الرئيسية / الفعاليات العلمية / مقالات / الخرسانة مسبقة الجهد((PRESTRESSED CONCRETE أ.م.د.قاسم محمد شاكر

الخرسانة مسبقة الجهد((PRESTRESSED CONCRETE أ.م.د.قاسم محمد شاكر

1- مقدمة
الخرسانة مسبقة الجهد هي نوع من الخرسانة المسلحة التي تحتوي على قضبان تسليح تم توتيرها مسبقا لأجل توليد اجهادات أولية في المقطع الخرساني تكون بطبيعتها معاكسة للاجهادات التي يحتمل ان يتعرض لها المنشأ عند الاستخدام الخدمي. إذ يتم ذلك بسحب (أو توتير)نوع خاص من القضبان عالية التحمل الى مقدار معين داخل الخرسانة ثم اطلاقها بعد ضمان إعاقتها من الرجوع الى وضعها الأصلي وبالاعتماد على قوانين نيوتن وقوانين هندسية أخرى ستقوم بدورها بتسليط اجهادات معاكسة على الخرسانة وهي الاجهادات الأولية التي تقوم صناعة الخرسانة مسبقة الجهد على أساسها .
يجدر بالإشارة إلى أن فكرة الاجهاد المسبق كانت مستخدمة في مجالات متعددة قبل دخولها مجال الهندسة المدنية …والشكل ( 1 ) يوضح بعض تلك التطبيقات.

2- مراحل ظهور الخرسانة مسبقة الجهد :
ظهرت الخرسانة لأول مرة الى عام 1824عندما توصل اسبيدن من انكلترا في براءة اختراع إلى صناعة الاسمنت البورتلاندي.وفي عام 1857تمكن مونير من فرنسا من استخدام اسلاك الحديد لتسليح بعض احواض الزهور ومن ثم عدد من السقوف والاقواس الخرسانية.
في عام 1886..اوجد جاكسون من امريكا فكرة توتير قضبان الحديد لتقوية الاقواس الحجرية والكونكريتية ..حيث عانت فكرته من مشاكل كثيرة بسبب ارتخاء القضبان بعد فترة وفشل المنشأ حيث ان حديد التسليح عالي المقاومة لم يبتكر بعد
في عام 1888 قام ديهورنك من المانيا تمكن من صناعة سقوف خرسانية واعتاب صغيرة مع حديد مطمور مشدود قبل الصب. وفي عام 1908 تمكن ستينر/امريكا من التوصل الى سبب فشل اغلب المنشأت المسلحة بحديد مسحوب حيث وجد انه الخسائر في الاجهاد التي تحدث خلال عمر المنشأ مقترحا اعادة سحب حديد السليح للتخلص من المشكلة.
اذ لم تكن الحاولات الاولى لصناعة الخرسانة مسبقة الجهد ناجحة.حيث وجد ان تأثير الشد المسبق يتضاءل مع الوقت بسبب الانكماش والزحف الذي تعاني منه الخرسانة وارتخاء الحديد .
استمرت البحوث والتجارب لأجل تطوير وتحسين هذه الصناعة الى عام 1926 عندما قام العالم فرايسنت /فرنسا بأستخدام قضبان التسليح عالية التحمل بعد ان وجد ان قضبان التسليح الاعتيادي غير صالحة للتوتير المسبق ثم قام بصناعة مراسي لتثبيت قضبان التسليح من اطرافها بعد التوتير لذا يسمى فرايسنت بأنه ابو الخرسانة مسبقة الجهد (Father of Prestressed concrete).
تواصل استخدام الخرسانة مسبقة الجهد خلال وبعد الحرب العالمية الثانية وتزايدت استخداماتها وكثرت البحوث في هذا المجال مما دفع مجموعة من المهندسين في اوربا عام 1952 الى انشاء الفيدرالية الدولية للخرسانة مسبقة الجهد (FIP) تلاها في عام 1954 انشاء المعهد الامريكي للخرسانة مسبقة الجهد (PCI)
مما يلاحظ انه لا يوجد دور لأمة القرآن في تطوير هذه الصناعة كغير ها من الصناعات كأن القرآن لم يردد صباحا ومساءا ((( هل يستوي الذين يعلمون والذين لا يعلمون)))والرسول الاكرم (ص) لم يفتدي اسرى قريش مقابل تعليم المسلمين للقراءة والكتابة!!!!. Technology Ma
3- مميزات وسلبيات الخرسانة مسبقة الجهد
3-1 مميزات الخرسانة مسبقة الجهد
1) الحصول على عناصر اخف وانحف فيما لو قورنت بعناصر بخرسانة اعتيادية التسليح والمقاومة.
2)لما كانت العناصر مسبقة الجهد خالية من اجهادات الشد تحت الأحمال الخدمية ،لذا فأن المقطع سيكون فعالا بأكمله وبالتالي الحصول على مقطع بصلابة اكبر وعنصر بتشوه اقل .
3) الأحمال الميتة سيلغى تأثيرها بواسطة إجهاد التوتير المسلط خارج مركز المقطع.
4) مقاومة اكبر لقوى القص بسبب تعرض المقطع الخرساني إلى اجهادات الضغط.
5)التقليل من حدوث التشققات وهذا يساهم بتطوير المتانة والديمومة ضد المؤثرات الخارجية.
6)يمكن انشاء منشآت بفضاءات اكبر مما يقلل الاوزان والمساهمة بالحصول على منشأ اقتصادي وسيكون المنشأ اكثر جاذبية وجمالية من الناحية المعمارية.
7)يمكن انتاجها بمعامل الصب الجاهز( انشاء سريع ،سيطرة نوعية افضل ، اعمال صيانة اقل).
8)العناصر مسبقة الجهد يمكن فحصها قبل الاستخدام.
9)العناصر المسبقة الجهد تتشوه بصورة كبيرة قبل الفشل مما يعطي تحذير واضح قبل الانهيار.
10) مرونة اكبر تحت الاحمال الدايناميكية واجهادات الكلل
3-2 سلبيات الخرسانة مسبقة الجهد
1-تكون كلفتها اعلى من الخرسانة المسلحة الاعتيادية بسبب ارتفاع مكونات انتاج الخرسانة عالية المقاومة وكذلك كلفة حديد التسليح عالي التحمل .
2- تحتاج الى آليات رفع وتنصيب كبيرة ومتخصصة.
3-عملية توتير قضبان التسليح الى معدات خاصة.
4-امكانية قليلة نسبيا للمصمم في تغيير المقاطع كونه يعتمد على قوالب جاهزة في المعمل. 5-هامش الخطأ المقبول يكون قليلا جدا مقابل الخرسانة المسلحة الاعتيادية وعملية إصلاح الأخطاء تكون صعبة ومكلفة وأحيانا غير ناجحة وحصول الأخطاء قد تؤدي الى خسائر مادية وبشرية مكلفة .
6-تكون اعقد من ناحية التصميم.
7-تحتاج الى تكنولوجيا متقدمة وطواقم عمل متمرسة.
8)العناصر مسبقة الجهد تتصرف بأسلوب يشبه المواد الهشة .
9) العناصر مسبقة الجهد تكون اقل مقاومة للحرائق.
من هذا نجد انه من المهم توفير عنصر بشري متدرب(علميا ومهنيا) بصورة جيدة للولوج في صناعة الخرسانة مسبقة الجهد إلى جانب تشييد معامل الخرسانة الجاهزة ونشر ثقافة استخدام هذا النوع من الخرسانة من خلال الندوات والدعاية الإعلامية لتوفير بيئة ومنافذ لتسويقها.
4- انواع الخرسانة مسبقة الجهد
4-1 الخرسانة مسبقة الشد(طريقة التوتير السابق) :
وتنتج في معامل الصب الجاهز ويكون شكل حديد التوتير مستقيما في الأغلب ،فلا يصلح للاستخدام في المنشأت متعددة الفضاءات ويحتاج الى وقت سحب كبير.
1) نصب القوالب ووضع حديد التسليح فيها ثم سحب حديد التوتير الى الدرجة المحددة.
2)صب الخرسانة فالرص والانهاء والانضاج ،مع أبقاء حديد التوتير مشدودا.
3)بعد الوصول الى مقاومة الكونكريت المطلوبة ..يتم قطع حديد التوتير من النهايتين ليسمح للحديد بالضغط على الكونكريت ،والشكل (2) يوضح هذه المراحل.

4-2 الخرسانة متأخرة (لاحقة )الشد(طريقة التوتير اللاحق) :
ومن امثلة تطبيقاتها : الجسور والقشريات والصفائح المضلعة والخزانات الخرسانية،ومن ميزات هذه الطريقة انها تستخدم مع مختلف الاعضاء الخرسانية وان فترة السحب ستكون اقصر مما يسمح بأستخدام اجهزة الشد بصورة اكفأ وتتضمن مجموعة خطوات هي :
1) ) نصب القوالب ووضع حديد التسليح فيها مع وضع أنابيب خاصة (Ducts) يمد داخلها حديد التوتير لاحقا ،ثم صب الخرسانة ثم الرص والانهاء وصولا الى مرحلة المعالجة .
2) وضع المراسي في اطراف حديد التوتير والقيام بالسحب الى الدرجة المطلوبة.
3) تثبيت المراسي والحقن بمواد خاصة ثم قطع حديد التوتير للسماح له بالضغط على الخرسانة ،الشكل (3) يوضح هذه المراحل.

5-تطبيقات الخرسانة مسبقة الجهد:
تدخل الخرسانة مسبقة الجهد في مجالات وتطبيقات متنوعة كتلك الموضحة أدناه :

المصادر:
1) Hassoun M. N. and Al-Manaseer A. ,” Structural Concrete Theory and Design”,6 th Edition, John Wiley & Sons, Inc., 2015.
2) Runzel B., Shield C. K. and French C. W., Shear Capacity of Prestressed Concrete Beams “, a Report Published by Minnesota Department of Transportation Research Services Section,2007.
3) McCormac J. C. and Brown R. H.,”Design of Reinforced Concrete”, ninth edition John Wiley & Sons, Inc. 2014.
4) Sengupta A. K. and. Menon D.” Prestressed Concrete Structures” series of lectures ,Indian Institute of Technology Madras.
5) A Lecture by Ghonim M., entitled “Prestressed Concrete”, 2015.
6) Ahmad B. H.,” Prestressed Concrete Design SAB 4323″, UTM.

شاهد أيضاً

المدارس الخضراء Green Schools

أ.م.د. قاسم محمد شاكر كلية الهندسة /القسم المدني e-mail:[email protected] مقدمة:  تعرف المدرسة الخضراء  Green-Schools او”المدرسة …

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *