قياس فقدان الإجهاد بالخرسانة المحفوظة

أدوات قياس فقدان الإجهاد المسبق في الخرسانة:

تقل قوة الإجهاد الأولي المطبقة على العنصر الخرساني بسبب التقصير المرن للخرسانة وخسائر الإرساء وخسائر الاحتكاك وما إلى ذلك. تقل قوة الإجهاد المسبق بمرور الوقت بسبب الزحفوالانكماش وتأثير درجة الحرارة واسترخاء الحديد. بحيث قد يؤدي فقدان قوة الإجهاد المسبق إلى تقليل قدرة تحمل الهيكل. سيكون من الجدير ملاحظة أنه لا توجد طريقة مباشرة متاحة لقياس فقدان الإجهاد المسبق.

ومع ذلك، يمكن التأكد من ذلك من خلال معرفة التغيرات في مستويات الإجهاد في الكابلات مسبقة الإجهاد، كما يمكن معرفة التغيير في مستوى الإجهاد بالقياس الدوري لنفسه. ويمكن قياس القوة في فولاذ الإجهاد المسبق باستخدام خلايا تحميل سلك الاهتزاز أو مقاييس إجهاد الأسلاك الاهتزازية.

1- خلية تحميل الأسلاك الاهتزازية لقياس فقدان إجهاد الخرسانة:

وهي تتألف من مجموعة من مقاييس الأسلاك الاهتزازية المركبة بالتوازي مع بعضها البعض متباعدة بشكل متساوٍ في حلقة في غلاف أسطواني من سبائك الفولاذ. بحيث يتم توصيل ترصيع الأسلاك الاهتزازية بغشاء لخلية الحمل، ويتم تصنيع خلايا الحمل بفتحة مركزية لاستيعاب الأوتار أو كابلات التثبيت. كما تتوفر خلايا الحمل هذه في نطاقات مختلفة من 100 إلى 5000 كيلو نيوتن.

سيؤدي التغيير في الضغط على الحجاب الحاجز إلى تغيير توتر السلك المهتز. بحيث يتناسب التردد الطبيعي للسلك مع توتر السلك. وبالتالي، من خلال قياس التردد الطبيعي لضغط السلك على الحجاب الحاجز يمكن معرفة ذلك. يمكن أن يرتبط التردد الطبيعي للسلك بضغط الحجاب الحاجز، كما يمكن التعبير عن التردد الطبيعي للسلك على النحو التالي:

يتم تثبيت خلية تحميل المحصورة بين لوحين، في نهاية الإجهاد المسبق للعارضة. يتم توصيل كابل خلية الحمل بوحدة القراءة الشائعة. ومن ثم، تقاس وحدات القراءة عمومًا فترة أو تكرار السلك الذي يمكن من خلاله الحصول على القوة في الكبل. يمكن توصيل وحدة القراءة بجهاز الكمبيوتر، ويمكن تحليل البيانات باستخدام برامج مصممة خصيصًا لهذا الغرض.

يتم أخذ القراءة الأولية بعد وقت قصير من تثبيت خلية التحميل، بحيث تؤخذ القراءات اللاحقة في كل مرحلة من مراحل الإجهاد المسبق. ومع ذلك، بعد حقن الأسمنت للكابل، قد لا يكون من الممكن قياس القوة. إذا كانت قناة الكابل مملوءة بالشحم أو الجل، فيمكن قياس قوة الإجهاد المسبق بشكل دوري أثناء الخدمة.

ممّا سبق، يمكن ملاحظة أن خلية تحميل الأسلاك الاهتزازية، تغتبر كَنظام خلية الحمل مناسب للبناء الجديد وليس للهيكل الحالي. بحيث تقيس خلية الحمل القوة في سلك الإجهاد المسبق. بمجرد أن يتم حشو قناة الكابل بالأسمنت، لا يتم نقل القوة إلى خلايا التحميل. ومع ذلك، إذا كانت قناة الكابل مملوءة بالشحم والزيت وما إلى ذلك، تستمر خلية الحمل في إعطاء القوة في الفولاذ الذي يتم إجهاده مسبقًا.

ومن ثم، في النظام الحالي حيث قناة الكابل عبارة عن نظام خلية تحميل محشو بالأسمنت لن يساعد. يمكن أيضًا استخدام نظام خلية الحمل لمراقبة القوة في الفولاذ الذي سبق إجهاده، في وقت الإجهاد المسبق، لتجنب الإجهاد المفرط لنفسه.

1- اهتزاز مقياس إجهاد أسلاك خلية تحميل في قياس فقدان إجهاد الخرسانة:

بمساعدة مقياس إجهاد الأسلاك الاهتزازية، يمكن الحصول على التغيير في الانفعال من خلال القياس الدوري للانفعال. كما يمكن حساب الضغط بضرب الانفعال بمعامل المرونة، والحصول على قوة الإجهاد المسبق عن طريق مضاعفة الضغط مع منطقة المقطع العرضي لكابلات الإجهاد المسبق.

يعمل مقياس الإجهاد على مبدأ أن السلك المشدود، عند نتفه، يهتز بتردد يتناسب مع التوتر في السلك. بحيث تم تصميم المقياس بطريقة تجعل السلك متوترًا بين شفتين طرفيتين، كما تعمل القوة في الخرسانة على تغيير المسافة بين حافتيها وتؤدي إلى تغيير في شد السلك. ومن ثم، يتم حساب الانفعال عن طريق تطبيق عوامل المعايرة على قياس التردد.

مقاييس إجهاد الأسلاك الاهتزازية من نوعين:

1. نوع قابل للحام.
   
2. نوع قابل التضمين.
   

مقاييس الانفعال القابلة للحام مثبتة على سطح الهيكل، لا تعمل في حالة مضمنة. لذلك، تعتبر مقاييس الإجهاد من نوع التضمين أكثر ملاءمة لغرض قياس الإجهاد.

2- مقياس الضغط المدمج لقياس فقدان إجهاد الخرسانة:

يتم تضمين مقياس الإجهاد المضمن لقياس فقدان إجهاد الخرسانة بالقرب من كابل الإجهاد المسبق لتقييم التغيير في الانفعال وبالتالي التغيير في قوة الإجهاد المسبق. يمكن تركيب المقياس إمّا قبل أو مباشرة بعد وضع الخرسانة. بحيث يوفر تصميمها الفريد أداءً فائقًا. كما أنها متوفرة بأطوال 6 و 10 بوصات.

بالنسبة للبناء الجديد، يتم تضمين مقياس الضغط في الخرسانة حول كابل الإجهاد المسبق أثناء وضع الخرسانة. يتم إخراج خيوط المقياس وتوصيلها للقراءة أو وحدة تسجيل البيانات، ويتم تسجيل قراءة المسند للمقياس مباشرة بعد تركيب جهاز القياس. تؤخذ القراءات اللاحقة في كل مرحلة من مراحل الإجهاد المسبق أثناء البناء وفي فاصل زمني محدد مسبقًا أثناء الخدمة.

لِلهيكل الحالي، يتم حفر التجويف في الخرسانة في المواقع المرغوبة ويتم تثبيت مقياس الضغط. ومن ثم، بعد تركيب مقياس الضغط، يتم ملء التجويف مرة أخرى. يتم إخراج خيوط المقاييس وتوصيلها بوحدة مسجل البيانات، ويتم أخذ المسند والقراءة اللاحقة للسلالة على فترات محددة مسبقًا.

الهدف من قياس فقدان الإجهاد بالخرسانة المحفوظة:

تم استخدام الخرسانة سابقة الإجهاد بشكل متزايد في البناء منذ طرحها في الأربعينيات. جعلت فوائدها الفنية والاقتصادية على الخرسانة المسلحة التقليدية استخدامها مرغوبًا فيه لأنواع عديدة من الهياكل المدنية وعناصر البنية التحتية مثل الجسور والأنفاق والسدود والمباني وسفن الاحتواء النووي. بحيث تتطلب أهمية هذه الهياكل تقييمًا فعالًا ومراقبة الأداء الهيكلي للخرسانة سابقة الإجهاد في الحقل نظرًا لأن تدهور المواد بسبب الاستخدام والتأثيرات البيئية أمر لا مفر منه.

الدافع وراء قياس فقدان الإجهاد بالخرسانة المحفوظة هو زيادة استخدام الخرسانة سابقة الإجهاد، وأهمية مستويات الإجهاد المسبق كمعامل، وعدم وجود طرق رسمية لتقييمها في الموقع. بحيث تستخدم الطريقة المقترحة قياسات الإجهاد من مستشعرات الألياف البصرية ذات المقياس الطويل لدراسة تغيرات الإجهاد في النقطه الوسطى للصلابة (أي النقطه الوسطى من القسم المركب) للمقاطع العرضية.

مزايا طرق قياس فقدان الإجهاد بالخرسانة المحفوظة:

1. المَتانة للحمل التشغيلي على الهيكل الناجم عن التغيرات الموسمية واليومية في درجات الحرارة، بالإضافة إلى التحميل.
   
2. التحديد الكمي الدقيق لأوجه عدم اليقين المرتبطة بالقياسات والمعلمات.
   
3. قابلية التطبيق على نطاق واسع من الهياكل الشبيهة بالحزمة.
   

يتم توضيح تطبيق طرق قياس فقدان الإجهاد من خلال التطبيق على القياسات التي تم جمعها على مدى فترة 7 سنوات من مستشعرات الإجهاد المدمجة في جسر ستريكر، وهو جسر مشاة خرساني لاحق التوتر في حرم جامعة برينستون. بحيث تشير تطبيق طرق قياس فقدان الإجهاد إلى أن خسائر الإجهاد التي يتم قياسها بواسطة المستشعرات ذات حجم مشابه لتقديرات التصميم، ممّا يعني أن التقديرات ليست بالضرورة متحفظة للغاية.