نقش اصطکاک در سیستم های پیش تنیدگی

نقش اصطکاک در سیستم های پیش تنیدگی به صورتی است که سازه پیش تنیده دچار افت کیفیت و کاهش دوام و انسجام ساختاری می شود.

پیش تنیدگی هنگامی بوجود می آید که دو نوع مصالح در معرض تنش به همدیگر وصل شوند و نیروی موجود در یکی به واسطه نیروی مخالف در دیگری از بین برود. ساده ترین تعریفی که می توان برای پیش تنیدگی عنوان نمود، بوجود آوردن یک تنش ثابت و دائمی و به اندازه موردنظر در یک قطعه بتنی می باشد.

اصطکاک در پیش تنیدگی چگونه بوجود می آید؟

اصطکاک، نیروی مقاومتی است که به دلیل تماس میان دو سطح شکل می گیرد. این پدیده در سیستم پیش تنیدگی، در میان تاندون یا کابل های پیش تنیدگی و غلاف پیرامون آن ایجاد می شود.

لازم است بدانیم که نقش اصطکاک در سیستم های پیش تنیدگی چیست و چه تأثیری در عملکرد آن دارد. زمانی که جک هیدرولیکی کابل از یک طرف کشیده می شود نیروی وارده در سراسر تاندون به شکل یکسان باقی نمی ماند. هر اندازه فاصله از جک بیشتر باشد، قسمتی از نیروی کششی به سبب اصطکاک خنثی می شود. لذا نیروی پیش تنیدگی در آخر کابل کاملاً کمتر از نیروی اعمال شده در نقطه جک است.

چند نوع اصطکاک در سیستم پیش تنیدگی رخ می دهد؟

اصطکاکی که در این سیستم ایجاد می شود دو نوع است:

1-   اصطکاک ناشی از انحنای عمدی تاندون

در اغلب اعضای بتنی، کابل های پیش تنیده به طور مستقیم قرار داده نشده است. مسیر تاندون شاید برای مقابله بهتر با لنگرهای خمشی منحنی طور باشد. هر اندازه تغییر جهت کابل بیشتر باشد، فشار کابل بر دیواره غلاف بیشتر می شود و اصطکاک بیشتری رخ می دهد. این اصطکاک به صورت ضریب اصطکاک زاویه ای در فرمول ها اعمال می شود. نقش اصطکاک در سیستم های پیش تنیدگی منفی است.

2-   اصطکاک ناشی از انحرافات ناخواسته مسیر

حتی با وجود مستقیم بودن مسیر کابل در نقشه، در زمان اجرا این احتمال وجود دارد که غلاف با ناهمواری، انحراف جزئی یا تغییر شکل همراه شود. انحرافات جزئی سبب بیشتر شدن تماس کابل با غلاف می شود و نیروی پیش تنیدگی را بیشتر تضعیف می کند. در اینجا می توان گفت که انحرافات ناخواسته مسیر رخ داده است.

عوامل مؤثر بر میزان اصطکاک در سیستم های پیش تنیدگی چیست؟

فاکتورهای زیادی در میزان اصطکاک تأثیر می گذارند و موجب کاهش یا افزایش نقش اصطکاک در سیستم های پیش تنیدگی می شوند. برخی از فاکتورهای مؤثر بر میزان اصطکاک را در جدول زیر نشان داده ایم:

نقش اصطکاک در سیستم های پیش تنیدگی معمولاً به چه صورت است؟

اصطکاک سبب کاهش آرام آرام نیروی پیش تنیدگی در طول تاندون می شود و اساساً یک اثر منفی دارد.

با آنالیز وضعیت نیروی پیش تنیدگی در شرایطی که اصطکاک وجود دارد و ندارد می توان به چندین نتیجه مهم رسید:

• وضعیت پخش شدن تنش در بتن پیش تنیده مدام در حال تغییر است.
• نیروی اثرگذار در طول کابل اصلاً یک اندازه نیست.
• عملکرد سازه شاید با میزان پیش بینی شده و محاسبه شده کاملاً مغایرت داشته باشد.
• قسمت های دورتر شاید کمتر در معرض نیروی پیش تنیده باشند.

طراحی سازه پیش تنیده در اثر اصطکاک دچار چه تغییراتی می شود؟

اصطکاک متأسفانه بر طراحی سازه اثر می گذارد و پیامدهای مختلفی مانند کاهش کنترل ترک خوردگی را به همراه دارد.

نقش اصطکاک در سیستم های پیش تنیدگی را می توان از جنبه اثرگذاری بر طراحی سازه مورد بررسی قرار داد. اگر افت نیروی پیش تنیدگی در اثر اصطکاک در نظر گرفته نشود حتماً اثرات منفی بر روی طراحی خواهد داشت که چندین مورد را بررسی می کنیم:

1-   از دست رفتن کنترل ترک خوردگی

از دست رفتن کنترل ترک خوردگی، یکی از پیامدهایی است که در ارتباط با طراحی سازه با آن مواجه هستیم. این مسئله سبب می شود که سازه با ترک های زیادی مواجه شود که این ترک ها تحت تأثیر افت نیروی پیش تنیدگی می باشد.

2-   چشمگیر شدن خیز عضو

در صورتیکه نیروی مؤثر پیش تنیدگی پایین تر از میزان طراحی باشد، عضو شاید دچار خیز بیشتری شود. خیز بیشتر دارای پیامدهای مختلفی است و مشکلات زیادی را برای سازه بوجود می آورد. با توجه به نقش اصطکاک در سیستم های پیش تنیدگی می توان اقداماتی را از پیش انجام داد تا خیز زیاد ایجاد نشود.

3-   کاهش ظرفیت بهره برداری

عملکرد تیر، دال یا دیگر اعضای پیش تنیده شاید متأثر از کاهش نیروی واقعی قرار بگیرد که این مسئله سبب کاهش توان سازه در مقابله با نیروهای و تنش های مختلف می شود و ممکن است به بد شکل شدن طراحی سازه منجر شود.

4-   مغایرت میان طراحی و اجرا

زمانی که به اصطکاک احتمالی توجه نشود و طراحی با توجه به آن صورت نگیرد نتیجه ای که بدست می آید با پیش بینی کاملاً متفاوت است. اگر نقش اصطکاک در سیستم های پیش تنیدگی در نظر مهندسان نباشد عملکرد واقعی سازه با آنچه در طراحی ها مدنظر قرار گرفته است کاملاً متفاوت می باشد.

راهکارهای مقابله با اثرات اصطکاک در سیستم پیش تنیدگی چیست؟

• استفاده از باکیفیت ترین بتن پیش تنیده مانند بتن پیش تنیده تولید بتن پیش فشرده ایران bpico
• کنترل تمیزی در طول مسیر تاندون
• اجرای دقیق مسیر کابل
• ممانعت از آسیب دیدن غلاف
• بکارگیری روش درست برای کشش

سخن پایانی

نقش اصطکاک در سیستم های پیش تنیدگی بیانگر این است که با یک عامل تصادفی روبرو هستیم که نمی توان از وقوع آن جلوگیری کرد اما می توان اقداماتی انجام داد که تأثیرات آن کاهش پیدا کند. اصطکاک می تواند بر طول عمر سازه پیش تنیده نیز اثر بگذارد و مشکلات متعددی را به صورت تدریجی ایجاد کند. بنابراین ضرورت مقابله با آن کاملاً روشن است. زمانی که مهندسان به تمامی تهدیدات موجود برای کیفیت و دوام سازه توجه داشته باشند حتماً اقدامات پیشگیرانه برای کاهش اثرات را انجام می دهند.