تحقیق مقاله توسعه و ایجاد پوشش سگمنتالی بتنی ساخته و پیش تنیده شده

مقدمه : پوشش سگمنتالی بتنی ساخته و پیش تنیه شده ppcsl برای تونل هایی که با روش های مکانیزه حفر شده اند،‌مورد استفاده قرار میگیرد. مشخصه اصلی این سگمنت ها این است که مونتاژ و اتصال سگمنت ها به یکدیگر در یک حلقه دایره ای شکل در جهت طولی تونل با اعمال پیش تنیدگی سگمنت در محیط پیرامونی تونل صورت می گیرد. با اعمال پیش تنیدگی می توان اتصالات پیچ مانند را حذف نمود و نیز همچنین می توان حجم و مقدار سیستم های تقویت کننده سنتی (شبکه آرماتور بندی) را کاهش داد و در نهایت باعث کاهش هزینه های نهایی ساخت و تولید سگمنت های بتنی پیش ساخته و پیش تنیده گردید. همچنین باعث افزایش کیفیت پوشش سگمنتالی و نیز باعث صرفه جویی در نیروی انسانی مورد نیاز جهت نصب و مونتاژ پوشش سگمنتالی می گردد.

این نوع پوشش برای تونل های با قطر زیاد و عمق زیاد که در آن ها تغییر شکل پوشش نگهدارنده تونل به علت وجود بارمرده، مشکل ساز می باشد، دارای قابلیت وفق پذیری بالایی می باشند و انتخاب مناسبی می باشند. سگمنت های OOCSL در آزمایشات مختلفی تحت بررسی قرار گرفتند که هدف از انجام این آزمایشات ارزیابی عملکرد و کارایی سگمنت ها و نیز عملی بودن استفاده از این سگمنت ها در ساختارهای واقعی می باشد. در نهایت سگمنت های بتنی پیش ساخته و پیش تنیده در 3 پروژه ساختاری اجرا گردیدند.

مصرفی پوشش سگمنتال PPC

خلاصه روش

همان طور که در شکل شماره 1 نشان داده شده است سگمنت های PPCSL یک نوع حلقه پوششی بتنی پیش تنیده شده توسط کابل های فولادی (سیم بکسل) می باشد مشروط بر اینکه کابل فولادی (سیم بکسل) که در داخل غلافی که در سگمنت در ابتدا جاسازی و تعبیه شده است تحت کشش قرار گیرد و سفت شود (تحت پیش تنیدگی قرار گیرد) چون که کابل های فولادی ناپیوسته دارای حداقل افت اصطکاکی ما بین غلاف و فولاد پیش تنیده شه می باشد ،‌بنابراین پیش تنیدگی کافی می تواند مصرفی گردد اگر کشش تنها بر یکی از موقعیت های پیرامون (محیط) کلی اعمال شود (شکل شماره 2) به علاوه با استفادها از وسایل مهاری ساخته شده از جدن که یک طرف آن مخصوص کشیدن کابل فولادی و طرف دیگر آن مخصوص ثابت کردن کابل فولادی می باشد ،‌می توان عمل تقویت کردن سگمنت ها را ساده تر و مختصر تر شود. این وسیله مهاری که در یک قطعه (مهار x شکل) ساخته شده است ، در ابتدای مرحله ساخت سگمنت در داخل آن جای سازی شده است که با استفاده از این ابزار می توان به اصطلاح و بهبود فرآیند پیش تنیدگی دست یافت (شکل شماره 3) برای مونتاژ و نصب سگمنت ها از سیستمی که در آن با استفاده از جک های ماشین سپر، سگمنت جدید در جهت خلاف سگمنت موجود (سگمنت قبلی نصب شده ) فشار داده می شود و نیز اتصال بین آن ها برقرار می گردد، بین حلقه ها یا به عبارت دیگر بین سگمنت ها هیچ گونه اتصالات پیچ و مهره ای ( چفت و بستی) وجود ندارد . به منظور بهبود دوام و پایداری پوشش فوق، سیمانی دارای سیالیت بالا در داخل شکافی که ما بین کابل فولادی ناپیوسته و غلاف که از جنس پلی اتلین می باشد، تزریق گردید.

خصوصیات پوشش سگمنتال PPC

1-2-1 کارایی اقتصادی

چون که این نوع سگمنت ها به صورت یک تکه ساخته می شوند ،‌اتصالات فلزی می تواند حذف گردد و نیز همچنین حجم وم مقدار سیستم های تقویت کننده سنتی (آرماتوربندی) به جهت دست یابی به عملکرد و کارایی خمشی یکسانی در مقایسه با سازه های بتنی تقویت شده مرسوم (سگمنت های سنتی) می تواند به طور قابل ملاحظه ای کاهش یابد. به علاوه ارتفاع پوشش سگمنتال در سگمنت هایی با دهانه متوسط تا بزرگ می تواند کاهش یابد. با توجه به خصوصیات فوق، هزینه تولید سگمنت ها نیز کاهش می یابد و همچنین با استفاده از این نوع سگمنت ها می توان قادر به حذف پوشش بتنی ثانویه بود، بنابراین می توان هزینه های کلی را کاهش داد زیرا قطر خارجی تونل نیز کاهش می یابد.

1-2-2 کیفیت

با معرفی سیستم پیش تنیدگی می توان از ترک خوردگی بتن جلوگیری نمود به علاوه سطح داخلی سگمنت دارای همواری مناسبی می باشد و نیز دارای خاصیت         ضد آ» بودن (نفوذ ناپذیر بودن در برابر آب) می باشد. با استفاده از این پوشش، تغییر شکل های جزئی حلقه پوششی در طی مدت ساختمان می تواند به دست آیدزیرا درزه های شعاعی بسیار کوچک می باشد. علاوه در این به عنوان یک بتن پیش تنیده ناپیوسته دارای قابلیت پایداری بالایی می باشد و اتصالات در برابر شکستگی مقاوم می باشد، حتی تحت تاثیر بارگذاری های حداکثر یک چنین خاصیت انعطاف پذیر مخصوصا در جهت طولی تونل به بهبود و اصلاح سازه در برابر زمین لرزه کمک بسیاری می کند.

1-2-3- قابلیت نصب و مونتاژ

این نوع سگمنت ها بدون هرگونه اتصالاتی ساخته شده اند و جفت شدن آنها تنها توسط جک های ماشین سپر صورت می گیرد. به عنوان یک نتیجه قابلیت ساخت آنها می تواند بهبود یابد و عملیات پوشش گذاری خودکار(اتوماتیک) می تواند به سادگی اجرا گردد. به علاوه عملیات کشیدن (اعمال پیش تنیدگی) در جهت محیطی تونل تنها در یک نقطه در محیط کلی تونل صورت می گیرد بنابراین قابلیت ساخت می تواند بهبود یابد توسط تاثیر کمی که بر روی سیکل زمانی ساخت دارد.

1-2-4 همواری سطح قوس داخلی

این نوع سگمنت دارای کی سطح داخلی با حداقل میزان زبری می باشند و در سطح داخلی آن از هیچ گونه فلزی استفاده نشده است. این نوع سگمنت در برابر تراوش و نفوذ آب به خوبی مقاوم می باشند (آب بندی شده اند) و پدیده ترک خوردگی نیز توسط اعمال پیش تنیدگی به خوبی کنترل می گردد بنابراین این نوع سگمنت برای سازه های بدون پوشش بتنی ثانویه مناسب می باشد.

1-2-5 مقاومت در برابر نیروهای داخلی

برای تونل هایی که در معرض فشار آب داخلی زیادی می باشند ،‌بتن می تواند در یک وضعیت و حالت کاملاً‌متراکم و فشارنده نگه داشته شود که با مطرح کردن پیش تنیدگی ،‌ثبات و استحکام و نیز خاصیت ضد آب بودن سازه تضمین می گردد.

رئوس مطالب آزمایشات انجام گرفته بر روی پوشش سگمنتال PPC

خلاصه

بر روی سگمنت های PPCST آزمایشات مختلفی اجرا گردید به منظور تائید و تصدیق عملکرد و کارایی اصلی و نیز توانایی ساخت این نوع سگمنت ها . نتایج این آزمایشات مختلف به طور خلاصه در جدول  شماره 1 بیان شده است. برای مثال نتایج آزمایشات خمشی بر روی محل های اتصال سگمنت ها در جایی که خصوصیات ساختار PPCSL به طول واضح نشان داده شده است ،‌در این قسمت گزارش شده است مانند مطالب زیر.

2-2 آزمایشات خمشی بر روی محل های اتصال سگمنت ها

2-2-1 خلاصه آزمایش

بر روی محل اتصال سگنت ها با اعمال پیش تنیدگی بر روی تیر قوسی شکل که بر روی دو عدد سگمنت متصل به هم از نوع A (با استفاده از 2 کابل فولادی پیش تنیدگی) و اعمال بارگذاری متمرکز بر روی این نمونه که توسط 2 نقطه تکیه گاهی در هر دو انتهای آن نگهداری می شود ، آزمایشات خمشی اجرا گردید(شکل سماره 4 و 5 ) . سپس بارگذاری اعمال گردید و مقادیر جابه جایی های افقی و عمودی، نیروهای کششی ،‌ کرنش سطحی (ظاهری) بتن  و نیز شکافتن درزه ها اندازه گیری شد. شیوه های آزمایش در جدول شماره 2 نشان داده شده است.

2-2-2- نتایج آزمایش

بارگذاری تا زمانی که محل اتصال سگمنت ها تحت بارگذاری P max  شکسته شد، اعمال گردید. پس از شکست بارگذاری متوقف گردید. مقاومت خمشی محاسباتی pjz (مقاومتی که در محاسبات مورد استفاده قرار می گیرد و برابر است با مقاومت مشخصه تقسیم بر ضریب تقلیل ) با استفاده از کابل های فولادی پیش تنیده منفرد برابر با 4/29 کیلو نیوتن می باشد. به علاوه تغییر مکان های افقی به جای اول خو د بازگشتند(در جایی که قبل از اعمال بارگذاری قرار داشتند یعنی برابر با 0 میلی متر) زمانی که بارگذاری به 0 کیلونیوتن کاهش یافت زیرا پیش تنیدگی مطرح گردید و تائید کرد که ساختار دارای پایداری و استحکام بسیار بالایی می باشد (شکل شماره 6) ثابت ارتجاعی دوتاسیون (چرخش) محل اتصال سگمنت ها نسبت به مقادیر محاسبه شده با استفاده از فرمول تجربی ‌Reiman مقدار بزرگتری بود.