اقرأ في هذا المقال
ما هو الانهيار التدريجي للهياكل الخرسانية؟
يُعرَّف الانهيار التدريجي للهيكل بأنه انتشار فشل محلي أولي لعنصر هيكلي يؤدي في النهاية إلى انهيار الهيكل بأكمله أو جزء كبير منه. وهذا النوع من الانهيار يحدث بشكل غير متناسب. ومن ثم، يطلق عليه أيضًا الانهيار غير المتناسب.
السببان الرئيسيان اللذان يؤديان إلى الانهيار التدريجي هما أخطاء التصميم أو البناء وظروف التحميل القاسية. ويتم تصنيف الانهيار التدريجي للهياكل بشكل أساسي إلى خمسة أنواع مختلفة بناءً على الحدث المحفز والانهيار الناتج للهيكل.
تشرح هذه المقالة أوضاع الانهيار التدريجي المختلفة وهم، السحاب، الدومينو، عدم الاستقرار، الهبوط العمودي، انهيار الأقسام، والانهيار المختلط المصنف بناءً على نوع الهيكل وحدث البدء.
الأنواع المختلفة من الانهيار التدريجي للهياكل الخرسانية:
على الرغم من أن الانهيار التدريجي يُفهم على أنه فشل يؤثر على النظام بأكمله بسبب عدم التناسب، فإنّ حالة الانهيار النهائي للهيكل يمكن أن تحدث بطرق مختلفة. حيث أن الأنواع المختلفة للانهيار التدريجي هي:
- انهيار الهبوط العمودي.
- انهيار السحاب.
- انهيار نوع دومينو (Domino-type).
- انهيار الأقسام.
- انهيار عدم الاستقرار.
- الانهيار المختلط.
1. انهيار الهبوط العمودي:
أحد الأمثلة الشهيرة على الانهيار من نوع الهبوط هو الانهيار التدريجي لأبراج مركز التجارة العالمي. حيث أدّى تأثير الطائرات على الهيكل إلى اندلاع حريق أدّى إلى فشل محلي في مناطق التأثير. وحدث فقدان القدرة على التحمل الرأسي لبضعة طوابق، والتي امتدت لاحقًا على كامل المقطع العرضي للبرج.
مع مرور الوقت، يبدأ الجزء العلوي من الهيكل يتحرك إلى أسفل وتراكم الطاقة الحركية. حيث أدّى اصطدام الجزء العلوي من المبنى مع الجزء السفلي من الهيكل الذي كان لا يزال سليماً إلى قوى تأثير كبيرة كانت أكبر من القدرات الاحتياطية للهيكل.
إنّ هذا في النهاية خسارة كاملة لقدرة التحمل في منطقة التأثير. حي تقدم هذا الفشل وأدّى إلى انهيار كامل. ومن ثم، فإنّ ميزات الانهيار من نوع انهيار الهبوط العمودي هي:
- يحدث الانهيار من نوع الفطيرة عن طريق الفشل الأولي لِعناصر الحاملة الرأسية.
- قد تخضع مكونات المبنى لفصل جزئي أو كامل وتسقط في حركة رأسية لجسم صلب.
- خلال هذا الانهيار، يتم تحويل الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية.
- يؤثر سقوط أو انفصال العناصر الهيكلية على الهيكل المتبقي. حيث ينتج عن أحمال الصدمات التي تتسبب في سقوط العناصر الهيكلية فشل العناصر الحاملة الرأسية.
- تؤدي التأثيرات المذكورة أعلاه معًا إلى تطور الانهيار في الاتجاه الرأسي.
2. انهيار نوع سحاب:
يحدث الانهيار من نوع سحاب بسبب الفشل الأولي لعنصر شد واحد أو أكثر في الهيكل. وهذا الفشل شائع عند حدوث تمزق مفاجئ في كابلات الجسر أو فشل واحد أو أكثر من مثبتات الجدار الاستنادي. حيث يعرض الانهيار من نوع سحاب الميزات التالية:
- يحدث الانهيار من نوع السحاب بسبب الفشل الأولي لعنصر هيكلي واحد أو أكثر.
- أي فشل للعنصر يكون مصحوبًا بإعادة توزيع القوات على العناصر الهيكلية المتبقية.
- يؤدي الفشل الأولي للعناصر الهيكلية إلى حدوث تحميل اندفاعي. ويُظهر الهيكل المتبقي استجابة ديناميكية تجاه هذا التحميل المندفع.
- ينتج عن العمل المشترك للتأثيرات الساكنة والديناميكية تركيز قوة العناصر.
- ينتج عن تركيز القوة فشل العناصر المماثلة في النوع والوظيفة لفشل العناصر المجاورة أو العناصر التي فشلت في المنطقة المجاورة.
- يتقدم الانهيار في اتجاه يمر عبر القوى الرئيسية الموجودة في العناصر الفاشلة.
بعض الحالات التي يظهر عليها انهيار من نوع سحاب هي:
- يؤدي فشل العارضة المستمرة أثناء الانحناء إلى التحميل الزائد وفشل الامتدادات المجاورة.
- في عارضة متواصلة مدعومة بعمودين رفيعين، عندما يثقب عمود واحد، يكون العمود المجاور محملاً بشكل زائد. حيث ينتج عن هذا التواء العمود المجاور.
3. انهيار نوع دومينو (Domino-type):
يحتوي الانهيار من نوع دومينو (Domino-type) على ميزة مميزة عن أنواع الانهيارات المذكورة أعلاه وهي انقلاب العناصر الفردية، والتي تميل إلى التسبب في فشل العنصر التالي من خلال إجراء نشر. حيث أن السمات المهمة لانهيار نوع الدومينو هي:
- يبدأ طي الدومينو بانقلاب أحد العناصر.
- يسقط العنصر في حركة زاويّة لجسم صلب حول حافة سفلية.
- في هذا الانهيار، يتم تحويل الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية.
- ينتج عن هذا الانهيار تأثير جانبي للحافة العلوية للعنصر على الوجه الجانبي لعنصر مجاور. حيث ينتج عن قوة الدفع الأفقية إمالة وحركة العنصر المؤثر. ومن ثم، فإنّ هذا التأثير له أصل ثابت وديناميكي.
- ينتج عن التحميل الأفقي من عنصر التأثير انقلاب العنصر المجاور. حيث يؤدي هذا إلى انهيار تدريجي في اتجاه الانقلاب.
يُعد الانهيار المتتالي لأبراج خطوط النقل العلوية أحد الأمثلة الشائعة لانهيار نوع الدومينو.
4. انهيار الأقسام التدريجي:
يمكن تفسير الانهيار من نوع القسم من خلال النظر في مثال على شعاع في الانحناء أو قضيب تحت التوتر المحوري. وعندما يتم قطع هذا العنصر، تنتقل القوى الداخلية من هذه المنطقة إلى المقطع العرضي المتبقي. كما أنه نوع من الكسر السريع وليس نوعًا من الانهيار التدريجي.
لكن تم تضمينه لدراسة مُساهماته وأوجه التشابه والتشابه. وَفي حالة الانهيار من نوع السحاب الذي لوحظ في شبكات الكابلات أو هياكل الأغشية أو جسور الكابلات، يكون التشابه بين الانهيار التدريجي والانهيار من نوع القسم أكثر قابلية للتطبيق.
5. انهيار عدم الاستقرار:
يحدث الانهيار من نوع عدم الاستقرار بسبب عيوب صغيرة أو تحميل عرضي. وعادة ما يتم تصميم الهياكل للتخلص من مشكلات عدم الاستقرار. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي فشل عنصر التدعيم إلى انهيار النظام بأكمله. وهذه أكثر شيوعًا في هياكل الحزم أو الجمالون حيث يتم استخدام أنظمة التدعيم.
مثال آخر شائع هو فشل صفيحة التقوية التي تؤدي إلى عدم الاستقرار المحلي وفشل لوحة الإزاحة. وهذا من شأنه أن يؤدي إلى انهيار عالمي. حيث أن السمات المهمة للانهيار من نوع عدم الاستقرار هي:
- يؤدي الفشل الأولي للعناصر إلى انهيار نوع عدم الاستقرار. وهذه هي العناصر التي تثبت العناصر الحاملة في الانضغاط.
- هذا الفشل الأولي مسؤول عن عدم استقرار العناصر في الضغط. تسبب هذه التشوهات الصغيرة فشلًا مفاجئًا لهذه العناصر المزعزعة للاستقرار.
- هذه الإخفاقات تفسر أخيرًا الفشل في التقدم.
6. الانهيار التدريجي المختلط:
الانهيار من النوع المختلط عبارة عن مجموعة من الأنواع المختلفة للانهيارات التي تم شرحها مسبقًا. وفي الهياكل مثل المباني، يمكن أن يحدث الانهيار التدريجي من خلال الجمع بين الانهيار من نوع الهبوط الرأسي ونوع الدومينو ونوع السحاب والانهيار من نوع عدم الاستقرار.
هنا، فإنّ انحناء الأعمدة في هيكل إطار مستمر بسبب التحميل الزائد هو انهيار من نوع سحاب. ومع تقدم الفشل، يمكن أن يؤدي إلى زعزعة استقرار العناصر، وهي سمة من سمات الانهيار من نوع عدم الاستقرار.
