مبادئ ومزايا عمل الخرسانة سابقة الإجهاد

مبادئ عمل الخرسانة سابقة الإجهاد:

تُعرف عملية تحريض الضغوط الانضغاطية في الهيكل قبل وضعه للاستخدام الفعلي باسم الإجهاد المسبق. حيث أن عضو الخرسانة سابقة الإجهاد هو عضو من الخرسانة يتم فيه إدخال الضغوط الداخلية بطريقة مخططة، بحيث يتم مواجهة الضغوط الناتجة عن الأحمال المتراكبة إلى الدرجة المطلوبة.

• الإجهاد المسبق هو الخلق المتعمد لِضغط دائم في هيكل أو مجمع لتحسين سلوكه وقوته في ظل ظروف الخدمة المختلفة.
  
• في الخرسانة المسلحة العادية، التي تتكون من الخرسانة والفولاذ الطري كمكونات أساسية، تولد ضغوط الانضغاط بواسطة الخرسانة بينما تولد ضغوط الشد بالكامل بواسطة الفولاذ. كما تعمل الخرسانة فقط كمادة ملزمة، لا تشارك في مقاومة القوى الخارجية.
  
• في الخرسانة سابقة الإجهاد، يحدث الضغط قبل التحميل في المناطق التي تسبب فيها الأحمال الخارجية عادة ضغوط شد.
  
• في حالة الحزم الطويلة، حيث توجد قوى القص الكبيرة، يجب أن تكون أحجام الحزمة كبيرة للحد من إجهاد الشد القطري تحت حدود معينة. كما أن الإجهاد المسبق يقلل من إجهاد الشد القطري. وقد أدّى ذلك إلى اعتماد القسم الأول والقسم T المعدل حيث يوجد انخفاض كبير في مساحة الطرف العلوي.
  
• من أجل الحصول على أقصى استفادة من عضو الخرسانة سابقة الإجهاد، من الضروري استخدام ليس فقط الخرسانة عالية القوة ولكن أيضًا الأسلاك الفولاذية عالية الشد.
  
• يجب أن يكون للخرسانة المستخدمة في الأعمال سابقة الإجهاد قوة مكعب تبلغ 35 نيوتن لكل مم 2 لنظام ما بعد الشد و 45 نيوتن لكل م 2 لنظام الشد المسبق.
  
• في تصميم عضو الخرسانة سابقة الإجهاد، فإنّ الخسارة المقدرة للإجهاد المسبق بسبب انكماش الخرسانة وزحف الخرسانة والحديد تكون في حدود 200 نيوتن لكل مم 2.
  
• يتم تطبيق قوة إجهاد كبيرة على العضو بواسطة الأوتار، ويتم تطوير ضغوط تحمل عالية في النهايات بواسطة أجهزة التثبيت. كما يتم تصميم المراسي بشكل عام لاستخدامها فقط في أعمال الخرسانة عالية القوة.
  
• لا يمكن مقاومة ضغوط الكسر المعرضة لنهايات العارضة بشكل مرضٍ من خلال أعمال الخرسانة منخفضة القوة.
  
• عندما يجب أن يتم نقل الضغط إلى الخرسانة عن طريق عمل الرابطة، يجب أن يكون للخرسانة خرسانة عالية القوة.
  
• تكون شقوق الانكماش قليلة جدًا عند استخدام الخرسانة عالية القوة.
  
• نظرًا لمعامل المرونة العالي للخرسانة عالية القوة، فإنّ إجهاد المرونة والزحف صغير جدًا ممّا يؤدي إلى فقدان أقل للضغط المسبق في جميع حديد التسليح.
  

ما الحاجة إلى الخرسانة سابقة الإجهاد؟

لتعويض النقص في مقاومة الشد في الخرسانة، يتم توفير حديد التسليح بالقرب من أسفل الحزم البسيطة لتحمل ضغوط الشد.

مزايا الخرسانة سابقة الإجهاد:

1- الخرسانة سابقة الإجهاد متينة:

• نظرًا لأن هذه التقنية تقضي على ضعف الخرسانة في التوتر، فإنّ هذه الأعضاء تظل خالية من الشقوق، وبالتالي يمكن أن تقاوم تأثيرات الصدمات، وعكس الضغوط بشكل أكثر كفاءة من الخرسانة المسلحة المستخدمة في البناء.
  
• إنّها توفر أداءً موثوقًا به على المدى الطويل في ظروف قاسية للغاية يمكن أن تدمر المواد الأقل.
  
• إنّها مقاومة للتدهور من الظروف الجوية القاسية والهجوم الكيميائي والحريق والأضرار العرضية والجهود الحثيثة للمخربين.
  
• يمكن أن يستمر البناء الشتوي مع القليل من التأخير في الطقس حيث يتم تصنيع المكونات مسبقة الصب في محطات ساخنة.
  

2- الخرسانة سابقة الإجهاد قادرة على التكيف:

• يمكن تصميم منتجات الخرسانة سابقة الصب مسبقة الصب وتصنيعها لأي تطبيق، ويتراوح حجمها من الجسور قصيرة المدى إلى بعض أكبر المشاريع في العالم.
  
• يسمح لمصنعي الخرسانة الجاهزة بتوسيع نطاق التصميم الممكن بشكل كبير باستخدام مكونات مسبقة الصب.
  
• تسمح اللدونة المتأصلة في الخرسانة بإنشاء مكونات مسبقة الصب في الأشكال والأحجام، والتي ستكون باهظة الثمن باستخدام مواد أخرى.
  

3- الخرسانة سابقة الإجهاد مقاومة للحريق:

لا تتلف الجسور الخرسانية سابقة الإجهاد بسهولة بالنيران. حيث تتمتع بمقاومة ممتازة للحريق، وتكاليف صيانة منخفضة وأناقة ومقاومة عالية للتآكل.

4- الخرسانة سابقة اقتصادية بشكل مباشر:

• يتم أيضًا شراء معظم المواد الخام محليًا وتؤثر صحة صناعة الخرسانة سابقة الإجهاد بشكل مباشر على الاقتصاد المحلي.
  
• نظرًا للأحمال الصغيرة، نظرًا لاستخدام أبعاد أصغر، هناك توفير كبير في تكلفة دعم الأعضاء والأساسات.
  
• يمكن إنتاج الأشكال الهيكلية القياسية مثل اللب المجوف، المحملات المزدوجة، الحزم، الأعمدة والألواح بكميات كبيرة بتكلفة منخفضة.
  

5- الخرسانة سابقة الإجهاد سريعة البناء وسهلة:

• تتناسب مكونات الخرسانة مسبقة الصب مع جداول البناء السريعة.
  
• يمكن أن يستمر التصنيع المسبق أثناء تحضير الموقع.
  
• يمكن تسليم الوحدات مسبقة الصب إلى موقع العمل وتركيبها لحظة الحاجة إليها في أي طقس.
  
• البناء السريع يعني الانتهاء في وقت مبكر وتوفير التكاليف الناتجة.
  
• يوفر تكلفة الإغلاق والتوسيط للهياكل الكبيرة.
  

6- الخرسانة سابقة الإجهاد تحتوي على جماليات:

• يمكن تسليم المكونات مسبقة الصب مع مجموعة واسعة من الأشكال والتشطيبات التي تتراوح من الوحدات الهيكلية ذات الكثافة الناعمة إلى أي عدد من المعالجات المعمارية.
  
• يمكن الحصول على تركيبات ومعالجات غنية ومتنوعة للسطح بشكل مذهل عن طريق تعريض الرمال الملونة والركام والأسمنت وعوامل التلوين باستخدام السفع الرملي والمثبطات الكيميائية.
  
• يمكن استخدام بطانات النماذج المخصصة لتقديم الكشوفات والأنماط والتأثيرات المعمارية الأخرى.
  
• يمكن صب الحجر والبلاط وغيرها من المواد في ألواح مسبقة الصب في المصنع، ممّا يتيح للمصممين تحقيق المظهر الباهظ الثمن للبناء.
  

عيوب الخرسانة سابقة الإجهاد:

على الرغم من أن الإجهاد المسبق له العديد من المزايا، إلا أنه لا تزال هناك بعض عيوب هذه العملية.

1. تكون تكلفة الوحدة للمواد عالية القوة المستخدمة أعلى حيث يتم استخدام الفولاذ عالي الشد في الغالب.
   
2. يتم تكبد تكلفة أولية إضافية بسبب استخدام معدات الإجهاد وتركيبها.
   
3. العمالة الإضافية وتكلفة النقل للإجهاد المسبق موجودة أيضًا.
   
4. الإجهاد المسبق غير اقتصادي لفترات قصيرة وأحمال خفيفة.
   

مقارنة عوارض الخرسانة سابقة الإجهاد مع عوارض الخرسانة المسلحة:

1. في عوارض الخرسانة المسلحة، تكون الخرسانة الموجودة في جانب الضغط للمحور المحايد وحده فعالة والخرسانة في جانب التوتر غير فعالة. ولكن، في الحزم سابقة الإجها ، يكون القسم بأكمله فعالاً.
   
2. عوارض الخرسانة المسلحة ثقيلة بشكل عام. عوارض الخرسانة سابقة الإجهاد أخف وزنا.
   
3. تعتبر حزم الخرسانة المسلحة ثقيلة وضخمة أكثر ملاءمة في المواقف التي يكون فيها الوزن مرغوبًا أكثر من القوة. الحزم مسبقة الإجهاد مناسبة جدًا للأحمال الثقيلة والمسافات الطويلة.
   
4. في عوارض الخرسانة المسلحة، لا توجد طريقة لاختبار الفولاذ والخرسانة. في عوارض الخرسانة سابقة الإجهاد، يمكن إجراء الاختبار أثناء التشديد المسبق.
   
5. لا يتضمن إنشاء الخرسانة المسلحة العديد من الوحدات المساعدة. لكن الحزم مسبقة الإجهاد تتطلب العديد من الوحدات المساعدة.
   

افتراضات تصميم أعضاء الخرسانة سابقة الإجهاد:

يتم تحليل وتصميم أعضاء الخرسانة سابقة الإجهاد على أساس الافتراضات التالية الواردة أدناه:

1. سيبقى مقطع المستوى المستعرض للعضو مستويًا بعد الانحناء أيضًا.
   
2. ضمن حدود أخذ التشوه، ينطبق قانون هوك على مكونات الخرسانة والحديد.
   
3. لا يتغير الضغط في التعزيز على طول التعزيز. تحدث تغييرات الإجهاد للمكون الملموس فقط. ولا يمكن تجاهل تباين الضغط في التعزيز بسبب التغيرات في التحميل الخارجي.