أنواع الخسائر في الإجهاد المسبق للخرسانة سابقة الإجهاد

ما هي الخرسانة مسبقة الإجهاد؟

الخرسانة مسبقة الإجهاد: هي شكل من أشكال الخرسانة حيث يتم الضغط الأولي في الخرسانة قبل تطبيق الحِمل الخارجي بحيث يتم مواجهة الإجهاد الناتج عن الأحمال الخارجية بالطريقة المرغوبة خلال فترة الخدمة. كما يتم تقديم هذا الضغط الأولي بواسطة أسلاك أو سبائك فولاذية عالية القوة تسمّى الوتر الموجودة في القسم الخرساني.

خسائر في الإجهاد المسبق للخرسانة سابقة الإجهاد:

نعلم أن الخرسانة جيدة في الضغط ولكنها ضعيفة جدًا في التوتر، وهكذا نرى بعد التحميل الخارجي، في الجزء السفلي من الخرسانة، تحدث منطقة التوتر. إذن، ستتشقق الخرسانة وهذا هو السبب في أننا نضيف بعض القضبان الفولاذية في القسم السفلي بحيث يمكنها مقاومة معظم التوترات وحفظ الخرسانة من التصدع.

في طريقة هيكل الخرسانة التقليدي، بالنسبة لهذه الحزم الكبيرة، يجب أن نوفر عُمقًا أكبر غالبًا ما يكون أكبر من اللازم، بالنسبة للجسر فوق نهر، لن تكون هناك مساحة كافية تحت الجسر للسفن لتمريره. وهنا يأتي هذا المفهوم الجديد، الخرسانة مسبقة الإجهاد. حيث أن مفهوم الخرسانة سابقة الإجهاد ليس بالأمر الصعب. وفي الواقع، فإنّ ممارسة الإجهاد المسبق أقدم جدًا في حياتنا اليومية.

يجب أن تكون القوة المستخدمة لمد السلك إلى الطول المطلوب متاحة طوال الوقت كقوة إجهاد مسبق إذا أريد منع الفولاذ من الانكماش. حيث يحدث انكماش السلك الفولاذي نتيجة لعدة أسباب، ممّا يؤثر على تقليل الإجهاد المسبق. ويسمّى هذا الانخفاض في قوة الإجهاد بالخسارة في الإجهاد المسبق.

في حزم الخرسانة سابقة الإجهاد، الخسارة ترجع إلى ما يلي:

1. التقصير المرن.
   
2. انكماش الخرسانة.
   
3. زحف الخرسانة.
   
4. الخسارة الاحتكاكية.
   
5. استرخاء الفولاذ.
   
6. مناطق شد الكيبلات.
   

يوضح الجدول 1: أنواع فقدان الإجهاد للخرسانة سابقة الإجهاد.

1- خسارة بسبب تقصير مرن في الخرسانة سابقة الإجهاد:

عندما يتم نقل الإجهاد المسبق إلى العضو الملموس، يحدث انكماش بسبب الإجهاد المسبق ويتسبب هذا الانكماش في فقدان التمدد في السلك. عندما يتم فقدان بعض الامتداد، يتم تقليل الإجهاد المسبق، وتوفير العديد من الكابلات في العوارض المشدودة اللاحقة. حيث أن الكابلات ممتدة على التوالي، عند شد أحد الكابلات، لا يعاني هذا الكبل من أي خسارة، ولكن الكابل الذي تمدد قبل أن يتعرض لخسارة بسبب الإجهاد المسبق في الكابل هو الذي يتم شده.

وبالتالي فإنّ الكابل الذي يتم شده أولاً سيعاني من أقصى خسارة بسبب شد الكابلات (n – 1) حيث (n) هو العدد الإجمالي للكابلات. كما أن الكابل الممتد أخيرًا لن يتعرض لأي خسارة. ولحساب الخسارة بسبب التقصير المرن، يتم حساب الخسارة في الكبل الأول ويتم أخذ نصف هذه القيمة على أنها متوسط ​​الخسارة لجميع الكابلات.

2- خسارة بسبب الانكماش في الخرسانة سابقة الإجهاد:

يحدث الانكماش بسبب تجفيف الخرسانة ويحدث إجهاد الانكماش في الخرسانة، حيث تسبب إجهاد الانكماش في فقدان الفولاذ لتمدده، ممّا يؤدي إلى فقدان الإجهاد المسبق.

3- خسارة بسبب الزحف في الخرسانة سابقة الإجهاد:

الزحف هو التشوّه المعتمد على الوقت بسبب القوة الدائمة. في الخرسانة سابقة الإجهاد، الإجهاد المسبق هو القوة الدائمة في العضو، ممّا يتسبب في ضغط الضغط على مستوى الفولاذ. ومن ثم هناك سلالة زحف في العضو.

4- الخسارة بسبب ارتخاء الفولاذ في الخرسانة سابقة الإجهاد:

عندما تكون الضغوط في الفولاذ أكثر من نصف إجهاد الخضوع، يحدث زحف في الفولاذ. أيضًا، تسقط قوة الإجهاد نتيجة الزحف في الفولاذ. ومن ثم، هناك خسارة في الإجهاد المسبق. حيث تختلف النسبة المئوية للزحف من 1 إلى 5%، ويُطلق على الزحف في الفولاذ أيضًا استرخاء الفولاذ. يمكن تقدير فقدان الاسترخاء باستخدام الجدول أدناه:

هناك عدة وسائل لتقليل أو موازنة فقدان الإجهاد الناتج عن الزحف. حيث يساعد اختيار الفولاذ المناسب على تقليل هذه الخسارة. الأسلاك المجهدة لها زحف أقل، كما أن الأسلاك المجلفنة ليس لها زحف. ومن ثم فإنّ اختيار الفولاذ المناسب سيساعد في تقليل فقدان الإجهاد المسبق بسبب الزحف.

علاوة على ذلك، يحدث زحف الفولاذ في الغالب خلال أيام قليلة. وتحت الضغط المستمر، يتوقف الزحف تمامًا بعد حوالي 15 يومًا. لذلك، يمكن تقليل زحف الفولاذ إلى حد كبير عن طريق الضغط الزائد على الفولاذ بحوالي 10% فوق إجهاده الأولي ثم تحريره للضغط الأولي.

5- خسارة بسبب الاحتكاك في الخرسانة سابقة الإجهاد:

تحدث الخسائر الاحتكاكية فقط في الحزم اللاحقة المتوترة، وعندما يتم الضغط على الكابل، فإنّ الاحتكاك بين جانبي القناة والكابل لا يسمح بنقل التوتر الكامل. لذلك، عند نقطة ما بعيدًا عن الإجهاد المسبق لنهاية الرفع يكون أقل. تعود الخسارة الاحتكاكية إلى:

1. تأثير الطول.
   
2. آثار الانحناء.
   

الاحتكاك بين الوتر والمواد المحيطة به هو تأثير الطول ويوصف أحيانًا بأنه تأثير متذبذب. حيث يعتمد الاحتكاك الناتج عن تأثير الطول على الطول والضغط في الوتر (الكابل) ومعامل الاحتكاك بين مواد التلامس. كما يحدث تأثير الانحناء بسبب الاحتكاك بسبب الانحناء المصمم للكابل. ويمكن تقليل الخسارة الاحتكاكية عن طريق تكييف التدابير التالية:

1. يجب أن تمر الكابلات عبر الأنابيب المعدنية.
   
2. يجب أن تكون الانحناءات من خلال زاوية صغيرة قدر الإمكان.
   
3. يجب أن يكون نصف قُطر الانحناءات كبيرًا.
   
4. إجهاد السلك من كلا الطرفين.
   
5. زيادة شد الأسلاك.
   

الفقد الكلي للإجهاد في الخرسانة سابقة الإجهاد:

إذا تم قياس الإجهاد المسبق في وقت سحب السلك، فإنّ الإجهاد يسمى إجهاد الرفع. حيث أنه بخصم الخسارة الناتجة عن عملية التثبيت والاحتكاك، يتم الحصول على الإجهاد الأولي. وعادة ما يكون الضغط الفعال هو الضغط الأولي مطروحًا منه أربع خسائر أخرى وهي خسارة بسبب:

1. تقصير مَرن.
   
2. انكماش الخرسانة.
   
3. زحف الخرسانة.
   
4. استرخاء الفولاذ.
   

إذا تم التعامل مع إجهاد الغلاف على أنه إجهاد أولي، فإنّ الضغط الفعال هو ضغط الضغط مطروحًا منه جميع الخسائر. ونظرًا لأنه في معظم الحالات يمكن تعويض الفقد الاحتكاكي وسحب الإرساء عن طريق الإجهاد المفرط، فإنّ الخسارة الكلية ترجع إلى التقصير المرن وانكماش الخرسانة وزحف الخرسانة وارتخاء الفولاذ. كما أن إجمالي الخسائر للحزم سابقة الشد وبعد الشد هي كما يلي:

يمكن التعبير عن الخسارة كنسبة مئوية أو من حيث الإجهاد أو من حيث التشوّه الكلي أو من حيث الإجهاد.