پس‌کشیدگی و پیش‌تنیدگی خارجی یکی از روش‌های تخصصی مقاوم‌سازی سازه‌های موجود است که در آن با استفاده از کابل‌ها، تاندون‌ها یا اعضای فولادی کشیده‌شده، یک نیروی کنترل‌شده به سازه وارد می‌شود تا مسیر نیرو، توزیع تنش و تغییرشکل عضو یا سیستم سازه‌ای اصلاح شود.
در این روش، برخلاف بسیاری از روش‌های مقاوم‌سازی که ظرفیت یک عضو را با افزودن مصالح افزایش می‌دهند، می‌توان با ایجاد یک نیروی اولیه مهندسی‌شده، وضعیت موجود سازه را تغییر داد و بخشی از بار یا اثرات نامطلوب را کنترل کرد.
این روش می‌تواند برای موارد زیر مورد استفاده قرار گیرد:
در پیش‌تنیدگی متداول، تاندون‌ها معمولاً در داخل مقطع یا سیستم سازه‌ای قرار می‌گیرند.
اما در پیش‌تنیدگی خارجی، تاندون‌ها در خارج از مقطع اصلی عضو قرار گرفته و توسط تجهیزات و نقاط مهاری مشخص به سازه متصل می‌شوند.
این ویژگی باعث می‌شود در برخی پروژه‌های مقاوم‌سازی ساختمان موجود، امکان اجرای سیستم بدون افزایش قابل‌توجه ابعاد عضو فراهم شود.
با این حال، خارجی‌بودن تاندون به معنی ساده‌بودن روش نیست؛ زیرا مسیر تاندون، نقاط انحراف، مهارها و انتقال نیرو باید به‌صورت دقیق طراحی شوند.
یک سیستم پیش‌تنیدگی خارجی می‌تواند شامل موارد زیر باشد:
هر یک از این اجزا بخشی از مسیر انتقال نیروی پیش‌تنیدگی را تشکیل می‌دهند.
پس از نصب تاندون، نیروی کشش مشخصی به آن اعمال می‌شود.
این نیرو از طریق مهارها و نقاط انحراف به سازه منتقل می‌شود و باعث ایجاد نیروها و لنگرهای جدید در عضو می‌گردد.
به‌صورت ساده:
کشش تاندون ← مهار و انحراف ← انتقال نیرو به سازه ← تغییر وضعیت تنش و تغییرشکل ← بهبود عملکرد عضو
نکته مهم این است که پیش‌تنیدگی صرفاً «کشیدن کابل» نیست.
مقدار نیرو، مسیر کابل و محل انتقال نیرو تعیین می‌کنند که پیش‌تنیدگی چه اثری بر سازه خواهد داشت.
یکی از کاربردهای مهم پیش‌تنیدگی خارجی، تقویت تیرهای بتن‌آرمه و تیرهای موجود است.
در یک تیر دچار ضعف خمشی یا خیز زیاد، تاندون خارجی می‌تواند به‌گونه‌ای آرایش داده شود که اثر آن در مقابل لنگرهای ایجادشده توسط بارهای ثقلی قرار گیرد.
این کار می‌تواند باعث مواردی شود، از جمله:
اما میزان اثرگذاری به هندسه تیر، مسیر تاندون، نقاط مهاری و شرایط بارگذاری وابسته است.
در دال‌های موجود نیز می‌توان از سیستم‌های پیش‌تنیدگی خارجی در شرایط خاص استفاده کرد.
اهداف می‌توانند شامل موارد زیر باشند:
در دال‌های گسترده، مسیر انتقال نیروی پیش‌تنیدگی و نحوه توزیع آن در سطح دال اهمیت ویژه‌ای دارد.
پیش‌تنیدگی خارجی در سازه‌های موجود، به‌خصوص پل‌ها و تیرهای با دهانه قابل‌توجه، کاربرد مهمی دارد.
در این شرایط می‌توان از تاندون‌های خارجی برای موارد زیر استفاده کرد:
در این سازه‌ها نیز بررسی وضعیت موجود، خوردگی، ترک‌ها، ظرفیت مقطع و شرایط تکیه‌گاهی قبل از طراحی ضروری است.
در برخی آرایش‌های خاص، پیش‌تنیدگی می‌تواند برای بهبود رفتار برشی نیز مورد استفاده قرار گیرد.
با ایجاد مؤلفه‌های نیروی مناسب در عضو می‌توان وضعیت تنش و ترک‌های قطری را کنترل کرد.
اما این کاربرد به‌شدت وابسته به:
است و نباید پیش‌تنیدگی را به‌عنوان یک راهکار عمومی برای تمام ضعف‌های برشی در نظر گرفت.
یکی از مزایای مهم این روش، امکان استفاده از نیروی پیش‌تنیدگی برای اصلاح رفتار تغییرشکلی عضو است.
در سازه‌ای که تیر یا دال دچار خیز قابل‌توجه شده است، می‌توان با طراحی مناسب مسیر تاندون و مقدار نیروی پیش‌تنیدگی، اثر معکوس موردنیاز را ایجاد کرد.
با این حال، اصلاح خیز موجود باید همراه با بررسی مواردی انجام شود، مانند:
در برخی پروژه‌ها، برای اینکه پیش‌تنیدگی اثر موردنظر را داشته باشد، وضعیت بارگذاری عضو در زمان عملیات نیز اهمیت دارد.
ممکن است لازم باشد بخشی از بار:
بنابراین توالی اجرا بخشی از طراحی سیستم است.
نمی‌توان فرض کرد که اجرای همان نیروی پیش‌تنیدگی روی سازه در هر وضعیت بارگذاری، نتیجه یکسانی خواهد داشت.
یکی از حساس‌ترین قسمت‌های سیستم، محل انتقال نیروی تاندون به سازه است.
مهار باید بتواند نیروی ایجادشده را بدون موارد زیر به سازه منتقل کند:
بنابراین طراحی مهار باید همراه با بررسی عضو موجود انجام شود.
در بسیاری از سیستم‌ها، تاندون برای ایجاد مسیر نیروی مناسب در نقاط مشخصی منحرف می‌شود.
این نقاط می‌توانند نیروهای قابل‌توجهی به سازه وارد کنند.
بنابراین باید موارد زیر کنترل شود:
نقطه انحراف فقط یک تکیه‌گاه ساده برای کابل نیست؛ بخشی از سیستم انتقال نیرو است.
نیروی اعمال‌شده باید دقیقاً کنترل و ثبت شود.
پارامترهای مهم شامل موارد زیر هستند:
پس از قفل‌کردن تاندون نیز باید اثرات افت نیرو در طول زمان بررسی شود.
نیروی اولیه اعمال‌شده الزاماً همان نیروی باقی‌مانده در طول عمر سیستم نیست.
کاهش نیرو می‌تواند تحت تأثیر عواملی قرار گیرد، مانند:
بنابراین طراحی باید بر اساس نیروی مؤثر موردنیاز در طول دوره بهره‌برداری انجام شود، نه فقط نیروی اولیه جک.
تاندون‌های خارجی در معرض محیط قرار دارند و بنابراین حفاظت آن‌ها اهمیت زیادی دارد.
بسته به سیستم می‌توان از موارد زیر استفاده کرد:
شرایط محیطی پروژه باید در انتخاب سیستم محافظ در نظر گرفته شود.
هندسه، مصالح، ترک‌ها، خوردگی، ظرفیت، بارگذاری و تغییرشکل عضو بررسی می‌شود.
مشخص می‌شود که هدف افزایش ظرفیت، کاهش خیز، کنترل ترک یا اصلاح مسیر نیرو است.
هندسه مسیر و محل نقاط مهاری و انحراف تعیین می‌شود.
صفحات، انکرها و اجزای انتقال نیرو طراحی می‌شوند.
محل نصب تجهیزات، صفحات و اجزای اتصال آماده می‌شود.
کابل یا تاندون مطابق مسیر طراحی نصب می‌شود.
کشش با جک و تجهیزات مناسب و تحت کنترل اعمال می‌شود.
نیروی جک، کشیدگی و سایر پارامترهای موردنیاز ثبت می‌شوند.
پس از رسیدن به شرایط طراحی، تاندون در وضعیت نهایی تثبیت می‌شود.
سیستم در برابر خوردگی، رطوبت و در صورت نیاز حریق محافظت می‌شود.
نیروی مؤثر، تغییرشکل عضو، وضعیت اتصالات و عملکرد سیستم بررسی می‌شود.
کنترل کیفیت باید شامل موارد زیر باشد:
در پروژه‌های حساس، مستندسازی کامل فرآیند کشش اهمیت ویژه‌ای دارد.
این روش می‌تواند در شرایطی مناسب باشد که عضو موجود از نظر ظرفیت یا تغییرشکل دچار مشکل باشد و بتوان با اعمال یک نیروی کنترل‌شده، وضعیت نیرو و عملکرد آن را بهبود داد.
به‌خصوص برای تیرها، دال‌ها، پل‌ها و برخی اعضای با دهانه قابل‌توجه، پیش‌تنیدگی خارجی می‌تواند گزینه‌ای مؤثر باشد.
اما انتخاب این روش باید بر اساس تحلیل رفتار موجود و بررسی دقیق مسیر انتقال نیرو انجام شود.
در پیش‌تنیدگی خارجی، خود کابل تنها بخشی از سیستم است؛ مهار، مسیر تاندون، نقاط انحراف، عضو موجود و توالی اعمال نیرو، همگی بخشی از راهکار مقاوم‌سازی هستند.
