تیرچه پیش تنیده یکی از مصالح نسبتا جدید در حوزه ی مهندسی عمران و راه و ساختمان شمرده میشود که از عمر ساخت و کاربرد آن در انواع سازه های جهان بیش از نیم قرن می گذرد. امروزه از این تیرچه ها میتوان در سازه ها عظیم الجثه و یا حتی ساختمانهای معمولی شهری بکار برد که تاثیر فوق العاده ای در کیفیت و همین طور برآورد هزینه های اقتصادی دارند. امروزه کاربرد این تیرچه پیش تنیده توانسته مقاومت بالایی به ساختمانها و سازه های غول پیکر در برابر حوادث غیرمترقبه ای همچون زلزله و سیل بدهد. بقولی میتوان اذعان داشت که کاربرد این تیرچه ها در حفظ امنیت جانی افراد حرف اول را میتواند بزند.
ساخت تیرچه پیش تنیده
اگر از کنار بعضی ساختمانها و یا سازه های در حال ساخت رد شده باشید دیده اید که کارگاه های کوچکی هم در کنار این پروژه های ساختمانی برپا شده اند. این کارگاه ها، کارگاه های پیش تنیدگی هستند که در آن اقدام به ساخت تیرچه های پیش تنیده می کنند. معمولاً باید این تیرچه های پیش تنیده را در کارگاه های مجهز به دستگاه هایی که دارای سیستم های پیش تنیدگی هستند ساخت. این دستگاه ها ، تیرچه های پیش تنیده را مطابق با استانداردهای روز دنیا ساخته و بعد تیرچه ها مورد تست و بازبینی کارشناسان خبره ی این کار قرار می گیرند. محیط ساخت این تیرچه ها هم مهم است. کارگاه های پیش تنیدگی را معمولا مسقف بنا کرده و لازم است از دمای استاندارد برخوردار باشد. مهمترین دستگاهی که در ساخت تیرچه های پیش تنیده دخالت دارد اکسترودر می باشد که بتن را در قالبهای مخصوص ساخت تیرچه ها میریزد.
یک پژوهش علمی درباره ی تیرچه ی پیش تنیده
ادوارد.جی.نِیوی و پی.تی.هانگ دو تن از دانشمندانی بوده اند که در زمینه ی بتن و تیرچه ی پیش تنیده و تحقیق درباره ی این موضوع جزو پیشگامان این حوزه محسوب می شده اند. پژوهش درباره ی ” کنترل ترک و انحراف تیرچه ی پیش تنیده” یکی از مهمترین کارهای علمی این دو نفر در صنعت عمران و ساختمان سازی به حساب می آید. هدف اصلی از این پژوهش مطالعه ی قابلیت سرویس تیرچه ی های پیش تنیده ی I شکل و T شکل از ظریق بررسی تحلیلی و تجربی رفتار خمشی آنها نسبت به ترک خوردگی و انحراف تا شکستشان می باشد.
برنامه ی آزمایش
در این بخش این دو پژوهشگر، خواص مواد مورد استفاده در برنامه ی آزمایشی ترک و انحراف تیرچه ی پیش تنیده را مورد بررسی خود قرار داده و جزئیات ساخت نمونه های تیرچه و روش آزمایش آن را ارائه می دهند.
مواد
نسبت مواد شرکت کننده در مخلوط بتن اولیه برای شرکت در آزمایش، برای مقاومت فشاری اسمی ۲۸ روزه تقریباً ۴۰۰۰ psi (۲۸۱ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع) بود. نسبت سیمان آب بین ۵٫۴ و ۷٫۱ گال برای هر کیسه سیمان متغیر بود. درشت سنگدانه مورد استفاده، سنگ خرد شده با حداکثر اندازه (۹٫۳۵ میلی متر) بود؛ در حالی که توده ی حاصله ی خوب از ماسه ی محلی طبیعی بود. هفت سیم یک چهارم اینچی بدون پوششِ کم تنش، ۲۵۰ ksi 7 ، برای پیش تنیدگی استفاده شد. مساحت اسمی رشته ۰٫۲۳۴ سانتی متر مربع و این ماده دارای طول واحد ۰٫۶۵ درصد در ۷۰ درصد نهایی بود. مواد مشخصات ASTM A-416 را برآورده کرد و یک رابطه ی تنش – کشش معمولی داشتند.
ساخت و تست تیرچه پیش تنیده
در این قسمت، دانشمندان ما بیست دهانه ی تک و چهار تیرچه ی ممتد ساختند و مورد آزمایش قرار دادند. تیرچه های تک دهانه ای که به سادگی پشتیبانی می شدند به شرح زیر بودند:
۱٫تیرهای B-1 تا B-6 برش T فقط با تاندون های پیش تنیده بودند.
۲٫تیرچه های B-7 تا B-18 هم برش های T شکل تقویت شده بودند با هم تاندونهای پیش تنیده ی پیش فشرده و هم فولاد نرم نافشرده.
۳٫تیرچه های B-19 تا B-20 با برش مقطعی I هم تقویت شده ی پیش تنیده بودند و هم غیر پیش تنیده.
تیرچه های B-21 تا B-24 با برشهای مقطعی I ممتد، روی دو دهانه تقویت شده بودند، با هر دو تاندون های پیش تنیده ی پیش فشرده و تقویت کننده ی فولادی نرم. لازم به ذکر است که در تمامی این تیرچه های آزمایشی از پروفیل رشته مستقیم استفاده شده بود. برای تیرچه های پیوسته و ممتد، در مناطق فشرده سازی رشته ها در شیلنگ های پلاستیکی قرار داده شدند که این عمل برای دستیابی به پیوند صفر بین بتن و رشته ها به اجرا درآمد. پیش از انجام این مرحله از آزمایش ، رشته هایی که در مناطق فشرده سازی بودند بریده شدند تا تاثیر این رشته ها در این مناطق صفر حذف شود. باید یادآوری کرد که همه ی این تیرچه ها دارای ضخامتی ۱۰ اینچی(۲۵ سانتی متر) بودند. در ضمن تیرچه های مورد آزمایش همگی برای مقاومت در برابر کششِ موربِ بیش از حد طراحی شده بودند. رکاب های بسته شده ی معیوب در ۶ اینچ (۱۵سانتی متر) مرکز به مرکز در سرتاسر دهانه برای تیرچه های با درصدی فولاد کششی کم آرماتور ۴ اینچی(۱۰ سانتی متر) برای تیرچه های حاوی آرماتور کششی درصد بالا بکار گرفته شدند.
نتایج آزمایش تیرچه پیش تنیده
این بخش نتایج آزمایش را برای نیروی پیش تنیدگی مؤثر، ظرفیت لحظه ای، عرض ترک خمشی و داده های انحراف بار خلاصه کرده است. براساس نتایج حاصله از این آزمایشات، اندازه گیری نیروی پیش تنیدگی موثر برای تعیین تنش خالص فولاد برای هر حالت بارگذاری ضروری است. بر همین اساس، لحظات خارجی اندازه گیری شده،Mc ، …، تولید اولین مو برداشتگی با لحظه ی ترک خوردگی مورد محاسبه ی دقیق قرار گرفته و مقایسه شدند. برای آگاهی از میزان ترک خوردگی تیرچه پیش تنیده حداکثر عرض ترک در سطح آرماتور و در سطح کششی پایینی بتن اندازه گیری شد. فاصله ی ترک ها در هر دو طرف هر تیرچه و در هر مرحله از بارگیری اندازه گیری شد.
این فاصله ها برای هر نمونه آزمایش خلاصه شد و میانگین فاصله ترک ها مورد محاسبه قرار گرفت. از این بررسی ها مشاهده می شود که ترک های خمشی اولیه در سطح تنش خالص فولاد نسبتاً پایین بین ۳ و ۸ ksi شروع میشد. این ترکهای اولیه بصورت نامنظم و بصورت کاملاً تصادفی ایجاد میشوند. همه ترکهای اصلی هم معمولاً در سطح تنش خالص فولادی ۲۵ تا ۳۰ ksi پدید می آیند. در تنش های بالاتر ترک های موجود عریض تر شده و شکاف های باریک گسترده و جدید معمولا بین ترک های اصلی تشکیل می شود.
این تحقیق بخشی از یک برنامه ی پژوهشی مستمر در مورد رفتار تیرچه ها و دال های بتنی پیش تنیده است که توسط اساتید ذکر شده و در آزمایشگاه های تحقیقات بتن وزارت عمران و مهندسی محیط زیست دانشگاه راتگرز ایالت نیوجرسی به انجام رسیده است.
