روش های طراحی و تولید تیرهای برق پیش‌تنیده

در دهه‌های اخیر، تیرهای برق بتنی پیش‌تنیده شهرت یافته‌اند و به عنوان جایگزینی برای تیرهای برق سنتی که از چوب، فولاد و یا بتن مسلح ساخته می‌شدند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. تیرهای برق پیش تنیده اولیه در سال 1993 توسط یک مهندس فرانسوی به نام فریسینت (Freyssinet) طراحی شدند.

اشکال مختلف تیرهای برق پی تنیده

انواع مختلفی از مقاطع تیرهای برق پیش‌تنیده موجود است اما برای همه انواع تیرهای برق، پایه باید دارای بیشترین سطح مقطع عرضی باشد زیرا بیشترین مقاومت خمشی در این ناحیه مورد نیاز است.

تیرهای برق با مقطع دایره‌ای یا مستطیلی برای طول‌های کوتاه تا 40 ft مناسب هستند. این تیرها روند نصب و جایگذاری کابل‌های پیش‌تنیده را در عمق مورد نظر نسهیل می‌کنند. جابه‌جایی این تیرها ساده‌تر است.

شکل 1- تیرهای برق پیش‌تنیده با مقطع مستطیلی

تیرهای برق ویرندیل(vierendeel) نیز برای طول‌های کوتاهتر مورد استفاده قرار می‌گیرند اما در آن ها از المان های نازک استفاده می‌شود و سطح تماس بیشتری بیشتری دارند که این امر آن‌ها را در معرض خرابی بر اثر خوردگی قرار می‌دهد.

تیرهای مدور برای طول‌های بلندتر مناسب‌تر هستند. تیرهای برق مدور توخالی وزن کمتری دارند و در تمامی جهات از مقاومت یکسانی برخوردار هستند. در تیرهای برق توخالی، بتن با سرعت چرخش بالا ترکیب شده است که آن را به بتنی با چگالی و مقاومت بیشتر تبدیل می‌کند.

شکل2- شمع‌های توپر بتنی پیش‌تنیده

تیرهای برق استوانه ای مخروط شکل نیز با استفاده از روش بتن ریزی چرخشی ساخته می‌شوند. مخروط شدگی باید یکنواخت باشد و در رنج 0.15 تا 0.18 اینج در هر فوت قرار بگیرد. با استفاده از این روش روش تیرهای برق شش‌ضلعی، هشت ضلعی و مثلثی قابل ساخت هستند.

ملاحظات طراحی تیرهای برق پیش‌تنیده

تیرهای برق پیش‌تنیده به عنوان اعضایی با پیش‌تنیدگی یکنواخت تولید می شوند زیرا در جهات مخالف لنگر خمشی یکسانی را تحمل می‌کنند که امر در مورد سایر سازه های پیش‌تنیده صادق نیست. بزرگای پیش‌تنیدگی مورد نیاز نصف میزان مورد نیاز معمول برای خمش در یک جهت است.

تیرهای بتنی پیش‌تنیده در کارخانه ساخته شده سپس به محل پروژه منتقل می‌گردند. بنابراین تنش‌های حمل، جابه‌جایی و نصب باید هنگام طراحی تیرهای برق مد‌نظر قرار گیرد.

این تیرهای برق به عنوان سازهای کنسولی طراحی می‌شوند و اثر بارهای محوری و خمشی باید به طور همزمان در آن‌ها دیده شود. در مقایسه با بارهای محوری و نیروهای برشی، لنگر خمشی در تیرهای برق پیش‌تنیده غالب است. این تیرها عضوهای ارتجاعی هستند.

روش‌های تولید تیرهای برق بتنی پیش‌تنیده

به طور کلی سه روش برای تولید تیرهای برق پیش تنیده بتنی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این روش‌ها عبارتند از:

روش ساخت سانتریفیوژی
روش خط بلند
روش منسل

1- روش ساخت سانتریفیوژی

روش ساخت سانتریفیوژی را با عنوان روش ساخت چرخشی نیز نام می‌برند. از این روش برای ساخت تیرهای برق توخالی و مخروطی استفاده می‌شود. در این روش، بخشی از قالب‌های فولادی با بتن پر می‌شود و در دستگاه چرخش قرار می‌گیرند.

بتن موجود در قالب ها به واسطه نیروی گریز از مرکز که توسط ماشین چرخش ایجاد شده است و به مدت چند دقیقه می‌چرخد، محکم می‌شود. همگتم چرخش، بتن آب موجود در خود را پس می‌زند و این آب اضافی از طریق فضای خالی ایجاد شده در وسط تیر خارج می‌شود.

در نهایت قالب در معرض بخار قرار می‌گیرد تا زمانی که به مقاومت psi 3500 برسد . بعد از آن کابل پیش تنیدگی آزاد می‌شود و اجازه میدهیم بتن به مدت 28 روز در معرض هوا قرار بگیرد. بعد از این مراحل تیر برق بتنی پیش تنیده بدست می‌آید.

شکل3- ساخت تیر برق به روش سانتریفیوژی

2- روش خط بلند

روش خط بلند، رایج‌ترین روش مورد استفاده برای ساخت تیرهای برق بتنی پیش‌تنیده توپر است. در این روش، قالب‌ها در دو انتهای بستر بتن ریزی قرار می‌گیرند. این قالب‌ها تا طول 400 فوت قرار داده می‌شوند.

قالب‌ها دارای یک سری جداکننده در انتها هستند و حفره های مورد نیاز برای کشیدن کابل‌های پیش‌تنیدگی را تامین می‌کنند. این کابل‌ها در دو انتهای خط قالب ها در مقابل پشت بند ‌ها پیش‌کشیده می‌شوند. این پیش‌کشیدگی همزمان برای چندین تیر صورت می‌گیرد.

حالا قالب‌ها با بتنی که از بیرون ویبره شده بود، پر می‌شوند. با استفاده از این روش، شکل های مختلفی از تیرهای برق مانند دایره‌ای، مستطیلی، I شکل ، Yشکل و … قابل ساخت خواهد بود. این روش در هر مکانی قابل اجراست.

شکل 4

3- روش منسل (Mensel)

تولید تیرهای برق پیش تنیده به روش منسل نسبت به سایر روش‌های گفته شده، روش مکانیزه تری می‌باشد. در این روش تیرهای برق در یک خط تولید که قالب‌های سبک افقی دارد، ساخته می‌شوند.

بتن در این قالب‌ها ریخته می‌شود. در وسط قالب یک قسمتی برای خارج کردن بلوک وجود دارد تا با استفاده از آن فضای خالی مورد نیاز در داخل تیر تعبیه گردد. بتن موجود در قالب‌ها با ویبره شدن محکم می‌گردد. زمانی که بتن شروع به سخت شدن می‌کند، قسمت خارج کردن بلوک در وسط می‌پرخد . زمانی که بتن کاملا سخت شد، خارج می‌شود. این تیرهای برق تا دمای 73درجه سانتی‌گراد به مئت 24 ساعت حرارت داده می‌شوند و سپس تا دمای اتاق سرد می‌گردند.

شکل 5

مزایای تیرهای برق بتنی پیش‌ساخته

تیرهای برق بتنی پیش‌ساخته نسبت به تیرهای برق معمولی دارای مزایایی هستند که از جمله‌ی آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
وزن کمتر و سادگی حمل و جابه‌جایی
نصب تیرهای برق بتنی پیش تنیده در چاله‌های حفر شده ساده و راحت است.
این تیرها نفوذ پذیری کمتری دارند و در مقابل خوردگی کابل پیش‌تنیدگی به خصوص در مناطق با آب و هوای گرم، مقاومت خوبی از خود نشان می‌دهند.
مقاومت مناسب در مقالب فرسایش در مناطق بیابانی
مقاومت خوب در مقابل آتش که در زمانی که مراتع و علف‌های اطراف تیر برق آتش می‌گیرند بسیار کاربردی است.
مقاومت خوب در برابر یخ زدگی و آب شدن یخ که در مناطق با آب و هوای سرد زیاد رخ می‌دهد.
این تیرها سختی بیشتری دارند و بیشتر از تیرهای برق بتن مسلح معمولی قدرت باربری دارند.
این تیرها را می‌توان در اشکال مختلفی با سطحی بسیار تمیز و شکیل تولید کرد که نقش موثری در زیبایی ظاهری دارد.
این تیرها به دلیل مشخصات پایداری که دارند، به نگه داری کمتری احتیاج پیدا می کنند.

کاربردهای تیرهای برق بتنی پیش‌تنیده

به سبب مقاومت و پایداری بالایی که تیرهای برق بتنی پیش‌تنیده دارند، در سراسر جهان به وفور مورد استفاده قرار می‌گیرند. این تیرها را می‌توان برای موارد زیر به کار برد: