتن پيش تنيده كاملأ تحت تأثير بارهاي سرويس ترك نخواهد خورد ، در صورتي كه در يك ساختمان بتن آرمه از همان ابتداي بارگذاري ، تركهايي در زير تار خنثي به وجود مي آيد . حتي اگر در اثر بار هاي پيش از حد پيش بيني شده ساختمان بتن پيش تنيدهترك بخورد ، بعد از اينكه بارها از روي ساختمان برداشته شود تركها بسته خواهد شد .

فوائد بتن پيش تنيده :

1-    يك از مهمترين خواص ساختماني بتن پيش تنيده نداشتن تركهاي دائمي مي باشد . اين موضوع باعث دوام بيشتر اين ساختمانها نسبت به ساختمانهاي بتني و بتن آرمه مي باشد .

2-    وزن ساختمانهاي بتن پيش تنيده به مراتب از وزن ساختمانهاي بتن آرمه معادل كمتر است . زيرا اولأ چون مقاومت تمام سطح مقطع بتن استفاده مي شود ، ميزان بتن لازم كمتر است ، ثانيأ چون فلاد مصرفي داراي مقاومت زيادتري است ، معمولأ وزن فولاد لازم بين يك سوم تا يك پبجم وزن فولاد معمولي مي گردد .

3-    خيز به طرف پايين تيرهاي بتن پيش تنيده تحت اثر بارهاي سرويس معمولأ بسيار كم مي باشد . زيرا قبل از وارد آوردن بار هاي سرويس تحت تأثير نيروهاي پيش تنيدگي مقداري خيز به طرف بالا در تير به وجود آمده است ، كه از شدت خيز به سمت پايين مي كاهد .

4-    ساختمانهاي پتن پيش تنيده معمولأ براي دهانه هاي بزرگ و بارهاي سنگين اقتصادي تر از ساخنمانهاي بتن آرمه مي باشد .

از ديدگاه كلي پيش تنيدگي به معناي ايجاد تنش هاي دائمي مخالف با تنش هايي مي باشد كه در اثر بارهاي خدمت در سازه ايجاد خواهند شد. همانطور كه ميدانيم بتن در فشار بسيار قوي ولي در كشش ضعيف عمل مي نمايد بطوريكه يك تنش كششي اندك مي تواند باعث ترك خوردگي مقطع بتني شود. عموما از ميلگردهاي فولادي در بتن بعنوان آرماتوركششي استفاده مي شود تا مقدار ترك خوردگي را محدود نمايد. براي روشن تر شدن موضوع يك تير بتني را مورد بررسي قرار مي دهيم:

در يك تير بتني معمولي (غير پيش تنيده) كه تحت بار ثقلي قرار دارد به واسطه خمش ايجاد شده در آن، پائين مقطع (زير تار خنثي) به كشش افتاده و در بالا فشار ايجاد مي گردد. لذا از آنجا كه بتن در كشش ضعيف مي باشد پس از ترك خوردن بتن در مقابل تنش هاي كششي، فولاد موجود در زير تار خنثي به كشش مي افتد .اين امر ممكن است حتي تحت اثر وزن خود تير نيز اتفاق بيافتد.

در سيستم پيش تنيده بجاي آرماتورهاي معمولي از يكسري كابل (تاندون) هاي با مقاومت كششي بالا استفاده مي شود.كه اين كابل ها تحت كشش زيادي قرار گرفته و در دو انتهاي تير توسط گره هاي مخصوص تثبيت مي گردند. بدين ترتيب كابل هاي پيش كشيده پس از رها شدن از كشش تمايل به جمع شدن و رسيدن به حالت اوليه داشته و لذا يك نيروي فشاري زيادي در قسمت زيرين تار خنثي در بتن ايجاد ميگردد كه به تبع اين نيرو در مقابل نيروي كششي كه بواسطه بارهاي ثقلي در بتن ايجاد مي گردد قرار مي گيرد. بنا براين اين كابل ها مقداري از نيروهاي ناشي از بارهاي ثقلي را خنثي نموده و مقطع قابليت پذيرش بارهاي بيشتري را خواهد داشت.

بر حسب نوع اعمال نيرو پيش تنيدگي دو نوع سيستم پيش تنيده خواهيم داشت : الف) پيش كشيده  ب)  پس كشيده

الف) سيستم پيش كشيده : در اين سيستم در مرحله اول فولادها تحت كشش قرارگرفته ودر دو انتهاي عضو توسط گيره هاي مخصوص كاملا گير داده مي شوند. در مرحله دوم عضو مورد نظر بتن ريزي مي شود و سپس بتن عمل آورده مي شود و به مقاومت كافي مي رسد و در مرحله سوم فولاد هاي پيش تنيدگي در دو انتهاي تير، بريده شده و نيروي پيش تنيدگي بصورت يك نيروي فشاري بر عضو اعمال ميشود. فولاد هاي پيش تنيدگي به دو صورت فولاد با مسير مستقيم يا فولاد با مسير شكسته مي باشد. اجراي مسير با منحني پيوسته براي كارهاي پيش كشيده تقريبا امكان پذير نيست.

ب) سيستم پس كشيده : در اين سيستم در مسير عبور فولادهاي پيش تنيدگي ، غلافي تو خالي در بتن تعبيه مي گردد سپس كابل ها از درون غلاف ها عبور داده شده بطوريكه دو سر آن از غلاف بيرون بوده و عمليات بتن ريزي انجام مي شود وغالبا قبل از بتن ريزي دو ورق صفحه فشار جايگذاري مي شود. بعد از اينكه بتن به مقاومت مورد نظر رسيد فولادهاي پيش تنيدگي توسط جك هايي كه به صفحه فشار تكيه مي نمايند كشيده مي شوند.

3-  مزايا وامتيازات سقف هاي پس كشيده :

1- كاهش ارتفاع سيستم سقف سازه: وجود دال پس كشيده در سقف ها باعث كوتاه شدن و يا حذف تيرها شده و در نتيجه سبب كاهش ارتفاع طبقه و پيروي آن كاهش كل ارتفاع سازه مي گردد.

2- افزايش طول دهانه ها: امكان فضاهاي بدون ستون و انعطاف بيشتري در معماري فراهم مي كند.

3- كاهش وزن سقف و مصالح مصرفي و سازه سبكتر: ابعاد ستون ها ، ديوارها و فونداسيون در   اين سيستم كاهش يافته و سازه سبكتري خواهيم داشت.

4- انعطاف پذيري در مسير عبور تاسيسات : حذف تيرها يا تيرچه ها در سقف هاي پس كشيده انعطاف پذيري را جهت عبور تاسيسات بيشتر مي نمايد.

5- قابليت ساخت بهتر: مصالح مصرفي كمتر، جزئيات ساده تر، نبودن تيرها و در نتيجه قالب بندي وآرماتور بندي آن ها،تراكم كمتر آرماتورها همگي قابليت ساخت بهتر را ايجاد مي كنند.

6- كنترل ترك ها وكاهش تغيير شكل ها : به دليل اثربالانس كابل ها (تاندون ها) سقف پس كشيده تحت تاثير وزن خود  تغيير شكل نداده وترك خوردگي وتغيير شكل تقريبا به طور اختصاصي بواسطه بار زنده ايجاد مي شود.

7- سرعت بالاي ساخت : به لحاظ اينكه در دال هاي پس كشيده معمولا تيرهاي مياني حذف و يك دال تخت گسترده داريم لذا يكباره مي توان سطوح گسترده اي را قالب بندي ، اجرا و قالب برداري نمود.

4-  دامنه كاربرد سقف هاي پس كشيده :

1- پاركينگ هاي طبقاتي : از آنجا كه در سيستم دال پس كشيده فاصله ستون ها بطور قابل ملاحظه اي(دهانه ها ي12 متري) افزايش مي يابد لذا فضاي باز و مفيدي را جهت پارك و جابجايي اتومبيل ها ايجاد مي نمايد. همچنين با توجه به اينكه در اكثر پاركينگ هاي طبقاتي سقف ها به صورت نمايان (Expose) و بدون سقف كاذب اجرا مي گردند قابليت كاهش نفوذ پذيري و مقاوم شدن بتن در مقابل تهاجم هاي شيمياي در دال هاي پس كشيده نيز ميتواند عامل مهمي در انتخاب اين سيستم براي پاركينگ هاي طبقاتي باشد.

2- برج ها وساختمان هاي مرتفع : با توجه به اينكه استفاده از دال هاي پس كشيده در سازه باعث كاهش ارتفاع طبقه مي شود ، لذا در يك ارتفاع ثابت مي توان تعداد طبقات بيشتري را ايجاد نمود.

3- ساختمان هاي تجاري و بيمارستان ها : مزايايي از قبيل فاصله زياد ستون ها ، سرعت اجرا وكاهش وزن سازه در سيستم دال هاي پس كشيده باعث مي شوند تا اين نوع سيستم گزينه مناسبي براي ساختمان هاي تجاري و بيمارستان ها و... باشد.

4- پل ها : نياز به اجراي دهانه هاي بزرگ در پل ها ، جلوگيري از لرزش ، ترك خوردگي و نفوذ پذيري بتن و همچنين سرعت مناسب اجرا در سيستم هاي پس كشيده از جمله عواملي است كه باعث شده اين سيستم از مرسوم ترين روشها در ساخت پل ها باشد .

5- انبوه سازي هاي مسكوني : از آنجا كه در اين نوع مجتمع ها درهرطبقه چندين واحد مسكوني در نظر گرفته شده و طراحي مي گردد لذا فاصله زياد ستون ها شرايط بسيار مناسبي جهت معماري واحدها مهيا مي نمايد بطوريكه ميتوان در بيشتر موارد هر واحد را بدون قرار گيري ستون در داخل آن طراحي نمود.

5-  روشهاي اجراي سيستم پس كشيده :

در زمينه اجراي سيستم پس كشيده دو روش جهت ساخت بكار مي رود :

1- سيستم چسبيده   Bonded          2- سيستم غير چسبيده   Unbonded

1- سيستم چسبيده : با اين روش كابل هاي پس كشيده از ميان غلاف هاي تخت ممتد وكوچك از جنس گالوانيزه عبور مي كند كه داخل غلاف ها پس از بتن ريزي وكشيده شدن كابل ها با دوغاب پر مي شود.

2- سيستم غير چسبيده : در اين سيستم كابل با دوغاب تزريق نمي شود و مي تواند آزادانه و مستقل از بتن حركت كند. اغلب كابل ها در يك غلاف محافظ با گريس پوشانده شده اند . پس از بتن ريزي وكسب مقاومت فشاري مشخص كابل بسادگي و با استفاده از يك جك دستي كوچك كشيده مي شود كه اين عمل عمليات پس كشيدگي را تكميل ميكند.

.مزیت های پیش تنیدگی در افزایش کارایی سازه هاپیش تنیدگی روشی است برای مقاوم سازی بتن یا مواد دیگر که توسط رشته‌های فولادی با مقاومت بالا و یا میلگردها انجام می‌شود و بطور کلی به آن Tendon یا همان فولادهای پس تنیدگی گفته می‌شود.کاربرد پیش تنیدگی در سازه‌های پارکینگ ها، ساختمان(آپارتمانها) و در دفاتر کار، دالهای بتنی روی زمین، پلها و ورزشگاه ها، حفاری های سنگ و خاک، تانکهای ذخیره آب و مواد شیمیایی و ... می‌باشد.در بیشتر حالت ها سیستم پیش تنیدگی به عملیات اجرایی ساخت پروژه این امکان را می‌دهد در مواقع غیر ممکن ملزومات معماری طرح رعایت و محدودیت های موجود برطرف گردد.اگر چه سیستم پیش تنیدگی در مراحل ساخت، سرهم کردن قطعات(مونتاژ)، برپاسازی و نصب در موقعیت به معلومات و دانش تخصصی و فنی نیاز دارد، مفهوم کلی کار به صورت زیر توضیح داده می‌شود :اگر تعدادی بلوک چوبی که درون آنها سوراخی اجرا شده است و از میان سوراخ نوار لاستیکی عبور داده شود و دو طرف انتهای نوار لاستیکی را نگاه داریم، بلوک ها از قسمت پایین از هم جدا می‌شوند.در این شرایط پیش تنیدگی توسط قرار دادن یک جفت مهره در دو انتهای نوار لاستیکی قابل شرح است بطوری که با پیچاندن مهره‌ها کم کم بلوکها در قسمت پایین به هم نزدیک شده و نهایتا به طور محکم به هم فشار خواهند آورد.در این حالت اگر از دو قسمت انتهایی مجموعه را بلند کنیم این بار مجموعه بلوک ها از هم جدا نمی‌شود و بطور مستقیم و در کنار هم موقعیت خود را حفظ می‌کنند.این نوار لاستیکی محکم شده در واقع همان Tendon (فولادهای پس تنیدگی) در مقیاس واقعی می‌باشند که توسط وسایل مهاری گوه‌ای شکل در محل انتهایی بسته می‌شوند.مزایای پیش تنیدگیبرای درک بهتر مزایای پیش تنیدگی دانستن اطلاعاتی از خواص بتن مفید خواهد بود. بتن در برابر فشار بسیار مقاوم است اما در برابر کشش ضعیف است. به عنوان مثال وقتی نیرویی کششی در مقطع آن عمل کند، ترک می‌خورد. به طور متداول در سازه‌های بتنی وقتی باری شبیه به خودرو در یک پارکینگ بر روی دال بتنی و یا تیرها قرار گیرد، تیر تمایل به انحنا و خم شدن دارد. این تغییر شکل خمیدگی باعث می‌شود پایین تیر اندکی دچار کشیدگی و ازدیاد طول شود.معمولا همین مقدار اندک کشیدگی برای ایجاد ترک در بتن کافی است. میل گردهای تقویتی(bars ) فولادی به صورت مدفون در بتن به عنوان تقویت کشش برای محدود کردن عرض ترک قرار داده می‌شود. میلگردها در این حالت وقتی فقط به صورت مدفون در بتن قرار داده می‌شود به صورت نیروهای Pssive عمل می‌کند و تا زمانی که خیز در بتن به مرحله قبل از ایجاد ترک نرسیده است نیرویی را تحمل نمی‌کند.اما Tendon یا همان فولادهای پیش تنیدگی به صورت نیروهای Active در سیستم عمل می‌کنند. در سیستم پیش تنیدگی فولاد به عنوان عامل مقاوم و موثر عمل می‌کند. به طوری که امکان بوجود آمدن ترک در بتن وجود نخواهد داشت.سازه‌های پیش تنیده حتی اگر تحت بارگذاری کامل قرار گیرند، می‌توانند طوری طراحی شوند که کمترین خیز و ترک در سازه ایجاد شود.کاربردهاتقریبا در تمام انواع سازه‌ها سیستم پیش تنیدگی کاربرد دارد.در سازه ساختمان ها، پیش تنیدگی اجازه ایجاد دهانه آزاد بیشتر بین تکیه گاه‌ها می‌دهد. ضمنا ضخامت دالهای بتنی نیز کمتر، تعداد تیرها کمتر و لاغرتر و امکان ساخت اعضا سازهای چشمگیر و نمایشی از مزایای آن است. دال نازکتر به معنای استفاده کمتر از بتن می‌باشد به علاوه این که ارتفاع کلی ساختمان برای ارتقای کف تا کف یکسان نیست به ساختمانی که از سیستم پیش تنیدگی استفاده نشده کمتر می‌باشد.بنابراین سیستم پیش تنیدگی باعث می‌شود وزن سازه به طور قابل توجهی نسبت به ساختمان بتنی معمولی با همان تعداد طبقات کاهش یابد. این موضوع باعث کاهش بار فندانسیون می‌شود و می‌توان مزیت اصلی آن برای نواحی لرزه خیز باشد. در مقایسه با ساختمان با شرایط مشابه یک ساختمان کوتاه به سیستم های مکانیکال کمتر و همچنین هزینه نمای خارجی کمتری احتیاج دارد. لذا صرفه اقتصادی نیز حاصل شده است. محاسن دیگر سیستم پیش تنیدگی این است که تیرها و دالها می‌توانند ممتد اجرا شوند. به عنوان مثال یک تیر تنها می‌تواند به طور ممتد از یک انتهای ساختمان به انتهای دیگر آن امتداد یابد. از نظر سازهای این حالت بسیار کارآمدتر از این است که یک تیر فقط از یک ستون به ستون بعدی امتداد داشته باشد.پیش تنیدگی سیستم است که برای سازه‌های پارکینگ نیز استفاده می‌شود و علت آن این است که انعطاف پذیری زیادی برای طراحی ستون ها، طول دهانه آزاد و شکل رمپ به طراح می‌دهد. پارکینگ هایی که در آنها از سیستم پیشتنیدگی استفاده شده است هم می‌توانند به عنوان یک سازه مستقل باشند و هم به عنوان یک یا چند طبقه در یک ساختمان مسکونی و یا اداری قرار داشته باشند.در نواحی که از خاک رس روان یا خاک هایی با ظرفیت باربری پایین می‌باشند، استفاده از دالهای روی زمین و یا فندانسیون های گسترده با سیستم پیش تنیدگی مشکلات ناشی از ترک و نشت های نامتقارن را از بین می‌برد.این روش برای ساخت پل ها با شرایط مختلف هندسی نظیر انحناهای پل ها و پل هایی با ارتفاع اهمیت زیادی دارد. ضمنا روش پیش تنیدگی امکان ساخت پل ها با دهانه خیلی زیاد را بدون استفاده از تکیه گاه‌های میانی پل بوجود می‌آورد. در ورزشگاه‌ها نیز این سیستم باعث می‌شود دهانه‌های آزاد بزرگتری اجرا شود و در نتیجه امکان اجرای طرح های معماری زیبایی به وجود می‌آورد. این سیستم به عنوان مهاری نفوذ کننده در عمق خاک و سنگ نیز استفاده می‌شوند و به عنوان اعضا کششی برای نگاه داری دیواره‌های جانبی در سازه‌ها مانند دیواره راهها، تونل ها، دیواره حوضچه‌های خشک ساخت و تعمیر کشتی و به عنوان نگهدارنده کف سازه‌هایی که تحت اثر نیروی بالا برندگی قرار دارند( مانند سازه آبگیر) پروژه‌های پتروشیمی و پالایشگاه‌ها استفاده فراوان دارد. ضمن این که برای پایدار سازی شیب زمین ها و ترانشه‌ها نیز قابل استفاده هستند.نمونه دیگر مصرف این سیستم در صنایع نفت و گاز و پالایشگاه‌ها مربوط به تانک های بتنی ذخیره گاز و میعانات گازی است که در آنها ضریب بالایی جهت اطمینان از عدم وجود ترک در سازه بتنی مطرح است. ضمن این که سازه تانک ذخیره سازی در راستای عمودی و افقی به زمین طوری دوخته می‌شود که ایمنی آن در مقابل هرگونه انفجار تضمین می‌شود. واژگان فنیفولادهای پیش تنیدگی(Tendon )کامل کننده و قسمت اصلی مهاری ها می‌باشند که به صورت رشته کابل(stand ) فولادی با مقاومت بالای کششی (1770 N/mm2 ) با میلگرد هستند و در جاهایی که دارای پوشش هستند و در حالتی دیگر درون لوله محافظ قرار داده می‌شوند که اطراف آن را توسط گروت و یا پوشش محافظ گریس مخصوص جهت جلوگیری از خوردگی فولاد می پوشانند.در حالت کلی دو نوع اصلی پیش تنیدگی وجود دارد:Unbonded Bonded(grouted) در حالت Unbonded فولاد رشته‌ای یا میله با بتن اطراف چسبندگی ندارد.بیشتر سیستم های Unbonded به صورت تک رشته‌ای می‌باشند که در دال و تیرهای ساختمان ها، سازنده پارکینگ ها و دالهای روی سطح زمین از این سیستم استفاده می‌شود.یک رشته کابل (Stand ) از هفت رشته سیم مفتول تشکیل می‌شود که با نوعی گریس جهت حفاظت خوردگی پوشیده می‌شود و کل مجموعه درون یک روکش پل یاتلین قرار گرفته است. در قسمت ابتدائی نیز از یک صفحه فولادی سوراخ دار به همراه گوه‌هایی فولادی دو تکه استفاده می‌شود و این گوه‌ها طوری طراحی شده اند که استرند را درون خود محکم نگاه می‌دارد.در سیستم های Bonded دو یا چند استرند از درون یک مجرای محافظ فلزی یا پلاستیکی عبور داده می‌شود در حالی که این مجرا از قبل به صورت مدفون در بتن کار گذاشته می‌شود. استرندها توسط یک جک کششی بزرگ مهار شده و کشیده می‌شوند. سپس مجرای لولهای(Duct ) توسط گروت که مادای بر پایه سیمان است پر می‌شود. استفاده از این گروت هم باعث محافظت از خوردگی کابلهای فولادی می‌شود هم این که باعث انتقال نیروی کششی بین استرندها و مجرای لولهای (Duct ) شده و گیرداری طول مشخصی از (Lb ) Tendon را در محیط اطراف موجب می‌شود.انکرهای خاک و سنگ نیز از نوع سیستم Bonded (گیرداری) هستند اما با قدری تفاوت در مراحل اجرای انکر گذاری به طوری که به وسیله دستگاه حفاری سوراخ مدنظر به همراه یک غلاف لولهای (Casing ) جهت جلوگیری از ریزش خاک و سنگ در محل ایجاد می‌شود.این کار ممکن است در دیواره یک تونل و یا دیواره حایل شیت پایلی و توده خاک پشت آن انجام می‌گیرد. در درون Casing عبور داده شده و سپس عملیات تزریق گروت آغاز می‌شود. بعد از این که گروت به مقاومت مدنظر رسید عملیات کشش Tendon آغاز می‌شود.در حالت پایدار سازی زمینه‌ای شیبدار (ترانشه ها) و یا دیواره تونل ها استفاده از انکر گذاری باعث نگهداری خاک سست و سنگ و پیوستگی آن دو با هم می‌شود، به طوری که وقتی عملیات خاکبرداری داخل آغاز می‌شود، فشار پشت توسط نیروی پیش تنیدگی انکر خنثی می‌شود و دیواره شیت پایل در محل خود استوار می ماند.اعضا ضروری در پیش تنیدگیدر سیستم پیش تنیدگی اعضا ضروری متعددی وجود دارد. در ساختار Unbonded پوشش پلاستیکی به عنوان منفصل و جداکننده نیروی مهاری بین استرندهای پیش تنیدگی و بتن اطراف عمل می‌کند. چیزی که به عنوان ناحیه آزاد (LF ) مطرح می‌شود. این پوشش همچنین باعث محافظت از خسارت وارده به استرند با روش های مکانیکی می‌شود. به عنوان یک مانع عمل می‌کند که از نفوذ رطوبت و مواد شیمیایی به استرند جلوگیری می‌کند.علاوه بر این پوشش، ماده محافظ استرند از نوع گریس مخصوص باعث کاهش اصطکاک بین استرند و پوشش پلاستیکی آن شده و حفاظت خوردگی مضاعفی ایجاد می‌کند. قسمتهای مربوط به مهار کردن و بستن (Anchor Head ) قسمت مهم دیگر است خصوصا در سیستم های (Unbonded ) بعد از این که بتن عمل آوری شد و به مقاومت لازم رسید گوه‌ها داخل پلیت مخصوص(Wedge Plate ) قرار داده می‌شود و استرندها کشیده می‌شوند. وقتی که جک کششی استرند را آزاد می‌کند، استرند به آرامی جمع می‌شود و گوه‌ها را به درون انکر می‌کشد و این عمل باعث ایجاد قفل شدگی محکم در استرند می‌شود.بنابراین گوه‌ها نیروی موجود در Tendon را حفظ می‌کنند و آن را بتن محیط اصراف منتقل می‌کنند. در محیط های خورنده قسمت مهار کننده (anchorhead ) و دم های استرند های بیرون زده معمولا با یک پوشش کلاهک برای حفاظت بیشتر پوشانده می‌شوند.ساختبرای استفاده از مهاری های Unbonded (بی قید) در ساختمان ها و دالها، آنها عموما در محلی پیش ساخته می‌شوند و به محل سایت(به صورت آماده جهت نصب) منتقل می‌شوند. سپس رشته‌های پیش تنیدگی به شکلی که در نقشه‌های نصب مشخص شده اند در محل قرار داده می‌شوند. در نقشه‌های نصب فاصله آنها از هم، شکل حرکتی آن در طول(ارتفاع هر قسمت آن از سطح قالب) و محل هایی که باید کشیده شوند، نشان داده می‌شود. سپس بتن ریزی انجام می‌شود و وقتی به مقاومت لازم بین 3000-3500 psi رسید، رشته‌ها کشیده شده و قفل می‌شود.اصولا Tendon شبیه یک نوار لاستیکی تمایل به برگشت به حالت طول اولیه دارد در حالی که توسط قسمت مهارکننده(Anchor head ) از انجام آن جلوگیری می‌شود. در واقع رشته‌ها به طور دایمی تحت تنضش قرار دارند که باعث می‌شود نیروی فشاری در بتن ایجاد شود. این نیروی فشاری که از سیستم پیش تنیدگی حاصل می‌شود نیروهای کششی ناشی از بارگذاری را خنثی می‌کند. بنابراین ظرفیت باربری بتن و یا دیواره شیت پایل در سازه‌های دریایی(اسکله ها، حوضچه‌های خشک تعمیر کشتی) به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.از آنجایی که بتن پیش تنیده در محل پروژه به صورت درجا ریخته می‌شود تقریبا هیچ محدودیتی برای شکل دادن وجود ندارد. نماهای سر در قوسی شکل، آرک ها و طرح های دالهای پیچیده اغلب نمادهایی از سازه‌های بتنی پیش تندگی هستند. پیش تنیدگی تاکنون برای استفاده در تعداد زیادی از پل هایی که به زیبایی طراحی شده، جهت استفاده قرار گرفته است.اطمینان از کیفیت ساخت مقدار فروش استرندهای پیش تنیدگی تقریبا در ده سال گذشته دو برابر شده از این رو صنعت پیش تنیدگی به سرعت در حال رشد است. در حال حاضر برای اطمینان از کیفیت ساخت، موسسه Tensioning institute آمریکا هر دو عامل کنترل اجرای دوره‌های آموزش نیروهای متخصص و ماهر را اجرا کرده است. با مشخص کردن این که شرایط کارگاه ساخت و متخصصان اجرایی با تایید و تحت گواهی PTI باشند

نتيجه گيري :

امتيازات:

1-           استفاده از دهانه هاي بلند

2-           بهره گيري از سطح تخت و صاف در زير سقف

3-           انعطاف طرح

4-           استفاده از دال هاي نازكتر

5-           كنترل تغيير شكل وترك

6-           كاهش ارتفاع طبقات

7-           سازه سبكتر

8-           ساخت سريع

9-           صرفه جويي در هزينه هاي ساخت

10-      انعطاف پذيري در آينده