أنواع أنظمة الإجهاد والمراسي في الخرسانة سابقة الإجهاد

تقنيات وأنواع أنظمة الإجهاد المسبق في الهياكل الخرسانية سابقة الإجهاد؟

تتمتع الخرسانة بقدرة شد منخفضة لأنها ضعيفة في التوتر وبالتالي يمكن أن تتسبب بسهولة في تشقق الهياكل. ومن أجل منع الهياكل من التشقق، يجب التخلص من ضغوط الشد أو تقليلها. حيث أن القوة المطبقة للقيام بذلك تسمّى قوة الإجهاد. كما يخلق الإجهاد المسبق إجهادًا في الهيكل لمنع التشقق وتعزيز المتانة وتحمل التعب. وهناك أنواع مختلفة من أنظمة الإجهاد التي تعتمد على طريقة البناء والتصميم والغرض.

في الهياكل الخرسانية سابقة الإجهاد، يتم إدخال الإجهاد المسبق عن طريق شد الأسلاك الفولاذية وتثبيتها ضد الخرسانة. لذلك، يجب أن تشتمل أنظمة الإجهاد المسبق بشكل أساسي على طريقة لمد الفولاذ وطريقة لتثبيته على الخرسانة. كما أنه تم اعتماد أنظمة مختلفة للتوتر المسبق والشد اللاحق.

1- الإجهاد الخارجي والداخلي في الهياكل الخرسانية سابقة الإجهاد:

عندما يتم وضع الأسلاك الفولاذية الخارجية المعروفة باسم الأوتار على الجزء الخارجي من المنطقة التي يتم الضغط عليها، فإنّ هذه التقنية تسمى الإجهاد الخارجي. حيث تقع الأوتار في الخارج أو داخل الفضاء المجوف للعارضة الصندوقية ولا تنتقل القوى إلا عند الانحرافات أو كتل التثبيت.

يجب تطبيق الإجهاد الخارجي بدقة متناهية في التخطيط والتنفيذ والصيانة. لذلك، ليس شائعًا جدًا، وهذه التقنية مناسبة لتقوية المباني وبناء الجسور. ومن ناحية أخرى، يتم تحقيق الإجهاد المسبق الداخلي عن طريق وضع الأوتار داخل هيكل. بحيث تستخدم تطبيقات الإجهاد المسبق تقنية داخلية لأنه من السهل تحقيق درجة أكبر من الدقة.

2- الشد المسبق والشد اللاحق في الهياكل الخرسانية سابقة الإجهاد:

الشد المسبق والتوتر اللاحق هما الأُسلوبان الشائِعان للإجهاد المسبق. في حالة الشد المسبق، يتم تطبيق التوتر على الأوتار قبل صب الخرسانة. ويتم نقل الأوتار سابقة الإجهاد إلى الخرسانة المتصلدة من خلال رابطة. كما يمكن أن تكون الأوتار من أسلاك فردية أو خيط من سبعة أسلاك وغالبًا ما تستخدم في حزم مسبقة الصب.

يحدث الشد اللاحق عندما يتم إجراء الإجهاد المسبق على الخرسانة المتصلدة. حيث أنه عندما يتم تصلب الخرسانة، يتم تمرير الأوتار المجهدة مسبقًا عبر قنوات مصبوبة في الخرسانة ومثبتة بمثبتات ميكانيكية. وبالتالي يتم نقل قوة الوتر إلى الهيكل من خلال أسافين التثبيت.

أنواع أنظمة الإجهاد المسبق في الخرسانة سابقة الإجهاد:

1- نظام ما قبل الشد في الخرسانة سابقة الإجهاد:

غالبًا ما يتم اعتماد نظام هوير أو طريقة الخط الطويل في الشد المسبق. بحيث يتم توفير رأسين أو دعامتين مثبتتين بشكل مستقل على الأرض على بعد عدة أمتار، على سبيل المثال، يتم شد أسلاك 100 متر بين الحواجز. ويتم وضع القوالب حول الأسلاك، ووضع الخرسانة حول الأسلاك. مع نظام هوير هذا، يمكن إنتاج العديد من الأعضاء على طول خط واحد. هذه الطريقة اقتصادية وتستخدم في جميع مصانع الشد المسبق تقريبًا.

للتوتر، يتم استخدام رافعة هيدروليكية، وإمساك الأسلاك في الحواجز باستخدام أسافين مقسمة. كما أن هذه الأوتاد مصنوعة من دبابيس مخروطية الشكل. بحيث يحمل السطح المسطح للدبوس مسننات لإمساك السلك. وهناك طريقة أخرى للشد المسبق تعرف باسم نظام شور. وفي هذا النظام، يحمل أنبوب مركزي من الفولاذ عالي القوة الإجهاد المسبق من الأسلاك المحيطة ويتم وضع التجميع بالكامل في موضعه وصقله بالخرسانة.

بعد أن تصل الخرسانة إلى القوة الكافية، تتم إزالة الأنبوب ونقل الإجهاد المسبق إلى الخرسانة من خلال الرابطة. كما يتم حشو الفتحة التي خلفها الأنبوب. حيث أن الميزة في نظام الشد المسبق هي عدم وجود إنفاق على المراسي الطرفية وعلى قلب المطاط أو الغلاف المعدني المطلوب لنظام ما بعد الشد. وهناك قدر أكبر من اليقين حول قوة الإجهاد المسبق، في أعضاء ما بعد التوتر، يعتمد اليقين في القوة على المثبتين النهائيين.

عيوب هذا النظام هي أن الدعامات النهائية يجب أن تكون قوية جدًا ويتم توفيرها فقط في المصانع الجاهزة. وهذا بطبيعة الحال يحد من حجم العضو حيث يصعب نقل الأحجام الكبيرة من المصنع إلى موقع البناء. كما أنه تكون الخسارة أكثر في الأعضاء المشدودة مسبقًا.

2- نظام الشد اللاحق في الخرسانة سابقة الإجهاد:

يتم وضع أنبوب معدني أو خرطوم مرن يتبع المظهر الجانبي المقصود داخل القالب ويتم وضع الخرسانة. ومن ثم، يتم إزالة الخرطوم المرن تاركًا قناة داخل العضو، وإدخال كابل فولاذي في القناة. كما يتم تثبيت الكابل في أحد طرفي العضو ويتم شده باستخدام رافعة هيدروليكية في الطرف الآخر. وبعد تمديد الكبل يرسو في الطرف الآخر. لذلك، يتكون نظام الشد اللاحق من مراسي نهاية ورافعات.

أنظمة ما بعد الشد الشائعة هي التالية:

1. نظام فريسِينيت (Freyssinet).
   
2. نظام ماجنيل بلاتون (Magnel Blaton).
   
3. نظام جيفورد أودال (Gifford-Udall).
   
4. نظام لي ماكول (Lee-McCall).
   

1- نظام فريسينيت للشد اللاحق في الخرسانة سابقة الإجهاد:

تم تقديم نظام فريسينيت من قبل المهندس الفرنسي فريسينيت وكان أول طريقة يتم تقديمها. يتم تجميع الأسلاك الفولاذية عالية القوة بقُطر 5 مم أو 7 مم، برقم 8 أو 12 أو 16 أو 24 في كابل مع زنبرك حلزوني بداخله. حيث أن النابظ يحافظ على التباعد المناسب للسلك، وإدخال الكابل في القناة.

يتكون جهاز الإرساء من أسطوانة خرسانية بها ثقب مخروطي متحد المركز وتمويج على سطحه، وسدادة مخروطية تحمل أخاديد على سطحها. بحيث يتم حمل الأسلاك الفولاذية على طول هذه الأخاديد في النهايات. كما أن الأسطوانة الخرسانية مقواة بشكل كبير.

يتم تصنيع الأعضاء مع وضع الأسطوانة في موضعها. ويتم سحب الأسلاك بواسطة مقابس فريسينيت مزدوجة الفعل والتي يمكنها سحب جميع الأسلاك في الكابل في وقت واحد من خلال الأخاديد المناسبة. كما يتم تثبيت أحد طرفي الأسلاك ويتم سحب الطرف الآخر حتى يتم شد الأسلاك إلى الطول المطلوب. ومن ثم، يقوم مكبس داخلي في الرافعة بدفع القابس في الأسطوانة لإمساك الأسلاك.

2- نظام ماجنيل بلاتون للشد اللاحق في الخرسانة سابقة الإجهاد:

في نظام فريسينيت يتم شد العديد من الأسلاك في وقت واحد. وفي نظام ماجنيل بلاتون، يتم شد سلكين في وقت واحد. حيث تم تقديم هذه الطريقة من قبل المهندس الشهير البروفيسور ماغنيل من بلجيكا. وفي هذا النظام، يتكون جهاز التثبيت من لوحة شطيرة بها أخاديد لتثبيت الأسلاك والأوتاد المحززة أيضًا، وكل لوحة تحمل ثمانية أسلاك.

بين الطرفين يتم الحفاظ على تباعد الأسلاك عن طريق الفواصل. ولقد تم اعتماد أسلاك من 5 مم أو 7 مم. حيث تتكون الكابلات من أسلاك بمضاعفات 8 أسلاك. ويتم استخدام الكابلات التي تحتوي على ما يصل إلى 64 سلكًا أيضًا في ظل ظروف خاصة. حيث أن هذا النظام مصمم خصيصًا يسحب سلكين في كل مرة ويربطهما.

3- نظام جيفورد أودال للشد اللاحق في الخرسانة سابقة الإجهاد:

نشأ هذا النظام في بريطانيا العظمى، ويستخدم على نطاق واسع في الهند. هذا نظام سلك واحد، بحيث يتم شد كل سلك بشكل مستقل باستخدام مقبس مزدوج الفعل. ويمكن تجميع أي عدد من الأسلاك معًا لتكوين كبل في هذا النظام. كما يوجد نوعان من أجهزة التثبيت في هذا النظام.

1. مراسي الأنبوب.
   
2. لوحات المراسي.
   

يتكون مرسى الأنبوب من لوحة تحمل، وأوتاد مرساة ومقبض مرساة. وقد تكون لوحة المرساة مربعة أو دائرية وتحتوي على 8 أو 12 ثقبًا مدببًا لتلائم أسلاك الإجهاد الفردية. كما يتم قفل هذه الأسلاك في الثقوب المستدقة بواسطة أسافين التثبيت. بالإضافة إلى ذلك، يتم توفير فتحة دخول الملاط أيضًا في لوحة التحميل للحشو.

إن أسافين المرساة هي أسافين مخروطية منفصلة تحمل مسننات على سطحها المسطح. وهناك وحدة أنبوب وهي عبارة عن مكون فولاذي مُصنَّع يشتمل على لوحة دفع، وأنبوب فولاذي مع حلزون محيط. حيث أن هذه الوحدة متصلة بالستائر الطرفية وتشكل مكونًا فعالًا للإرساء.

4- نظام لي ماكول للشد اللاحق في الخرسانة سابقة الإجهاد:

تستخدم هذه الطريقة في الإجهاد المسبق للقضبان الفولاذية. حيث يتراوح قُطر القضيب بين 12 و 28 ملم. ويتم إدخال القضبان المزودة بخيوط في النهايات في القنوات المنفذة. ومن ثم، بعد شد القضبان إلى الطول المطلوب، يتم شدها باستخدام الصواميل ضد لوحات التحميل المتوفرة في الأقسام النهائية للعضو.

طرق أخرى للإجهاد في الخرسانة سابقة الإجهاد:

1- الإجهاد الكهربائي في الخرسانة سابقة الإجهاد:

في هذه الطريقة، يتم طلاء قضبان التسليح بمادة لدن بالحرارة مثل الكبريت أو سبيكة انصهار منخفضة ويتم دفنها في الخرسانة. وبعد تثبيت الخرسانة، يمر تيار كهربائي بجهد منخفض ولكن شدة تيار عالية عبر القضيب. بحيث يقوم التيار الكهربائي بتسخين الشريط ويستطيل الشريط، وشد القضبان المزودة بخيوط في الطرف الآخر ضد الغسالات الثقيلة، بعد الحصول على الاستطالة المطلوبة. حيث أنه عندما يبرد الشريط، يتطور الإجهاد المسبق ويتم استعادة الرابطة عن طريق تصلب الطلاء.

2- الإجهاد الكيميائي في الخرسانة سابقة الإجهاد:

يتم إجراء الإجهاد الكيميائي باستخدام الأسمنت المتوسع. حيث يمكن تطبيق الإجهاد المسبق بتضمين الفولاذ في الخرسانة المصنوعة من الأسمنت المتوسع. ويتم إطالة الفولاذ عن طريق تمدد الخرسانة وبالتالي يتم إجهاده مسبقًا. بحيث ينتج الفولاذ بدوره ضغطًا مضغوطًا في الخرسانة.