تیرچه پیش تنیده چیست؟

تاریخچه بتن و تیرچه پیش تنیده

بتن و تیرچه پیش تنیده یکی از مصالح نوین ساختمان است که در سال ­های اخیر در مبحث مهندسی سازه وارد شده است. در گذشته استفاده از بتن پیش تنیده مزیت کمی داشت و با مشکلات زیادی همراه بوده است زیرا به دلیل استفاده از کابل ­های فولادی که از مقاومت پایینی برخوردار هستند در فرآیند پیش تنیدگی، پیامدهای دراز مدت خزش و انقباض باعث کاهش نیروی پیش تنیدگی می ­شد و بنابراین استفاده از بتن و تیرچه پیش تنیده باعث بروز مشکلاتی در سازه می­ شده است.

یک مهندس فرانسوی در ابتدای قرن بیستم برای انجام پیش تنیدگی از کابل­ های فولادی با مقاومت بالا استفاده نمود و موفق شد فرآیند پیش تنیدگی را به صورت مطلوب انجام دهد. از آن زمان به بعد استفاده از بتن و تیرچه پیش تنیده توسط مهندسین سازه مورد پذیرش قرار گرفت و امروزه در سراسر جهان و در کشورهای مختلف به عنوان یکی از مصالح قابل اطمینان مورد استفاده قرار می­گیرد. از بتن پیش تنیده اغلب در ساختمان سازی و به صورت تیرچه پیش تنیده با تکیه گاه ساده استفاده می­شود. به منظور انجام بهتر و دقیق ­تر کنترل کیفیت تیرچه پیش تنیده، این تیرها در کارخانه تولید می ­شوند.

ساخته شده با تیرچه پیش تنیده

نحوه ساخت تیرچه پیش تنیده

به طور کلی می­توان پیش تنیدگی را به این صورت تعریف کرد که عبارت است از ایجاد یک تنش ثابت و دائم به میزان مورد نیاز و به صورت دلخواه به یک عضو بتنی، به صورتی که در اثر این تنش بخشی از تنش­های ناشی از بارهای زنده و مرده در این عضو بتنی خنثی شوند و در نتیجه ظرفیت و مقاومت باربری عضو سازه­ای افزایش می­یابد . روش ­های انجام پیش تنیدگی را می­توان به دو گروه اصلی تقسیم بندی نمود: روش پیش کشیدگی و روش پس کشیدگی.

روش اول، پیش کشیدگی:

بسیاری از قطعات بتنی پیش تنیده از جمله دال­ های کف و تیرچه پیش تنیده با استفاده از روش پیش کشیدگی تولید می ­شوند. در این روش کابل ­های فولادی به شکل سیم یا مفتول بین دو گیره که در ابتدا و انتها قرار دارند با استفاده از دستگاه مخصوص کشیده م ی­شوند ­(که در ادامه بیشتر توضیح داده خواهد شد) و در اطراف آن­ها بتن ریزی انجام می­ شود و با استفاده از عمل ویبره کردن هوای داخل آن تخلیه می­ شود. پس از سخت شدن بتن، گیره ­ها آزاد می­شوند و به علت وجود پیوستگی بین کابل­ های فولادی و بتن، نیروی پیش تنیدگی ایجاد شده در کابل ­ها به بتن منتقل می­شود. در نهایت انتهای کابل­ های فولادی که از بتن بیرون زده است جدا می­شود و سطح بتن یکدست می­شود.

روش دوم، پس کشیدگی:

برای ساخت تیرچه پیش‌تنیده در این روش، کابل‌ها در داخل قالب و درون غلاف‌هایی قرار می‌دهند و سپس بتن ریزی انجام می‌شود. پس از آنکه بتن کمی خود را گرفت، دو طرف کابل را به سمت خارج از قالب کشیده می‌شود. برای این کار از گره‌های مخصوصی که در دو سمت کابل بسته شده‌اند استفاده می‌شود. این گره‌ها پس از قطع شدن کشش محکم می‌شوند.

یکی از مزیت‌های این روش نسبت به روش پیش‌کشیدگی، این است که با استفاده از این روش می‌توان کابل‌های فولادی را به گونه‌ای در داخل قالب قرار داد که در مسیر تنش قرار گیرند و در نتیجه حجم بتن ریزی را کاهش داد. مزیت دیگر روش پس‌کشیدگی این است که می‌توان نیروی کششی کابل را به صورت مرحله‌ای اعمال کرد. این کار را می‌توان برای برخی از کابل‌ها یا برای همه آن‌ها انجام داد. در مواردی که بار در مراحل مشخصی اعمال می‌شود، این مزیت می‌تواند مفید باشد. همچنین با استفاده از این روش می‌توان پروفیل خاصی را به کابل‌های فولادی موجود در بتن اعمال کرد. اغلب مشکلاتی که در مصالحی که با این روش تولید شده‌اند به وجود می‌آیند، معمولاً به علت عدم وجود پیوستگی لازم بین بتن و کابل‌های فولادی پس‌تنیده است.

تیرچه پیش تنیده

نیروی پیش کشیدگی در تیرچه پیش تنیده:

همان طور که پیشتر گفته شد برای وارد کردن نیروی پیش کشیدگی در تیرچه پیش تنیده سه روش مختلف وجود دارد که در این قسمت توضیح داده می­ شود.

1. روش مکانیکی: این روش در برخی از پروژه ­های بزرگ مورد استفاده قرار می­گیرد. شاید بتوان گفت که ساده ترین روش برای فشرده ساختن یک تیر، استفاده از یک یا دو جک در برابر دو تکیه­ گاه است. می­توان پس از فشرده نمودن تیر بین تیر و تکیه گاه ورق فولادی قرار داد و به این ترتیب از برگشت تیر به حالت اولیه جلوگیری به عمل آورد. مشکل اصلی این روش این است که ایجاد کوچکترین تغییر شکل یا حرکت تکیه گاه باعث کاهش قابل ملاحظه نیروی پیش تنیدگی می­ شود.

2. روش شیمیایی: در این روش برای ایجاد نیروی پیش تنیدگی در تیرها از سیمان­هایی که خاصیت منبسط شوندگی دارند استفاده می­شود. این سیمان­های منبسط شونده برخلاف سیمان­ های معمولی هنگام گیرش و سخت شدن، به جای منقبض شدن منبسط می­شوند و به دلیل اینکه وجود کابل­ ها در داخل بتن از ایجاد انبساط طول جلوگیری می­کند، مقداری نیروی فشاری در تیر ایجاد می­ شود.
3. روش الکتریکی-حرارتی: در این روش جریان برق را به کابل­های فولادی وصل می­کنند و در نتیجه این جریان باعث افزایش طول کابل­ها می­شود. سپس کابل­ها به وسیله گیره­ هایی در همان حالت کشیده می ­شوند و به تکیه گاه متصل می ­شوند. پس از قطع نمودن جریان برق و سرد شدن کابل­ها، اطراف آن­ها بتن ریزی انجام می­ شود و پس از رسیدن مقاومت بتن به حد مورد نیاز و لازم، کابل­ های فولادی کشیده شده از تکیه گاه آزاد می­شوند. بنابراین نیرویی که در اثر کشیده شدن کابل­ ها به وجود آمده است به بتن منتقل می­ شود. این روش یعنی روش پیش کشیدگی حرارتی به صورت گسترده برای تولید دال­ ها، تیرها، تیرچه پیش تنیده، تیرهای چراغ برق و خرپاها مورد استفاده قرار می­گیرد.

تیرچه پیش تنیده

تیرچه پیش تنیده و بازار ایران

تیرچه‌های خرپایی در حال حاضر از رایج‌ترین سیستم‌های اجرای سقف سازه‌ها در ایران هستند، اما در سراسر دنیا این روش به طور گسترده منسوخ شده است. در گذشته، تیرچه‌های خرپایی با پاشنه بتنی یا فندوله‌ای در سقف‌ها استفاده می‌شدند، اما این تیرچه‌ها مشکلات فراوانی را در تمام مراحل کار از تولید تا اجرا ایجاد می‌کردند. به دلیل عدم وجود جایگزین مناسب و مقرون به صرفه، این روش به طور گسترده توسط پیمانکاران و مهندسین استفاده می‌شد.

در چند سال اخیر، اداره استاندارد و سازمان نظام مهندسی استفاده از تیرچه‌های خرپایی با پاشنه فندوله را ممنوع کرده‌اند و اکنون فقط استفاده از نوع بتنی آن مجاز است. تیرچه‌ها به عنوان یک بخش اصلی در اسکلت بندی سازه‌ها محسوب می‌شوند و بار سقف را به تیرهای اصلی منتقل می‌کنند. این تیرچه‌ها نیاز به حداقل ۳ سانتیمتر پوشش بتنی دارند و استفاده از پاشنه بتنی ۴ سانتیمتری در تیرچه‌های خرپایی امکان‌پذیر نیست.

با وجود محدودیت‌ها و مشکلات موجود در تیرچه‌های خرپایی، یک جایگزین مناسب برای آن به بازار آمده است که همان تیرچه‌های پیش‌تنیده هستند. تولید و استفاده از این محصولات پیش‌تنیده در سال ۱۹۶۰ میلادی آغاز شده و در طول زمان پیشرفت‌های چشمگیری کرده است. در طراحی ساختمان‌ها و سازه‌های بتن‌آرمه و تیرهای بتن‌آرمه، با اضافه کردن آرماتور به مقطع بتن، آن را در برابر نیروهای کششی مقاوم می‌کنند. مقطع بتنی از قبل تحت فشار قرار می‌گیرد تا بار اضافی به ساختمان تحمیل نشود.

تیرچه پیش تنیده

این مدل طراحی نه تنها مصرف فولاد و بتن را در سطح مقطع کاهش می دهد، بلکه باعث بالا رفتن کیفیت بتن می شود. از این سیستم طراحی در ایران برای سازه های زیادی استفاده شده که بزرگراه طبقاتی صدر در شمال تهران یکی از آنهاست.

در ایران استفاده از این سیستم سازه با دو مشکل عمده روبرو است:

اول اینکه اجرای سقف های پیش تنیده نسبت به حالت تیرچه بلوک، پر هزینه تر است و به قالب بندی زیادی نیاز دارد

دوم اینکه به دلیل تحت فشار بودن بتن مقاطع بتنی پیش تنیده، به بتن با مقاوت بالا نیاز داریم که توان تولید انبوه آن را نداریم.

اگر بخواهیم یک نتیجه گیری از شرایط داشته باشیم، استفاده از تیرچه های پیش تنیده بهترین روش بالابردن کیفیت سقف هاست و باعث کاهش هزینه و جلوگیری از متوقف شدن پروژه ها به دلایل مالی است. این روش نه تنها سیستم رایج طراحی سازه ها و سقف را تغییر نمی دهد، می تواند کیفیت کار را بسیار افزایش دهد بدون اینکه احتیاج به یک تیم اجرایی خاص داشته باشیم. یعنی همان کسانی که تا کنون سقف های تیرچه بلوک را به روش خرپایی برپا می کرده اند، می توانند با تیرچه های پیش تنیده این کار را انجام دهند. به این ترتیب از مشکلات تیرچه های خرپایی خلاص می شویم و به دلیل کاهش هزینه ها با استقبال سرمایه گذاران در بخش ساخت و ساز مواجه می شویم.

از طرفی معماران و طراحان هم از درگیری با جزئیات بیهوده آسوده می شوند.