متطلبات تصميم الخرسانة سابقة الإجهاد

ما هي متطلبات تصميم الخرسانة سابقة الإجهاد؟

على الرغم من أنها ليست الخيار الوحيد، فإنّ الخرسانة المسلحة هي التقنية الأكثر استخدامًا في العالم لبناء الهياكل. يستحق جوزيف منير، صاحب مشتل هام في باريس، الفضل في أول استخدام عملي للخرسانة المسلحة في عام 1867. حيث أنه طوال الفترة الكاملة من 1850 إلى 1900، تم نشر القليل نسبيًا حيث اعتبر المهندسون العاملون في مجال الخرسانة المسلحة البناء والطرق الحسابية كأسرار تجارية.

مع بداية العصر الجديد للهياكل الخرسانية سابقة الإجهاد، خاصة في المباني الشاهقة، لم تكن تقديرات الأبعاد وتقدير التعزيز من خلال قواعد الرمي لهيكل الخرسانة المسلحة كافية. في هذه المقالة، سيتم مناقشة معايير التصميم الأولية للهياكل الخرسانية سابقة الإجهاد في عدة جوانب يمكن تصورها. ومع ذلك، في حين أن هذه هي أبسط طريقة للتحقق من إجمالي الأبعاد المقدرة وكمية الإجهاد المسبق بالإضافة إلى التعزيز الخفيف، فهي الأقل دقة وتتطلب خبرة كبيرة لكسر المقاييس مقابل المبالغ وصولاً إلى الطريقة القياسية لمتطلبات القياس.

تتميز الخرسانة سابقة الإجهاد بكثير من المزايا مقارنة بالخرسانة المسلحة دون إجهاد مسبق. كما يتعرض العضو الخرساني المجهد بالكامل للضغط جراء الاستخدام خلال فترة الخدمة. حيث أنه يصحح العديد من أوجه القصور في الخرسانة كمادة للبناء وتكنولوجيا الإجهاد المسبق. القوة والمتانة هي المتطلبات الأساسية للخرسانة سابقة الإجهاد. بحيث يتم تحديد مستويات الإجهاد المسبق بطريقة يظهر فيها العضو الهيكلي الأداء المطلوب بأمان واقتصاديًا. كما أن المتطلبات الرئيسية للخرسانة سابقة الإجهاد موضحة في القسم أدناه.

المتطلبات الأساسية للخرسانة سابقة الإجهاد:

المتطلبات الأساسية للخرسانة سابقة الإجهاد هي:

1. قدرة عالية القوة.
   
2. انكماش منخفض.
   
3. زحف منخفض.
   
4. متانة عالية.
   

يجب أن تتناسب خصائص المواد المختلفة المستخدمة في الخرسانة سابقة الإجهاد مع المتطلبات المرتبطة بأداء الخرسانة سابقة الإجهاد.

1- متطلبات قوة الخرسانة سابقة الإجهاد:

مطلوب الخرسانة سابقة الإجهاد لإظهار قوة ضغط عالية وشد وقص من سن مبكرة نفسها. ومن أجل تحقيق ذلك، يجب أن تكتسب الخرسانة سابقة الإجهاد قوة في مرحلة مبكرة بكمية أعلى. إنّ تحقيق قوة أعلى في سن مبكرة سيجعل بناء الخرسانة سابقة الإجهاد أسرع. بحيث يساعد هذا في بدء عملية الشد المسبق مبكرًا. كما يمكن الحصول على الخرسانة مسبقة الإجهاد عالية القوة باستخدام:

1. خلطة خرسانية عالية القوة.
   
2. المضافات والملدنات الفائقة.
   
3. البوزولان مثل الرماد المتطاير والسيليكا.
   
4. قيمة أعلى لمعامل المرونة.
   
5. الخرسانة ذات الكثافة العالية.
   
6. مراقبة الجودة أثناء الإنتاج.
   

عند مقارنتها بالخرسانة التقليدية، فإنّ الخرسانة سابقة الإجهاد تتعرض لضغط ضغط أعلى، وبالتالي تتطلب الخرسانة قوة عالية. كما يساعد استخدام الخرسانة عالية القوة في تحقيق متطلبات الخرسانة سابقة الإجهاد التالية:

1. معامل المرونة العالي.
   
2. فرص أقل لانكماش الشقوق.
   
3. فقدان أقل للضغط في الأوتار.
   
4. قيمة الزحف النهائية أقل.
   
5. يتم الحصول على قوة عالية من أبعاد المقطع العرضي الصغيرة.
   
6. يتم الحصول على أقسام الخرسانة سابقة الإجهاد خفيفة الوزن.
   

2- متطلبات الانكماش المنخفضة للخرسانة سابقة الإجهاد:

يجب أن تكون قيمة الانكماش المبكّر للخرسانة سابقة الإجهاد أقل. يمكن الحصول على قيمة انكماش منخفضة من خلال وجود مزيج غني ومسيطر عليه. وإذا لم يتم التحكم في الانكماش، فسيتم فقد الإجهاد المسبق في الأوتار مع مرور الوقت. بحيث يتم معالجة الخرسانة سابقة الإجهاد بشكل كافٍ وتأخير تطبيق التحميل من أجل تقليل مشاكل الانكماش. كما سيؤدي ذلك إلى زيادة متانة الخرسانة سابقة الإجهاد.

3- متطلبات الزحف للخرسانة سابقة الإجهاد:

يجب معالجة الخرسانة سابقة الإجهاد بشكل صحيح ويجب تأجيل تطبيق الحمولة لتقليل الزحف. للتحقق من ذلك، تتم مراقبة قيم الزحف على أنها سلالة زحف مقابل الوقت. كما يمكن تقليل المتانة والانحراف وفقدان الإجهاد المسبق عن طريق منع الزحف في الخرسانة سابقة الإجهاد.

4- متطلبات المتانة للخرسانة سابقة الإجهاد:

يتم تحقيق متطلبات المتانة للخرسانة سابقة الإجهاد من خلال بناء الخرسانة مسبقة الإجهاد عالية الجودة. حيث أنه ستحكم مقاومة الخرسانة سابقة الإجهاد ضد التدهور والظروف البيئية على المتانة. كما أنه أعلى جودة للخرسانة وارتفاع مقاومتها للهجمات الكيميائية والتجميد والتعرض للحرائق. بحيث يمكن الحصول على الخرسانة المتينة سابقة الإجهاد من خلال:

1. استخدام الخرسانة عالية القوة.
   
2. جودة البناء.
   
3. استخدام نسبة الماء إلى الأسمنت الصحيحة.
   
4. الضغط المناسب للخرسانة.
   
5. جعل الخرسانة كثيفة وغير منفذة.
   
6. صنع مزيجًا غنيًا من الأسمنت.
   
7. تقليل الانكماش المبكر ومشاكل الزحف.
   

المتطلبات الخاصة لقوالب الخرسانة سابقة الإجهاد:

تتطلب مواصفات معهد الخرسانة الأميركي القياسية للخرسانة الإنشائية للمباني حيث أنه القوالب الخرسانية للخرسانة سابقة الإجهاد يجب ألا تقيد التقصير المرن أو الانحراف أو التقوس تتم إزالتها حتى يتم تطبيق قوة إجهاد كافية لدعم الحمل الميت والقوالب وأحمال البناء المتوقعة. وعندما يتم الضغط مسبقًا على هيكل في اتجاهين، يجب أن تدعم قوالب الصب الحمل الذي يعاد توزيعه بواسطة عملية الضغط المكتملة جزئيًا. كما يجب أن تكون القوالب صلبة بما يكفي لمنع الأوتار المسبق الإجهاد من الانتقال إلى ما بعد التفاوتات المحددة، وفقًا لنفس المعيار.