اقرأ في هذا المقال
ما هي الأعمدة الخرسانية المركبة الفولاذية؟
العمود المركب الفولاذي الخرساني عبارة عن عضو مضغوط، يتكون إمّا من قسم فولاذي مدلفن على الساخن مغلف بالخرسانة أو قسم أنبوبي مملوء بالخرسانة من الفولاذ المدلفن على الساخن ويستخدم بشكل عام كعضو حاملة في هيكل مؤطر مركّب. يتم توضيح المقاطع العرضية النموذجية للأعمدة المركّبة ذات المقاطع الفولاذية المغلفة بالخرسانة كليًا وجزئيًا.
لوحظ أنه لا توجد متطلبات لتوفير حديد تسليح إضافي للمقاطع الأنبوبية المملوءة بالخرسانة المركّبة، باستثناء متطلبات مقاومة الحريق عند الاقتضاء. في العمود المركّب، سيقاوم كل من الفولاذ والخرسانة التحميل الخارجي من خلال التفاعل معًا عن طريق السندات والاحتكاك. حيث يمنع التعزيز الإضافي في الغلاف الخرساني التشظي المفرط للخرسانة تحت ظروف الحمل العادي وظروف الحريق.
في البناء المركب، تدعم الأجزاء الفولاذية العارية أحمال البناء الأولية، بما في ذلك وزن الهيكل أثناء البناء. يتم صب الخرسانة لاحقًا حول القسم الفولاذي، أو يتم ملؤها داخل الأقسام الأنبوبية، ويتم الجمع بين الخرسانة والفولاذ بطريقة تستخدم فيها مزايا كلتا المادتين بشكل فعال في العمود المركب. كما يسمح الوزن الخفيف والقوة الأعلى للفولاذ باستخدام أساسات أصغر وأخف وزنًا.
تمكن الإضافة الخرسانية اللاحقة إطار المبنى من الحد بسهولة من الانحرافات الجانبية والتأثير. مع استخدام الأعمدة المركبة جنبًا إلى جنب مع التزيين المركب والعوارض المركبة، من الممكن إقامة هياكل شاهقة بطريقة فعالة للغاية. حيث هناك انتشار رأسي تمامًا لنشاط البناء الذي يتم تنفيذه في وقت واحد في أي وقت، مع عمل العديد من الحرف في وقت واحد.
الأداء الإنشائي للأعمدة الخرسانية المركبة الفولاذية:
أولاً: مساهمة الفولاذ المستعرض في المباني الخرسانية
تعتمد الأعمدة المركبة ذات الزاوية الفولاذية الجاهزة بشدة على التعزيز المستعرض الذي يربط زوايا الزاوية الفولاذية. بحيث يوفر التعزيز المستعرض نقل القص بين الزوايا الفولاذية، الرابطة بين الزوايا الفولاذية والخرسانة، مقاومة الانحناء للزوايا الفولاذية والحبس الجانبي للخرسانة الأساسية.
لتلبية متطلبات الربط ومقاومة الانحناء، فإنّ التباعد الوثيق بالإضافة إلى القوة الكافية مطلوبة للتعزيز المستعرض. ومع ذلك، فإنّ القضبان المستعرضة الملحومة بزوايا فولاذية أو الصفائح المستعرضة المتصلة بالزوايا الفولاذية قد تتسبب في حدوث كسر شد سابق لأوانه في الوصلة، والتي يجب أخذها في الاعتبار في التصميم.
يوفر غطاء الخرسانة مقاومة الانثناء المحلية ومقاومة الحريق للزوايا الفولاذية. وعندما لا تكون القضبان المستعرضة متباعدة بشكل وثيق، فإنّ الأعمدة المركبة الفولاذية تكون عرضة للتشظي المبكر لخرسانة الغطاء بسبب السطح الأملس للزوايا الفولاذية.
على وجه الخصوص، عندما تتعرض الأعمدة لقوة ضغط محورية عالية، يمكن أن تتدهور قدرة تحمل الحمولة وقدرة التشوه للأعمدة المركبة الفولاذية عن طريق التشظي المبكر لخرسانة الغطاء. علاوة على ذلك، في ظل التحميل الجانبي الدوري، من المتوقع أن تكون الأعمدة المركبة الفولاذية أكثر عرضة لهذه الأضرار مع زيادة الطلب على الليونة.
ثانياً: قوة الضغط للأعمدة الخرسانية المركبة الفولاذية
1- طريقة تصميم الأعمدة الخرسانية المركبة لمقاومة الضغط:
يمكن تقييم قوة الضغط الاسمية (Pn) للأعمدة الخرسانية المركبة الفولاذية تحت تحميل محوري متحد المركز من خلال معادلات رمز التصميم الحالي للعمود المركب الفولاذي المغطى بالخرسانة. على سبيل المثال، تحدد مواصفات المباني الفولاذية الإنشائية قوة الضغط الاسمية بناءً على إجهاد البلاستيك وتأثير طول العمود.
من أجل تقييم أفضل لقدرة حمل الأعمدة الخرسانية المركبة الفولاذية، يمكن استخدام التحليل العددي باستخدام علاقة الإجهاد والانفعال للخرسانة المحصورة والخرسانة غير المحصورة والفولاذ. كما يمكن إجراء التحليل العددي باستخدام طريقة توافق الانفعال. ويمكن تحديد العلاقة بين الإجهاد والانفعال للخرسانة المحصورة وغير المحصورة من النماذج المختلفة الموجودة.
يمكن تقييم قوة الضغط الاسمية لِلعمود المركب الفولاذي تحت تحميل محوري غريب الأطوار من خلال افتراض توزيع الإجهاد البلاستيكي للقسم المركب. علاوة على ذلك، باستخدام طريقة توافق الإجهاد، يمكن تقدير مخطط تفاعل العمود المركب الفولاذي مع الضغط.
2- الاختبار الهيكلي للأعمدة الخرسانية المركبة الفولاذية:
يجب إعداد الاختبار للتحميل المحوري المركّز للأعمدة الخرسانية المركبة الفولاذية واختبارات التحميل المحوري اللامتراكز. حيث يمكن التحكم في الانحراف باستخدام المسافة بين مركز العمود ومركز التحميل. وأثناء الاختبار، يتم قياس قدرة تحمل الحمولة والتقصير المحوري والتمدد الأفقي لتقييم الأداء الهيكلي للأعمدة المركبة.
كان سلوك الحمل المحوري للعمود المركب مشابهًا لسلوك العمود الغير مركب. حيث أدت مساهمة الزوايا الفولاذية في الحبس الجانبي إلى زيادة قوة الذروة (Pu) وقدرة التشوه في العمود المركب. تحت القوة المحورية متحدة المركّز، لم يتم ملاحظة التواء موضعي للزوايا الفولاذية.
لكن بعد ذروة القوة، حدثت تشققات كبيرة وتكسرت الخرسانة لاحقًا. على وجه الخصوص، يمكن بدء التشققات المبكرة في زوايا المقطع العرضي بسبب السطح الأملس للزاوية. وبالتالي، لتأمين سلوك الحمل المحوري القوي للأعمدة المركبة تحت الحمل المحوري العالي، يوصى بتقليل التباعد بين التعزيز المستعرض إلى نصف متطلبات الأعمدة العادية.
3- قوة الانحناء للأعمدة الخرسانية المركبة الفولاذية:
1- طريقة تصميم الانحناء للأعمدة الخرسانية المركبة الفولاذية:
يمكن تقييم قوة الانحناء القصوى للأعمدة الخرسانية المركبة الفولاذية عن طريق إجراء تحليل المقطع بناءً على الضغوط البلاستيكية (أيّ طريقة الإجهاد البلاستيكي) أو الضغوط الناتجة عن الإجهاد (أيّ طريقة توافق الإجهاد). بحيث يتم تحديد ضغوط الزوايا الفولاذية وقضبان التسليح والخرسانة من خلال توزيع الانفعال الخطي وعلاقات الإجهاد والانفعال للمواد.
تكون توزيعات الضغط في المقطع العرضي للأعمدة الخرسانية المركبة الفولاذية بطريقتين: طريقة الإجهاد البلاستيكي، حيث يمكن استخدام الضغوط البلاستيكية للخرسانة والزوايا الفولاذية وقضبان التسليح فيها. وطريقة توافق الإجهاد، بحيث يمكن تحديد ضغوط الزوايا الناتجة عن الإجهاد وقضبان التسليح والخرسانة بافتراض التوزيع الخطي للضغط على المقطع العرضي بأكمله.
2- طريقة تصميم القص للأعمدة الخرسانية المركبة الفولاذية:
يتم توفير مقاومة القص للأعمدة الخرسانية المركبة الفولاذية بواسطة الخرسانة والتعزيز المستعرض والزوايا الفولاذية. نظرًا لأن أبعاد المقطع العرضي للزاوية أقل بكثير من أبعاد المقطع العرضي بأكمله، فإنّ مساهمة الزوايا في مقاومة القص مهملة. وبالتالي، يمكن حساب مقاومة القص الاسمية (Vn) للأعمدة الخرسانية المركبة الفولاذية، على أساس كود تصميم الخرسانة المسلحة الحالي.
3- طريقة تصميم قوة الرابطة للأعمدة الخرسانية المركبة الفولاذية:
توضع تفاصيل وصلة اللحام أو البراغي بين الزوايا الفولاذية والتعزيز المستعرض. وهذا قبل تشظية الغطاء الخرساني، حيث يتم توفير نقل القص بين الزوايا الفولاذية والخرسانة عن طريق احتكاك سطح الزاوية وتحمل الخرسانة للتعزيز العرضي المسقط من سطح الزاوية. مع إهمال مقاومة الاحتكاك بحذر، يتم توفير قوة الرابطة الاسمية لزاوية فولاذية بواسطة المحمل الخرساني للتعزيز المستعرض.
