الأعمدة الخرسانية سابقة الإجهاد

ما هي الأعمدة الخرسانية سابقة الإجهاد؟

في العقود الماضية، أصبحت الأعمدة الخرسانية سابقة الإجهاد مشهورة وحلّت محل الأعمدة التقليدية المصنوعة من الخشب أو الفولاذ أو الخرسانة المسلّحة. تم تصميم أقدم أعمدة خرسانية سابقة الإجهاد في عام 1933 من قبل المهندس الفرنسي “Freyssinet”. يعمل العمود عمومًا كهيكل ناتئ، ويجب تصميمه وتحليله كعضو مدبب مع أحمال محورية وثني مجتمعة.

يمكن تصنيع الأعمدة الخرسانية سابقة الإجهاد في مصانع متخصصة عن طريق الصب الدوراني والمعالجة الساخنة أو طريقة الخط الطويل. في الصب بالدوران، يتم وضع شكل فولاذي على آلة غزل، مملوءًا جزئيًا بكمية محسوبة مسبقًا من الخرسانة، ثم يتم غزلها لعدة دقائق. تعمل قوة الطرد المركزي الهائلة الناتجة عن الغزل على تعزيز الخرسانة عن طريق إجبارها على عكس الشكل.

في طريقة الخط الطويل، يتم وضع النماذج من النهاية إلى النهاية على سرير صب يصل طوله إلى 400 قدم. يتم تمرير أسلاك الإجهاد المسبق من خلال ثقوب في حواجز النماذج ويتم شدها مسبقًا ضد الدعامات في نهاية كل سطر من النماذج. وهكذا يتم شد عدة أعمدة في عملية واحدة.

أشكال مختلفة من أعمدة الخرسانة سابقة الإجهاد:

هناك مقاطع عرضية مختلفة الشكل من أعمدة خرسانية مسبقة الإجهاد متوفرة ولكن لأي نوع من الأعمدة، يجب أن تتكون القاعدة من أقصى مساحة مقطعية لأنها تتطلّب أقصى لحظة من المقاومة. الأعمدة المستطيلة أو المربعة مناسبة للأطوال الأصغر التي تصل إلى 40 قدمًا، وتوفر تسهيلات جيدة للأسلاك المجهدة على العمق المطلوب. نقل هذه الأعمدة أسهل بكثير.

تُستخدم أعمدة الخرسانة سابقة الإجهاد أيضًا لأطوال أصغر ولكنها مصنوعة من عناصر رفيعة وتحتوي على مساحة مكشوفة أكبر ممّا يجعلها عرضة لفشل التآكل. الأعمدة الدائرية مناسبة للأطوال الأطول. الأعمدة المجوفة الدائرية أقل وزنًا وتمتلك قوة متساوية في كل الاتجاهات.

في الأعمدة المجوفة، يتم تدعيم الخرسانة بالدوران عالي السرعة ممّا يجعل الخرسانة أكثر كثافة وقوة. تُصنع الأعمدة المستدقة الأسطوانية أيضًا من طريقة الصب الدوراني. يجب أن يكون التناقص منتظمًا ويتراوح من 0.15 إلى 0.18 بوصة لكل قدم. يمكن أيضًا صنع أعمدة سداسية وثمانية الشكل ومثلثة باستخدام طريقة السبين.

اعتبارات التصميم لأعمدة الخرسانة سابقة الإجهاد:

تم تصميم الأعمدة الخرسانية سابقة الإجهاد كأعضاء ذات إجهاد مُسبق موحد حيث يتعين عليهم مقاومة لحظات الانحناء المتساوية في اتجاهات متعاكسة وهو ما لا ينطبق على الهياكل الأخرى سابقة الإجهاد. حجم الإجهاد المطلوب هو نصف ما يتم توفيره عادة للانحناء في اتجاه واحد. يتم صب الأعمدة المجهدة مُسبقًا في الحقل ونقلها إلى موقع العمل لاحقًا. لذلك، يجب أيضًا مراعاة ضغوط المناولة والنقل والتركيب أثناء تصميم أعمدة الإجهاد المُسبق.

تم تصميم هذه الأعمدة كَهيكل ناتئ ويجب على المرء أن يأخذ في الاعتبار كل من الأحمال المحورية والانحناء التي تعمل عليه. تسود لحظة الانحناء في الأقطاب سابقة الإجهاد عند مقارنتها بالأحمال المحورية وقوى القص. إنّهم أعضاء مرنة.

طُرق تصنيع أعمدة الخرسانة سابقة الإجهاد:

يتم استخدام ثلاث طرق بشكل عام لتصنيع أعمدة خرسانية سابقة الإجهاد وهي كذلك:

1. طريقة الصب بالطرد المركزي.
   
2. طريقة الخط الطويل.
   
3. طريقة مِينسل.
   

1- طريقة الصب بالطرد المركزي لصنع أعمدة الخرسانة سابقة الإجهاد:

طريقة الصب بالطرد المركزي تُسمّى أيضًا طريقة الصب الدوراني والتي تستخدم لتصنيع أعمدة خرسانية مسبقة الإجهاد مجوفة ومستدقة. في هذه الطريقة، يتم تعبئة الخرسانة جزئيًا في أشكال فولاذية ويتم وضعها في آلة الغزل. يتم توحيد الخرسانة الموجودة في القوالب بواسطة قوة الطرد المركزي الناتجة عن آلة الغزل والتي ستدور لعدة دقائق. أثناء الدوران، تضغط الخرسانة من الماء ويصب هذا الماء الزائد من التجويف المجوف الذي تم إنشاؤه في وسط العمود.

أخيرًا، يتعرّض النموذج للبخار للمعالجة لفترة حتى تصل قوة الخرسانة إلى 3500 رطل لكل بوصة مربعة. بعد ذلك، يتم تحرير الأسلاك مسبقة الإجهاد والسماح لها بمعالجة الهواء لمدة 28 يومًا. أخيرًا يتم الحصول على عمود خرساني مجوف مسبق الإجهاد.

2- طريقة الخط الطويل لصنع أعمدة الخرسانة سابقة الإجهاد:

طريقة الخط الطويل هي الطريقة الأكثر استخدامًا لصنع أعمدة خرسانية صلبة سابقة الإجهاد. في هذه الطريقة، يتم وضع أشكال القوالب من طرف إلى طرف على سرير الصب. يتم وضع هذه الأشكال حتى طول 400 قدم. تحتوي أشكال القوالب على حواجز في نهاياتها ويتم توفير ثقوب لهذه الحواجز باستخدام الأسلاك التي يتم إجهادها مُسبقًا. يتم شد هذه الأسلاك ضد الدعامات في نهاية كل سطر من الأشكال. يتم إجراء هذا الشد المُسبق مرة واحدة في كل مرة لعدة أعمدة.

الآن تمتلئ قوالب الصب بالخرسانة التي تم اهتزازها خارجيًا. باستخدام هذه الطريقة، يمكن تصنيع العديد من أشكال الأعمدة الصلبة مثل المربع والمستطيل والشكل “I” والشكل “Y” وما إلى ذلك. يمكن عمل هذه الطريقة في أي موقع أو ساحة سابقة الصب.

3- طريقة مِنسيل لصنع أعمدة الخرسانة سابقة الإجهاد:

طريقة مِينسل في صنع أعمدة الإجهاد هي عملية آلية أكثر. في هذه الطريقة، تُصنع الأعمدة على خط إنتاج يتكون من قوالب أفقية خفيفة الوزن. هذه القوالب ستنتقل من محطة إلى أخرى في خط الإنتاج. يتم صب الخرسانة في هذه القوالب ويتم توفير كتلة في منتصف القالب أثناء صب الخرسانة لصنع أعمدة خرسانية مجوفة. ويتم دمج الخرسانة في القوالب بالاهتزاز.

عندما تبدأ الخرسانة في التصلّب، يتم تدوير الكتلة الموجودة في المنتصف وإزالتها في مرحلة تصلّب تمامًا. يتم تسخين هذه الأعمدة إلى درجة حرارة 73 درجة مئوية لمدة 24 ساعة ثم تبريدها إلى درجة حرارة الغرفة.

مزايا أعمدة الخرسانة سابقة الإجهاد:

مزايا أعمدة الخرسانة سابقة الإجهاد على أعمدة الخرسانة المسلحة العادية هي كما يلي:

1. وزن أقل ويسهل التعامل معها.
   
2. تركيب أعمدة خرسانية مسبقة الإجهاد في الثقوب المحفورة أسهل وبسيط.
   
3. إنّها أقل نفاذية وتُوفر مقاومة جيدة للتآكل من الأسلاك مسبقة الإجهاد خاصة في مناطق الطقس الحار.
   
4. مقاومة جيدة للتآكل في المناطق الصحراوية.
   
5. مقاومة جيدة للحريق والتي تكون مفيدة عند حدوث حرائق الأدغال أو حرائق العشب بالقرب من خط الأرض.
   
6. مقاومة جيدة ضد التجمد والذوبان في المناطق الباردة.
   
7. لديها صلابة أكثر ويمكن أن تحمل أحمال أعلى من أعمدة الخرسانة المسلّحة العادية.
   
8. يمكن تصنيعها بعدد من الأشكال بتشطيبات نظيفة وأنيقة ممّا يجعلها جيدة المظهر.
   
9. تتطلّب صيانة أقل بسبب خصائص المقاومة الجيدة.
   

استخدامات أعمدة الخرسانة سابقة الإجهاد:

بسبب متانتها، يتم استخدام أعمدة الخرسانة سابقة الإجهاد على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم الآن. يمكن استخدامها على أنها:

1. أعمدة الإنارة.
   
2. أعمدة قوة وإِشارات السكك الحديدية.
   
3. أعمدة الهاتف.
   
4. أعمدة العلم.
   
5. صواري الهواء.