اقرأ في هذا المقال
- ما هو اختبار الحمل المادي للمنشآت الخرسانية؟
- ما هي بروتوكولات اختبار الحمل المادي للمنشآت الخرسانية؟
- دراسة الحالة لاختبار الحمل المادي للمنشآت الخرسانية
- أهمية اختبار الحمل المادي للمنشآت الخرسانية
ما هو اختبار الحمل المادي للمنشآت الخرسانية؟
يمكن استخدام اختبار الحمل لتحديد قدرة الهيكل الخرساني على حمل أحمال إضافية، لإثبات سلامة الهياكل، للتحقق من التعزيز، للحصول على المعرفة بسلوك الهيكل، ولتكملة نماذج العمل التحليلية والتحقق منها وصقلها. سنناقش في هذا الجزء الجوانب المختلفة لاختبار الحمل في الموقع بما في ذلك بروتوكولات اختبار الحمل ودراسات الحالة لتوضيح استخدام اختبار الحمل في الموقع في تقييم الهياكل الخرسانية الحالية.
ما هي بروتوكولات اختبار الحمل المادي للمنشآت الخرسانية؟
في الولايات المتحدة، يوجد بروتوكولَان لاختبار الحمل للهياكل الخرسانية وهما، أحادي التوتر ودوري. تم توحيد بروتوكولات اختبار الحمل هذه بواسطة رموز معهد الخرسانة الأمريكي في تقييم قوة الهياكل الحالية (ACI 318) ومتطلبات الكود لاختبار تحميل الهياكل الخرسانية الحالية والتعليق (ACI 437). هذا الأخير هو معيار معهد الخرسانة الأمريكي وتم تطويره مؤخرًا بواسطة لجنة متطلبات الكود لاختبار تحميل الهياكل الخرسانية الحالية والتعليق.
يتضمن اختبار الحمل الدوري بروتوكولًا لاختبار الحمل الرتيب مع بعض التعديلات على البروتوكول المحدد حاليًا بواسطة تقييم قوة الهياكل الحالية، وبروتوكول اختبار الحمل الدوري غير مدرج في تقييم قوة الهياكل الحالية. كما يعتمد اختيار بروتوكول اختبار الحمل عادةً على معلمات مختلفة مثل أهداف اختبار الحمل وظروف الموقع والقيود الزمنية والتكاليف والإلمام ببروتوكول اختبار الحمل.
وبالتالي، يسمح كود اختبار الحمل للهياكل الخرسانية الحالية والتعليق باستخدام اختبار الحمل الأحادي أو الدوري، وفقًا لتقدير المهندس. كما تم استخدام بروتوكول اختبار الحمل الأحادي لعدة عقود للتقييم الهيكلي للهياكل الخرسانية، بحيث يتضمن الإجراء بشكل أساسي تحميل الهيكل بطريقة رتيبة عن طريق تطبيق الحمل تدريجيًا حتى الوصول إلى حجم حمل الاختبار، والذي يتم الحفاظ عليه لمدة 24 ساعة.
قبل تطبيق أي حمل على المنشآت الخرسانية يتم تسجيل القياسات بعد كل زيادة في الحمل أو عند تحقيق أقصى حمل أو بعد 24 ساعة من التحميل المستمر أو 24 ساعة بعد إزالة حمل الاختبار. كما يتم تقييم الهيكل بناءً على أقصى انحراف مسجل ومقدار استرداد الانحراف، ويمكن تحقيق التحميل الأحادي باستخدام الأوزان الميتة أو الرافعات الهيدروليكية. لقد تم استخدام بروتوكول اختبار الحمل الدوري في آخر 15 عامًا ويوفر للمهندسين بديلاً لاختبار الحمل في الموقع.
يتضمن بروتوكول اختبار الحمل الدوري تحميل الهيكل دوريًا عن طريق تطبيق الحمل بزيادات تشمل دورات متعددة من التحميل والتفريغ المتزايد، باستخدام الرافعات الهيدروليكية، حتى الوصول إلى حجم حمل الاختبار. بحيث يتم مراقبة استجابة الهيكل باستمرار أثناء اختبار الحمل، ويتم تقييم البنية باستخدام معلمات مثل خطية الانحرافات ودوام الانحرافات.
دراسة الحالة لاختبار الحمل المادي للمنشآت الخرسانية:
1- اختبار الحمل للحزم المقواة مزدوجة المحملة سابقة الصب:
أدّى وجود شقوق القص بالقرب من النهايات المبطنة لـ 1400 عارضة مزدوجة الإنطلاق من الخرسانة مسبقة الإجهاد في مرآب السيارات إلى التشكيك في كفاءتها الهيكلية. بحيث أظهر التحليل الإنشائي أن قدرات القص للقمصان المزدوجة كانت ناقصة وتتطلب تقوية لمقاومة أحمال التصميم. كما تم اختيار شرائح البوليمر المقوى بألياف الكربون (CFRP) المرتبطة خارجيًا لتقوية القص للقمصان المزدوجة.
بسبب حداثة استخدام شرائح البوليمر المقوى بألياف الكربون كمواد تقوية في وقت هذا المشروع، كانت اختبارات الحمل للأعضاء المعززين مطلوبة لإثبات كفاءة شرائح البوليمر المقوى بألياف الكربون، ولقد تم اختيار عشرين ضعفًا تمثيليًا لاختبار الحمل. تم اختبار المحملات المزدوجة باتباع بروتوكول اختبار الحمل الدوري، ومن ثم إجراء كل اختبار حمل باستخدام طريقة الحلقة المغلقة على حزمتين منفصلتين مزدوجتي الإنطلاق، محملين في وقت واحد، وباستخدام عارضة فولاذية للتفاعل مع نقطة الإنطلاق المقلوبة الحالية.
2- اختبار الأحمال للألواح الخرسانية المعززة ثنائية الاتجاه بعد الشد:
كشف تقييم الحالة والتحليل الهيكلي للألواح الخرسانية ثنائية الاتجاه بعد الشد في مرآب السيارات عن أوجه قصور مرتبطة بالبناء أثرت على قدرتها الهيكلية. بحيث ترتبط أوجه القصور هذه بشكل أساسي بوضع غير صحيح للأوتار وتقوية الفولاذ الخفيف في مناطق اللحظات السلبية، ممّا يتطلب تقوية الانحناء لمناطق العزم السلبية والإيجابية، وتقوية القص التثقيب لتقاطعات اللوح أو العمود، كما تم النظر في بديلين لتعزيز هذه النواقص:
- البديل 1: بناء أطواق القص لتوسيع مساحة البلاطة لمقاومة القص ثنائي الاتجاه حول الأعمدة، بحيث يمكن أن تقلل أطواق القص أيضًا متطلبات الانحناء عن طريق تقليل الامتداد الواضح للبلاطة.
- البديل 2: تركيب نظام تقوية بالبلاستيك المقوى بألياف الكربون مرتبط خارجيًا بالجانب العلوي للبلاطة في المناطق المجاورة للأعمدة لزيادة قدرات القص الانحناء و التثقيب للألواح.
أشارت تقديرات التكلفة الأولية إلى أن تكلفة تقوية الأسطح باستخدام البديل 2 ستكون حوالي نصف تكلفة البديل 1. كما أن الوقت اللازم لإنشاء البديل 2 كان أيضًا أقل بكثير. بالإضافة إلى ذلك، سيؤدي البديل 2 إلى مزيد من التوفير في التكاليف وتقليل الإزعاج للمستأجرين لأنه يمكن تقليل استئجار مواقف للسيارات خارج الموقع أثناء البناء. حيث أنه قبل تحديد أنسب بديل تقوية، تم تصميم نماذج كلا البديلين وبناؤها واختبار الحمل لتأكيد فعاليتها. يتألف برنامج اختبار الحمل من اختبار هذين البديلين المعززين.
نظرًا لضيق الوقت، لم يكن من الممكن صب طوق خرساني لاختبار الحمل. بدلاً من ذلك، تم محاكاة الطوق الخرساني باستخدام دعامات الشاطئ الفولاذية بشكل موحد حول العمود. وتم استخدام بروتوكول اختبار الحمل الدوري لتحميل اختبار خليج تمثيلي، حيث أنه استخدام إعداد اختبار الضغط لإنشاء لحظات الانحناء وقوى القص على طول منطقة العزم السلبية المماثلة لتلك الخاصة بالحمل المطبق بشكل موحد. تم إنشاء أحمال الاختبار بواسطة أربعة رافعات هيدروليكية، اثنان على كل جانب من جوانب العمود الذي يطبق الحمل على اللوح بواسطة إطار فولاذي.
تفاعلت الأحمال الهيدروليكية مع الأرضيات أعلاه لدفع لوح الاختبار إلى أسفل بشكل فعال. أثناء اختبارات التحميل، تمت مراقبة الأحمال والتشريد بشكل مستمر بواسطة خلايا الحمل المتصلة بمعدات الحصول على البيانات، والتي تعرض منحنيات الحمل مقابل منحنيات الانحراف في الوقت الفعلي. بالأضافة إلى ذلك، لاختبار الحمل للبديل 2، تم تركيب خمسة مقاييس إجهاد على شرائح البوليمر المقوى بألياف الكربون، بحيث أظهرت اختبارات الحمل فعالية كل من بدائل التقوية وقدرة الألواح المقواة على دعم أحمال التصميم بأمان.
3- اختبار الحمل لنظام مقاومة الحمل الجانبي للملعب:
أثارت دراسة أولية لهيكل الِاستاد الخرساني المسلح الذي تم بناؤه في أوائل الثلاثينيات من القرن الماضي مخاوف من أن التعديلات التي تم إجراؤها على جدران بناء محيط البناء أثناء عملية تجديد كبيرة أثرت سلبًا على مقاومة الحمل الجانبي لهيكل الاستاد. الملعب مقسم إلى 36 قسمًا مستقلًا هيكليًا تشكل شكلًا بيضاويًا، كما يتكون كل قسم من نظام من عوارض الخرسانة المسلحة وعوارض سطح السفينة مدعومة بأعمدة خرسانية مسلحة، وبعضها مدعم بشكل جانبي بواسطة عوارض ربط.
تدعم عوارض الجرافات بدورها لوح الجلوس الخرساني لهيكل الاستاد، كما يضمن مشروع التجديد إزالة بعض جدران البناء هذه وتوسيع الفتحات الموجودة في عدد من جدران الردم لتحسين الوصول إلى المدرجات ومنها. بالتأكيد، غيرت هذه التعديلات مقاومة الحمل الجانبية الموازية لهذه الجدران، لكن أهميتها لم تكن واضحة. لذلك، تم التخطيط لاختبار الحمل الجانبي في الموقع لتقييم مقاومة الحمل الجانبي.
تم استخدام بروتوكول اختبار الحمل الدوري لتحميل اختبار قسم الاستاد التمثيلي. ومن ثم، تم تطبيق الأحمال الجانبية على الهيكل باستخدام الرافعات الهيدروليكية الموضوعة على طول خطوط العمود، كما تم تركيب المكونات الهيدروليكية في وصلة تمدد بين قسمين متجاورين من هيكل الاستاد بحيث يتفاعل القسمان مع بعضهما البعض. أثناء اختبارات الحمل الجانبي، تمت مراقبة الأحمال المطبقة والتشريد الجانبي باستخدام خلايا الحمل.
قدمت نتائج اختبار الحمل الجانبي في الموقع معلومات لإنشاء نماذج تحليلية محسنة معايرة للهيكل، بما في ذلك معلومات عن السلوك داخل الطائرة لجدران البناء المحيطة الحالية. كما تم استخدام النماذج المحسّنة لتقدير متطلبات الحمل الجانبي على عناصر الإطار (الحزم والأعمدة) لمختلف أقسام الاستاد الأخرى، بسبب مجموعات الأحمال بما في ذلك أحمال الجاذبية والتأثير الجماهيري. بحيث أشارت نتائج اختبار الحمل والتحليل الهيكلي إلى أن جميع الأقسام الموجودة كافية لمقاومة الحمل الموصوف من قبل الكود وأن أنظمة مقاومة الحمل الجانبي لا تتطلب التعزيز.
أهمية اختبار الحمل المادي للمنشآت الخرسانية:
يعتبر اختبار الحمل في الموقع أداة قيمة تستخدم في تقييم وإصلاح الهياكل الخرسانية. كما يُستخدم اختبار الحمل عادةً لإثبات أن الهياكل الحالية أو التي تم إصلاحها يمكنها مقاومة أحمال التصميم بأمان. من المتوقع أنه بمجرد اعتماد متطلبات الكود لتقييم وإصلاح وإعادة تأهيل الهياكل الخرسانية الحالية والتعليقات بواسطة قانون البناء الدولي الحالي (IEBC) وقوانين البناء المحلية، سيصبح كود اختبار الحمل للهياكل الخرسانية الحالية والتعليق من الممارسات القياسية للهياكل الخرسانية الحالية.
بينما سيظل بروتوكول اختبار الحمل قابلاً للتطبيق على الهياكل تحت الإنشاء أو الهياكل التي ليس لديك شهادة إشغال. ومن المتوقع أيضًا أنه بعد فترة انتقالية، ستتبنى اللجان الفنية التابعة لمعهد الخرسانة الأمريكي مجموعة موحدة من الأحمال ومعايير القبول المطبقة على أي نوع من المباني.
