كيف يحدث انهيار وتكسر الخرسانة؟

التكسير: هو سِمة أساسية لسلوك الهياكل الخرسانية. حتى في ظل أحمال الخدمة، عادة ما تكون الهياكل الخرسانية مليئة بالشقوق. من الواضح أن التشقق يجب أن يؤخذ في الاعتبار عند التنبؤ بالنهاية، سعة التحميل وكذلك السلوك في الخدمة. وبالنسبة لمتخصصي ميكانيكا التكسير، يبدو من الطبيعي أن الخرسانة، يجب تصميمها والهياكل وفقًا لميكانيكا الكسر. ومع ذلك، لا شيء من أحكام الكود الحالية تستند إلى ميكانيكا الكسر. كما أن السبب ليس الجهل من جانب مهندسي الخرسانة.

تم اختبار التحليل الميكانيكي، ووجد أنه يسفر عن تنبؤات تنحرف، عن القياسات في المتوسط​​، على الأقل بقدر تلك. على أساس نهج قوة الشد. كانت هذه مع التوقعات من ميكانيكا الكسر الخطي الكلاسيكي. أمّا في مختلف الدراسات الحديثة وخاصة في الجامعة التقنية، في جامعة لوند وجامعة نورث وسترن وبوليتكنيكو دي ميلانو. أصبحت، من الواضح أن ميكانيكا الكسر تعمل للخرسانة، بشرط أن يستخدم المرء شكلاً مناسبًا غير خطي لميكانيكا الكسر يكون فيه منتهيًا. بحيث تؤخذ في الاعتبار المنطقة غير الخطية في مقدمة الكسر.

هذا قد يكون بطرق مختلفة، في الجزء الأول من العمل الحالي، سيتم إعطاء نهج واحد فعال بشكل خاص. في هذا النهج الذي يستند إلى العمل الذي تم متابعته مؤخرًا بنجاح من قبل مجموعة من باحثين في جامعة نورث وسترن، تم تصميم التكسير بطريقة مستمرة أو ملطخة، والكسر يتم التعامل معه على أنه انتشار لفرقة صدع ملطخة من خلال الخرسانة. النمذجة المستمرة للشقوق في الخرسانة، أصبحت شائعةً في تحليل العناصر المحدودة، ليس فقط لأنها تعكس حقيقة التشققات الموزعة بكثافة، ولكن يرجع ذلك أساسًا إلى أنها ملائمة من الناحية الحسابية.

أسباب انهيار وتكسر الخرسانة:

ينتج الكسر عن عدد من المصادر، التحميل المطبق مثل ثني العارضة وذلك بسبب التثقيب على لوح، انكماش المواد أثناء معالجة الخرسانة وتركيز الضغط المرتبط بالهندسة الإنشائية كما هو الحال في مفاتيح القص مثل تلك الموجودة في قطاعات الجسور الخرسانية مسبقة الصب ومن شريط التسليح.

مراحل انهيار وتكسر الخرسانة:

هناك ثلاث مراحل من التصدع أو التكسرفي الخرسانة. عندما نصف آليات التكسير، من المهم التفريق بين طريقة بدء التشققات وكيف يحدث ذلك على المستوى المجهري، والمسارات اللاحقة للانتشار ونمط التصدع العياني في نهاية المطاف على المستوى الهندسي. على الرغم من وجود بعض الانقطاعات نتيجة لعملية ضغط الخرسانة الطازجة، إلا أن تكوين الشقوق الصغيرة أو الشقوق الدقيقة في الخرسانة يرجع بشكل أساسي إلى تركيزات الإجهاد والضغط الناتجة عن عدم توافق الوحدات المرنة لمكونات الركام والعجينة.

فيما يلي مراحل تكسير الخرسانة:

المرحلة الأولى لانهيار وتكسر الخرسانة: حتى قبل التحميل، يمكن أن تتسبب تغيرات الحجم الجوهرية في الخرسانة بسبب الانكماش أو الحركات الحرارية في حدوث تركيزات إجهاد في واجهة الركام واللصق. في هذه المرحلة، تبدأ الشقوق الموضعية على المستوى المجهري في نقاط معزولة في جميع أنحاء العينة حيث يكون تركيز إجهاد الشد هو الأكبر. هذا يدل على أن هذه التشققات مستقرة، وفي مرحلة الحمل هذه، لا تنتشر.

المرحلة الثانية لانهيار وتكسر الخرسانة: مع زيادة الحِمل المطبق إلى ما بعد المرحلة الأولى، تبدأ الشقوق المستقرة في البداية في الانتشار. لن يكون هناك تمييز واضح بين المرحلتين الأولى والثانية حيث من المحتمل أن يتداخل بدء التشقق المستقر مع انتشار الشقوق وسيكون هناك انتقال تدريجي من مرحلة إلى أخرى.

كما أنه خلال المرحلة الثانية، يتكاثر نظام الشقوق وينتشر ولكن بطريقة بطيئة ومستقرة بمعنى أنه إذا توقف التحميل وظل مستوى الإجهاد يتوقف عن الانتشار المستمر. سيعتمد مدى مرحلة انتشار الشقوق المستقرة بشكل ملحوظ على حالة الضغط المطبقة، حيث تكون قصيرة جدًا بالنسبة للكسور الهشة تحت حالات الإجهاد الشد في الغالب وأطول للكسور البلاستيكية في حالات الضغط السائدة.

المرحلة الثالثة لانهيار وتكسر الخرسانة: يحدث هذا عندما يتطور نظام التشقق تحت الحِمل إلى مرحلة يصبح فيها غير مستقر ويكون إطلاق طاقة الإجهاد كافيًا لجعل الشقوق تنتشر ذاتيًا حتى يحدث الاضطراب والفشل الكامل. بمجرد الوصول إلى المرحلة الثالثة، سيحدث الفشل سواء زاد الضغط أم لا. وتبدأ هذه المرحلة عند حوالي 70-90 في المائة من الإجهاد النهائي وينعكس في التوسع الكلي للهيكل كما يدل على ذلك انعكاس في سلوك تغيير الحجم. كما هو مذكور أعلاه، فإنّ مرحلة التحميل التي يحدث فيها هذا تتوافق تقريبًا مع قوة الخرسانة طويلة المدى.