مقدمه ای بر ساخت و کاربرد تیرچه پیش تنیده
بتن پیش ساخته یا تیرچه پیش تنیده ابتدا در سال ۱۸۸۶ توسط مهندسین فرانسیسکان جکسون در لیست اختراعات بشر ثبت شد. این اختراع جدید بشر که از جمله مصالح بسیار مقاوم پروژه های ساخت و ساز محسوب می شد، در سال های اول تولید خود زیاد مورد توجه مهندسین و پیمانکاران ساختمانی قرار نگرفت؛ اما پس از گذشت ۵۰ سال و روبه رو شدن بشر با مسئله مهم کمبود فولاد در زمان جنگ جهانی دوم، مهندسین و پیمانکاران اروپایی به تدریج تیرچه پیش تنیده را در دسته ی مصالح مصرفی پروژه های خود قرار دادند.
امروزه به منظور بالا بردن مقاومت سازه ها در انواع پروژه های ساخت و ساز، از تیرچه پیش تنیده برای ساخت سازه ها استفاده می کنند. تیرچه پیش تنیده در اصل شکل دیگری از تیرچه های بتنی می باشد که از نظر نحوه ساخت و تولید با سایر تیرچه های بتنی تفاوت دارد. همچنین تیرچه های پیش تنیده نسبت به سایر تیرچه های بتنی، کرومیت و خرپایی از مقاومت کششی یا خمشی بسیار بالایی برخوردارند.
برای تولید و ساخت تیرچه پیش تنیده مراحل مختلفی باید انجام شود تا بتن این تیرچه به سطح مقاومت حداکثر c45 برسد. برای آنکه بتن تیرچه پیش تنیده به این سطح از مقاومت برسد، معمولا بتن را تحت فشار نیروهای کشسانی سیم های فولادی قرار می دهند و لذا پس از اعمال این فشار به بتن، مقاومت کششی و خمشی بتن بالا می رود و در نتیجه می توان گفت با این روش تیرچه های پیش تنیده از مقاومت کششی و خمشی بالایی برخوردار خواهند شد.
برای آنکه بتوانیم تمایزات تیرچه های پیش تنیده با سایر تیرچه ها بتنی، کرومیت و خرپایی را بهتر درک کنیم ابتدا لازم است با نحوه ساخت تیرچه پیش تنیده و سپس مشخصات و ویژگی های این تیرچه ها آشنا شویم. به همین منظور در ادامه به نحوه تولید و مشخصات تیرچه پیش تنیده خواهیم پرداخت.
نحوه ساخت تیرچه پیش تنیده
تیرچه های پیش تنیده اغلب در کارخانه ها و توسط دستگاه های کاملا اتوماتیک تولید می شوند؛ زیرا برای آنکه بتوانیم بتن این تیرچه ها را به سطح مقاومت مورد نظر برسانیم، به دستگاه هایی مخصوص نیاز داریم تا بتن را تحت فشار قرار دهیم.
دستگاه اکسترودر از جمله دستگاه های پر کاربردی است که می توان برای تحت فشار قرار دادن بتن تیرچه پیش تنیده از آن استفاده کرد؛ زیرا این دستگاه آلمانی با استفاده از بخار و حرارت می تواند بتن را تحت فشار نیروهای کشسانی وایرهای فولادی، به مقاومت حداقل ۳۵۰ و حداکثر ۵۵۰ کیلوگرم نیرو بر سانتی متر مربع برساند.
فرآیند تولید تیرچه پیش تنیده به طور کلی در دو مرحله پیش تنیدگی و پس تنیدگی انجام می شود. در هر دو مرحله وایرهای فولادی توسط جک ها یا لنگرهای مخصوص کشیده می شوند تا به مقاومت نهایی خود برسند. وایرهای فولادی به کار رفته در این تیرچه ها دارای مقاومت حداقل ۱۷۵۰۰ کیلوگرم نیرو بر سانتی مترمربع می باشند.
در مرحله پیش تنیدگی وایرهای فولادی داخل قالب های مخصوص تولید تیرچه پیش تنیده قرار گرفته و سپس توسط جک های مخصوص کشیده می شوند، پس از آنکه وایرها به مقاومت نهایی رسیدند، فرآیند بتن ریزی داخل قالب ها به طوری که حداکثر ۲۰ میلی لیتر بتن روی سطح وایرها را پوشش دهد، انجام می شود. فرآیند پیش تنیدگی پس از بتن ریزی دوباره بر بتن و وایرها اعمال می شود تا میان بتن و وایرهای فولادی پیوستگی مطلوبی ایجاد شود.
مرحله پس تنیدگی که پس از فرآیند بتن ریزی شروع می شود، در این مرحله نیز وایرهای فولادی دوباره توسط جک ها و لنگرهای خمشی کشیده شده و سپس رها می شوند تا با آزاد شدن نیروی وایرها در بتن، مقاومت کششی بتن افزایش یابد. در واقع رها کردن وایرها موجب ایجاد یک نیروی فشاری بزرگ در بتن می شود که این نیرو به نیروی پیش تنیدگی معروف است.
در تمام مراحل ساخت تیرچه پیش تنیده، فرآیند بتن ریزی و عمل آوری بتن توسط بخار و به وسیله ی دستگاه اکسترودر انجام می شود؛ زیرا نمی توان هیچ کدام از این مراحل را به صورت دستی انجام داد. همچنین با اجرای مراحل تولید تیرچه پیش تنیده توسط دستگاه احتمال خطا به شدت کاهش می یابد.
مشخصات تیرچه پیش تنیده و تمایزات این تیرچه با سایر تیرچه های بتنی
اگر بخواهیم اجزاء اصلی و سازنده تیرچه پیش تنیده را نام ببریم، باید گفت که بتن و وایرها یا سیم های فولادی از جمله اجزای اصلی و سازنده ی تیرچه های پیش تنیده می باشند که برای تولید و ساخت تیرچه پیش تنیده معمولا از وایرهای فولادی با مقاومت حداقل ۱۴۷۵ و حداکثر ۱۹۶۰ نیوتن بر میلی متر مربع استفاده می کنند و بتن این تیرچه در رده مقاومتی حداقل c35 و حداکثر c45 قرار دارد.
تیرچه های پیش تنیده از نظر مشخصات ظاهری، اغلب به شکل T معکوس و معمولا به صورت مقطع تولید می شوند. همچنین این تیرچه ها ابعاد کوچکتری نسبت به سایر تیرچه های بتنی دارند، به عنوان مثال قسمت تحتانی این تیرچه ها دارای ابعاد ۱۰ الی ۱۵ سانتی متر می باشد که این اندازه نسبت به سایر تیرچه های بتنی بسیار کوچکتر می باشد.
از جمله مشخصات کاربردی تیرچه های پیش تنیده می توان به سطح مقاومت کششی این تیرچه ها در مقابل انواع نیروهای کشسانی و خمشی اشاره کرد. این تیرچه ها می توانند انواع بارهای اجرایی و بارهای مرده ی سازه یا ساختمان را تحمل کنند، در حالی که سایر تیرچه های بتنی فاقد هر گونه مقاومت کششی می باشند و اغلب در مقابل بارهای اجرایی ترک می خورند و خسارت هایی زیادی به پروژه وارد می سازند.
همانطور که گفتیم وایرهای فولادی و بتن از جمله اجزای اصلی تیرچه پیش تنیده می باشند. در نتیجه می توان گفت که وایرهای فولادی و بتن به کار رفته در تیرچه از جمله مشخصات فنی تیرچه پیش تنیده به شمار می آیند که به پارامترهای مختلفی همچون مشخصات مقطع، مشخصات مکانیکی بتن و مشخصات مکانیکی وایرهای فولادی بستگی دارند.
در نتیجه باید گفت که تیرچه های پیش تنیده دارای مشخصات فنی، ظاهری و کاربردی هستند که امروزه به دلیل مقاومت بالای خود در انواع پروژه های ساخت و ساز از آن ها استفاده می شود. همچنین با شناخت مشخصات و ویژگی های تیرچه های پیش تنیده می توان به راحتی تفاوت ها و تمایزات این تیرچه را با سایر تیرچه های بتنی مشخص کرد که از جمله مهم ترین تمایزات میان تیرچه پیش تنیده و سایر تیرچه های بتنی، تفاوت در نحوه ساخت و تولید این تیرچه ها می باشد.
همچنین از جمله تمایزات این تیرچه ها با سایر تیرچه های بتنی می توان به نحوه نصب و اجرای این تیرچه در سازه اشاره کرد. از آنجا که فرآیند بتن ریزی تیرچه پیش تنیده به طور کامل در کارخانه انجام می شود، درحالی که فرآیند بتن ریزی برای سایر تیرچه های بتنی، کرومیت و خرپایی معمولا در زمان نصب تیرچه داخل سازه انجام می شود.