تم تصميم أول هيكل خرساني مسلح في عام 1855 من قبل المهندس الفرنسي جوزيف لامبوت. منذ ذلك التاريخ ، أصبحت هذه المواد مستخدمة على نطاق واسع في صناعة البناء: المباني والجسور والجدران الاستنادية وما إلى ذلك مصنوعة منها. لم يتم استبعاد مجال الفنون لأن بعض الأعمال مصنوعة ، كليًا أو جزئيًا ، من الخرسانة المسلحة ، مثل هيكل المسيح الفادي في ريو دي جانيرو أو كنيسة Raincy. تكمن مزاياها المتعددة في أصل نجاحها على نطاق عالمي.
ما هي الخرسانة المسلحة؟
تستخدم الخرسانة المسلحة للهياكل التي تتطلب قوة شد عالية ، وهي مزيج من مادتين: الخرسانة والصلب. بحكم التعريف ، هي مادة أضيفت فيها دعائم معدنية من أجل الحصول على الخرسانة المسلحة.
في الواقع ، الخرسانة ، وهي مادة مقاومة للضغط ، لا تصمد أمام الجر. في المقابل ، يقاوم الفولاذ كلا من التوتر والضغط. وبالتالي ، فإن الجمع بين المادتين يسمح للخرسانة المسلحة بأن تكون مقاومة للضغط والشد.
تستخدم الخرسانة بشكل متكرر في أعمال البناء والهندسة المدنية ، من بين أشياء أخرى ، في الألواح أو الأعمدة أو الحزم أو الأساسات أو حتى الجدران.
مزايا الخرسانة المسلحة
بالنسبة للهياكل التي يجب أن تكون الخرسانة فيها مقاومة للجر ، يتم وضع الفولاذ في المنطقة السفلية ، أي المنطقة التي تواجه فيها الخرسانة بقوة الشد هذه. لاحظ أيضًا أنه يجب تزويد الفولاذ بخشونة على سطحه من أجل الحصول على التصاق حقيقي بين المادتين. الخرسانة المسلحة قوية ومتينة بمرور الوقت ، ومن السهل التعامل معها وتركيبها ، وقبل كل شيء مقاومة للحريق.
الاستخدام الأكثر شيوعًا للخرسانة في البناء هو الخرسانة المسلحة . يستخدم هذا في تشييد المباني والمصانع والخزانات والصوامع الصغيرة والجسور الصغيرة والطرق وأعمال الأساسات …
فيهذه المادة ، التعزيزات المعدنية تأخذ قوى الشد ، وتوفر ليونة (تشوهات كبيرة قبل التمزق) والخرسانة تأخذ قوى الضغط وتحمي التعزيزات من التآكل. إذا أخذنا مثال عارضة محملة بالانحناء (الشكل 1) ، فإن الجزء العلوي منها يتعرض للضغط والجزء السفلي منه للتوتر. لذلك يتم وضع تقوية الانحناء في الجزء السفلي من العارضة. التعزيزات المستعرضة ، بشكل عام عموديًا على التعزيزات المنحنية ، ضرورية أيضًا لتحمل قوى الشد المرتبطة بقوة القص.
في الخرسانة المسلحة ، يتم التأكيد على التعزيزات بواسطة الخرسانة التي تنقل الضغوط. لذلك فإن الالتصاق بين التعزيزات والخرسانة هو معلمة رئيسية لسلوك الهياكل الخرسانية المسلحة. على عكس ما يوحي به الاسم ، يرجع الالتصاق إلى الاحتكاك بين التسليح والخرسانة. تتمتع تعزيزات الالتصاق العالي (HA) ، بفضل الأضلاع الموجودة على سطحها ، باحتكاك أكبر مما يسمى التعزيزات المستديرة الملساء. الحد المرن لتعزيزات HA يساوي 500 ميجا باسكال.
أخيرًا ، يعد تكسير الخرسانة المسلحة أمرًا طبيعيًا ولكن يجب التحكم فيه ، خاصةً فيما يتعلق بمسائل المتانة. يسمح Eurocode 2 (المعيار EN 1992-1-1) بتحديد أبعاد الهياكل الخرسانية المسلحة للتحكم في هذا التشقق وللحماية من مخاطر الفشل الهيكلي.
الخرسانة سابقة الإجهاد هي مثال آخر لتطبيق المواد الخرسانية (الشكل 2). في هذه المادة ، يتم دعم الكابلات المعدنية التي يتم شدها باستخدام الرافعات على الهيكل ليتم إجهادها مسبقًا وضغط الخرسانة. الهدف هو القضاء قدر الإمكان على التوتر الناتج عن الأحمال وتشقق الخرسانة. تتكون الكابلات مسبقة الإجهاد من خيوط أو أسلاك أو قضبان فولاذية ذات حد مرن عالٍ مرتبة داخل أغلفة أو أنابيب معدنية أو بلاستيكية . هذا الفولاذ له قوة شد تتراوح من 1800 إلى 2000 ميجا باسكال.
شعاع الإجهاد
من وجهة نظر تكنولوجية ، يتم تنفيذ الإجهاد المسبق بطريقتين: عن طريق التوتر المسبق وعن طريق التوتر اللاحق. في الإجهاد المسبق عن طريق الشد المسبق ، يتم شد الكابلات على منضدة مسبقة الصنع قبل صب الخرسانة مباشرة بالتلامس مع التعزيزات. بعد تصلب الخرسانة ، يتم قطع الكابلات في نهاية الحزم. ثم يتم تقصير الخرسانة وضغطها عن طريق الالتصاق. تسمح هذه العملية بالتصنيع الصناعي في سلسلة كبيرة من العناصر المعيارية الجاهزة ، مثل الروافد وألواح البناء. يتم الحصول على الإجهاد المسبق اللاحق للشد من خلال عمل الكابلات الموضوعة في أغماد ثم شدها بعد صب الخرسانة وبعد أن اكتسب الأخير قوة كافية تسمح بوضعه في حالة ضغط. بعد الشد ، يتم حقن الأغماد تحت الضغط بملاط أسمنتي لحماية الكابلات الفولاذية من التآكل. تستخدم طريقة الإجهاد المسبق هذه في الجسور المتوسطة والكبيرة ،حاويات محطة الطاقة النووية ، وبشكل عام ، عندما تكون القوات التي سيتم تشغيلها مهمة.
أخيرًا ، هناك حالات لا يتم فيها تسليح الخرسانة: وهي سدود وطرق الجاذبية الأرضية (ومع ذلك ، هناك أيضًا أرصفة خرسانية مسلحة مستمرة). يميل تطبيق الخرسانة في الطرق إلى التطور ، خاصة لأن الأرصفة الخرسانية ، إذا كانت أكثر تكلفة في التركيب ، تتيح توفيرًا في الصيانة طويلة الأجل.