الشد المسبق والشد اللاحق في تصميم الخرسانة سابقة الإجهاد

الشد المسبق وما بعد الشد في تصميم الخرسانة سابقة الإجهاد:

يتأثر التصميم الخرساني المجهد للهيكل بأي من العمليتين، الشد المسبق والشد اللاحق. يمكن تصنيف الشد المسبق إلى فئتين مثل الشد المسبق الخطي والتوتر المسبق الدائري.

1- الشد المسبق في الخرسانة سابقة الإجهاد:

يتم إجراء الشد المسبق عن طريق شد الأسلاك أو الخيوط، التي تسمّى الأوتار، إلى كمية محددة مسبقًا عن طريق شدها بين مثبتين قبل وضع الخرسانة. ومن ثم، يتم وضع الخرسانة وتصبح الأوتار مرتبطة بالخرسانة طوال أطوالها. حيث أنه بعد تصلب الخرسانة، يتم تحرير الأوتار عن طريق قطعها عند المراسي. كما تميل الأوتار إلى استعادة طولها الأصلي عن طريق التقصير، وفي هذه العملية تنتقل من خلال الربط ضغطًا ضاغطًا إلى الخرسانة.

عادة ما يتم الضغط على الأوتار باستخدام الرافعات الهيدروليكية. ويتم الحفاظ على الإجهاد في الأوتار أثناء صب الخرسانة ومعالجتها عن طريق تثبيت نهايات الأوتار على دعامات قد تصل إلى 200 متر. بحيث تسمّى الدعامات والقوالب الأخرى المستخدمة في هذا الإجراء مقعد أو سرير الإجهاد المسبق. كما أنه معظم تقنيات البناء المسبق الشد حاصلة على براءة اختراع على الرغم من أن المبدأ الأساسي المستخدم فيها جميعًا شائع ومعروف جيدًا.

2- الشد اللاحق في الخرسانة سابقة الإجهاد:

الشد اللاحق هو تقنية لتقوية الخرسانة، حيث يتم وضع أوتار ما بعد الشد، وهي كبلات فولاذية مسبقة الإجهاد داخل مجاري أو جلب بلاستيكية، في القوالب قبل صب الخرسانة. وبعد ذلك، بمجرد أن تكتسب الخرسانة قوة ولكن قبل تطبيق أحمال الخدمة، يتم شد الكابلات بإحكام أو شدها وتثبيتها على الحواف الخارجية للخرسانة.

الشد اللاحق يُعدّ من أشكال الإجهاد المسبق، يعني الإجهاد المسبق ببساطة أن الفولاذ تم إجهاده (شدة) قبل أن تتحمل الخرسانة أحمال الخدمة. كما أن معظم الخرسانة سابقة الصب، مسبقة الإجهاد هي في الواقع مشدودة مسبقًا، ويتم سحب الفولاذ قبل صب الخرسانة. بحيث تعني الخرسانة بعد الشد أنه يتم صب الخرسانة ثم الضغط عليها، ولكنها لا تزال تحت الضغط قبل أن يتم تطبيق الأحمال لذلك لا يزال يتم إجهادها مسبقًا.

البديل عن الشد المسبق هو الشد اللاحق. في حزم الشد اللاحق، يتم الضغط على الأوتار ويتم تثبيت كل طرف في القسم الخرساني بعد صب الخرسانة وحصولها على القوة الكافية لتحمل قوة الإجهاد المسبق بأمان. في طريقة الشد اللاحق، تُغطى الأوتار بالشحم أو بمادة بيتومينية لمنع ارتباطها بالخرسانة.

هناك طريقة أخرى تستخدم لمنع الأوتار من الالتصاق بالخرسانة أثناء صب الخرسانة ومعالجتها وهي تغليف الوتر بخرطوم معدني مرن قبل وضعه في القوالب. حيث يشار إلى الخرطوم المعدني على أنه غمد أو مجرى ويظل في الهيكل. وبعد الضغط على الوتر، يتم ملء الفراغ الموجود بين الوتر والغمد بالجص. وهكذا تصبح الأوتار مرتبطة بالخرسانة ويمنع تآكل الفولاذ.

كما يمكن إجراء الإجهاد المسبق بعد التوتر في الموقع. بحيث قد يصبح هذا الإجراء ضروريًا أو مرغوبًا فيه في بعض الحالات. بالنسبة للأحمال الثقيلة والمسافات الكبيرة في المباني أو الجسور، قد يكون من الصعب جدًا نقل عضو من مصنع مسبق الصب إلى موقع عمل. ومن ناحية أخرى، يمكن استخدام الشد المسبق في البناء المسبق وكذلك في البناء المصبوب في المكان.

في مرحلة الشد اللاحق، من الضروري استخدام بعض أنواع الأجهزة لربط أو تثبيت نهايات الأوتار في القسم الخرساني. وعادة ما يشار إلى هذه الأجهزة باسم المراسي النهائية. حيث يوجد عدد كبير من براءات الاختراع لأنواع مختلفة من المراسي. وقد تختلف أيضًا في تفاصيل البناء.

الفرق بين الشد المسبق والشد اللاحق في الخرسانة سابقة الإجهاد:

التظاهر هو المكان الذي يتم فيه شد سلسلة من الأسلاك أو الجدائل ويتم صب الخرسانة حول هذه العناصر. وعادةً ما يتم ذلك باستخدام أنواع معينة من الألواح الخرسانية سابقة الصب. كما في الخرسانة مسبقة الشد، يتم ربط الخرسانة مباشرة بالجدلا على طول الخيط بالكامل.

الشد اللاحق هو المكان الذي يتم فيه الشد على الخرسانة المتصلدة. كما في هياكل المباني، يتم تطبيق شد لاحق أولي خلال 24 ساعة (أو نحو ذلك)، عندما تصل الخرسانة إلى قوة معينة (حوالي 7 ميجا باسكال). الغرض من الشد الأولي هو التحكم في (تقليل) التصدع بينما تكتسب الخرسانة قوة. ويتم تطبيق الشد النهائي بعد أن تصل الخرسانة إلى قوتها التصميمية.

في الهياكل اللاحقة للتوتر، يتم احتواء الخيوط داخل مجاري الهواء، باستثناء نهاياتها حيث يتم تثبيت الخيوط في الخرسانة. كما أن المرسى (الطريق المسدود) هو مرسى سلبي يتم ربطه مباشرة بالخرسانة، أيّ أن الخيوط تخرج من القناة ويتم احتواؤها داخل العضو الإنشائي أثناء صب الخرسانة. مرسى النهاية هو المكان الذي يتم فيه الضغط على الخيوط بعد تصلب الخرسانة.

يتكون هذا الإرساء من عنصر فولاذي مصبوب (حديد مرن) يتم إلقاؤه في نهاية العنصر الهيكلي، والذي من خلاله تخرج خيوط ما بعد التوتر دون أن تتعرض للخرسانة أثناء صب الخرسانة. وعند التشديد، تفرض الخيوط ضغطًا خارجيًا على العنصر الملموس. بحيث يعتمد هذا الضغط على التصميم الإنشائي، ولكنه قد يتراوح عادةً من 1.0 ميجا باسكال إلى 1.5 ميجا باسكال، وأحيانًا 2.0 ميجا باسكال. كما أنه قد تتطلب بعض الهياكل ضغطًا أعلى من ذلك، ويمكن أن تتضمن ضغطًا يصل إلى 3 ميجا باسكال أو 4 ميجا باسكال.

يتم تعبئة قنوات ما بعد الشد بالحقن (في العديد من البلدان). بحيث يعمل هذا على توفير حماية إضافية للخيوط من التآكل، ولكنه يعني أيضًا أنه يمكن إجراء تعديلات هيكلية مستقبلية للمبنى دون التعرض لخطر قطع كابل شديد الإجهاد، والذي إذا تم قطعه سينفجر مثل بندقية عالية الطاقة.

عامل آخر لنظام ما بعد الشد هو أن الخيوط عادة ما تكون ملفوفة، وتقع بالقرب من السطح العلوي لحزمة الأرضية (أو اللوح) فوق الدعامات (الأعمدة، وتقع بالقرب من السطح السفلي لحزمة الأرضية (أو اللوح) بالقرب من منتصف المسافة. عندما يتم شد الخيوط، بالإضافة إلى قوة الضغط التي تطبقها على المقطع العرضي للأرض، فإنّها تطبق أيضًا قوة تصاعدية تعمل ضد الوزن الذاتي وأحمال الجاذبية الأخرى على الأرض.

تخيل حبل قفز، من النوع الذي يحمله شخص في أحد طرفيه، والطرف الثاني بواسطة شخص آخر، وهي طويلة بما يكفي لمجموعة من الأطفال للقفز فوقها. وعندما يكون الحبل محايدًا، فإنّه يتدلى على الأرض. حيث يتم سحب الحبل من أي من طرفيه، فإنّه يستقيم باتجاه وضع أفقي.

وبالمثل، يتم إجبار خيوط ما بعد التوتر في نظام الأرضية على الاستقامة، ممّا يوفر القوة الصاعدة على الأرض. ويتم تطبيق قوة متساوية ومعاكسة للأسفل عند المراسي وفوق الدعامات. كما يجب أخذ هذه القوى في الاعتبار في التصميم وغالبًا ما تخلق ما يُعرف بلحظات الانحناء الثانوية (والمقصات).