أنابيب الخرسانة سابقة الإجهاد

ما هي أنابيب الخرسانة سابقة الإجهاد؟

يتكون أُنبوب أسطوانة الخرسانة سَابق الإجهاد من قلب خرساني وأسطوانة فولاذية رفيعة وأسلاك مسبقة الإجهاد عالية الشد وطلاء هاون. كما أن اللب الخرساني هو المكون الرئيسي الحامل للهيكل حيث تعمل الأسطوانة الفولاذية كحاجز مائي بين طبقات الخرسانة، وتنتج الأسلاك مسبقة الإجهاد ضغطًا موحدًا للضغط في اللب يعوض إجهاد الشد في الأنبوب، ويحمي طلاء الملاط الإجهاد المسبق الأسلاك من التلف المادي والتآكل الخارجي.

تم تصنيع أنبوب أسطوانة الخرسانة سابق الإجهاد لأول مرة في عام 1942 كأنابيب أسطوانية مبطّنة. بحيث يتم لف سلك الإجهاد المسبق في أنبوب الأسطوانة المبطن مباشرة حول الأسطوانة الفولاذية، وتم تطوير نوع ثان من أنبوب أسطوانة الخرسانة سابقة الإجهاد في عام 1952 حيث أنه كان يحتوي على غلاف خرساني لأسطوانة فولاذية على كلا الجانبين.

يُعرف باسم أنبوب الأسطوانة المدمج وهو يختلف عن أنبوب الأسطوانة المبطن بتغليف أسطوانة فولاذية في قلب خرساني. لذلك، يتم لف سلك الإجهاد المسبق حول قلب الخرسانة بدلاً من الأسطوانة الفولاذية كما هو الحال في أنبوب الأسطوانة المبطن. بحيث يتراوح القُطر النموذجي لأنابيب الأسطوانة المبطنة والمدمجة بين 16 إلى 60 بوصة و 30 إلى 256 بوصة، على التوالي.

تستخدم الأنابيب الخرسانية سابقة الإجهاد على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم وتستبدل ببطء أنابيب الخرسانة المسلحة وأنابيب الحديد. كما أنه لديهم قوة أكبر من أنابيب الخرسانة المسلحة واقتصادية مقارنة بأنابيب الحديد أو الحديد الزهر. يمكن تحقيق قوة أنبوب الخرسانة سابقة الإجهاد عن طريق الإجهاد المحيطي الذي يتم فيه لف سلك فولاذي مُسبَق الإجهاد بشكل حلزوني تحت ضغط حول قلب الخرسانة.

تميل متطلبات التصميم الإنشائي الأولية لتصنيع الأنابيب الخرسانية سابقة الإجهاد إلى أن تكون متحفظة مع عوامل أمان عالية. ومع ذلك، مع زيادة الخبرة في استخدام هذا الأنبوب المركب وفهم سلوك الأنابيب الخرسانية سابقة الإجهاد، إلى جانب التقدم في علوم المواد، تم إجراء تغييرات في التصميم الهيكلي للأنابيب الخرسانية سابقة الإجهاد لتقليل تكلفة التصنيع.

أدت الزيادة في قوة شد السلك أثناء التصنيع في أواخر الستينيات وأوائل السبعينيات إلى تقليل كمية الأسلاك الفولاذية مسبقة الإجهاد وسمحت بسلك ذي قُطر أصغر، ممّا أدّى إلى ما يبدو أنه تصميم أكثر كفاءة وتصنيعًا اقتصاديًا. بحيث بلغت هذه الممارسات ذروتها في السبعينيات عندما تم تنفيذ الأنابيب التي تستخدم أسلاك الفئة الرابعة وغيرها من تدابير توفير التكاليف في عملية التصنيع.

بدأت الأنابيب من هذا العصر تعاني من معدل عالٍ من حالات الفشل المبكرة. بعد ذلك، بدأت المعايير الهندسية للأنابيب الخرسانية سابقة الإجهاد في التحسن، ممّا أدّى إلى تحسين معايير الأنابيب الخرسانية سابقة الإجهاد. كما تتكون التنقيحات الرئيسية في المعايير والتصميم والتصنيع للأنابيب الخرسانية سابقة الإجهاد من التغييرات في الحد الأقصى لقُطر الأنابيب الخرسانية سابقة الإجهاد ونوعية (قوة) الخرسانة.

بالإضافة إلى ذلك، سُمك الأسطوانة الفولاذية ومعايير الأسلاك مسبقة الإجهاد (قُطر السلك وضغط التغليف والمسافة وما إلى ذلك) وسماكة طلاء الملاط. في السنوات الأخيرة، تم إجراء عدد من التحسينات المهمة في عملية تصنيع لأنابيب الخرسانية سابقة الإجهاد وإجراءات مراقبة الجودة من قبل الرابطة الأمريكية لأنابيب ضغط الخرسانة والصناعة التي يتم تمثيلها.

أنواع الأنابيب الخرسانية سابقة الإجهاد:

تصنف الأنابيب الخرسانية سابقة الإجهاد إلى نوعين مختلفين على النحو التالي:

1. أنابيب أُسطوانية مبطنة بالخرسانة سابقة الإجهاد.
   
2. أنابيب خرسانية سابقة الإجهاد غير أسطوانية.
   

1- أنابيب الإسطوانة المبطنة بالخرسانة سابقة الإجهاد:

في هذا النوع من الأنابيب الخرسانية سابقة الإجهاد، يتم تبطين الأنبوب الخرساني الأساسي بواسطة أسطوانة فولاذية ملفوفة بحلزون من الأسلاك شديدة الإجهاد ويتم حماية ترتيب الأسلاك هذا بطبقة من الملاط الأسمنتي أو الخرسانة الكثيفة. كما تحتوي الأسطوانة الفولاذية على حلقات فولاذية في نهاياتها تستخدم لربط أنبوبين أثناء التركيب.

2- أنابيب الخرسانة غير الأسطوانية سابقة الإجهاد:

لا تحتوي الأنابيب الخرسانية غير الأسطوانية سابقة الإجهاد على أسطوانة فولاذية بين الأسلاك المجهدة مسبقًا وأنبوب قلب الخرسانة وهذا هو الفرق الوحيد بين الأنابيب من النوع غير الأسطواني وغير الأسطواني. كما في هذا النوع يتم توفير الإجهاد المسبق الدائري مباشرة على الأنبوب الأساسي الخرساني.

طرق تصنيع الأنابيب الخرسانية سابقة الإجهاد:

يمكن تصنيع الأنابيب الخرسانية سابقة الإجهاد بطريقتين مختلفتين:

1. بناء مونوليت.
   
2. بناء المرحلتين.
   

1- بناء مونوليت في تصنيع الأنابيب الخرسانية سابقة الإجهاد:

1. تتكون طريقة مونوليت لصنع الأنابيب الخرسانية سابقة الإجهاد، من قالب فولاذي عمودي له غلاف داخلي وقشرة خارجية.
   
2. يتكون الغلاف الخارجي للقالب من مقطع طولي يتم تثبيته معًا بواسطة ترتيبات زنبركية. ويتكون الغلاف الداخلي للقالب من غشاء مطاطي قابل للتمدد.
   
3. في هذه الطريقة، يتم صب الخرسانة من أعلى القالب تحت اهتزاز عالي التردد.
   
4. بمجرد صب الخرسانة، تسمح المقاطع الطولية للقشرة الخارجية للقالب بالتمدد ويبدأ أيضًا الغشاء المطاطي في الغلاف الداخلي في التوسع.
   
5. هذا يقدم الإجهاد المسبق في الخرسانة ويتم المعالجة عن طريق التبخير في طريقة مونوليت.
   
6. في بناء مونوليت، تتم عملية الإنتاج بأكملها في مرحلة أو دورة واحدة.
   

2- بناء المرحلتين في تصنيع الأنابيب الخرسانية سابقة الإجهاد:

1. بناء على مرحلتين من الأنابيب الخرسانية سابقة الإجهاد، يحتوي على مرحلتين من التصنيع ويمكن استخدام هذه الطريقة لصنع أنابيب من النوع الأسطواني وغير الأسطواني.
   
2. لتصنيع الأنابيب الخرسانية سابقة الإجهاد من النوع غير الأسطواني، يتم صب الخرسانة على تعزيز طولي مشدود في المرحلة الأولى.
   
3. بعد معالجة الخرسانة، في المرحلة الثانية، يتم لف الأسلاك سابقة الإجهاد حول محيط الأنبوب الخرساني تحت الشد ويتم طلاء طبقة الملاط الأسمنتية عليها.
   
4. تساعد الضغوط الطولية التي تحدث في المرحلة الأولى في المرحلة الثانية على مقاومة التشقق بسبب اللف المحيطي والتشقق أثناء تركيب الأنابيب.
   
5. في حالة الأنابيب من النوع الأسطواني، يتم تبطين الأسطوانة الفولاذية بالخرسانة من الداخل ويتم لف هذه الأسطوانة باستخدام سلك شديد الإجهاد.
   
6. بعد لف السلك، يتم طلاء ملاط ​​الأسمنت الغني كطبقة حماية.
   
7. يتم تثبيت الأسلاك والوصلات في الأطراف باستخدام مثبتات أنبوبية.
   
8. بالنسبة للضغوط العالية جدًا، يتم استخدام أنابيب ذات قُطر أكبر والتي قد تتطلب لفًا مزدوجًا من الأسلاك وطلاء مزدوج الملاط.
   

استخدامات الأنابيب الخرسانية سابقة الإجهاد:

تستخدم الأنابيب الخرسانية سابقة الإجهاد لِلعديد من الأغراض على النحو التالي:

1. لتوفير المياه للاحتياجات المنزلية، حيث تحتاج المياه إلى ضغط مرتفع لتزويدها بشكل موحد للأنابيب الموزعة.
   
2. للأغراض الصناعية مثل إعادة تدوير الأنابيب وخطوط أنابيب مياه التبريد وما إلى ذلك.
   
3. تستخدم كخطوط أنابيب تحمل مياه الصرف الصحي باستخدام الجاذبية.
   
4. خطوط أنابيب الجريان السطحي أو تجميع مياه الأمطار.
   
5. لإنشاء قنوات تحت الطرق أو السكك الحديدية أو من خلال أي عائق وما إلى ذلك.