مقاله بتن ساده و بتن مسلح

لینک پرداخت و دانلود در "پایین مطلب"

فرمت فایل: word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحات:65

در اکثر اعضا سازه های بتنی مانند تیرها – دال ها و ستون ها تنش های کششی قابل توجهی در نتیجه بارهای وارده و هم چنین تأثیرات غیر وابسته به بارهای خارجی مانند اختلاف درجه حرارت و حرکت فونداسیون ایجاد می شود بتن ساده مقاومت کششی خیلی ضعیفی دارد و بنابراین نمی تواند در ساخت این اعضاء به تنهایی بکار رود اما اگر مقدار کمی فولاد در محل های استراتژیک قرار گیرد که بتواند نیروهای کششی داخلی را تحمل نماید یک مکانیزم مؤثر برای تحمل بارهای وارده به وجود می آید و در نتیجه ترکیب این دو مصالح یعنی بتن و فولاد بتن مسلح به وجود می آید که پر استفاده ترین مصالح سازه ای در قرن بیستم بوده است .  

شکل 1- بتن مسلح

در بتن مسلح از خواص ساختاری مصالح بکار رفته و به بهترین وجه استفاده می نمایند بدین معنی که بتن نیروی فشاری و فولاد نیروی کششی را تحمل می کند شکل1 عمل سازه ای یک عضو خمشی را نشان می دهد ممان M که در وسط تیر به اندازه کافی بزرگ می باشد باعث ترک خوردگی بتن می شود اما نیروی کششی فولاد T  و نیروی فشاری بتن C که در قسمت بدون ترک بالای مقطع قرار دارد در مقابل آن مقاومت می کند اگر چه فولاد در مقابل نیروی کششی مقاوم است ولی نمی تواند جلوی ترک خوردگی قسمت کششی بتن را بگیرد پس از بارگذاری تیرهای بتن مسلح ، معمولا ً ترک های ریزی در قسمت کششی آن ظاهر می شود طراحان بتن مسلح باید توجه کامل به کنترل عرض ترک ها و خیز عضو ها علاوه بر تعیین مقاومت کافی آن بنمایند .

بتن پیش تنیده

بتن پیش تنیده مانند بتن مسلح یک مصالح ترکیب یافته است که از مزیت مقاومت فشاری زیاد بتن استفاده می نماید در حالی که از ضعف بتن در مقابل نیروی کششی جلوگیری
می کند .

بتن پیش تنیده از بتنی ساخته شده که معمولا ً مقاومت فشاری آن زیاد می باشد و مقدار کمی فولاد با مقاومت زیاد که به صورت رشته های بهم بافته شده یا سیم بافت است تشکیل شده است این سیم بافت ها تشکیل یک کابل را می دهند قبل از بارگذاری این کابل های فولادی را با جک در مقابل بتن می کشند که در نتیجه سبب به وجود آمدن پیش فشردگی در بتن می شود .

عمل اصلی تیر پیش فشرده بتن در شکل2 نشان داده شده است کابلی که از فولاد با مقاومت زیاد ساخته شده درون یک مجرا قرار داده شده که در زمان بتن ریزی در داخل آن قرار گرفته است این کابل در مقابل دو انتهای تیر کشیده و مهار شده است سپس مجرایی که کابل درون آن قرار دارد را با دوغاب سیمان پر می کنند که باعث تماس بین بتن و فولاد می گردد به علت قرار داشتن این کابل در خارج از محور خنثی تیر ، تنشی در مقطع تیر بتنی ایجاد می شود که معمولا ً از حداکثر نیروی فشاری در پایئن مقطع به مقدار کمی نیروی کششی در بالای آن متغیر است (شکل 2- ب) این سبب می شود که تیر در ابتدا به سمت بالا خم شود زمانی که بار طراحی شده W وارد شود ممان خمشی ایجاد شده در محل وسط تیر باعث به وجود آمدن تنشی می شود که در تارهای بالایی مقطع فشاری و در تارهای پایینی آن کششی است این تنش ها با تنش های ایجاد شده به وسیله پیش تنیدگی با هم ترکیب شده و یک تنش فشاری ماکزیمم در تار بالایی مقطع و یک تنش فشاری و یا احتمالا ً کششی در تار پایینی آن به وجود می آورد با افزایش بارهای خارجی افزایش درنیروی کششی در تار پایینی مقطع صورت می گیرد تا نهایتا ً این تنش برابر مقاومت کششی بتن می شود که در این زمان ترک ها ظاهر می شوند .

با افزایش بار وارده ، ممان خمشی در مقطع ترک خورده تیر با یک زوج نیروهای داخلی که نیروی کششی T  در کابل فولادی و نیروی فشاری C در قسمت ترک نخورده مقطع است مواجه می شود ( شکل 1-2 – ب ) در این مرحله رفتار مقطع ترک خورده بتنی پیش فشرده مانند مقطع ترک خورده بتن مسلح عمل می کند (شکل 1)

هدف اصلی از پیش تنیده کرده بتن بهتر ساختن رفتار آن در هنگام بارهای بهره برداری می باشد که این هدف به وسیله ایجاد یک تغییر شکل و در نتیجه تنش ایجاد شده در مقطع انجام شده که با بارهای طراحی شده مقابله نموده و آنرا خنثی نماید .

شکل 2- بتن پیش تنیده، توزیع تنش ها

انتخاب بتن پیش تنیده برای طراحی

بتن پیش تنیده دارای مزایای زیاد و در عین حال محدودیتهایی می باشد که طراح باید از آن آگاه باشد ابتدا مزایای مهم پیش تنیدگی ذکر می شود و سپس به محدودیت های آن اشاره می گردد .

بهتر شدن رفتار سازه پس از وارد شدن بارهای بهره برداری

از شکل 2 می توان به این نتیجه رسید که اثر نیروی پیش تنیده در یک عضو خمشی یک سازه کاهش و یا حتی از بین رفتن خیز به طرف پایین تیر در اثر بارگذاری است که در ضمن سبب افزایش بار لازم که باعث ترک خوردگی مقطع در قسمت کششی می شود نیز می گردد همان طور که اشاره شد پیش تنیدگی اصولا ً برای بهتر کردن رفتار عضو سازه پس از بارگذاری است حتی مقدار کمی از پیش تنیدگی می تواند عرض ترک های ایجاد شده را به مقدار زیادی کاهش داده و یا ممکن است به طور کامل از ترک خوردن مقطع جلوگیری نماید .

این نکته را باید در نظر داشت که پیش تنیدگی تأثیر زیادی در مقاومت خمشی آن نمی گذارد اگر برای مثال تیر بتن مسلح شکل 1 با تیر پیش تنیده در شکل 2 مقایسه شود و فرض شود که نیروی جاری شدن در فولاد بتن مسلح با نیروی جاری شدن فولاد بکار رفته در تیر پیش تنیده یکسان باشد و در صورتی که مشخصات طراحی آن ( ابعاد مقطع ، مقاومت بتن ) یکسان باشد مقاومت هر دو تیر تقریبا ً یکسان است .

استفاده بهتر از فولاد و بتن با مقاومت زیاد

بتن پیش تنیده می تواند فولاد با مقاومت زیاد را با بتن با مقاومت بالا ترکیب نموده و عضو بسیار مطلوبی به وجود آورد فولاد با مقاومت زیاد نمی تواند در بتن مسلح با استفاده از حداکثر ظرفیت آن بکار رود زیرا تنش زیاد فولاد در اثر بارگذاری سبب خمش زیاد تیر گردیده و باعث ترک خوردگی با عرض زیاد می گردد که این نقص را با استفاده از مقدار مناسب نیروی کششی فولاد می توان از بین برد .

سازه های با دهانه بزرگ  و سازه های ظریف تر

با استفاده مناسب از مصالح با مقاومت زیاد و تحت کنترل قرار دادن خمش و عرض ترک های ایجاد شده به وسیله پیش تنیدگی ، امکان ساخت سازه های بتنی ظریف تر و هم چنین ساخت سازه های با دهانه های زیاد قابل اجرا می شود .

پیش تنیدگی بنابراین انتخابی مفید برای طراحی هایی است که سازه های با دهانه بزرگ زمانی که وزن خود سازه قسمت زیادی از بارهای وارده را تشکیل می دهد قابل ساخت می شود و همچنین برای سازه هایی که بار مرده آن ها زیاد است خصوصا ً برای پل های با دهانه متوسط تا بزرگ طراحی بسیار جالبی می باشد .

بهتر شدن مقاومت آن در برابر نیروهای برشی و پیچشی

وجود مقداری پیش فشردگی در بتن باعث تأخیر در ایجاد ترک های مایل می شود پیش فشردگی برای از بین بردن مسائل برشی و پیچشی می تواند بکار برده شود.