ایده پیش تنیدگی در سال ۱۸۸۶ توسط یک مهندس آمریکایی به ثبت رسید ولی تقریبا نیم قرن زمان برد تا این فناوری جای خود را در صنعت ساختمان سازی پیدا کند. پس از پایان جنگ جهانی دوم و رشد صنعت فولاد و فناوری تولید بتن پرمقاومت، استفاده از پیش تنیدگی رواج پیدا نمود. اولین پل پیش تنیده در سال ۱۹۵۱ در کشور امریکا طراحی و اجرا شد.
پیش تنیدگی زمانی ایجاد می شود که دو نوع مصالح تحت تنش به شکلی به یکدیگر متصل شوند که نیروی موجود در یکی به وسیله نیروی مخالف در دیگری خنثی شود.
در گذشته از این روش در ساخت چرخ های درشکه استفاده می کردند. عامل یکپارچگی پرهها و طوقه چوبی درشکه، تسمه ای فولادی بود که به صورت داغ حول طوقه قرار داده می شد. با سرد شدن و منقبض شدن حلقه، مجموعه طوقه و پره فشرده شده و یکپارچه می گردید. یک مثال دیگر که نشان دهنده مفهوم پیش تنیدگی، بشکه های چوبی قدیمی است که کشش ایجاد شده در حلقه های فلزی به طور موثری قطعات چوبی را به یکدیگر می فشارد تا مقاومت پایداری آن را افزایش دهند.
در بتن پیش تنیده نیز با اعمال نیروی کششی به کابل ها که در بتن جاگذاری شده اند باعث می گردد تا در بتن نیروی فشاری ایجاد شود. پیش تنیده کردن بتن، به علت ضعف آن در مقابل تنش های کششی می باشد. وجود تنش های فشاری در بتن باعث خنثی شدن تنش های کششی ناشی از بارگذاری خمشی می گردد. این مفاهیم کاربرد اعضای بتنی کوچک تر و سبک تر را ممکن می سازد. بتن در فشار بسیار قوی می باشد ولی در کشش ضعیف است عموما از میلگردهای فولادی در بتن بعنوان آرماتور کششی استفاده می گردد تا مقدار ترک خوردگی را محدود کنند.
در یک تیر بتنی معمولی (غیر پیش تنیده) که تحت بار ثقلی قرار دارد به واسطه خمش ایجاد شده در آن، پائین مقطع (زیر تار خنثی) به کشش افتاده و در بالا فشار ایجاد می کند. از آنجا که بتن در کشش ضعیف است پس از ترک خوردن بتن در مقابل تنش های کششی، فولاد موجود در زیر تار خنثی به کشش می افتد. این شرایط ممکن است حتی تحت اثر وزن خود تیر نیز اتفاق بیفتد.
در پیش تنیدگی با اعمال تنشهای فشاری اولیه به المان های بتنی قابلیت باربری آنها افزایش و نیاز آنها به میلگرد کاهش مییابد. تنشهای اعمالی به المان در این روش عکس تنشهای ناشی از بارهای سرویس وارده به عضو است در سیستم پیش تنیده بجای آرماتورهای معمولی از یکسری کابل (تاندون) های با مقاومت کششی بالا استفاده میگردد. که کابلها تحت کشش زیادی قرار میگیرند و در دو انتهای تیر توسط گیرههای مخصوص تثبیت میشوند.
بدین ترتیب کابلهای کشیده شده پس از رها شدن از کشش تمایل به جمع شدن و رسیدن به حالت اولیه داشته و لذا یک نیروی فشاری زیادی در قسمت زیرین تار خنثی در بتن ایجاد میشود که به تبع این نیرو در مقابل نیروی کششی که بواسطه بارهای ثقلی در بتن ایجاد می گردد قرار میگیرد. این کابلها مقداری از نیروهای ناشی از بارهای ثقلی را خنثی نموده و مقطع قابلیت پذیرش بارهای بیشتری را دارد. بتن پیش تنیده را میتوان به عنوان بتن پیش فشرده تعریف کرد.
بدین معنی که قبل از آغاز بارگذاری، عضو بتنی تحت اثر تنش فشاری قرار دارد. این تنشها در نقاطی وارد میشود که در صورت عدم اعمال پیش تنیدگی، در این نقاط تنش کششی به وجود میآمد.
در سالهای اخیر استفاده از روش پیش تنیدگی بسیار ساده تر و مؤثرتر و مصالح آن بهینه سازی شدهاند. امروزه درصد بالائی از کل سازه های در حال احداث در سطح جهان با استفاده از این تکنولوژی ساخته میشوند. پیش تنیدگی در احداث ساختمانهای اداری و آپارتمانی مسکونی و تجاری، پارکینگ، استادیومهای ورزشی، تکیه گاههای خاک و مهار سنگی همچنین در پل سازی، ساخت مخازن بتنی و سازه های ویژه نظیر اسکله ها کاربردهای وسیعی پیدا کرده است.
در عملیات تنیدگی، در وهله اول اول اجرای بتن خوب مد نظر میباشد. فعالیت های دیگر همچون جایگذاری شبکه آرماتور و کابلها و کشیدن کابلها در زمان مناسب میباشد.
کنترل بتن پیش تنیده شامل بازرسیهای معمول و روش های نظارتی برای دستیابی به بتن خوب و یکنواخت است. در سازههای پیش تنیده، از بتن با رده مقاومتی ۳۰ تا ۵۵ مگاپاسکال استفاده میشود. دانستن اطلاعاتی از خواص بتن در درک بهتر مزیتهای پیش تنیدگی موثر است.
بتن در برابر فشار بسیار مقاوم اما در برابر کشش ضعیف است. به طور مثال وقتی نیرویی کششی در مقطع آن عمل کند، ترک میخورد. به طور معمول در سازه های بتنی وقتی باری شبیه به خودرو در یک پارکینگ برروی دال بتنی و یا تیرها قرار گیرد، تیر تمایل به انحنا و خم شدن دارد. این تغییر شکل خمیدگی باعث میگردد پایین تیر اندکی دچار کشیدگی و ازدیاد طول شود.
معمولا همین مقدار اندک کشیدگی برای ایجاد ترک در بتن کافی میباشد. میل گردهای تقویتی bars میلگردها در این حالت وقتی فقط به صورت مدفون در بتن قرار داده میشود به صورت نیروهای Pssive عمل مینمایند 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 می نمایند. در سیستم پیش تنیدگی فولاد به عنوان عامل مقاوم و موثر عمل می نماید. طوری که امکان بوجود آمدن ترک در بتن وجود نخواهد داشت. سازه های پیش تنیده حتی اگر تحت بارگذاری کامل قرار گیرند، طوری طراحی شده اند که کمترین خیز و ترک در سازه ایجاد نماید.
دهانه بزرگتر و کنسول های بلندتر: مهمترین ویژگی بتن پیشتنیده به دلیل بالانس نمودن تمام یا درصدی از نیروهای ثقلی و زنده افزایش دهانه مفید میباشد . بهگونهای که دهانههای تا مرز ۱۲ متر کاملاً قابل اجرا و اقتصادی است. این ویژگی در ساختمان های مسکونی که عمدتاً مشکل پارکینگ و مسیر حرکتی آن، در طبقات آرایش سادهتر پلانها بدون عنصر مزاحم، در ساختمانهای اداری امکان ایجاد فضاهای کاملاً باز، در پروژههای ساختمانی انبوهسازی امکان آرایش پلانهای متنوع، در مراکز خرید انعطاف پلان و نهایتاً در پروژههای مختلف امکانات بسیاری در دسترس کارفرمایان، طراحان و کاربران پروژه قرار میدهد.
منبع: http://www.irpci.ir/