يجب على كل مهندس مدني معرفة إجابة هذا السؤال لأنه يعتبر السؤال الأكثر أهمية بالنسبة للمهندس المدني.
تعتبر الخرسانة سابقة الإجهاد واحدة من أهم الأجزاء في البناء ويجب أن تكون لديك المعرفة المناسبة بها. دعونا نفهمها بالتفصيل.
يختلف الهيكل الخرساني المسبق الإجهاد عن الهيكل الخرساني المسلح التقليدي بسبب تطبيق الحمل الأولي على الهيكل قبل استخدامه. يتم تطبيق الحمل الأولي أو الإجهاد الأولي لتمكين الهيكل من مواجهة الضغوط الناتجة خلال فترة الخدمة. تم إدخال الإجهاد على الهياكل في أواخر القرن التاسع عشر. كان مفهوم الإجهاد موجودًا قبل التطبيقات بشكل ملموس.
يتم توفير مثالين على الإجهاد قبل تطوير الخرسانة سابقة الإجهاد
تركيب القوة من الأشرطة المعدنية على براميل خشبية الأشرطة المعدنية تحفز حالة من ضغط طوق الأولي ، لمواجهة التوتر طوق الناجمة عن ملء السائل في برميل
قبل الشد المتحدث في عجلة دراجة. يتم تطبيق ما قبل الشد من تحدث في عجلة دراجة إلى حد أنه سيكون هناك دائما التوتر المتبقية في تحدث
بالنسبة للخرسانة ، يتم حث الضغوط الداخلية (عادة ، عن طريق الصلب المشدود) للأسباب التالية. قوة الشد للخرسانة هي فقط حوالي 8 ٪ إلى 14 ٪ من قوتها الضغط. تميل الشقوق إلى التطور في المراحل المبكرة من التحميل في أعضاء الانحناء مثل العوارض والألواح. لمنع مثل هذه الشقوق ، يمكن استخدام القوة الانضغاطية بشكل مناسب في الاتجاه العمودي. الإجهاد المسبق يعزز قدرات الثني والقص والعضلات للأعضاء العاطفية. في المواسير وخزانات تخزين السوائل ، يمكن مواجهة إجهاد الشد على نحو فعال عن طريق الإجهاد الدائري.
يوضح الرسم التالي تطبيق الإجهاد.
ضع وتمتد قضبان الفولاذ الطري ، قبل صب الخرسانة
الشكل- إجهاد الحزم الخرسانية بواسطة قضبان فولاذية خفيفة
وتمتد قضبان الفولاذ الطري ويتم صب الخرسانة من حولهم. بعد تصلب الخرسانة ، يتم تحرير التوتر في القضبان. ستحاول القضبان استعادة طولها الأصلي ، ولكن يتم منع ذلك عن طريق الخرسانة المحيطة التي يرتبط بها الفولاذ. وبالتالي ، فإن الخرسانة الآن بفعالية في حالة ما قبل الانضغاط. إنه قادر على مواجهة إجهاد الشد ، مثل الناشئة عن الحمل الموضح في المخطط التالي.
لكن المحاولات المبكرة للإجهاد لم تكن ناجحة تمامًا. وقد لوحظ أن تأثير الإجهاد انخفض مع مرور الوقت. كانت سعة مقاومة الحمل للأعضاء محدودة. تحت الأحمال المستمرة ، تم العثور على الأعضاء بالفشل. كان هذا بسبب السبب التالي. ينكمش ملموسة مع مرور الوقت. علاوة على ذلك ، في ظل الحمل المستمر ، يزيد الضغط في الخرسانة مع زيادة الوقت. هذا هو المعروف باسم زحف سلالة. ينطبق خفض الطول الناتج عن الزحف والانكماش أيضًا على الفولاذ المضمن ، مما يؤدي إلى فقد كبير في إجهاد الشد.
أشكال من الإجهاد الصلب
الأسلاك - أسلاك الإجهاد هي وحدة واحدة مصنوعة من الصلب.
فروع - جرح اثنان أو ثلاثة أو سبعة أسلاك لتشكيل حبلا الإجهاد.
وتر - مجموعة من فروع أو أسلاك مجروحة لتشكيل وتر الإجهاد.
الكبل - مجموعة من الأوتار تشكل كبل إجهاد.
القضبان - يمكن أن يكون هناك وتر من قضيب فولاذي واحد. قطر العارضة أكبر بكثير من قطر السلك.
طبيعة واجهة الخرسانة الصلب
وتر المستعبدين - عندما يكون هناك رابط كاف بين وتر الإجهاد المسبق ، ويسمى وتر المستعبدين. قبل الأوتار والجص الأوتار بعد الشد والأوتار المستعبدين.
الوتر غير المربوط - عندما لا يوجد رابط بين وتر الإجهاد المسبق والخرسانة ، فإنه يسمى الوتر غير المربوط. عندما لا يتم تطبيق الجص بعد الشد ، يكون الوتر عبارة عن وتر غير مقيد. مراحل التحميل يمكن أن يختلف تحليل الأعضاء الذين تم إجراؤهم في مراحل التحميل المختلفة.
مراحل التحميل هي كما يلي.
1) الأولي: يمكن تقسيمها إلى مرحلتين.
أ) أثناء التوتير من الصلب
ب) عند نقل الإجهاد إلى الخرسانة.
2) وسيط: ويشمل ذلك الأحمال أثناء نقل الأعضاء الإجهاد.
3) النهائي: يمكن تقسيمها إلى مرحلتين.
أ) في الخدمة ، أثناء العملية.
ب) في النهاية ، خلال الأحداث القصوى
مزايا الإجهاد
للضغط المسبق للخرسانة العديد من المزايا مقارنة بالخرسانة المسلحة التقليدية (RC) دون الإجهاد المسبق. عادةً ما يتعرض العضو الخرساني المضغوط بالكامل للضغط أثناء مدة الخدمة. هذا يصحح العديد من أوجه القصور في الخرسانة. يذكر النص التالي على نطاق واسع مزايا عضو ملموس مسبق الإجهاد مع عضو RC مكافئ. لكل تأثير ، يتم سرد الفوائد.
يظل القسم غير متقطع تحت أحمال الخدمة.
الحد من تآكل الصلب زيادة في المتانة.
يتم استخدام قسم كامل
لحظة أعلى من الجمود (صلابة أعلى)
تشوهات أقل (تحسين قابلية الخدمة).
زيادة في قدرة القص.
مناسبة للاستخدام في أوعية الضغط وهياكل الاحتفاظ بالسائل. تحسين الأداء (المرونة) في ظل التحميل الديناميكي والإرهاق.
نسب الامتداد العالية إلى العمق تمتد الفترات الأكبر مع الإجهاد المسبق (الجسور ، المباني ذات المساحات الخالية الخالية من الأعمدة). القيم النموذجية لنسب الامتداد إلى العمق في الألواح مذكورة أدناه.
بلاطة مسبقة الإجهاد 28: 1 بلاطة مسبقة الإجهاد 45: 1 لنفس الفترة ، عمق أقل مقارنة بعضو RC.
انخفاض في الوزن الذاتي.
مزيد من النداء الجمالي بسبب أقسام نحيلة
المزيد من الأقسام الاقتصادية.
مناسبة للبناء الجاهزة
مزايا البناء الجاهزة هي كما يلي.
البناء السريع
تحسين مراقبة الجودة
صيانة منخفضة مناسبة للبناء المتكرر الاستخدام المتعدد للقالب.
الحد من القوالب.
توافر الأشكال القياسية.
التوتير بعد
لقد تطورت أنظمة الإجهاد المسبق على مر السنين ، كما قامت العديد من الشركات ببراءة اختراع منتجاتها. وترد معلومات مفصلة للأنظمة في كتالوجات المنتجات والكتيبات المنشورة من قبل الشركات. توجد إرشادات عامة حول الإجهاد المسبق في القسم 12 من IS 1343: 1980. المعلومات الواردة في هذا القسم هي تمهيدية بطبيعتها ، مع التركيز على المفاهيم الأساسية للأنظمة. يتم وصف أنظمة وأجهزة الإجهاد المسبق لنوعين من الإجهاد المسبق والشد المسبق والشد اللاحق ، بشكل منفصل. يغطي هذا القسم بعد التوتير. أنظمة وأجهزة ما قبل الشد ، تغطي الشد المسبق. في مرحلة ما بعد الشد ، يتم تطبيق التوتر على الأوتار بعد تصلب الخرسانة. يتم وصف مراحل ما بعد التوتير بعد ذلك.
مراحل ما بعد التوتير
في أنظمة ما بعد الشد ، يتم وضع قنوات الأوتار (أو الشرائط) جنبًا إلى جنب مع التعزيز قبل صب الخرسانة. يتم وضع الأوتار في القنوات بعد صب الخرسانة. تمنع القناة الاتصال بين الخرسانة والأوتار أثناء عملية الشد. على عكس الشد المسبق ، يتم سحب الأوتار مع رد فعل يعمل ضد الخرسانة المتصلدة. إذا كانت القنوات مملوءة بالجص ، فمن المعروف باسم ما بعد الشد المستعبدين. الجص عبارة عن عجينة أسمنتية أنيقة أو هاون أسمنت رمل يحتوي على مزيج مناسب .
في فترة ما بعد التوتير غير المربوطة ، كما يوحي الاسم ، لا يتم ابتلاع القنوات مطلقًا ، ويتم تعليق الأوتار في حالة توتر فقط بحلول نهاية المراس. يُظهر المخطط التالي تمثيلًا تخطيطيًا لعضو ما بعد التوتر الحاد. يعتمد ملف القناة على شروط الدعم. للعضو المدعوم ببساطة ، القناة لديها ملف تعريف تراجع بين الغايات. لعضو مستمر ، القناة يتدفق في فترة والخنازير على الدعم.
يتم تلخيص المراحل المختلفة لعملية ما بعد الشد على النحو التالي.
صب الخرسانة.
وضع الأوتار.
وضع كتلة مرسى ورافعة. تطبيق التوتر على الأوتار.
الجلوس من الأوتاد.
قطع الأوتار
الخرسانة المسلحة (RC) هي مادة مركبة يتم فيها مقاومة قوة الشد المنخفضة والليونة للخرسانة نسبيًا عن طريق إدراج التعزيز ذي قوة الشد العالية أو الليونة. يكون التسليح عادة ، وإن لم يكن بالضرورة ، قضبان حديد التسليح (حديد التسليح) وعادةً ما يتم تضمينه بشكل سلبي في الخرسانة قبل مجموعات الخرسانة. تم تصميم مخططات التسليح عمومًا لمقاومة إجهاد الشد في مناطق معينة من الخرسانة والتي قد تسبب تصدعًا غير مقبول و / أو عطلًا هيكليًا. يمكن أن تحتوي الخرسانة المسلحة الحديثة على مواد تسليح متنوعة مصنوعة من الصلب أو البوليمرات أو مواد مركبة بديلة مع حديد التسليح أم لا. يمكن أيضًا التشديد على الخرسانة المسلحة بشكل دائم (في حالة توتر) ، وذلك لتحسين سلوك الهيكل النهائي تحت أحمال العمل. في الولايات المتحدة ، تُعرف الطرق الأكثر شيوعًا للقيام بذلك باسم ما قبل التوتّر والتوتر.
في حالة البناء القوي والدكتايل والمتين ، يحتاج التعزيز إلى الخصائص التالية على الأقل:
قوة نسبية عالية.
تسامح عالية من سلالة الشد.
رابطة جيدة للخرسانة ، بغض النظر عن درجة الحموضة ، والرطوبة ، وعوامل مماثلة.
التوافق الحراري ، لا يسبب ضغوطا غير مقبولة استجابة لتغير درجات الحرارة.
المتانة في البيئة الخرسانية ، بغض النظر عن التآكل أو الضغط المستمر.
استخدام في البناء
Rebars سقف Sagrada Família في البناء (2009)
· يمكن بناء العديد من الأنواع المختلفة من الهياكل ومكوناتها باستخدام الخرسانة المسلحة بما في ذلك الألواح والجدران والعوارض والأعمدة والأساسات والأطر وغيرها.
يمكن تصنيف الخرسانة المسلحة كخرسانة مسبقة الصب أو مسبقة الصب في مكانها.
يعد تصميم وتنفيذ نظام الأرضية الأكثر كفاءة هو المفتاح لإنشاء هياكل بناء مثالية. التغييرات الصغيرة في تصميم نظام الأرضية يمكن أن يكون لها تأثير كبير على تكاليف المواد وجدول البناء والقوة النهائية وتكاليف التشغيل ومستويات الإشغال والاستخدام النهائي للمبنى.
بدون تعزيز ، لن يكون من الممكن بناء هياكل حديثة بمواد خرسانية.
الخصائص الرئيسية
ثلاث خصائص مادية تعطي الخرسانة المسلحة خصائصها الخاصة:
يشبه معامل التمدد الحراري للخرسانة معامل الصلب ، مما يلغي الضغوط الداخلية الكبيرة بسبب الاختلافات في التمدد الحراري أو الانكماش.
عندما تصلب معجون الأسمنت داخل الخرسانة ، فإن هذا يتوافق مع تفاصيل سطح الفولاذ ، مما يسمح بنقل أي إجهاد بكفاءة بين المواد المختلفة. عادة ما تكون القضبان الفولاذية خشنة أو مموجة لزيادة تحسين الروابط أو التماسك بين الخرسانة والفولاذ.
تتسبب البيئة الكيميائية القلوية التي يوفرها احتياطي القلويات (KOH، NaOH) والبورلانديت (هيدروكسيد الكالسيوم) الموجود في عجينة الأسمنت المتصلب في تشكيل فيلم مغزلي على سطح الفولاذ ، مما يجعله أكثر مقاومة للتآكل مما سيكون عليه يكون في ظروف محايدة أو حمضية. عندما تتعرض عجينة الأسمنت للهواء ويتفاعل ماء نيزك مع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، يصبح البورتلانيت وهيدرات سيليكات الكالسيوم (CSH) من عجينة الأسمنت المتصلب مكربنة تدريجيًا وينخفض درجة الحموضة العالية تدريجًا من 13.5 - 12.5 إلى 8.5 ، من الماء في حالة توازن مع الكالسيت (كربونات الكالسيوم) والصلب لم يعد تخميلها.
كقاعدة عامة ، فقط لإعطاء فكرة عن الطلبات من حيث الحجم ، يتم حماية الصلب عند درجة الحموضة أعلى من 11 ~ لكنه يبدأ في التآكل تحت ~ 10 اعتمادًا على خصائص الصلب والظروف الفيزيائية والكيميائية المحلية عندما تصبح الخرسانة مكربنة. الكربنة من الخرسانة جنبا إلى جنب مع دخول كلوريد هي من بين الأسباب الرئيسية لفشل قضبان التسليح في الخرسانة.
عادةً ما تكون المساحة المستعرضة النسبية للصلب اللازمة للخرسانة المسلحة النموذجية صغيرة جدًا وتتراوح من 1٪ لمعظم الحزم والألواح إلى 6٪ لبعض الأعمدة. قضبان التسليح عادة ما تكون مستديرة في المقطع العرضي وتختلف في القطر. تحتوي الهياكل الخرسانية المسلحة أحيانًا على أحكام مثل النوى المجوفة ذات التهوية للتحكم في الرطوبة والرطوبة.
إن توزيع خصائص قوة الخرسانة (على الرغم من التعزيز) على طول المقطع العرضي لعناصر الخرسانة المسلحة الرأسية غير متجانسة
تعزيز ومصطلحات الحزم
يشتمل عمودين متقاطعين على جزء لا يتجزأ من لوح جراج السيارات الذي سيحتوي على كلاً من حديد التسليح والأسلاك وصناديق الوصلات والمكونات الكهربائية الأخرى اللازمة لتثبيت الإضاءة العلوية لمستوى المرآب الموجود تحتها.
ينحني شعاع تحت لحظة الانحناء ، مما أدى إلى انحناء صغير. في الوجه الخارجي (الوجه الشد) للانحناء ، تواجه الخرسانة إجهاد الشد ، بينما تواجه في الوجه الداخلي (الوجه الضاغط) ضغطًا مضغوطًا.
الشعاع المقوى الفردي هو الذي يتم فيه تقوية العنصر الخرساني فقط بالقرب من وجه الشد ويتم تصميم التعزيز ، المسمى فولاذ التوتر ، لمقاومة التوتر.
الشعاع المقوى مضاعفًا هو الذي يتم بجانبه تعزيز الشد ، يتم أيضًا تعزيز العنصر الخرساني بالقرب من الوجه الضاغط للمساعدة في مقاومة الانضغاط الخرساني. يسمى التعزيز الأخير ضغط الصلب. عندما تكون منطقة ضغط الخرسانة غير كافية لمقاومة اللحظة الضاغطة (لحظة إيجابية) ، يجب توفير تعزيز إضافي إذا كان المهندس يحد من أبعاد القسم.
شعاع تحت المقوى هو الذي تكون فيه قدرة الشد لتسليح الشد أصغر من قدرة الانضغاط المدمجة للخرسانة والفولاذ المضغوط (تحت المقوى في وجه الشد). عندما يكون عنصر الخرسانة المسلحة عرضة لحالة الانحناء المتزايدة ، فإن الفولاذ المشدود ينتج بينما لا يصل الخرسانة إلى حالة الفشل النهائية. بما أن الفولاذ الناتج عن التوتر يمتد ويمتد ، فإن الخرسانة "غير المقواة" تنتج أيضًا بطريقة مطولة ، مما يظهر تشوهًا وتحذيرًا كبيرًا قبل فشلها النهائي. في هذه الحالة ، يتحكم الضغط الناتج عن الفولاذ في التصميم.
شعاع الإفراط في التعزيز هو الذي تكون فيه قدرة الشد لصلب الشد أكبر من قدرة الانضغاط المركبة للخرسانة والفولاذ المضغوط (عززت بشكل مفرط في وجه الشد). لذلك فشلت شعاع "الخرسانة المفرطة التسليح" عن طريق سحق الخرسانة في منطقة الضغط وقبل إنتاج الصلب في منطقة التوتر ، والذي لا يقدم أي تحذير قبل الفشل حيث أن الفشل فوري.
الشعاع المقوى المتوازن هو ذلك الذي تصل فيه كل من مناطق الضغط والشد إلى العائد بنفس الحمل المفروض على العارضة ، وسحق الخرسانة وسيقوم الصلب الشد بالإنتاج في نفس الوقت. ومع ذلك ، يعد معيار التصميم هذا محفوفًا بالمخاطر مثل الخرسانة المفرطة التسليح ، لأن الفشل يكون مفاجئًا حيث يسحق الخرسانة في نفس الوقت الذي ينتج فيه عائد فولاذي من الشد ، مما يعطي القليل من التحذير من الضيق في فشل التوتر.
يجب تصميم عناصر حاملة الخرسانة المصنوعة من الصلب المقوى بالفولاذ بشكل طبيعي بحيث لا يتم تقويتها بشكل كاف بحيث يتلقى مستخدمو الهيكل تحذيرًا من الانهيار الوشيك.
القوة المميزة هي قوة المادة حيث يظهر أقل من 5٪ من العينة قوة أقل.
قوة التصميم أو القوة الاسمية هي قوة المادة ، بما في ذلك عامل سلامة المواد. تتراوح قيمة عامل الأمان بشكل عام من 0.75 إلى 0.85 في تصميم الإجهاد المسموح به.
حالة الحد النهائي هي نقطة الفشل النظرية مع وجود احتمال معين. هو مذكور تحت الأحمال عوامل ومقاومة عوامل.
