تیرچه پیش تنیده نوع جدیدی از تیرچه‌های بتنی است که پاشنه آن با مقاطع فولادی از پیش تنیده تقویت می‌شود. پیش تنیدگی باعث افزایش مقاومت فشاری بتن می‌شود. در ادامه این مقاله با ما همراه باشید تا ضمن بررسی مفهوم پیش تنیدگی، به بررسی تیرچه پیش تنیده، کاربرد، ویژگی‌ها و مزایا و معایب آن بپردازیم.
تیرچه پیش تنیده چیست؟
در گذشته سیستمی که برای اجرای سقف در ایران مورد استفاده قرار می‌گرفت، سیستم طاق ضربی بود. اما با روی کار آمدن سیستم تیرچه بلوکی، به خاطر برتری‌هایی که نسبت به طاق ضربی داشت، جایگزین آن شد. تیرچه‌ها در ابتدا تیرچه خرپایی بودند با پاشنه فندوله، اما بعدها سازمان نظام مهندسی استفاده از این تیرچه‌ها را غیرمجاز اعلام کرد و تیرچه پیش تنیده جایگزین آن‌ها شد.
در تیرچه پیش تنیده، برای افزایش مقاومت کششی، به پاشنه بتنی آن مفتول اضافه می‌شود. در هنگام ساخت این تیرچه، مقطع بتنی آن تحت فشار قرار می‌گیرد تا بعد از به کارگیری در سازه، بارهای ناشی از فشار خمشی و کششی باعث شکم کردن یا ایجاد ترک در آن نشود. بد نیست که برای درک بهتر نحوه کار کرد تیرچه پیش تنیده، با مفهوم پیش تنیدگی آشنا شوید.
پیش تنیدگی در بتن به چه معناست؟
پیش تنیدگی یعنی وصل کردن دو ماده‌ای که تحت تنش قرار گرفته‌اند به نحوی که نیروهای موجود در آن‌ها یکدیگر را خنثی کند. حال بتن ماده‌ای است که با این که در برابر فشار مقاوم است، اما مقاومت فشاری پایینی دارد. برای حل این مشکل لازم است که یک تنش دائمی و ثابت به اندازه لازم در بتن ایجاد شود تا بتن به خاطر تنش‌های خمشی و کششی دچار ترک نشود.
استفاده از مقاطع فولادی، راه حل این کار است. برای ساخت تیرچه پیش تنیده، مفتول‌هایی که قرار است در پاشنه تیرچه مورد استفاده قرار بگیرند بکشند. سپس بتن را در همان حالت روی مفتول‌ها می‌ریزند و بعد از این که بتن خودش را گرفت، مفتول‌ها را آزاد می‌کنند. در این حالت بتن تحت فشار قرار می‌گیرد و بعد از کارگذاری این تیرچه در سقف و فشار آمدن نیروی کششی سقف به روی آن، این دو نیرو یکدیگر را خنثی می‌کنند.
روش‌های ایجاد پیش تنیدگی
پیش تنیدگی را می‌توان به دو روش زیر ایجاد کرد:
پیش تنیدگی به روش پیش‌کشیدگی:
در روش پیش کشیدگی ابتدا مفتول‌هایی که داخل قالب گذاشته‌اند را می‌کشند و بعد روی آن‌ها بتن می‌ریزند. بعد از این که بتن به مقاومت مد نظر رسید، سیم‌ها آزاد می‌شوند. این کار باعث می‌شود بتن تحت فشار قرار بگیرد. روش پیش‌کشیدگی نسبت به پس‌کشیدگی متداول‌تر است.
پیش تنیدگی به روش پس‌کشیدگی
این روش برعکس روش قبل است و همان‌طور که از نامش برمی‌آید، ابتدا میلگردها را درون قالب قرار داده و روی آن‌ها بتن می‌ریزند. و سپس، مفتول‌ها را تحت کشش قرار می‌دهند. روش پیش تنیدگی به روش پس‌کشیدگی باعث مصرف کمتر بتن می‌شود.
روش‌ها اعمال نیروی پیش تنیدگی به تیرچه
برای ساخت تیرچه پیش تنیده، به سه روش می‌توان نیروی پیش تنیدگی را به تیرچه اعمال کرد:
روش مکانیکی
در این روش از یک یا دو جک برای اعمال نیروی پیش تنیدگی به تیرچه استفاده می‌کنند و ساده‌ترین روش اعمال نیروی پیش تنیدگی به شمار می‌رود. در روش مکانیکی برای این که جلوی بازگشت تیر به حالت اولیه گرفته شود، بین تکیه‌گاه و تیر پلیتی قرار می‌گیرد و در نهایت جک‌ها رها می‌شوند. از معایب این روش می‌توان به این مورد اشاره کرد که در اثر کوچک‌ترین جابه‌جایی تکیه‌گاه و … احتمال کاهش نیروی پیش تنیدگی وجود دارد.
روش شیمیایی
در روش شیمیایی، برای ایجاد نیروی پیش تنیدگی از سیمان‌هایی که امکان منبسط شدن دارند استفاده می‌شود. در این حالت، سیمان پس از این که خشک شد به جای منقبض شدن منبسط می‌شود. به این ترتیب، مفتول‌هایی که در بتن هستند در مقابل این انبساط قرار می‌گیرند و پیش تنیدگی به وجود می‌آید.
روش الکتریکی (حرارتی)
در این روش برای افزایش طول سیم‌ها از جریان برق استفاده می‌شود. در روش الکتریکی کابل‌ها را به جریان برق وصل می‌کنند و سپس آن‌ها را توسط گیره می‌کشند و به تکیه‌گاه وصل می‌کنند. سپس جریان برق را قطع می‌کنند و روی کابل‌هابتن می‌ریزند. در نهایت بعد از این که بتن به مقاومت لازم رسید، مفتول‌هااز تکیه گاه جدا می‌شوند و پیش تنیدگی ایجاد می‌شود.
استانداردهای تیرچه پیش تنیده
استاندارد 2909 در مورد ویژگی‌های تیرچه پیش تنیده می‌گوید که:
- عرض قسمت زیرین تیرچه پیش تنیده نباید از 10 سانتی‌متر کمتر باشد.
- عرض قسمت بالایی تیرچه پیش تنیده نباید از 5 سانتی‌متر کمتر باشد.
- ارتفاع کل تیرچه بتنی پیش تنیده باید به اندازه‌ای باشد که ایستایی لازم برای حمل و نقل و نصب را داشته باشد.
- برای این که تیرچه و بتن پوششی پیوستگی کافی را داشته باشند، بتن باید زبر و برجسته باشد و از 20 میلی‌متر کمتر نشود.
- در هنگام انتقال نیرو از فولاد به بتن، باید مقاومت بتن تیرچه به بیشتر از مقاومت 28 روزه‌ی آن رسیده باشد.
- رده مقاومتی بتن تیرچه بتنی پیش تنیده باید از C35 و هم‌چنین از تنش فشاری بتنی که در زیر تیرچه است بیشتر باشد.
- بخش کششی تیرچه نباید دارای ترک شده باشد یا دچار شکستگی شده باشد.
کاربرد تیرچه پیش تنیده
هدف اصلی از به‌کارگیری تیرچه بتنی پیش تنیده به جای تیرچه خرپایی این است که بتواند تنش‌های کششی و خمشی ناشی از بار وارده به آن را کنترل کند. پس کاربرد آن نیز در عضوهایی از سازه است که تحت تاثیر فشار خمشی قرار دارند؛ مانند: دیوارهای حائل، ستون‌ها، دال‌های اسکله‌ها، تیرها، سقف پارکینگ‌ها و پل‌ها و هم‌چنین در عضوهایی از سازه که تحت تاثیر نیروی کششی قرار دارند؛ مثل: لوله‌ها و مخازن آب.
مزایای تیرچه پیش تنیده
- قیمت تیرچه مقرون به صرفه است.
- استفاده از تیرچه بتنی پیش تنیده مصرف بتن در سقف را کاهش می‌دهد.
- به دلیل کاهش مصرف بتن، سرعت بتن‌ریز سقف هم بیشتر می‌شود.
- تیرچه پیش تنیده نسبت به تیرچه کرومیت و تیرچه بتنی مقاومت بالاتری دارد.
- در این تیرچه‌ها به جای میلگرد از سیم استفاده می‌شود که همین هم باعث کمتر بودن وزن آن می‌شود. در نتیجه تیرچه های پیش تنیده در برابر زلزله عملکرد بهتری دارند.
- با تیرچه بتنی پیش تنیده می‌توان دهانه‌های بلندتری (تا 12 متر) اجرا کرد.
- چون مقاومت این تیرچه‌ها در برابر بار مرده و زنده بیشتر است، عمر مفید ساختمان ساخته شده با آن‌ها نیز بیشتر خواهد بود.
معایب تیرچه پیش تنیده
- اجرای تیرچه پیش تنیده برای سقف‌هایی با دهانه بیش از 12 متر به صرفه نیست و بهتر است به جای آن از دال مجوف یا مشبک استفاده کرد.
- نمی‌توان از کیفیت ساخت تیرچه و نیروی پیش تنیدگی آن مطمئن بود.
- مثل دیگر تیرچه‌ها امکان برش آن وجود ندارد.
- چون در طول‌های بلند تولید می‌شود، حمل و جابه‌جایی آن سخت است.
