آنالیز و طراحی اعضای خمشی پیش تنیده

دسته: عمران
بازدید: 65 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 8010 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 64

قبل از پیدایش تكنیك پیش تنیدگی، پل های بتن آرمه تنها برای پوشش دادن به دهانه های نسبتاً كوتاهی بكار برده می شدند محدودیت طول دهانه در این پل ها دارای دو عامل اساسی بوده است زیرا اولا برای دهانه های بلندتر حجم مصالح مصرفی(بتن و فولاد) بسرعت افزوده می گردد بطوریكه بار مرده سازه خود یك عامل بحرانی در طراحی مقطع محسوب خواهد شد، ثانیاً هزینه های مربوط

قیمت فایل فقط 4,900 تومان

آنالیز و طراحی اعضای خمشی پیش تنیده

- مقدمه

قبل از پیدایش تكنیك پیش تنیدگی، پل های بتن آرمه تنها برای پوشش دادن به دهانه های نسبتاً كوتاهی بكار برده می شدند. محدودیت طول دهانه در این پل ها دارای دو عامل اساسی بوده است. زیرا اولا برای دهانه های بلندتر حجم مصالح مصرفی(بتن و فولاد) بسرعت افزوده می گردد. بطوریكه بار مرده سازه خود یك عامل بحرانی در طراحی مقطع محسوب خواهد شد، ثانیاً هزینه های مربوط به قالب بندی و شمعك گذاری چنین عرشه هائی مقادیر بسیار بزرگی را بخود اختصاص خواهد داد. با توجه به دو عامل یاد شده، معمولا راه حل دیگر یعنی استفاده از شاهتریهای فولادی ترجیح داده می شد.

با ابداع شیوه پیش تنیدگی و بكارگیری آن در صنعت پلسازی، تا حدود زیادی مشكل مربوط به اقتصاد مصالح مصرفی برطرف گردید. استفاده از این تكنیك منجر به پیدایش مقاطع ظریف تری شد و با كاهش بار مرد‌ه عرشه امكان پوشش دادن به دهانه های بلندتری فراهم گردید. اما متاسفانه مشكل دوم یعنی هزینه های بسیار بالای مربوط به قالب بندی و چوب بست های مورد نیاز در اجرای چنین پل هائی بقوت خود باقی ماند، بطوریكه در دهانه های بلند قسمت بزرگی از هزینه ها به فاكتورهای یاد شده اختصاص داشته است. استفاده از شاهتیرهای پیش ساخته پیش تنیده هم نتوانست این مشكل را برطرف نماید زیرا محدودیت های مربوط به طول قطعات در هنگام حمل، امكان استفاده از چنین قطعاتی را در دهانه های بلند منتفی می نمود. از طرف دیگر حمل و نقل و نصب چنین شاهتیرهائی نیاز به استفاده از ابزارهای ویژه و گران قیمتی را بوجود می آورد.

امروزه پل های صندوقه ای قطعه ای پس كشیده در سرتاسر جهان مورد استقبال واقع شده اند و با بكارگیری این شیوه دهانه هائی با طور بیش از 250 متر پوشش داده شده اند. این پل ها ضمن بكارگیری مزایای بتن پیش تنیده، راه حل سریع و كم هزینه ای برای پوشش دادن به دهانه های بلند می باشند.

برخی از مزایای این قبلی پل ها عبارتند از:

1- كاهش ابعاد مقطع و در نتیجه كاهش بار مرده عرشه بواسطه بكارگیری پیش تنیدگی؛

2- افزایش راندمان مقطع بواسطه ترك نخوردن آن و قابلیت آن در تحمل لنگرهای خشمی با علامات مثبت یا منفی؛

3- سختی نسبتا زیاد مقاطع صندوقه ای در مقابل پیچش؛

4- سرعت زیاد و هزینه نسبی كم برای پوشش دادن به دهانه های بلند؛

5- عدم نیاز به چوب بست ها در هنگام عبور از موانع طبیعی نظیر درها یا رودخانه ها، و یا موانوع مصنوعی نظیر شاهراه های پرتردد؛

6- امكان بكارگیری تكنیك پیش ساختگی در پروژه های بزرگ و یا تكراری

با توجه به مطالب فوق، بررسی ضوابط طراحی و اصول اجرایی پل های پس تنیده همواره مورد توجه آیین نامه های معتبر كشورهای صنعتی قرار گرفته است و هر كدام به تناسب شرایط اقلیمی و اركانی استانداردهای خاصی را تدوین كرده و در بخش جداگانه ای ارائه كرده اند. آیین نامه آشتوآمریكا كه در پل سازی دارای پیشینه ای دور و دراز می باشد در فصل نهم به بتن پیش تنیده در پل سازی پرداخته است كه در ادامه خواهد آمد. همچنین آیین نامه های كهن و معروف دیگر از جمله آیین نامه انگلستان با نام BSI، آیین نامه اروپا با نام EUROCODE و آیین نامه آلمان (DIN) و ... نیز فصول معینی كه این مهم آورده اند كه از این بین ما دو آیین نامه پركاربرد و قدیمی آشتو و BSI انگلستان را برای مقایسه و بررسی فنی انتخاب نموده ایم، كه در فصول دهم و یازدهم متون ترجمه شده این دو آیین نامه با سیستم MKS در این مجمل آورده شده است كه امید می رود مورد استفاده دانشجویان و اساتید گرانقدر قرار گیرد.

پیش تنیدگی چیست؟

امرزه با بكارگیری مصالح پرمقاومت و همچنین استفاده از شیوه های نوین طراحی، سازه های اقتصادی تری طراحی و اجرا شده است. استفاده از مصالح پرمقاومت موجب كاهش مقطع عرضی اعضا و متعاقب آن كاهش كلی بار مرده سازه های شده است. این پیشرفت خصوصاً در مورد سازه های بتن مسلح چشمگیرتر بوده است، زیرا در طراحی این گونه اعضا بار مرده قسمت عمده ای از بارهای طراحی را تشكیل می دهد. در برخی سازه های خاص اهمیت كاهش ابعاد مقطع بمراتب بیشتر می باشد، برای مثال در پل های دهانه بلند این مطلب حائز اهمیت زیادی است، در چنین پل هائی بار مرده عرشه لنگرهای بزرگتری را در مقایسه با بارهای طراحی ایجاد می نماید؛ همچنین قسمت عمده بار وارد بر پایه ها و فونداسیون ها ناشی از وزن روسازه می باشد. استفاده از بتن های با مقاومت فشاری بالا و همچنین فولادهای پرمقاومت موجب طراحی اعضای بتن آرمه ظریف تری شده است، با این وجود محدودیتهائی در استفاده از این پیشرفتهای جدید موجود می باشد كه قسمت عمده آن ناشی از مسئله ارتباط متقابل بین ایجاد ترك در اعضاء بتن آرمه و خیز آنها در مرحله بهره برداری می باشد. با توجه به رفتار اعضای بتن آرمه، راندمان استفاده از فولادهای پرمقاومت محدود می باشد زیرا تنش در این فولاد متناسب با توزیع كرنش كلی موجود در مقطع بوده و افزایش كرنش ها در مقطع با افزایش دامنه و عرض ترك ها همراه خواهد بود. این ترك ها از دو جنبه مطلوب نمی باشند، اول آنكه در محیط هائی كه بتن در مجاورت عوامل فرسایش دنهده شیمیائی است وجود ترك ها موجب خوردگی شدید آرماتورها خواهد گردید. از جنبه دیگر گسترش ترك ها كاهش سختی خمش عضو را بدنبال داشته و خیز عضو را خواهد افزود. چنین اعضائی از نظر سرویس دهی، مطلوب نخواهند بود.

این ویژگیهای نامطلوب در اعضای بتن آرمه معمولی، با ابداع شیوه پیش تنیدگی اصلاح شده است. یك عضو پیش تنیده بتن آرمه عضوی است كه تنش هائی از قبل در آن قرار داده شده باشد، این تنش ها در تمامی طول عمر عضو با آن همراه است. فلسفه این تنش های از پیش قرار داده شده، مقابله یا مخالفت با تنش های ناشی از بارهای بهره برداری و حتی المقدور خنثی كردن اثر آنها می باشد. بتن ماهیاتاً عضوی فشاری است و می توان مقاومت كششی آن را ناچیز دانسته و از آن صرفنظر نمود، پیش تنیدگی در واقع عضو را تحت نوعی فشار اولیه قرار می دهد، بصورتیكه نتیجه آن كاهش تنش های كششی در مقطع به حد مجاز و یا اساساً حذف آنها خواهد بود. بدین صورت ترك خوردگی تحت بارهای بهره برداری منتفی خواهد گردید. برای روشن تر شدن مفهوم پیش تنیدگی، عضو خمشی موجود در شكل (2-1 الف) را مورد توجه قرار می دهیم. در كنار این عضو مقطع آن ترسیم شده و مركز سطح در حالت ترك نخورده با C.G.C نمایش داده شده است. W_t در این شكل مشخص كننده مجموع بارهای اعمالی به عضو بوده و شامل اجزای زیر است:

W_g= بار مرده خالص تیر

W_d= بار مرده اضافی (بعنوان مثال در عرشه های بتن آرمه وزن روسازی، جداول و پیاده روها جزء W_d محسوب می شوند)

W_l= بارهای زنده

(2-1) W_t=W_g+W_d+W_l

با اعمال W_t عضو تغییر شكل داده و در تارهای پائین مقاطع آن تنش كششی ایجاد خواهد گردید. با توجه به ضعف بتن در مقابل كشش و بمنظور جلوگیری از گسترش ترك های خمشی، در اعضای بتن آرمه معمولی در ترازی نزدیك به تارهای پائینی مقطع فولادهائی قرار داده می شود. تنش موجود در این فولادها متناسب با كرنش موجود در مقطع می باشد، نیروی كششی موجود در فولادها با نیروی فشاری تحمل شده توسط بتن در هر مقطع برابر می باشد. این دو نیرو لنگر مقاوم داخلی را تولید می نمایند. كه در برابر لنگر ناشی از بارهای خارجی مقاومت خواهد نمود. لنگر ناشی از بارهای خارجی W_t در شكل (2-1 ب) ترسیم شده است. هر اندازه طول دهانه بزرگتر باشد لنگر حاصل از بارهای خارجی نیز بزرگتر خواهد خواهد بود كه برای جبران آن باید اساس مقطع و همچنین مقدار فولادهای كششی را افزود، اما برای دهانه های بسیار بزرگ و مقادیر زیاد W_t این شیوه دیگر جبران كننده نخواهد بود، زیرا اولا با افزایش اساس مقطع، W_g نیز افزوده خواهد شد و بنابراین W_t نیز مقدار بزرگتری را بدست خواهد آورد، ثانیاً همانگونه كه ذكر شد تنش های موجود در فولادها متناسب با كرنش بتن هم تراز آنها می باشد، بنابراین برای وصول نیروی كششی بیشتر در فولادها ترك ها باید در عضو گسترش یابند كه این امر خود موجب افزایش خیز عضو خواهد گردید.

بجای استفاده از این سیستم می توان از ایده دیگری كمك گرفت. در شكل (2-1 پ) همان عضو تحت اثر دو نیروی فشاری با مقادیری برابر P قرار گرفته است. این دو نیرو در ترازی بفاصله e از مركز سطح مقطع عضو به آن وارد می شوند. در شكل (2-1 ت) دیاگرام لنگر حاصل از این نیروها ترسیم شده است، كه مقدار آن در تمامی نقاط ثابت و برابر –P.e می باشد. بنابراین هر گاه عضو تحت اثر مشترك بارگذاری های موجود در شكل های (2-1 الف) و (2-1 پ) قرار داشته باشد دیاگرام لنگر خمشی حاصل مطابق شكل (2-1 ث) خواهد بود. در این حالت همانگونه كه مشاهده می گردد اثر بار اعمالی W_t توسط بارگذاری دیگر تخفیف داده شده است. در چنین حالتی دیگر مقطع وسط دهانه لزوما از نظر طراحی بحرانی نخواهد بود.

برای درك بهتر اثرات بارگذاری موجود در شكل (2-1 پ)، مقطعی از عضو را بفاصله X از تكیه گاه آن مطابق شكل (2-2 الف) در نظر می گیریم، در این شكل توزیع تنش كلی موجود در مقطع ترسیم شده است كه می توان آن را مجموع توزیع های ناشی از نیروهای خارج از مركز P و بارهای اعمالی W_t دانست. توزیع های ناشی از این دو بارگذاری بترتیب در شكل های (2-2 ب) و (2-2 پ) آمده است.

توزیع تنش كلی در مقطع مورد بررسی به محل مقطع، مقدار P و خروج از مركزیت e بستگی دارد و می توان دو كمیت آخر را چنان تنظیم نمود كه در هیچ مقطع از عضو تنش های كششی ایجاد نگردد. بارگذاری موجود در شكل (2-1 پ) در واقع بیان ساده ای از یك عضو پیش تنیده بانیروی پیش تنیدگی P و خروج از مركزیت ثابت e می باشد. با توجه به موارد فوق چنین می توان نتیجه گرفت كه پیش تنیدگی در حقیقت قرار دادن تنش های داخلی در عضو بوده بنحوی كه این تنش ها اثر بارهای خارجی را تخفیف دهند. شیوه های مختلف پیش تنیدگی، انتخاب مسیر مناسب برای آن و نیروی مورد نیاز مسائلی هستند كه در بخشهای آینده روشن تر خواهند گردید.

چنین بنظر می رسد كه نخستین پیشنهادها برای پیش تنیدگی در بین سالهای 1886 تا 1908 توسط P.H.Jackson و G.R.Steiner آمریكائی، J.Koenen آلمانی، صورت پذیرفته باشد. استفاده از فولادهای با مقاومت بالا نخستین بار در سال 1923 توسط F. von Emperger اطریشی پیشنهاد گردید و تقریباً در همان زمان R.H.Dill آمریكائی پیش تنیدگی كامل را بمنظور حذف ترك ها ارائه نمود. این پیشنهادها غالباً تنها بر روی كاغذ باقی ماندند، اولین اقدامات عملی برای ایجاد یك سازه بتنی پیش تنیده عمدتاً توسط E.Freyssinet و Y.Guyon فرانسوی، E.Hoyer آلمانی و G.Magnel بلژیكی صورت پذیرفتند. اولین پل پیش تنیده بتنی در سال 1941 در فرانسه بر روی رودخانه مارن اجرا گردید. این پل با دهانه 54 متر از كارهای Freyssinet بوده و نام او را در این صنعت جاودان ساخته است.

3- فولاد و بتن مورد مصرف در صنعت پیش تنیدگی

تاندون های[1] پیش تنیدگی می توانند متشكل از سیم ها[2]، كابل ها[3]  و یا میلگردها[4] باشند. در صنعت پیش تنیدگی كابل های 7- سیمه متداول تر بوده و مشخصات آنها مطابق با استانداردهای ASTM A416  می باشد. در گذشته كابل های تنش زدائی شده (Stress-Relieved)، در مقیاس وسیعی بكار برده می شدند؛ اما امروزه كابل های با وادادگی اندك(Low-Relaxation)، شیوع فراوان تری یافته اند. مزیت استفاده از كابل های نوع اخیر پایین تر بودن اتلاف های ناشی از وادادگی[5] می باشد، برای(روشن شدن این مفهوم به بخش (7-2) مراجعه شود).

میلگردها و سیم های پیش تنیدگی كمتر بعنوان فولادهای اصلی در اعضای پیش تنیده بكار برده می شوند و مشخصات آنها را می توان در استانداردهای ASTM A421 و ASTM A722 جستجو نمود. در جداول (3-1) تا (3-6) مشخصات فولادهای پیش تنیدگی آمده است.

بخش نهم از آئین نامه جدید پلسازی آمریكا (AASHTO-89)، ضوابط بتن پیش تنیده مورد مصرف در پلسازی را بطور كامل بیان نموده است. در بند (9-3-1) از این آئین نامه، قید شده است كه فولادهای مورد مصرف باید از یكی از استانداردهای زیر تبعیت نمایند:

- سیم های تنش زدائی شده، مطابق با: AASHTO M204

- كابل های 7- سیمه تنش زدائی شده، مطابق با: AASHTO M203

- میلگردهای پرمقاومت، مطابق با: ASTM A722

فولادهای پیش تنیدگی كه در سه گروه فوق جای نگیرند تنها در صورتی می توانند استفاده شوند كه حداقل های موجود در هر گروه را دارا باشند.

بتن مورد استفاده برای سازه های پیش تنیده اصولاً، دارای مقاومت فشاری بالاتری نسبت به اعضای بتن آرمه معمولی می باشد. حدود مقاومت فشاری برای نمونه 28 روزه استوانه ای استاندارد ASTM برای اعضای پیش تنیده در حدود 280 تا 560 kg/cm² است، در صورتیكه برای اعضای معمولی بتن آرمه حدود این مقاومت مشخصه، در محدوده 210 تا 280 kg/cm² می باشد. استفاده از بتن با مقاومت بالا در اعضای پیش تنیده می تواند دارای مزایای مختلفی باشد. كه برخی از آنها به قرار زیر است:

1- عمده ترین مزیت بتن پیش تنیده پوشش دادن به دهانه های بزرگ می باشد، در چنین دهانه هائی بار مرده بخش عمده ای از بارهای طراحی را تشكیل می دهد. با بكارگیری مقاومت بالاتر می توان اعضای ظریف تری طراحی نموده و به طرح اقتصادی تری دست یافت.

---

قیمت فایل فقط 4,900 تومان

برچسب ها : آنالیز و طراحی اعضای خمشی پیش تنیده , طرح توجیهی آنالیز و طراحی اعضای خمشی پیش تنیده , دانلود آنالیز و طراحی اعضای خمشی پیش تنیده , عمران , آنالیز , پیش تنیدگی , میلگردها , , طراحی اعضای خمشی پیش تنیده , , دانلود طرح توجیهی , پروژه دانشجویی , دانلود پژوهش , دانلود تحقیق , پایان نامه , دانلود پروژه