مقاومة القص في الخرسانة

ماذا تعني قوة مقاومة القص؟

قوة مقاومة القصّ: هي قدرة المادة على مقاومة القوى التي يمكن أن تسبب انزلاق البنية الداخلية للمادة ضد نفسها، تميل المواد اللاصقة إلى أن تكون ذات قوة قصّ عالية، قوة القصّ هي قوة مادة أو مكون مقابل نوع العائد أو الفشل الهيكلي حيث تفشل المادة أو المكون في القصّ وهي الحمل الذي يستطيع الجسم تحمله في اتجاه موازٍ لوجه المادة، بدلاً من العمودي على السطح.

في الهندسة الإنشائية والميكانيكية، تُعَدّ قوة القصّ للمكوّن أمرًا حيويًا لِتصميم الأبعاد والمواد التي سيتم استخدامها لتصنيع بناء المكوّن (مثل الحزم أو الألواح أو المسامير)، قوة القصّ هي أقصى إجهاد قصّ يمكن أن تتحمله مادة ما دون تمزّق، إنّها الحمل الأقصى المطلوب لقطع عينة بطريقة تجعل القطع الناتجة خالية تمامًا من بعضها البعض. وبالتالي، فهي القوة النهائية للمادة المُعرّضة لتحميل القصّ حيث يتم اختبار هذا قبل تمزّق المواد.

يمكن تحديد قوة القصّ في اختبار الالتواء حيث يساوي قوة الالتواء، يتم تسجيله بالجنيه لكل بوصة مربعة، بناءً على منطقة الحافة المقصية، قوة القص للمادة اللاصقة الهيكلية هي أقصى إجهاد القص في المادة اللاصقة قبل الفشل تحت التحميل الالتوائي، كما تعتمد قوة القصّ من الفولاذ على نوع الفولاذ الذي هو عليه. بشكل عام، تفشل المواد المطيلة (مثل الألمنيوم) في القص، في حين تفشل المواد الهشة (مثل الحديد الزهر) في التوتر.

من المهم فهم مقدار الوزن (أو الحمل) الذي يمكن أن يدعمه الهيكل، ومن المهم بشكل خاص فهم القوى التي يتم تطبيقها على هيكل في اتجاهات مختلفة. لذا، من المهم معرفة معنى قوة القصّ حقًا ويمكن استخدامها في تصميم الأساسات حيث يعتمد تقييم قدرة التحمل على قوة القص، لتصميم السدود، الطرق، الأرصفة، الحفريات، السدود وما إلى ذلك. يتم تحليل استقرار المنحدر باستخدام قوة القصّ، ففي تصميم الهياكل التي تحتفظ بالأرض مثل الجدران الاستنادية وسدود الوعاء من الكومة والحواجز وغيرها من الهياكل تحت الأرض.

قوة القص وإجهاد القص:

غالبًا ما تستخدم قوة القص وإجهاد القص بالتبادل، لكن هناك فرق تِقَني بين الاثنين، إجهاد القصّ نسبي ويتغير بالنسبة إلى كمية حمل القصّ المطبّقة على مادة لكل وحدة مساحة. من ناحية أخرى، فإنَّ قوة القصّ هي قيمة ثابتة ومحددة في الطبيعة العامة للمادة.

اختبارات قوة القص:

تُعدّ قوة القصّ من الاعتبارات الرئيسية في تصميم العديد من الأجزاء، بما في ذلك السحابات مثل المسامير والبراغي والمسامير، ويمكن إجراء اختبارات القصّ بطريقتين لتحديد أقصى جهد للقص. يتم تنفيذ الطريقة الأولى بطريقة يتم فيها إرساء عينة من كلا الطرفين، بحيث يمكن أن تتعرّض المادة لقصّ مُزدوج حتى الفشل وإزالة الجزء الأوسط منها، يتم تحقيق الطريقة الثانية عن طريق وضع نهايات مدببة للمادة في تركيبات ويتم إزالتها من المحور الرأسي ثم تطبيق قوة سحب.

نتائج اختبار مقاومة القص:

أظهرت جميع العينات فشل القصّ، مع التعزيز الطولي الناتج قبل فشل القصّ النهائي، كما هو موضح في قياسات قياس الضغط. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن سلوك الشد الممتاز في مقاومة الشد والانتشار المطرد للعديد من الشقوق الدقيقة من الخرسانة المسلحة بالألياف عالية اللدونة، تم تقييد تطوّر التشقق بشكل فعّال، مع تحسن سلوك القصّ من الحزم المركبة من الوحديد والخرسانة بشكل واضح.

أنواع الانهيارات المحتملة في اختبار القص:

1- نمط الفشل الحزم:

وفقًا لِخصائص عملية التحميل، يمكن تقسيم أنماط فشل الحزم إلى فشل البثق، فشل ضغط القص، فشل ربط القص وفشل القص المرن.

2- فشل البثق في الخرسانة المسلحة:

تم تكوّن زوج من التشققات الانحنائية الدقيقة في فتحة الحديد، كما ازدادت تشققات القصّ عبر نسيج الحديد وتمتد باستمرار، تم توسيع الكسر القطري الحرج بعد تكوينه. بعد ذلك، نتجت شفة حديد التسليح والركام والقضبان الطولية الشدّ على التوالي وانخفضت قدرة التحميل ببطء، عندما تضررت العينة حدث خلع واضح بين جانبي الشق القطري الحرج، بالإضافة إلى تشوّه البثق المحلي حول نقطة التحميل.

3- فشل ضغط القص:

هنا بدأت الشرائط الطولية للشد في العينات في العائد عند 240 كيلو نيوتن وزادت الشقوق الانثنائية والقصّ على نسيج العينة وتمتدّ، في وقت لاحق تم توسيع الشق القطري الحرج في النسيج تدريجيًا بعد ظهوره. مع زيادة التحميل ببطء، ظهرت عدة شقوق قُطرية دقيقة في نقطة التحميل.

في عملية تحميل أخرى، ينتج فشل عن الركائب وتعزيز التوتر وتعزيز الضغط على التوالي، إنتاج العديد من الشقوق القُطرية الدقيقة في شبكة الشعاع. عند الوصول إلى ذروة الحمل، أصبحت الشقوق القُطرية مترابطة لتشكيل شق قطري حرج مع انخفاض سعة التحميل.

4- فشل ربط القص:

حدث فشل ربط القص للعينة مع الركائب والحديد. الشفة الفولاذية، الرِكاب، الشبكة الفولاذية وتقوية الشدّ أعطت تباعًا، بعد ذلك تم تشكيل شقّ قُطري رئيسي في نسيج الحزم. عند الوصول إلى ذروة الحمل، تشكّل انزلاق طولي وتوسعت في شفة الفولاذ السفلية، ممّا أدّى إلى انخفاض كبير في قدرة التحميل، بعد ذلك امتدّ انزلاق القص ببطء إلى الدعم بينما زاد التحميل تدريجيًا.

5- فشل القص المرن:

حدث فشل القصّ المرن (الانحناء) للعينة في عملية التحميل، فإنَّ شفة الفولاذ والتعزيز الطولي للتوتر وتعزيز الضغط ينتج عنها واحدًا تلو الآخر، ثم تم تطوير تشقُّق الانثناء قطريًا لتشكيل صدع الانحناء، عندما حدث الشدّ على الركائب وشبكة الحديد، كان هناك تشقُّق قُطري رئيسي يتكوّن في بطن الحديد وكان بارزًا قليلاً في منطقة الضغط. وأخيرًا تشوهت العينة باستمرار، مع تزايد الشقوق المرنة والقطرية باستمرار ولكن لم يكن هناك انخفاض واضح في قدرة التحميل على العينة.