پیش تنیدگی روشی است برای مقاوم سازی بتن یا مواد دیگر که توسط رشته های فولادی با مقاومت بالا و یا میلگردها انجام می شود و بطور کلی به آن Tendon یا همان فولادهای پس تنیدگی گفته می شود.
کاربرد پیش تنیدگی در سازه های پارکینگ ها، ساختمان(آپارتمانها) و در دفاتر کار، دالهای بتنی روی زمین، پلها و ورزشگاه ها، حفاری های سنگ و خاک، تانکهای ذخیره آب و مواد شیمیایی و ... می باشد.
در بیشتر حالت ها سیستم پیش تنیدگی به عملیات اجرایی ساخت پروژه این امکان را می دهد در مواقع غیر ممکن ملزومات معماری طرح رعایت و محدودیت های موجود برطرف گردد.
اگر چه سیستم پیش تنیدگی در مراحل ساخت، سرهم کردن قطعات(مونتاژ)، برپاسازی و نصب در موقعیت به معلومات و دانش تخصصی و فنی نیاز دارد، مفهوم کلی کار به صورت زیر توضیح داده می شود :
اگر تعدادی بلوک چوبی که درون آنها سوراخی اجرا شده است و از میان سوراخ نوار لاستیکی عبور داده شود و دو طرف انتهای نوار لاستیکی را نگاه داریم، بلوک ها از قسمت پایین از هم جدا می شوند.
در این شرایط پیش تنیدگی توسط قرار دادن یک جفت مهره در دو انتهای نوار لاستیکی قابل شرح است بطوری که با پیچاندن مهره ها کم کم بلوکها در قسمت پایین به هم نزدیک شده و نهایتا به طور محکم به هم فشار خواهند آورد.
در این حالت اگر از دو قسمت انتهایی مجموعه را بلند کنیم این بار مجموعه بلوک ها از هم جدا نمی شود و بطور مستقیم و در کنار هم موقعیت خود را حفظ می کنند.
این نوار لاستیکی محکم شده در واقع همان Tendon (فولادهای پس تنیدگی) در مقیاس واقعی می باشند که توسط وسایل مهاری گوه ای شکل در محل انتهایی بسته می شوند.

مزایای پیش تنیدگی
برای درک بهتر مزایای پیش تنیدگی دانستن اطلاعاتی از خواص بتن مفید خواهد بود. بتن در برابر فشار بسیار مقاوم است اما در برابر کشش ضعیف است. به عنوان مثال وقتی نیرویی کششی در مقطع آن عمل کند، ترک می خورد. به طور متداول در سازه های بتنی وقتی باری شبیه به خودرو در یک پارکینگ بر روی دال بتنی و یا تیرها قرار گیرد، تیر تمایل به انحنا و خم شدن دارد. این تغییر شکل خمیدگی باعث می شود پایین تیر اندکی دچار کشیدگی و ازدیاد طول شود.
معمولا همین مقدار اندک کشیدگی برای ایجاد ترک در بتن کافی است. میل گردهای تقویتی(bars ) فولادی به صورت مدفون در بتن به عنوان تقویت کشش برای محدود کردن عرض ترک قرار داده می شود. میلگردها در این حالت وقتی فقط به صورت مدفون در بتن قرار داده می شود به صورت نیروهای Pssive عمل می کند و تا زمانی که خیز در بتن به مرحله قبل از ایجاد ترک نرسیده است نیرویی را تحمل نمی کند.
اما Tendon یا همان فولادهای پیش تنیدگی به صورت نیروهای Active در سیستم عمل می کنند. در سیستم پیش تنیدگی فولاد به عنوان عامل مقاوم و موثر عمل می کند. به طوری که امکان بوجود آمدن ترک در بتن وجود نخواهد داشت.
سازه های پیش تنیده حتی اگر تحت بارگذاری کامل قرار گیرند، می توانند طوری طراحی شوند که کمترین خیز و ترک در سازه ایجاد شود.

کاربردها
تقریبا در تمام انواع سازه ها سیستم پیش تنیدگی کاربرد دارد.
در سازه ساختمان ها، پیش تنیدگی اجازه ایجاد دهانه آزاد بیشتر بین تکیه گاه ها می دهد. ضمنا ضخامت دالهای بتنی نیز کمتر، تعداد تیرها کمتر و لاغرتر و امکان ساخت اعضا سازهای چشمگیر و نمایشی از مزایای آن است. دال نازکتر به معنای استفاده کمتر از بتن می باشد به علاوه این که ارتفاع کلی ساختمان برای ارتقای کف تا کف یکسان نیست به ساختمانی که از سیستم پیش تنیدگی استفاده نشده کمتر می باشد.
بنابراین سیستم پیش تنیدگی باعث می شود وزن سازه به طور قابل توجهی نسبت به ساختمان بتنی معمولی با همان تعداد طبقات کاهش یابد. این موضوع باعث کاهش بار فندانسیون می شود و می توان مزیت اصلی آن برای نواحی لرزه خیز باشد. در مقایسه با ساختمان با شرایط مشابه یک ساختمان کوتاه به سیستم های مکانیکال کمتر و همچنین هزینه نمای خارجی کمتری احتیاج دارد. لذا صرفه اقتصادی نیز حاصل شده است. محاسن دیگر سیستم پیش تنیدگی این است که تیرها و دالها می توانند ممتد اجرا شوند. به عنوان مثال یک تیر تنها می تواند به طور ممتد از یک انتهای ساختمان به انتهای دیگر آن امتداد یابد. از نظر سازهای این حالت بسیار کارآمدتر از این است که یک تیر فقط از یک ستون به ستون بعدی امتداد داشته باشد.
پیش تنیدگی سیستم است که برای سازه های پارکینگ نیز استفاده می شود و علت آن این است که انعطاف پذیری زیادی برای طراحی ستون ها، طول دهانه آزاد و شکل رمپ به طراح می دهد. پارکینگ هایی که در آنها از سیستم پیشتنیدگی استفاده شده است هم می توانند به عنوان یک سازه مستقل باشند و هم به عنوان یک یا چند طبقه در یک ساختمان مسکونی و یا اداری قرار داشته باشند.
در نواحی که از خاک رس روان یا خاک هایی با ظرفیت باربری پایین می باشند، استفاده از دالهای روی زمین و یا فندانسیون های گسترده با سیستم پیش تنیدگی مشکلات ناشی از ترک و نشت های نامتقارن را از بین می برد.
این روش برای ساخت پل ها با شرایط مختلف هندسی نظیر انحناهای پل ها و پل هایی با ارتفاع اهمیت زیادی دارد. ضمنا روش پیش تنیدگی امکان ساخت پل ها با دهانه خیلی زیاد را بدون استفاده از تکیه گاه های میانی پل بوجود می آورد. در ورزشگاه ها نیز این سیستم باعث می شود دهانه های آزاد بزرگتری اجرا شود و در نتیجه امکان اجرای طرح های معماری زیبایی به وجود می آورد. این سیستم به عنوان مهاری نفوذ کننده در عمق خاک و سنگ نیز استفاده می شوند و به عنوان اعضا کششی برای نگاه داری دیواره های جانبی در سازه ها مانند دیواره راهها، تونل ها، دیواره حوضچه های خشک ساخت و تعمیر کشتی و به عنوان نگهدارنده کف سازه هایی که تحت اثر نیروی بالا برندگی قرار دارند( مانند سازه آبگیر) پروژه های پتروشیمی و پالایشگاه ها استفاده فراوان دارد. ضمن این که برای پایدار سازی شیب زمین ها و ترانشه ها نیز قابل استفاده هستند.
نمونه دیگر مصرف این سیستم در صنایع نفت و گاز و پالایشگاه ها مربوط به تانک های بتنی ذخیره گاز و میعانات گازی است که در آنها ضریب بالایی جهت اطمینان از عدم وجود ترک در سازه بتنی مطرح است. ضمن این که سازه تانک ذخیره سازی در راستای عمودی و افقی به زمین طوری دوخته می شود که ایمنی آن در مقابل هرگونه انفجار تضمین می شود.



واژگان فنی
فولادهای پیش تنیدگی(Tendon )
کامل کننده و قسمت اصلی مهاری ها میباشند که به صورت رشته کابل(stand ) فولادی با مقاومت بالای کششی (1770 N/mm2 ) با میلگرد هستند و در جاهایی که دارای پوشش هستند و در حالتی دیگر درون لوله محافظ قرار داده می شوند که اطراف آن را توسط گروت و یا پوشش محافظ گریس مخصوص جهت جلوگیری از خوردگی فولاد می پوشانند.
در حالت کلی دو نوع اصلی پیش تنیدگی وجود دارد:

1. Unbonded
2. Bonded(grouted)

در حالت Unbonded فولاد رشته ای یا میله با بتن اطراف چسبندگی ندارد.
بیشتر سیستم های Unbonded به صورت تک رشته ای می باشند که در دال و تیرهای ساختمان ها، سازنده پارکینگ ها و دالهای روی سطح زمین از این سیستم استفاده می شود.
یک رشته کابل (Stand ) از هفت رشته سیم مفتول تشکیل می شود که با نوعی گریس جهت حفاظت خوردگی پوشیده می شود و کل مجموعه درون یک روکش پل یاتلین قرار گرفته است. در قسمت ابتدائی نیز از یک صفحه فولادی سوراخ دار به همراه گوه هایی فولادی دو تکه استفاده می شود و این گوه ها طوری طراحی شده اند که استرند را درون خود محکم نگاه می دارد.
در سیستم های Bonded دو یا چند استرند از درون یک مجرای محافظ فلزی یا پلاستیکی عبور داده می شود در حالی که این مجرا از قبل به صورت مدفون در بتن کار گذاشته می شود.
استرندها توسط یک جک کششی بزرگ مهار شده و کشیده می شوند. سپس مجرای لولهای(Duct ) توسط گروت که مادای بر پایه سیمان است پر می شود.
استفاده از این گروت هم باعث محافظت از خوردگی کابلهای فولادی می شود هم این که باعث انتقال نیروی کششی بین استرندها و مجرای لولهای (Duct ) شده و گیرداری طول مشخصی از (Lb ) Tendon را در محیط اطراف موجب می شود.
انکرهای خاک و سنگ نیز از نوع سیستم Bonded (گیرداری) هستند اما با قدری تفاوت در مراحل اجرای انکر گذاری به طوری که به وسیله دستگاه حفاری سوراخ مدنظر به همراه یک غلاف لولهای (Casing ) جهت جلوگیری از ریزش خاک و سنگ در محل ایجاد می شود.
این کار ممکن است در دیواره یک تونل و یا دیواره حایل شیت پایلی و توده خاک پشت آن انجام می گیرد. در درون Casing عبور داده شده و سپس عملیات تزریق گروت آغاز می شود. بعد از این که گروت به مقاومت مدنظر رسید عملیات کشش Tendon آغاز می شود.
در حالت پایدار سازی زمینه ای شیبدار (ترانشه ها) و یا دیواره تونل ها استفاده از انکر گذاری باعث نگهداری خاک سست و سنگ و پیوستگی آن دو با هم می شود، به طوری که وقتی عملیات خاکبرداری داخل آغاز می شود، فشار پشت توسط نیروی پیش تنیدگی انکر خنثی می شود و دیواره شیت پایل در محل خود استوار می ماند.
اعضا ضروری در پیش تنیدگی
در سیستم پیش تنیدگی اعضا ضروری متعددی وجود دارد. در ساختار Unbonded پوشش پلاستیکی به عنوان منفصل و جداکننده نیروی مهاری بین استرندهای پیش تنیدگی و بتن اطراف عمل می کند. چیزی که به عنوان ناحیه آزاد (LF ) مطرح می شود. این پوشش همچنین باعث محافظت از خسارت وارده به استرند با روش های مکانیکی می شود. به عنوان یک مانع عمل می کند که از نفوذ رطوبت و مواد شیمیایی به استرند جلوگیری می کند.
علاوه بر این پوشش، ماده محافظ استرند از نوع گریس مخصوص باعث کاهش اصطکاک بین استرند و پوشش پلاستیکی آن شده و حفاظت خوردگی مضاعفی ایجاد می کند. قسمتهای مربوط به مهار کردن و بستن (Anchor Head ) قسمت مهم دیگر است خصوصا در سیستم های (Unbonded ) بعد از این که بتن عمل آوری شد و به مقاومت لازم رسید گوه ها داخل پلیت مخصوص(Wedge Plate ) قرار داده می شود و استرندها کشیده می شوند. وقتی که جک کششی استرند را آزاد می کند، استرند به آرامی جمع می شود و گوه ها را به درون انکر می کشد و این عمل باعث ایجاد قفل شدگی محکم در استرند می شود.
بنابراین گوه ها نیروی موجود در Tendon را حفظ می کنند و آن را بتن محیط اصراف منتقل می کنند. در محیط های خورنده قسمت مهار کننده (anchorhead ) و دم های استرند های بیرون زده معمولا با یک پوشش کلاهک برای حفاظت بیشتر پوشانده می شوند.
ساخت
برای استفاده از مهاری های Unbonded (بی قید) در ساختمان ها و دالها، آنها عموما در محلی پیش ساخته می شوند و به محل سایت(به صورت آماده جهت نصب) منتقل می شوند. سپس رشته های پیش تنیدگی به شکلی که در نقشه های نصب مشخص شده اند در محل قرار داده می شوند. در نقشه های نصب فاصله آنها از هم، شکل حرکتی آن در طول(ارتفاع هر قسمت آن از سطح قالب) و محل هایی که باید کشیده شوند، نشان داده می شود. سپس بتن ریزی انجام می شود و وقتی به مقاومت لازم بین 3000-3500 psi رسید، رشته ها کشیده شده و قفل می شود.
اصولا Tendon شبیه یک نوار لاستیکی تمایل به برگشت به حالت طول اولیه دارد در حالی که توسط قسمت مهارکننده(Anchor head ) از انجام آن جلوگیری می شود. در واقع رشته ها به طور دایمی تحت تنضش قرار دارند که باعث می شود نیروی فشاری در بتن ایجاد شود. این نیروی فشاری که از سیستم پیش تنیدگی حاصل می شود نیروهای کششی ناشی از بارگذاری را خنثی می کند. بنابراین ظرفیت باربری بتن و یا دیواره شیت پایل در سازه های دریایی(اسکله ها، حوضچه های خشک تعمیر کشتی) به طور قابل توجهی افزایش می یابد.
از آنجایی که بتن پیش تنیده در محل پروژه به صورت درجا ریخته می شود تقریبا هیچ محدودیتی برای شکل دادن وجود ندارد. نماهای سر در قوسی شکل، آرک ها و طرح های دالهای پیچیده اغلب نمادهایی از سازه های بتنی پیش تندگی هستند. پیش تنیدگی تاکنون برای استفاده در تعداد زیادی از پل هایی که به زیبایی طراحی شده، جهت استفاده قرار گرفته است.

اطمینان از کیفیت ساخت
مقدار فروش استرندهای پیش تنیدگی تقریبا در ده سال گذشته دو برابر شده از این رو صنعت پیش تنیدگی به سرعت در حال رشد است. در حال حاضر برای اطمینان از کیفیت ساخت، موسسه Tensioning institute آمریکا هر دو عامل کنترل اجرای دوره های آموزش نیروهای متخصص و ماهر را اجرا کرده است. با مشخص کردن این که شرایط کارگاه ساخت و متخصصان اجرایی با تایید و تحت گواهی PTI باشند