أنماط الفشل في الجسور الخرسانية

ما هي أنماط الفشل في الجسور الخرسانية؟

تُصنّف أنماط الفشل في الحزم الخرسانية المسلحة إلى نوعين رئيسيين هما فشل الانثناء وفشل القص، يحدث الأول عندما يتجاوز الحمل المفروض السعة الانثناء لمواد الحزمة، بينما يحدث الأخير بسبب نقص مقاومة القص بين المواد المختلفة للحزمة، تنقسم أوضاع الفشل هذه أيضًا إلى أنواع مختلفة من الفشل، يتم تصنيف الأول إلى فشل التوتر وفشل الضغط والفشل المتوازن في حين يتم تصنيف فشل القص إلى فشل قص التوتر وفشل القص الضغط، تختلف طبيعة وآلية أوضاع الفشل هذه.

البعض منهم منفصل من حيث التصميم ولكن هناك البعض الآخر الذي يجب تجنّبه لمنع الانهيارات الشديدة في الهياكل، على سبيل المثال سحق أنماط فشل الخرسانة والقص غير مرغوب فيها لأنها تحدث فجأة دون أي تحذير.

فشل الانثناء في الجسور الخرسانية:

يحدث وضع الفشل هذا عندما تتجاوز الأحمال على الحزمة سِعة الانثناء، يجب أن تكون قوة القص للحزمة أكبر من قوة الانثناء وإلا فإنّ القص سيحدث قبل فشل الانثناء، ينقسم فشل الانثناء إلى ثلاثة أنواع يتم مناقشتها أدناه.

1- فشل الشد في الانثناء:

يبدأ فشل الشد في الانثناء من خلال إنتاج حديد التسليح متبوعًا بسحق الخرسانة عند جانب الضغط من العارضة، يحدث عندما يكون الشعاع منخفضًا، نسبة قضبان الحديد منخفضة عن نسبة الحديد المتوازن حسب متطلّبات قانون البناء للخرسانة الإنشائية والتعليق، علامات هذا النوع من الفشل هي تطور الشقوق في جانب التوتر من الحزمة التي تمتد إلى جانب الضغط.

تكون هذه الشقوق عمودية في الغالب وتقع في الثلث الأوسط من الحزمة، انحراف كبير هو علامة أخرى على فشل التوتر الانثناء، باختصار يحدث فشل شد الانثناء تدريجيًا، أيّ فشل الدكتايل وهو نوع الفشل المطلوب في عملية تصميم قضبان التسليح.

2- فشل ضغط الانثناء:

يبدأ فشل الضغط الانحنائي بسحق الخرسانة في جانب الضغط متبوعًا بإنتاج الفولاذ في جانب التوتر من العارضة، يحدث عندما يكون عدد القضبان مفرطًا في حديد التسليح ممّا يعني أن نسبة قضبان حديد التسليح أكبر من نسبة الحديد المتوازن وفقًا لمتطلّبات قانون البناء للخرسانة الإنشائية والتعليق، هذا النوع من الفشل مفاجئ ولا يوفر تحذيرًا أيّ فشل هش.

هذا هو السبب في أنه غير مرغوب فيه من وجهة نظر تصميم الخرسانة المسلّحة، يمكن منع هذا النوع من الفشل عن طريق تجنّب تصميم قضبان التسليح الخرسانية المفرط أو زيادة قوة ضغط الخرسانة عن طريق إدخال تقوية الفولاذ في جانب الضغط أو زيادة هندسة العارضة.

3- الفشل المتوازن:

إنّه نوع من الفشل حيث تُسحق الخرسانة والحديد في وقت واحد، يحدث عندما تكون كمية الفولاذ في العارضة مساوية لنسبة قضبان التسليح المتوازن حسب متطلّبات قانون البناء للخرسانة الإنشائية والتعليق.

فشل القص في الجسور الخرسانية:

يحدث فشل القص عندما يكون للحديد مقاومة قص أقل من قوة الانحناء وتتجاوز قوة القص قدرة القص للمواد المختلفة للحزمة، حمل القص هو قوة تميل إلى إنتاج فشل انزلاق على مادة على طول مستوى موازٍ لاتجاه القوة، هذا النوع من الفشل مُفاجئ ولا يقدم أي تحذيرأيّ فشل هش، تعتبر نسبة الامتداد الفعال إلى الحزم وحجمها معلمات مهمة في تحديد نوع فشل القص.

فشل القص هو نوع غير مرغوب فيه من الفشل وعادة ما يتم وضع ركائب في الحزمة لمنع فشل القص، تتميز آلية فشل القص بانزلاق القص على طول شق في القضيب دون تقوية القص وإنتاج ركاب في القضيب مع تقوية القص، يتم تصنيفها إلى الأشكال التالية.

1- فشل التوتر القطري:

يبدأ فشل التوتر القطري بتطور الشق العمودي (الشقوق المرنة) في الجزء السفلي من القضبان بسبب إجهاد الشد المرنة، ثم مع زيادة الحمل على القضيب، ينمو هذا التشقّق في العرض والطول وينحني في اتجاه قطري أثناء انتقاله إلى الجزء العلوي من الحزمة باتجاه نقطة التحميل، بعد ذلك تحدث المرحلة الأخيرة من فشل توتر القص وهو فشل مفاجئ للخرسانة في القص.

هذا النمط من الفشل شائع في الحزم مع حديد التسليح العلوي أو بدونه، يحدث فشل الشد القطري عادةً في الحزم التي تكون فيها نسبة القص إلى العمق بنسبة أكبر من 2 ولكن يمكن أن تحدث أيضًا لقيم أقل من العمق.

2- فشل ضغط القص:

يبدأ فشل ضغط القص ببدء وتطوير الشقوق في المقطع العرضي للحزمة، بعد ذلك تنتشر هذه الشقوق وتخترق منطقة ضغط الحزمة وتحدث المرحلة الأخيرة من الفشل عندما يتم تجاوز قوة ضغط الخرسانة، يتم تكسير الخرسانة عند طرف الكسر القطري في المنطقة حول نقطة تطبيق الحمل، يرتبط فشل ضغط القص بشكل أساسي بكمية عالية من تقوية القص، أخيرًا يمكن أن يحدث فشل ضغط القص في الحزم مع نسبة امتداد إلى عمق أقل من أربعة.

3- فشل التقسيم والقص الحقيقي:

عندما تكون نسبة القص إلى العمق للحزمة أقل من واحدة، يمكن توقع فشل القص، بشكل عام يُسمّى هذا النوع من قضبان تسليح الحزمة العميقة التي يتم فيها نقل الأحمال مباشرة إلى الدعامات وتكون قوة القص أعلى بكثير من الحزم الانثناء العادية، في بعض الأحيان قد يحدث فشل في ضغط المنطقة المجاورة للدعامات بدلاً من تقسيم القص.

4- الفشل الرأسي:

الفشل الرأسي هو انقسام الخرسانة على طول الحديد الطولي (قبل أن يحدث فشل الضغط) بسبب الشقوق القطرية الصغيرة، يحدث عندما لا يتم تثبيت الحديد الرئيسي بشكل كافٍ بعد التشقّق.