اقرأ في هذا المقال
- ما هي الخرسانة سابقة الإجهاد المستخدمة في هياكل المباني؟
- كيفية عمل الخرسانة سابقة الإجهاد
- مزايا الخرسانة سابقة الإجهاد
- عيوب الخرسانة سابقة الإجهاد
- فهم تصميم الخرسانة سابقة الإجهاد
- ما هي أفضل طريقة لتوضيح قيمة الإجهاد المسبق؟
ما هي الخرسانة سابقة الإجهاد المستخدمة في هياكل المباني؟
الخرسانة سابقة الإجهاد هي الخرسانة الأكثر متانة وموثوقية وأقوى والتي تستخدم على نطاق واسع في تشييد المباني والجسور الضخمة. كما أنها نوع من الخرسانة يتم فيه الضغط على الأوتار عالية القوة الموضوعة في مناطق التوتر في المقطع العرضي أثناء بناء العنصر للعمل ضد ضغوط الشد الناتجة عن الأحمال المطبقة. بحيث تعتبر الخرسانة سابقة الإجهاد مفيدة جدًا في إنشاء أعضاء هيكلية خالية من التشققات ومعالجة تأثيرات الانكماش ودرجة الحرارة.
نتيجة لذلك، يتم منع دخول العوامل الضارة ممّا يساعد في تجنّب تآكل حديد التسليح. حيث تسمح الخرسانة مسبقة الإجهاد ببناء عوارض وعوارض طويلة المدى بالإضافة إلى زيادة قدرة الحمل القصوى لنفس المقطع العرضي للعضو. ومع ذلك، فإنّ عملية البناء في الخرسانة سابقة الإجهاد تتطلب مراقبة مكثفة وأجهزة ومعدات معقدة في جميع المراحل.
معظم الأعضاء سابقة الإجهاد مسبقة الصب وبالتالي فإنّ جميع المزايا أو الخرسانة مسبقة الصب تنطبق أيضًا على الخرسانة سابقة الإجهاد.بالإضافة إلى ذلك، هناك مزايا يمكن اكتسابها من خلال الإجهاد المسبق عندما تكون الظروف مواتية لاستخدامه. ولقد تم المطالبة بمزايا إضافية بسبب الإجهاد المسبق عند استخدام الخرسانة سابقة الإجهاد.
كيفية عمل الخرسانة سابقة الإجهاد:
يدرك معظم المتخصصين الملموسين أنه في أي وظيفة تقريبًا، حتى لو كانت تعتبر ناجحة، من المحتمل أن تتصدع الخرسانة الخاصة بهم في بعض القدرات. ومع ذلك، ليست كل الشقوق متساوية. الهدف الرئيسي لمعظم الهياكل الخرسانية هو محاولة تقليل مقدار الحركة التي تحدث تحت الحمل، مثل الجسر الذي يتأرجح تحت الرياح الشديدة. حيث أن هذا هو السبب في أن الخرسانة المسلحة تحظى بشعبية كبيرة.
ومع ذلك، عندما تجمع بين مادة صلبة، مثل الفولاذ، مع شيء هش بطبيعته، مثل الخرسانة، فمن المحتمل أن تحدث تشققات. حيث أن الشق الجمالي الصغير هو شيء واحد. لكن الشقوق الهيكلية العميقة تخلق مجموعة متنوعة من المشكلات، من خلق فتحة لدخول المياه، ممّا يعرض سلامة الهيكل بأكمله للخطر.
ومع ذلك، هناك طريقة لإدخال الضغط على الخرسانة قبل دمجها مع الفولاذ، لإنشاء شيء أكثر تنوعًا وقوة كمنتج نهائي للخرسانة المسلحة. حيث سيكون هذا هو ممارسة الخرسانة سابقة الإجهاد. لذلك، من الألواح الخرسانية سابقة الإجهاد إلى الكمرات الخرسانية سابقة الإجهاد، إليك كل ما تحتاج لمعرفته حول عنصر البناء الأساسي هذا وكيفية عمله.
مزايا الخرسانة سابقة الإجهاد:
- على عكس العناصر الخرسانية التقليدية، فإنّ المقطع العرضي للخرسانة بالكامل للخرسانة سابقة الإجهاد يقاوم الحمل المطبّق. وهذا لأن الخرسانة الموجودة في منطقة التوتر لا تعاني من التشقق وبالتالي فإنّها ستشارك في حمل الأحمال.
- تُعد بحور العوارض سابقة الإجهاد أطول مقارنةً بالخرسانة المسلحة.
- يزيد طول الامتداد الأطول من مساحة الأرضية غير المربكة ومرافق وقوف السيارات.
- ينتج عن الامتدادات الأطول عدد أقل من المفاصل، ونتيجة لذلك، هناك حاجة إلى صيانة أقل.
- تقل احتمالية تآكل الصلب وما تلاه من تدهور للخرسانة لأن الخرسانة خالية من التشققات.
- لها متانة طويلة الأمد.
- أعضاء الخرسانة سابقة الإجهاد قادرة على تحمل انعكاس الضغوط والتأثير والاهتزاز والصدمات بسبب عدم وجود شقوق.
- من الناحية العملية، تكون الأحمال الميتة محايدة في شعاع الخرسانة سابقة الإجهاد. وبالتالي، يتم تقليل وزن الحمولة الميتة للهيكل ممّا يؤدي إلى تقليل استهلاك المواد.
- ألواح أرق، مهمة للمباني الشاهقة بنفس القدر من التكلفة، يمكنها بناء ألواح أكثر من الألواح السميكة التقليدية.
- يساعد استخدام الأوتار المنحنية والضغط المسبق للخرسانة على مقاومة القص.
- كمية الفولاذ المطلوبة في الخرسانة سابقة الإجهاد هي 1/3 من الكمية المطلوبة للخرسانة المسلحة، ولكن يجب أن يتمتع الفولاذ المستخدم في السابق بمقاومة شد عالية.
- ينتج عن تطوير الخرسانة مسبقة الإجهاد بناء هيكل كبير للاحتفاظ بالسائل والذي لم يكن ممكنًا لولا ذلك.
- الهياكل الكبيرة للاحتفاظ بالسائل المشيدة من الخرسانة سابقة الإجهاد منخفضة التكلفة ويفضل أن تكون آمنة ضد التشقق وما يترتب على ذلك من تسرب.
- يمكن استخدام الخرسانة سابقة الإجهاد مع ميزة في كل تلك الهياكل التي يتطور فيها التوتر، مثل ربطة وحمالة العارضة ذات الأوتار المقوسة وعوارض السكك الحديدية والأعمدة الكهربائية وسد الجاذبية المنبع، إلخ.
- عوارض الخرسانة سابقة الإجهاد عادة ما يكون لها انحراف منخفض.
عيوب الخرسانة سابقة الإجهاد:
- تتطلب الخرسانة سابقة الإجهاد خرسانة عالية الجودة ذات قوة عالية. حيث أنه مطلوب خرسانة عالية الجودة في الإنتاج والتنسيب والضغط.
- يتطلب الفولاذ عالي الشد، وهو أكثر تكلفة من 2.5 إلى 3.5 مرة من الفولاذ الطري.
- تتطلب عملية الإجهاد المسبق معدات شد معقدة وأجهزة تثبيت.
- يتطلب البناء إشرافًا مثاليًا في جميع مراحل البناء.
- تحتاج الخرسانة سابقة الإجهاد إلى عمالة ماهرة.
فهم تصميم الخرسانة سابقة الإجهاد:
إذن، ما هي بالضبط الخرسانة سابقة الإجهاد؟ لشرح ذلك، نحتاج أولاً إلى التحدث عن الخرسانة المسلحة التقليدية كمقارنة. وعادة، يتم تثبيت جميع ضغوط الوزن على الهيكل الخرساني المسلح بواسطة التعزيزات الفولاذية، وما تفعله تصاميم الخرسانة سابقة الإجهاد هو إحداث ضغوط في جميع أنحاء الهيكل بأكمله.
النتيجة النهائية هي منتج يعالج الاهتزازات والصدمات بشكل أفضل من الخرسانة التقليدية. بالإضافة إلى ذلك، فإنّ هذا يجعل من الممكن تشكيل هياكل أطول وأرق لا يزال بإمكانها التعامل مع تلك الأحمال الثقيلة. بحيث نرى هذا بشكل أكثر شيوعًا في الهياكل الأطول، بما في ذلك بعض الهياكل ذات الحزمة الأكبر. والامثله تشمل:
- العوارض الأرضية.
- الجسور الخرسانية.
- خزانات الماء.
- مدارج المطارات والملاعب.
- الأسقف ذات البحور الطويلة.
- روابط السكك الحديدية.
ما هي أفضل طريقة لتوضيح قيمة الإجهاد المسبق؟
لنفترض أن لديك كومة من الكتب تحتاجها للتنقل عبر الغرفة. وإذا حاولت حملهم من الأسفل فقط، فمن المحتمل أن تتأرجح الكتب ويصعب الحفاظ عليها ثابتة. ومع ذلك، إذا حملتهم من الأسفل واستخدمت ذراعيك للإمساك بالجوانب، فسيكون من الأسهل كثيرًا إبقاء الأشياء في مكانها.
لقد استخدمنا هذا المبدأ الأساسي في معظم تاريخنا. على سبيل المثال، منذ قرون مضت، تم وضع أشرطة معدنية حول براميل خشبية لتثبيت محتوياتها بشكل أفضل في مكانها. حيث أن عملية الإجهاد المسبق للخرسانة هي أخذ هذا المفهوم المتواضع وتطبيقه على الهياكل والبُنى الفوقية الحديثة.
إجهاد الخرسانة يعني تكاليف إضافية للمقاولين. وهذا يشمل تكلفة المواد الإضافية وفعل الإجهاد نفسه. كما أنه أكثر تعقيدًا بشكل عام من استخدام الخرسانة المسلحة. ومع ذلك، تأتي مع كل هذه المحاذير فوائد كبيرة، بما في ذلك:
- المزيد من كفاءة المواد بشكل عام.
- القدرة على العمل لمسافات تزيد عن 35 متر.
- أفضل المتانة وقوة القص ومقاومة التعب.
- لا تشققات حتى في ظروف التحميل العلوي.
نتيجة لذلك، فإنّ العامل الحاسم فيما إذا كنت تستخدم هذا هو بشكل عام ما إذا كنت بحاجة إلى قدرة تحميل إضافية، أو تعمل على مدى أطول.
