چرا تیرچه پیش تنیده دچار خیز کمتری می شود ؟

چرا تیرچه پیش تنیده دچار خیز کمتری می شود ؟ ایجاد نیروی فشاری اولیه، وجود فولاد پیش تنیده مقاوم و افزایش سختی مقطع و …

خیز، خمش یا جابه جایی عناصر سازه در اثر بارهای وارده می باشد. خیز، با انحراف به سبب بارهای وارده سبب تغییر خصوصیات مصالح و اعضای یک سازه می شود. انحراف زیاد سبب ایجاد ترک ها و تغییر فرم و کاهش پایداری سازه می شود. این عوامل به تدریج مشکلات زیادی را برای یک سازه بوجود می آورند.

مهندسان همواره به دنبال راهکارهایی هستند که با خیز بیش از اندازه در سازه مقابله کنند تا سازه دارای بیشترین مقاومت، دوام و طول عمر باشد. انتخاب مصالحی که برای ساخت سازه و اجرای سقف به کار می رود، تأثیر زیادی در کاهش خیز دارد. در این مطلب به این موضوع می پردازیم که چرا تیرچه پیش تنیده دچار خیز کمتری می شود و پایدارتر است.

خیز چیست؟

دال های بتنی پیش از آنکه در معرض نیروهای زمین لرزه قرار بگیرند، در معرض بارهای ثقلی قرار می گیرند. این بارها در طولانی مدت سبب تغییر شکل زیاد در مرکز چشمه دال می شوند.

تیرهای بتنی، ماکزیمم تغییر شکل را در معرض بارهای ثقلی طولانی مدت به ویژه در مرکز دهانه دارند. این تغییر شکل که از اصلی ترین فاکتورهای تعیین کننده ابعاد تیر و ضخامت دال می باشد، در میان مهندسان عمران به اسم خیز متداول تر است که مهندسان به دنبال کاهش آن تا رسیدن به حد مجاز آیین نامه ها می باشند. پیش از آنکه به این مسئله بپردازیم چرا تیرچه پیش تنیده دچار خیز کمتری می شود با مفهوم خیز و ملاحضاتی که در این زمینه وجود دارند، آشنا می شویم.

ملاحضات بهره برداری سازه در این زمینه

حالات حدی، حالاتی هستند که سازه یا بخشی از آن تا رسیدن به آنها، وظایف خود را کاملاً اجرا می کنند. اما بعد از رسیدن به هر یک از آنها نمی توانند وظایف خود را در آن حالت اجرا کنند. حالات حدی در یک دسته بندی کلی به دو حالت طبقه بندی می شود:

• حالات حدی نهایی مثل مقاومت، ناپایداری به دنبال واژگونی، تغییر مکان جانبی قابل توجه، گسیختگی به سبب خستگی موجب می شوند که سازه عملاً دیگر قابل استفاده نباشد.
• حالات حدی بهره برداری مثل تغییر شکل و خیز اعضا، لرزش، خسارت شدید به دلیل خستگی اعضا، خوردگی و دوام سبب می شوند که سازه آسیب ببیند اما قابل استفاده باشد و بتوان با تعمیرات مشکل بوجود آمده و راهکارهای تقویتی به حل مشکل اقدام نمود.

به چه دلیل و چرا تیرچه پیش تنیده دچار خیز کمتری می شود ؟

در سازه هایی که با بتن پیش تنیده اجرا می شوند به وضوح شاهد خیز کمتر هستیم. دلایل منطقی خیز کمتر در چنین سازه هایی را می توانیم موارد زیر عنوان کنیم:

1- ایجاد نیروی فشاری اولیه در بتن

اصلی ترین علت کاهش خیز در تیرچه پیش تنیده، شکل گیری نیروی فشاری اولیه در بتن می باشد. پروسه تولید بتن پیش تنیده این است که قبل از قرارگیری تیرچه در سازه، کابل ها یا مفتول های فولادی در معرض کشش هستند. بعد از انتقال این نیرو به بتن، یک فشار داخلی در مقطع تیرچه شکل می گیرد. این فشار سبب می شود که بتن نسبت به نیروهای کششی ناشی از بارهای ساختمانی دارای مقاومت بیشتری باشد و کمترین تغییر شکل ایجاد شود.

2- وجود کمترین تنش کششی در بتن

در پاسخ به اینکه چرا تیرچه پیش تنیده دچار خیز کمتری می شود باید به پایین بودن تنش های کششی در بتن اشاره کنیم. بتن در برابر فشار دارای مقاومت بالایی است ولی در برابر کشش ضعیف است. تیرچه های معمولی در زمان وارد شدن بار در بخش پایین خود در معرض کشش هستند و این مسئله، آنها را مستعد ترک می کند. اما تیرچه پیش تنیده با نیروی پیش تنیده تولید شده است. بنابراین درصد زیادی از تنش های کششی پیش از بهره برداری خنثی می شود و نتیجه آن، ترک خوردگی کمتر است.

3- افزایش سختی مقطع تیرچه

سختی، در کنترل خیز مؤثر است. هر چقدر که سختی بیشتری داشته باشیم میزان تغییر شکل در برابر بار کاهش پیدا می کند. تیرچه پیش تنیده به سبب بتن مقاوم و فولاد پیش کشیده دارای سختی بیشتری نسبت به تیرچه سنتی است. این مسئله موجب می شود که در دهانه های طولانی، عملکرد خوبی داشته باشد.

4- فولاد مقاوم و کنترل شده

وجود فولاد مقاوم و کنترل شده، دیگر پاسخی است که به پرسش چرا تیرچه پیش تنیده دچار خیز کمتری می شود ، ارائه می دهیم. برای تولید تیرچه پیش تنیده از فولاد با مقاومت بالایی استفاده می کنند. این فولاد در کارخانه در معرض یک کشش خاص قرار می گیرد و یک نیروی معین به بتن انتقال پیدا می کند. کیفیت و یکنواختی این پروسه سبب می شود تیرچه دارای عملکرد کنترل شده تری باشد و این مسئله احتمال خیز را به کمترین میزان می رسد. فولادی که برای بتن پیش تنیده به کار می رود دارای بیشترین کیفیت و بیشترین مقاومت کششی است.

5- چرا تیرچه پیش تنیده دچار خیز کمتری می شود : به دلیل کنترل بهتر خیز در دهانه های بلند

تیرچه های معمولی را نمی توان در دهانه های طولانی استفاده کرد و برای استفاده از آن با چالش زیادی مواجه هستیم. زمانی که طول دهانه ها افزایش پیدا کند، مقدار خم شدگی تیرچه زیاد می شود. تیرچه پیش تنیده به سبب برخورداری از نیروی داخلی اولیه و مقاومت بالا برای اجرا در دهانه های بلند مناسب است و خیز کنترل شده ای را ارائه می دهد. به همین دلیل است که از تیرچه پیش تنیده در ساخت بسیاری از سازه های با دهانه های بلند استفاده می شود.

سخن پایانی

در بررسی اینکه چرا تیرچه پیش تنیده دچار خیز کمتری می شود به مهمترین دلایل اشاره نمودیم. چنانچه در طراحی سازه بتنی، خیزهای بوجود آمده در المان های خمشی ساختمان تحت کنترل نباشند و از مقدار خیز مجاز بیشتر شوند، خرابی های گستره ای در سازه ایجاد می شود. بنابراین نه تنها با مشکل کاهش زیبایی ظاهری ساختمان مواجه هستیم بلکه ایمنی ساکنین ساختمان کاهش پیدا می کند. در نتیجه انتظار می رود که از تمامی راهکارهایی که می تواند میزان خیز در ساختمان را کاهش دهد، استفاده شود.