أنماط الفشل المختلفة في الأعمدة الخرسانية

ما هي أنماط الفشل المختلفة في الأعمدة الخرسانية؟

هناك العديد من أنماط الفشل في الأعمدة الخرسانية ومنها (أعضاء الانضغاط) أي الفشل بسبب الضغط الخالص والضغط المشترك وعدم الاستقرار المرن. حيث سيتم مناقشة هذه الأنماط من فشل أعضاء الضغط الملموس.

عمود الخرسانة المسلحة هو عضو ضغط وَينقل الأحمال من الهيكل إلى الأرض من خلال الأساسات. وهناك ثلاثة أنواع من الأعمدة الخرسانية بناءً على ارتفاعها وبعدها الجانبي.

الأعمدة الطويلة هي تلك التي تكون نسبة ارتفاعها إلى البعد الجانبي الأقل أكثر من 12. وعندما يكون الارتفاع إلى البعد الجانبي الأقل أقل من 3، يُطلق عليها قاعدة التمثال وإذا كانت بين 3 و12، تُسمى كعمود قصير.

تعتمد قدرة تحمل الحمولة وأنماط فشل عمود الخرسانة المسلحة على نسبة النحافة. حيث أن نسبة النحافة هي نسبة الطول الفعال (Le) والأبعاد الجانبية الأقل للعمود وفقًا للمعايير الهندية والبريطانية.

ولكن وفقًا لمدونة قواعد الممارسة الخاصة بمعهد الخرسانة الأمريكي، يتم تعريف نسبة النحافة على أنها نسبة الطول الفعال للعمود إلى نصف قطره من الدوران، وهو نفسه المستخدم في تصميم الفولاذ الإنشائي. حيث أن الطول الفعال للعمود يعتمد على ظروف الدعم الخاصة به في النهايات.

أنماط الفشل لأعضاء الانضغاط في الأعمدة الخرسانية:

بناءً على نسبة رقة العمود، هناك ثلاثة أنماط لفشل أعمدة الخرسانة المسلحة. ومن المفترض أن يتم تحميل الأعمدة مركزيًا (لا توجد أحمال غريبة الأطوار).

1. فشل العمود بسبب الضغط الخالص:

عندما يتم تحميل أعمدة الخرسانة المسلحة محوريًا، يتعرض حديد التسليح والخرسانة للضغوط. وعندما تكون الأحمال عالية مقارنة بمساحة المقطع العرضي للعمود، يصل الفولاذ والخرسانة إلى إجهاد الخضوع ويفشل العمود دون التعرض لأي تشوّه جانبي.

يتم سحق العمود الخرساني ويعزى انهيار العمود إلى فشل المواد. وللتغلب على هذا، يجب أن يحتوي العمود الخرساني على مساحة مقطع عرضي كافية، بحيث يكون الضغط أقل من الحد المحدد.

يظهر هذا النوع من الفشل بشكل عام في حالة الركائز التي يكون ارتفاعها إلى البعد الجانبي الأقل أقل من 3 ولا تتعرض للانحناء بسبب الأحمال المحورية.

2. فشل العمود بسبب الضغط المشترك:

تتعرض الأعمدة القصيرة عادةً لأحمال محورية وأحمال جانبية ولحظات. حيث تخضع الأعمدة القصيرة الواقعة تحت تأثير الأحمال الجانبية واللحظات للانحناء والانحناء الجانبيين. كما تخضع الأعمدة الطويلة لانحراف وانحناء جانبي حتى عندما يتم تحميلها محوريًا فقط.

في ظل هذه الظروف عندما تصل الضغوط في الفولاذ والخرسانة إلى إجهاد الخضوع، يحدث فشل في المواد ويفشل عمود الخرسانة المسلحة. بحيث يُطلق على هذا النوع من الفشل الضغط المشترك وفشل الانحناء.

3. فشل العمود بسبب عدم الاستقرار المرن:

الأعمدة الطويلة نحيلة للغاية، أيّ أن طولها الفعال إلى البعد الجانبي الأقل يزيد عن 12. وفي ظل هذه الظروف، تقل قدرة حمل الأعمدة الخرسانية المسلحة بشكل كبير بالنسبة لمنطقة المقطع العرضي والنسبة المئوية من حديد التسليح.

عندما يتعرض مثل هذا النوع من الأعمدة الخرسانية لأحمال صغيرة، فإنّها تميل إلى أن تصبح غير مستقرة وتلتصق بأي جانب. لذلك، يصل حديد التسليح والخرسانة في مثل هذه الحالات إلى إجهاد الخضوع حتى للأحمال الصغيرة ويفشل بسبب الالتواء الجانبي المرن.

هذا النوع من الفشل غير مقبول في الإنشاءات الخرسانية العملية. بحيث يمنع الكود استخدام مثل هذه الأعمدة الطويلة لنسبة رشاقة أكبر من 30 (للأعمدة غير المفصولة) للاستخدام في الهياكل الخرسانية.

فشل القص في الأعمدة الخرسانية:

تحمل الأحمال الجانبية في الهيكل بواسطة عناصر رأسية مثل الأعمدة وجدران القص. وعندما لا توجد جدران القص، تحمل الأعمدة هذه الأحمال الجانبية. حيث تنتج الأحمال الجانبية عن طريق الرياح وأحمال الزلازل والهياكل الاستنادية وما إلى ذلك.

يتم توفير روابط القص للأعمدة بناءً على قوى القص التي تفرز عليها. علاوة على ذلك، يتم زيادة حجم الأعمدة في اتجاه القص لزيادة قدرة القص. وبشكل عام، يمكن تحديد فشل الأعمدة بسبب القص على أنه فشل في التصميم.

الفشل الناجم عن عدم حبس التسليح في الأعمدة الخرسانية:

تعرض العنصر الرأسي لأحمال دورية معرضة لفشل من هذا النوع. حيث يرجع الفشل أساسًا إلى عدم وجود روابط في المنطقة التي توجد بها قوى قص أعلى. كما في العناصر الهيكلية مثل الحزم والأعمدة، يتم إنشاء ضغوط أعلى بالقرب من الوصلات.

يؤدي عدم وجود روابط في هذه المناطق إلى حدوث أعطال هيكلية عند تطبيق عمليات التحميل الدورية.