تطبيقات الخرسانة سابقة الإجهاد المختلفة

المبادئ الأساسية لفهم الخرسانة سابقة الإجهاد:

ترتكز الحزمة على دعامات في اتجاهات وكل طرف للانحناء تحت ثقله وتحت الحمل المطبق. حيث يتسبب هذا في الضغط على طول الجزء العلوي من الحزمة والتوتر على طول الجزء السفلي. بمعنى آخر، هناك ميل لتمدد قاع الحزمة. الخرسانة قوية في الانضغاط، ولكنها ضعيفة في التوتر، ولهذا السبب، فإنّ حزمة الخرسانة العادي لديها القليل من القوة.

يتم التغلب على ضعف الشد للخرسانة عن طريق صب قضبان فولاذية في الأقسام التي يحتمل حدوث التوتر فيها. عندما يتم تطبيق حمولة على العارضة، لا تزال الشقوق تحدث في الخرسانة، ولكن التوتر يتم بواسطة حديد التسليح. كما أن مبدأ الإجهاد المسبق هو ضغط الحزمة قبل تحميلها بطريقة يتم فيها إحداث ضغوط في القسم الذي يتعارض في العمل مع تلك التي تنشأ تحت التحميل.

وبالتالي يتم ضغط الجزء السفلي من الحزمة عن طريق الإجهاد المسبق بحيث يتم تحييد التوتر الناشئ عند تحميله بالكامل. علاوة على ذلك، فإنّ الضغط في الخرسانة له أهمية كبيرة في مقاومة القص. إذا تخيل المرء شعاعًا مُجهَّدًا كصف من الكتل مضغوطة معًا، فمن السهل أن نرى أنه إذا تم ضغطها معًا بإحكام كافٍ فلن تسقط عند تطبيق الحمل. وهذه الحالة التي يساعدها جهاز كنس الكابلات لأعلى في نهاية الحزمة ستلغي عادةً الحاجة إلى تقوية الفولاذ لمقاومة إجهادات القص.

مزايا الخرسانة سابقة الإجهاد:

تعود الزيادة السريعة في استخدام الخرسانة سابقة الإجهاد إلى حقيقة أنها متفوقة تقنيًا واقتصاديًا على طرق البناء الأخرى. ونظرًا لأن حجم الأعضاء سابقة الإجهاد أقل من حجم أعضاء الخرسانة المسلحة التقليدية، غالبًا ما يتم تقليل الحمل الميت للهيكل بشكل كافٍ، وبالتالي توفير المواد في الأعضاء الهيكلية.

لقد اكتسب استخدام الخرسانة سابقة الإجهاد كوسيط هيكلي لبناء الجسور شعبية. مع زيادة النقل، أصبحت الحاجة إلى الجسور حادة ونقص مواد البناء العامة أعطى دفعة لاستخدام الخرسانة سابقة الإجهاد في جميع أنشطة الهندسة المدنية. حيث يمكن أن يُعزى تطوير تكنولوجيا الخرسانة سابقة الإجهاد خلال العقدين الماضيين إلى البحث والتطوير والتحسين والتقدم في المواد والتكنولوجيا وتقنيات البناء.

تم استخدام المواد الحَالية المستخدمة في البناء بشكل أفضل وتم تحسين خصائصها، وتم تطوير مواد جديدة لتلائم الاحتياجات الخاصة للخرسانة سابقة الإجهاد. حيث أن التطور في التكنولوجيا ينظر إليه أيضًا في مفهوم شكل العمل والتقنيات التحليلية.

تطبيقات الخرسانة سابقة الإجهاد:

1- الأساسات الخرسانية سابقة الإجهاد:

تم استخدام الأساسات الخرسانية سابقة الإجهاد على نطاق واسع في تشييد المباني والهياكل البحرية. ونظرًا لقوتها العالية في المناولة ودرجة عالية من المتانة في مياه البحر والبيئات المعاكسة الأخرى، أصبح استخدام الأساسات الخرسانية سابقة الإجهاد شائعًا جدًا في بناء الهياكل البحرية. حيث تتمتع الأساسات الخرسانية سابقة الإجهاد بالعديد من المزايا مقارنة بالأساسات التقليدية، بعضها:

1. قدرة عالية على تحمل الأحمال.
   
2. خالية من التشققات تحت المناولة والقيادة.
   
3. القدرة على رفع الشد.
   
4. يمكن أن تتحمل القيادة الشاقة ويمكن أن تخترق الطبقات الصلبة.
   
5. المتانة في بيئة معاكسة.
   
6. قوة العمود العالية.
   
   

في ضوء المزايا المذكورة أعلاه، تعتبر الأساسات الخرسانية سابقة الإجهاد خيارًا مثاليًا للأساسات العميقة ذات التحميل الثقيل على التربة الضعيفة. في الوقت الحاضر، يتم استخدام أساسات الخرسانة سابقة الإجهاد كأساسات صفائح وأساسات حاجز وأساسات عسكرية. كما أنها تستخدم لحمل الأحمال الرأسية مع قوة تربة مختلفة ووجد أنها متينة في بيئات متنوعة تتراوح من شبه القطب الشمالي إلى الصحراء.

أيضًا، تُستخدم تقنيات الإجهاد المسبق الآن لتقوية بنية قائمة عن طريق تثبيتها على الصخور أو التربة. في الأماكن التي لا تتوفر فيها الصخور مباشرة أسفل مستوى الأرض، تُستخدم المراسي الصخرية لتثبيت الكومة في الصخور الموجودة على عُمق كبير جدًا. بحيث يتجنب استخدام المراسي سابقة الإجهاد قيادة الأساسات على طول الطريق إلى الصخر المتاح على عُمق كبير جدًا. ومن ثم، يتم دفع الأساسات فقط إلى عُمق معين، اعتمادًا على حالة التربة ويتم إرسال الكابل المجهد مسبقًا عبر الكومة إلى الصخر. ثم يتم شد الكبل وحشوها.

2- الجسور الخرسانية سابقة الإجهاد:

يمكن رؤية المساهمة المذهلة للخرسانة سابقة الإجهاد في بناء الهياكل الفوقية للجسور. ولقد تم استخدامه على نطاق واسع في كل من جسور السكك الحديدية والطرق. كما أن تقنية الإجهاد المسبق تفسح المجال بشكل جميل لبناء أنواع مختلفة من الجسور.

• الجسور المدعومة ببساطة: تم اعتمادها للمسافات المتوسطة والقصيرة، وقد تكون المقاطع العرضية لهذه الحزم على شكل I أو T أو شكل T أو صندوق. كما يمكن أن تكون العوارض مسبقة الشد أو لاحقًا، وقد تكون هذه الحزم مسبقة الصب أو مصبوبة في الموقع وعادة ما تكون مدعومة بالنيوبرين أو أنواع أخرى من المحامل في أي من الطرفين.
  
• الجسور الكابولية: عادة ما يتم اعتماد هذه الطريقة للجسور ذات الامتداد الأطول، وفي هذه الطريقة، سيكون هناك ناتئ يمتد من كل من الأرصفة. كما سيكون هناك فترة معلقة من الطول الأقصر لتوصيل الكابول، وعادةً ما يتم تمديد الكابولي عن طريق تثبيت مقاطع سابقة الصب بطول قصير. يتم ربط كل جزء بامتداد التوازن على الجانب الآخر من الرصيف.
  
• الجسور المثبتة بالكابلات: جسور طويلة للغاية تم إنشاؤها باستخدام طريقة البناء هذه. وفي هذا النوع من البناء، يتم تثبيت السطح أو اللوح بواسطة عدد من الكابلات المجهدة مسبقًا والمثبتة في برج التثبيت، باستخدام هذه الطريقة يمكن بناء يمتد يصل إلى 300 متر.
  

3- الهياكل البحرية الخرسانية سابقة الإجهاد:

اكتسبت الخرسانة سابقة الإجهاد قبولًا في مجال الهياكل البحرية بسبب مَتانتها وقوتها واقتصادها. وتمت مناقشة تطبيقه على الأساسات بالفعل في القسم السابق. يتم الآن تطبيق الخرسانة سابقة الإجهاد بشكل متزايد في الهياكل الفائقة للمشاريع البحرية، حيث بعض أنواع الهياكل البحرية التي تم فيها استخدام الخرسانة سابقة الإجهاد هي:

• الأرصفة الساحلية.
  
• الحواجز.
  
• المنصات البحرية.
  
• هياكل الملاحة.
  
• مصدات واقية.
  

في هذه الهياكل، قد تكون العناصر الخرسانية سابقة الإجهاد في الأساس، مثل كومة التحميل، وكومة الصفائح، وما إلى ذلك أو في الهيكل الفائق، مثل السطح ولوح العارضة. كما أنه من الحقائق المعروفة أن البناء البحري لديه العديد من المشاكل الخاصة به في إجراءات البناء الخاصة به، والصعوبة في الموقع خاصة بالنسبة لحركة المواد والعاملين تجعل مراقبة الجودة ممارسة صعبة.

علاوة على ذلك، مطلوب العمالة الماهرة للغاية في مثل هذه المشاريع. حيث أن هذه العمالة إمّا غير متوفرة أو متوفرة بتكلفة عالية للغاية. كل هذه العوامل تدل على أن الصب المسبق هو خيار مثالي للهيكل البحري. ففي عملية الصب المسبق، يمكن زيادة الكفاءة والاقتصاد عن طريق الإجهاد المسبق، خاصة عن طريق الشد المسبق. كما يمكن بعد ذلك جعل المواد مسبقة الشد تعمل بشكل موحد عن طريق شدها لاحقًا.

4- هيكل نقل المياه الخرسانية سابقة الإجهاد:

• القنوات المائية: تم العثور على الخرسانة سابقة الإجهاد لتكون الخيار الأمثل لبناء قنوات المياه بسبب ضيق المياه وسطحها الخالي من الشقوق. كما تمكّن الخرسانة سابقة الإجهاد، بسبب قوتها العالية، من بناء قنوات مائية طويلة الأمد ذات قدرة عالية على تحمل المياه.
  
• خزانات المياه: يتم إنشاء خزانات المياه الدائرية أيضًا باستخدام الخرسانة سابقة الإجهاد. كما أنهم يتحملون ضغطًا محيطيًا أعلى من الخرسانة المسلحة. حثي سُمك جدار الخزانات الخرسانية سابقة الإجهاد أقل بكثير من سُمك جدار الخزان الخرساني بسبب قوته العالية. ومع هذه المزايا، فإنّ استخدام الخرسانة سابقة الإجهاد لبناء خزانات وخزانات المياه العلوية يكتسب شعبية.
  

5- الهياكل الصناعية الخرسانية سابقة الإجهاد:

يزداد استخدام الخرسانة سابقة الإجهاد في مجال إنشاء الهياكل الصناعية. وعادة ما يتم الضغط على أعضاء التعادل في الجمالونات. مزايا استخدام الخرسانة سابقة الإجهاد في الهياكل الصناعية هي:

• بناء مسافات أطول من الجمالونات.
  
• تحسين المظهر الجمالي للهيكل.
  

6- المنتجات مسبقة الصنع الخرسانية سابقة الإجهاد:

إنّ التصنيع المكثف لأعمدة النقل الكهربائية سابقة الإجهاد هو مجرد واحد من تطبيقات عديدة للادعاء. الإضافة الأخيرة والمهمة في القائمة هي السكة الحديدية الممتده. حيث يظهر عدد من المصانع التي تصنع هذه السكك الممتده في كل ركن من أركان العالم. كما يتم استخدام العناصر مسبقة الشد على نطاق واسع للمنازل الجاهزة. وهذا التطبيق لديه إمكانات ويوفر مجالًا ممتازًا للتطوير والتنويع.

7- الهيكل النووي الخرساني سابق الإجهاد:

في هذا العصر الذّري، يرتقي مفهوم الخرسانة سابقة الإجهاد إلى مستوى سمعتها باعتبارها التكنولوجيا التي يمكن أن تقدم حلولًا حتى لأصعب المشاكل وتعقيدًا التي تواجهها صناعة الهندسة المدنية. لقد أدرك مصممو المفاعلات مزايا الخرسانة سابقة الإجهاد ويقومون الآن بتصميم أوعية الضغط وأوعية الحاويات الخاصة بالمفاعلات، ويوصون باستخدام الخرسانة سابقة الإجهاد. كما يجب أن يثبت هذا التطبيق مدى تنوع مفهوم الخرسانة سابقة الإجهاد وتفوقها على الطرق التقليدية.