کابل پیش تنیدگی – استرند چیست؟
کابل پیش تنیدگی که به عنوان استرند پیش تنیده نیز شناخته می شود، یک کابل استرند یا کابل فولادی با مقاومت بالا است که برای پیش تنیدگی بتن استفاده می شود. پیش تنیدگی بتن را قبل از بارهای وارده تحت فشار قرار می دهد و ظرفیت تحمل بار آن را افزایش می دهد و باعث ایجاد فاصله طولانی تر بین تکیه گاه ها می شود. پیش تنیدگی یکی از روش های پیش تنیدگی بتن است که در آن استرند های فولادی قبل از قرار دادن بتن تحت تنش قرار می گیرند. کابل پیش تنیدگی یا کابل استرند چیست ؟ با ما همراه باشید تا در این موضوع عمیق تر شویم و با انواع کابل استرند بیشتر اشنا شوید.
چگونه پیش تنیدگی کار می کند
در بتن پیش تنیده، استرند های فولادی پیش تنیده ابتدا بین لنگرهای ثابت کشیده شده و تحت تنش قرار می گیرند. پس از تنش، کابل استرند برای حفظ کشش لنگر می زنند. سپس در اطراف استرند ها بتن ریخته می شود. هنگامی که بتن سخت شد و به مقاومت کافی رسید، استرند ها از لنگرها آزاد می شوند. استرند ها سعی می کنند به طول اولیه خود منقبض شوند اما توسط بتن مهار می شوند. این باعث می شود تا بتن در حالت فشار قرار گیرد در حالی که استرند ها در کشش هستند.
فشرده سازی ایجاد شده می تواند تا 1000 psi یا بیشتر باشد. این به عضو اجازه می دهد تا بارهای افزایش یافته را بدون انحراف یا ترک خوردگی حمل کند. از آنجایی که بتن همیشه تحت فشار است، حتی در هنگام بارگذاری نیز از ترک خوردن جلوگیری می شود. نیروی کشش در فولاد نیروی فشاری در بتن را برای یک نیروی خنثی خالص درون عضو جبران می کند.
کابل بدون روکش (Uncoated PC Strand)
کابل استرند بتن پیش تنیده بدون پوشش (PC) که به عنوان استرند PC ساده یا لخت نیز شناخته می شود، از سیم های فولادی با استحکام بالا ساخته شده است که در یک کابل بافته شده اند. کابل استرند PC یک جزء حیاتی در ساخت بتن پیش تنیده است.
در روش پیش تنیدگی، استرند های PC قبل از ریختن بتن در دو انتها کشیده شده و لنگر می زنند. این باعث ایجاد تنش های فشاری در بتن می شود که استرند ها پس از سخت شدن بتن آزاد شوند. پیش فشرده سازی به عضو اجازه می دهد تا در هنگام سرویس بارهای بیشتری را تحمل کند.
استرند های pc بدون پوشش معمولاً از میله سیم فولادی با کربن بالا با قطرهای 9 تا 15 میلی متر ساخته می شوند. سیم های منفرد، با قطر بین 2 تا 4 میلی متر، به صورت سرد تا مقاومت کششی بالای 1860 مگاپاسکال کشیده می شوند. سپس سیم‌ها به هم بافته می‌شوند و تعداد سیم‌ها و قطر استرند بر اساس کاربرد متفاوت است.
پیکربندی های رایج شامل استرند های 7 سیم با قطر بین 9.3 تا 15.2 میلی متر و استرند های 19 سیم از قطر 15 تا 26 میلی متر است. تعداد سیم‌های بیشتر، تنش‌ها را روی نقاط تماس بیشتری توزیع می‌کند و کابل‌های قوی‌تر را امکان‌پذیر می‌کند.
وضعیت سطح استرند PC برای اتصال قوی با بتن بسیار مهم است. استرند های بدون پوشش دارای روان کننده داخلی برای کاهش اصطکاک در طول کشیدن سیم هستند. این ماده قبل از قیطاندن با یک فرآیند ترشی اسید برای زبری سطح حذف می شود. همچنین ممکن است استرند ها به آرامی زنگ زده شوند تا چسبندگی بیشتر شود.
نگهداری و جابجایی مناسب استرند های بدون پوشش برای جلوگیری از خوردگی یا آسیب فیزیکی قبل از استفاده مهم است. استرند ها باید پوشانده شوند و مستقیماً روی زمین نگهداری نشوند. استرند های آسیب دیده یا خورده شدید باید رد شوند زیرا استحکام کابل را به خطر می اندازند.
استرند PC بدون پوشش به دلیل استحکام، شکل پذیری و مقرون به صرفه بودن، پرمصرف ترین نوع تاندون پیش تنیدگی در سطح جهان است. برای تیرهای پیش ساخته، پیش تنیده، شمع ها، تیرک ها، تراورس ها و سایر اعضای سازه ضروری است.
کابل روکش دار (Unbonded PC Strand)
کابل استرند pc پوشیده شده یا بدون اتصال شامل استرند های بدون پوشش جداگانه است که به طور آزاد در یک غلاف پلاستیکی محصور شده اند. این غلاف در برابر خوردگی و سایش فیزیکی بدون ایجاد مانع از اتصال بتن محافظت می کند.
این پوشش معمولاً از پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) در ضخامت های 0.3 تا 0.6 میلی متر ساخته می شود. در طول ساخت مستقیماً روی سیم های استرند ای اکسترود می شود یا به صورت مارپیچی دور استرند ها پیچیده می شود. یک لایه نازک گریس ممکن است غلاف و استرند ها را از هم جدا کند تا امکان حرکت آزاد را فراهم کند.
کابل های پوشیده شده در همان قطرها و پیکربندی های سیم مانند استرند های لخت تولید می شوند. تعداد استرند ها در هر کابل پوشیده شده بسته به ظرفیت بار مورد نیاز می تواند از 3 تا بیش از 50 استرند متفاوت باشد. استرند های بیشتر انعطاف پذیری و افزونگی بیشتری را فراهم می کنند.
در لنگرهای تحت فشار، غلاف در طول کوتاهی برداشته می شود تا استرند های برهنه نمایان شود. این امر لنگر انداختن مناسب کابل ها را در داخل بتن تضمین می کند. طول پوشیده باقی مانده محافظت در برابر خوردگی را در مناطق دور از لنگرها فراهم می کند.
کابل استرند پوشیده شده برای ساخت و سازهای پس تنیده و چسبیده ایده آل است. کابل ها قبل از اینکه تحت تنش و دوغاب قرار گیرند از طریق مجاری ریخته شده در تیرهای بتنی رزوه می شوند. پوشش پلاستیکی صاف از اتصال با بتن اطراف جلوگیری می کند و در هنگام کشش باعث افزایش طول می شود.
در برخی کاربردها، کابل‌های سرپوشیده ممکن است مستقیماً با غلاف در قسمت‌هایی که پیوند مورد نظر برداشته می‌شود، در بتن جاسازی شوند. پوشش تغییر شکل نیروی پیش تنیدگی را در طول طول های بدون پیوند حذف می کند.
در مقایسه با استرند های پوشش داده شده با اپوکسی، کابل های پوشیده شده مقاومت خوردگی مشابهی را با هزینه کمتر ارائه می دهند. در صورت آسیب دیدن غلاف می توان آنها را به راحتی بررسی و تعمیر کرد. استرند پوشیده شده یک گزینه مقرون به صرفه برای سازه های بادوام پس کششی است.
کابل با روکش اپوکسی (Epoxy coated PC Strand)
استرند بتن پیش تنیده با پوشش اپوکسی (EPCC) متشکل از مفتول های فولادی با استحکام بالا است که با یک لایه اپوکسی متصل به همجوشی پوشانده شده است. اپوکسی چسبنده از فولاد در برابر خوردگی محافظت می کند و اتصال آن به بتن را تقویت می کند.
استرند های pc لخت ابتدا برای از بین بردن روغن، گریس و زنگ زدگی سطح تمیز می شوند. پوشش پودری اپوکسی قبل از اینکه به استرند های مارپیچ 7 سیم پیچانده شود به صورت الکترواستاتیک روی هر سیم اعمال می شود. ضخامت لایه اپوکسی به شدت در 0.3 تا 0.5 میلی متر کنترل می شود.
پودر اپوکسی در طول فرآیند بافته شدن سیم تحت حرارت و فشار ذوب شده و به یک پوشش صاف تبدیل می شود. پوشش انعطاف پذیر در نقاط تماس سیم ترک نمی خورد یا تراشه نمی کند. چسبندگی آن به فولاد به اندازه کافی قوی است که در هنگام پیش تنیدگی در برابر نیروهای کششی و خمشی مقاومت کند.
پوشش های اپوکسی در مقایسه با استرند های لخت یا گالوانیزه مقاومت بسیار خوبی در برابر رطوبت و شیمیایی ایجاد می کنند. این مانع از خوردگی می شود حتی با نقص پوشش کوچک که فولاد را در معرض دید قرار می دهد. استرند EPCC دوام طولانی مدت را حتی در محیط های مرطوب، ساحلی و شیمیایی تهاجمی ارائه می دهد.
لایه اپوکسی قطر خارجی استرند را افزایش می دهد و بافت سطح آن را اصلاح می کند. این امر باعث افزایش پیوند بین فولاد و بتن می شود. استرند های پوشش داده شده با اپوکسی تنش ها را به طور موثرتری نسبت به استرند های لخت منتقل می کنند و طول انتقال را کاهش می دهند.
استرند EPCC برای هر دو کاربرد پیش تنیده و پس تنیده استفاده می شود. برای ایجاد حفاظت کامل در برابر خوردگی برای اعضای ساختاری حیاتی، با تقویت کننده با پوشش اپوکسی ترکیب شده است. هزینه بالاتر پوشش اپوکسی در محیط های بسیار تهاجمی و برای طراحی های کم تعمیر و نگهداری قابل توجیه است.
جابجایی مناسب در حین حمل و نقل و نصب برای جلوگیری از آسیب پوشش که می تواند باعث خوردگی شود ضروری است. به طور کلی، پوشش اپوکسی به طور قابل توجهی عمر مفید استرند PC را در مقایسه با جایگزین های لخت یا گالوانیزه افزایش می دهد.
مواد استفاده شده
استرند های پیش تنیدگی مورد استفاده در اعضای پیش تنیده از فولاد با استحکام بالا ساخته شده اند. متداول ترین نوع فولاد مورد استفاده، کابل استرند هفت سیم و کم آرامش است که با استاندارد ASTM A416 مطابقت دارد. استرند در قطرهای مختلف از 1/4 اینچ تا 3/4 اینچ عرضه می شود. استرند با قطر 1/2 اینچ با استحکام نهایی تضمین شده 270 ksi بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.
فولاد مورد استفاده دارای مدول الاستیک تقریباً 3 برابر آرماتورهای معمولی است. بنابراین، فولاد پیش تنیدگی قادر است تنش های بسیار بالاتری را تحمل کند. مواد دیگری مانند فایبرگلاس و فیبر کربن نیز می توانند به عنوان تاندون استفاده شوند، اما استرند فولادی مقرون به صرفه ترین انتخاب است.
بتن مورد استفاده در اعضای پیش تنیده دارای حداقل مقاومت فشاری 5000 psi است. بتن با خاصیت انقباض کم برای به حداقل رساندن افت پیش تنیدگی ترجیح داده می شود. عمل آوری بتن با بخار اغلب برای تسریع افزایش مقاومت انجام می شود تا بتوان استرند ها را سریعتر برای استفاده مجدد رها کرد.
کاربردهای پیش تنیدگی
برخی از کاربردهای رایج پیش تنیدگی عبارتند از:
- تیرهای پیش تنیده – برای استفاده در پل ها، ساختمان ها، استادیوم ها و غیره. تیرهای I-پیش تنیده استاندارد شده برای دهانه های تا 100 فوت تولید می شوند. تیرهای سفارشی را می توان برای دهانه های طولانی تر ساخت.
- اسلب های توخالی – دال های حاوی حفره های پیوسته برای کاهش وزن خود. برای کف و سقف در ساختمان ها و سازه های پارکینگ استفاده می شود. طول دهانه تا 60 فوت امکان پذیر است.
- دو سه راهی – تیرهای فلنجی که به عنوان تیرچه کف استفاده می شود. فلنج ها به عنوان یک قالب یکپارچه برای پشتیبانی از دال های کف عمل می کنند. عمق استاندارد بین 8 تا 32 اینچ است.
- شمع ها – شمع های بتنی پیش تنیده را می توان با چکش به داخل زمین فرو کرد تا پایه های عمیق ایجاد شود. پیکربندی H-pile معمول است.
- قطب ها – تیرهای برق، برج های انتقال، تیرهای چراغ برق و غیره. پیش تنیدگی به استحکام طراحی بالاتر و تیرهای بلند و باریک اجازه می دهد.
- پانل های دیوار – بخش های دیواری از پیش ساخته شده که برپا می شوند و سپس در محل با اتصالات ریخته گری شده به هم دوخته می شوند. دیوارهای پیش ساخته کیفیت و سرعت ساخت را بهبود می بخشد.
- پوشش های خط لوله – پیش تنیدگی برای فشرده سازی لوله بتنی پیش ساخته و جلوگیری از نشتی در درزها استفاده می شود. برای لوله های تا قطر 13 فوت موجود است.
مزایای پیش تنیدگی
برخی از مزایای اعضای بتنی پیش تنیده در مقایسه با استفاده از آرماتورهای غیر پیش تنیده عبارتند از:
- افزایش نسبت دهانه به عمق امکان پذیر است و در نتیجه اعضای کم عمق تر می شوند
- کاهش ابعاد مقطع و وزن خود به میزان 25 درصد یا بیشتر
- قابلیت سرویس دهی بهبود یافته با کاهش انحراف و ترک خوردگی
- خزش و جمع شدگی کم به دلیل همیشه در فشار بودن بتن
- سرعت ساخت به دلیل استفاده از عناصر پیش ساخته افزایش می یابد
- کیفیت بالاتر به عنوان کار انجام شده در شرایط کنترل شده کارخانه
- رفع مفاصل و نیاز به پس کشش در برخی موارد
- دستیابی به دهانه های طولانی فراتر از محدودیت های تقویت فولاد ملایم
پیش تنیدگی در مقابل پس کشش
پس تنیدگی روش دیگری برای پیش تنیدگی بتن است. در پس کشش، ابتدا تقویت معمولی ارائه می شود. پس از اینکه بتن استحکام پیدا کرد، تاندون ها از طریق مجاری ریخته شده به داخل بتن کشیده می شوند و بر روی بتن سخت شده تحت فشار قرار می گیرند.
موارد زیر پیش تنیدگی و پس کشش را مقایسه می کند:
- مقاومت بتن – پیش تنیدگی به مقاومت اولیه بالایی نیاز دارد در حالی که پس تنیدگی متکی به مقاومت اولیه بتن نیست.
- توالی – در پیش تنیدگی ابتدا استرند ها تحت تنش قرار می گیرند سپس بتن ریزی می شود. پس کشش پس از سخت شدن بتن انجام می شود.
- پیوند – استرند های پیش تنیده چسبندگی خوبی به بتن دارند زیرا مستقیماً در داخل آن ریخته می شوند. پس کشش از تاندون های بدون پیوند استفاده می کند.
- محافظت – استرند های پیش تنیده به طور دائم توسط پوشش بتنی محافظت می شوند. تاندون های پس از کشش باید پس از ایجاد تنش تزریق شوند.
- تنش – سطوح پیش تنیدگی بالاتری را می توان در پیش تنیدگی به دست آورد زیرا بتن تحت تنش قرار نمی گیرد. در پس تنیدگی، بتن در حال پیش تنیدگی از قبل سخت شده است.
- تراکم باقیمانده – مقداری پیش فشرده سازی در اعضای پیش تنیده پس از انتقال به دلیل کوتاه شدن الاستیک از بین می رود. در پس کشش، بتن به طور دائم در فشار باقی می ماند.
به طور کلی، پیش تنیدگی برای مقاطع پیش ساخته و استاندارد ترجیح داده می شود، در حالی که پس تنیدگی انعطاف پذیری را در ریخته گری محل برای پل ها و دال ها ارائه می دهد. برای ساختمان های بلند، اغلب از ترکیبی استفاده می شود – تا حدود 20 طبقه پیش تنیده و بالاتر از آن پس تنیده شده است.
فرآیند پیش تنیدگی مرحله به مرحله
مراحل مختلف درگیر در پیش تنیدگی اعضای بتنی عبارتند از:
- فرم – فرم های فولادی یا فایبرگلاس منطبق بر شکل عضو مورد نیاز با لنگرهایی در انتهای آن آماده می شوند.
- طرح بندی استرند – استرند های فولادی پیش تنیدگی با استحکام بالا در طول قالب قرار می گیرند. توزیع و فاصله طبق الزامات طراحی است. صفحات لنگر در انتها ثابت می شوند.
- تنش دادن – یک سر استرند ها لنگر می زند در حالی که سر دیگر توسط جک ها به نیروی پیش تنیدگی طراحی شده کشیده می شود. چندین کابل استرند به طور همزمان تحت فشار قرار می گیرند.
- ریخته گری – بتن پس از تنش در قالب ریخته می شود. تثبیت و پخت خوب تضمین شده است. پخت با بخار برای انتقال سریعتر بار رایج است.
- رهاسازی – پس از اینکه بتن به مقاومت فشاری مورد نیاز رسید، استرند ها از لنگر آزاد می شوند. پیش فشرده سازی از طریق باند به بتن منتقل می شود.
- پایان – عضو از فرم خارج می شود. تکمیل نهایی و ذخیره سازی قبل از انتقال پیش ساخته به محل ساخت و ساز انجام می شود.
ملاحظات طراحی
برخی از ملاحظات طراحی مهم عبارتند از:
- مقدار پیش فشرده سازی برای جبران تنش ها تحت بارهای سرویس
- حداکثر سطح پیش تنش برای جلوگیری از شکست در بارهای نهایی
- استرس در انتقال و زیان های تدریجی بلند مدت
- طراحی ناحیه لنگر برای توزیع تنش در نزدیکی انتهای
- محدودیت های انحراف برای دوام و ظاهر
- کنترل ترک تحت شرایط بار سرویس کامل
- کنترل تنش ها و طراحی اتصال برای عناصر پیش ساخته
- جلوگیری از خوردگی زیرا فولاد پیش تنیدگی دارای پوشش کم است
نتیجه
پیش تنیدگی بتن، طراحی کارآمد و اقتصادی عناصر سازه را ممکن می سازد. فولاد پیش تنیدگی با مقاومت بالا ابتدا تحت تنش قرار می گیرد سپس بتن دور آن ریخته می شود. پس از رها شدن کابل استرند، بتن تحت فشار قرار می گیرد. این به عضو اجازه می دهد تا بارهای سنگین و دهانه های طولانی را بدون ترک یا انحراف تحمل کند. پیش تنیدگی معمولاً برای ساخت تیرهای پیش ساخته، دال ها، شمع ها و سایر اجزای استاندارد استفاده می شود. هنگامی که در طراحی گنجانده می شود، اعضای پیش تنیده عملکرد و طول عمر بالاتری را در مقایسه با مقاطع تقویت شده معمولی نشان می دهند.
سوالات متداول
1. پیش تنیدگی چیست؟
پیش تنیدگی یک تکنیک ساخت و ساز است که در آن استرند های کابل فولادی با مقاومت بالا قبل از ریخته گری بتن کشیده می شوند. این فرآیند باعث ایجاد تنش های فشاری در بتن می شود و عملکرد ساختاری آن را افزایش می دهد.
2. استرند های کابل پیش تنیده معمولاً در کجا استفاده می شود؟
استرند های کابل پیش تنیده در کاربردهای مختلف ساختمانی از جمله پل ها، ساختمان های بلند، سازه های پارکینگ و تاسیسات صنعتی کاربرد گسترده ای پیدا می کنند.
3. مزایای استفاده از استرند های کابل پیش تنیده چیست؟
مزایای اصلی شامل بهبود عملکرد ساختاری، کارایی هزینه، جدول زمانی ساخت و ساز تسریع شده، و افزایش انعطاف پذیری طراحی است.
4. پیش تنیدگی چه تفاوتی با پس کشش دارد؟
در پیش تنیدگی، استرند های کابل قبل از ریخته گری بتن کشیده می شوند، در حالی که در پس تنیدگی، کشش پس از گیرش بتن اتفاق می افتد. هر روش بر اساس نیازهای پروژه کاربردهای مجزایی دارد.
5. هنگام استفاده از استرند های کابل پیش تنیده چه چالش هایی را باید در نظر گرفت؟
چالش‌ها عبارتند از پتانسیل خوردگی کابل استرند ، که نیاز به انتخاب دقیق مواد و پوشش‌های محافظ دارد. دقت در فرآیندهای تنش و تزریق بسیار مهم است که نیازمند نیروی کار ماهر و اقدامات کنترل کیفیت است.