الهياكل الخرسانية مسبقة الصب: الأنواع والملحقات والتصميم

الخرسانة سابقة الإجهاد: كيفية عمل ما قبل الشد وما بعد الشد

يعد الجمع بين الخرسانة سابقة الإجهاد والخرسانة مسبقة الصب أحد أقوى الأدوات في الهندسة الإنشائية. من خلال الضغط المسبق للخرسانة قبل تطبيق أحمال الخدمة، يمكن للمهندسين القضاء بشكل فعال على تشقق الشد - وهو الوضع الأساسي لتدهور الخرسانة - وتحقيق مسافات قد تكون مستحيلة من الناحية الهيكلية أو غير عملية اقتصاديًا مع المقاطع المقواة تقليديًا.

الشد المسبق: النهج القياسي للصب المسبق

في الخرسانة مسبقة الشد، يتم تمديد خيوط الفولاذ عالية القوة بين الدعامات في نهايات طبقة الصب قبل صب الخرسانة. يتم ربط الخيوط - عادة من الدرجة 270 منخفضة الاسترخاء، بقطر 0.5 أو 0.6 بوصة - إلى ما يقرب من 70% من قوة الشد النهائية، أو ما يقرب من 189000 رطل لكل بوصة مربعة . ثم يتم وضع الخرسانة حول الخيوط المشدودة. عندما تصل الخرسانة إلى القوة الكافية، يتم تحرير الخيوط وينتقل الضغط المسبق إلى العنصر عن طريق الرابطة. هذه هي الطريقة المستخدمة لتصنيع الألواح المجوفة، والمحملات المزدوجة، وعوارض الجسور، وألواح الجدران مسبقة الإجهاد في كل مصنع مسبق الصب في العالم تقريبًا.

ما بعد الشد في العناصر مسبقة الصب

تمثل أجهزة ما بعد الشد - القنوات، والمثبتات، وقارنات التوصيل، والألواح البوقية - فئة متخصصة من ملحقات الخرسانة مسبقة الصب المستخدمة عندما يجب تطبيق الإجهاد المسبق بعد تركيب العنصر أو عندما يجب ضم عناصر من قطاعات مسبقة الصب المتعددة إلى وحدة هيكلية مستمرة. على سبيل المثال، يستخدم بناء الجسور القطاعية مقاطع مسبقة الصب يبلغ طولها من 8 إلى 12 قدمًا ويتم تجميعها ثم شدها لاحقًا إلى عوارض متواصلة يتراوح طولها من 200 إلى 400 قدم. قد يحمل كل وتر بعد الشد ما بين 300 إلى 1500 كيب من قوة الإجهاد المسبق اعتمادًا على عدد الخيوط والهندسة.

خسائر الإجهاد المسبق على المدى الطويل

يجب على المهندسين حساب خسائر الإجهاد المسبق عند تحديد حجم الخيوط وتحديد حمل الرفع الأولي. المصادر الرئيسية للخسارة على مدى عمر خدمة عنصر الإجهاد هي:

• تقصير مرن — الفقد الفوري عند إطلاق الجديلة، عادةً ما يتراوح من 6 إلى 8% من الإجهاد الأولي للعناصر سابقة الشد
• زحف — التشوه المعتمد على الوقت تحت الحمل المستمر، وهو ما يمثل 5 إلى 12% من الإجهاد المسبق الفعال على مدى عمر 50 عامًا
• انكماش — تخفيض الحجم مع جفاف الخرسانة، مما يساهم بخسارة إضافية تتراوح من 4 إلى 8%
• الاسترخاء الصلب — الفقدان التدريجي لإجهاد الخصلة عند الإجهاد المستمر، ما يقرب من 2% للخصلة منخفضة الاسترخاء على مدى 50 عامًا

يتراوح إجمالي الخسائر طويلة المدى عادةً من 15 إلى 25% من قوة الرفع الأولية. وهذا يعني أن الجديلة التي يصل وزنها إلى 33000 رطل يجب أن تكون مصممة لتحمل إجهادًا مسبقًا فعالاً يتراوح من 25000 إلى 28000 رطل طوال عمر التصميم - ويجب أن يأخذ تصميم القسم في الاعتبار انخفاض الضغط المسبق عند حساب لحظات التشقق والانحرافات.