مدخل إلى العناصر الإنشائية المركبة

استمع على ساوندكلاود 🎧

ظهرت فكرة العناصر الإنشائية المركبة كمحاولة للاستفادة القصوى من قدرات تحمل مواد البناء المختلفة كالبيتون مع الفولاذ:

البيتون المستخدم يكون مقاومته للضغط عالية ومنخفضة للشد بينما الفولاذ مقاومته عالية للشد والضغط على حد سواء، فيتم دمج المادتين في عنصر إنشائي واحد مقاوم للضغط والشد معاً.

ويطلق تعبير العنصر الإنشائي المركب على العنصر الإنشائي المؤلف من جسمين مصنوعين من مادة واحدة أو من مادتين مختلفتين (بيتون مسبق الصنع مع بيتون مصبوب بالمكان ، بيتون مع خشب ، خشب مع صفائح معدنية ، بيتون مع حديد) العنصر المركب يجب أن يؤمن قابلية عمل المادتين كعنصر إنشائي متكامل (أي كعنصر واحد) من خلال تأمين اتصال مادتي العنصر بشكل صلب يمنع حدوث حركة نسبية بينهما وأكثر العناصر المركبة شيوعاً هي مقاطع البيتون مع المعدن.

لمحة تاريخية عن استخدام المنشآت المركبة:

تطور المنشآت والعناصر المركبة يعود بشكل رئيسي إلى تطور صناعة البيتون والفولاذ وانتشار استخدام الإطارات والهياكل المعدنية في الجسور والمباني والانتباه لضعف مقاومة هذه الهياكل المعدنية عند تعرضها للحرارة فظهر مقترح تغليف هذه العناصر بالبيتون وبالتالي حمايتها بغض النظر عن مشاركة بيتون التغليف في مقاومة الإجهادات. مع بداية القرن العشرين ظهرت فكرة الاستفادة إنشائياً من عنصر التغليف البيتوني عن طريق تأمين الترابط الكافي بين المادتين لتأمين العمل المشترك وتحقيق الوفر في كمية الفولاذ المستخدم.

الميزات العامة للعناصر المركبة:

1. تحقيق تكامل بين عمل البيتون ذو قدرة تحمل الضغط العالية وعمل الفولاذ ذو قدرة تحمل الشد العالية.

2. يقوم البيتون بتغليف الفولاذ وبالتالي تقويته ضد التحنيب (التشوه العمودي على محور العنصر) كما يحميه من التخريب الكيميائي.

3. يضيف الفولاذ سلوكاً مطاوعاً للمنشأ المركب.

4. تعطي المنشأ قدرة تحمل أعلى وصلادة أكبر وقدرة على إعادة توزيع المفاصل اللدنة المتشلكة فيه.

5. المنشأ المركب أكثر مقاومة للحريق من الإنشاء المعدني (نظراً لكون البيتون يعمل على تغطية الفولاذ الضعيف ضد الحرارة ويحميه) وأكثر عزلاً للحرارة والصوت.

6. تخفيض أوزان الفولاذ المستخدمةعنها في المنشآت الفولاذية بما يصل إلى (20-30%) حسب المقطع.

7. تخفيض الزمن اللازم للتشييد والدخول في الاستثمار بالمقارنة مع المنشأ البيتوني.

8. حل مثالي للاستخدام في الجسور والأبنية العالية.

بعض استخدامات المقاطع المركبة:

أولاً: البلاطات المركبة:

تتضمن صفائح فولاذية محددة تستخدم كقوالب دائمة للبلاطة البيتونية، يتم صب البيتون على الصفائح الفولاذية ذات المقاطع الجاهزة، حيث تتحمل هذه الصفائح عند عدم استخدام الدعم أثناء التنفيذ وزن البيتون غير المتصلب ووزن التسليح ووزنها الذاتي والحمولات الانشائية الأخرى ، أما بعد تصلب البيتون تعمل الأرضيات الفولاذية بشكل مشترك مع البيتون من أجل تحمل كافة الحمولات المطبقة، وغالباً ما تكون الحمولات أثناء التنفيذ هي الحاكمة في اختيار مقاطع البلاطة المركبة في حالة البلاطة غير المدعمة.

تفيد البلاطة المركبة في تقييد الجوائز وبالتالي زيادة مقاومة تحنيب الفتل الجانبي كما تؤدي دور المستوي الرابط الذي ينقل الحمولات الأفقية الجانبية (رياح أو زلازل) إلى الأعمدة وجدران القص أو الإطارات.

يوضح الشكل التالي مقطع عرضي في بلاطة بيتونية مركبة:

(يلاحظ وجود نتوءات وأخاديد في الصفيحة الفولاذية وظيفتها زيادة الترابط بين الصفيحة والبيتون وبالتالي تأمين العمل المشترك)

أنواع الصفائح الفولاذية المستخدمة:

تصنع الصفائح الفولاذية للأرضيات بسماكات صغيرة تتراوح ضمن المجال (0.8-1.5)mm وتتم غلفنتها كي تقاوم الصدأ مما يزيد قليلاً من السماكة . ويكون ارتفاع جوانب الأرضية الفولاذية ضمن المجال (38 – 75)mm وتتراوح المسافات بين القنوات (150-300)mm . ويبين الشكل التالي مقاطع الصفائح الفولاذية الأكثر شيوعاً:

الأعمدة المركبة:

يوجد شكلين أساسيين للأعمدة المركبة وهما الأعمدة المغلفة بالبيتون والأنابيب المملوءة بالبيتون .

الأعمدة المغلفة بالبيتون Concrete cased columns:

وهي عبارة عن جائز قياسي أو مقاطع أعمدة H مع مقطع بيتوني مربع أو مستطيل حولها بحيث يتشكل مقطع مركب، ويوضع حديد تسليح إضافي في طبقة التغطية البيتونية حول المقطع الفولاذي لمنع التشقق تحت تأثير الاجهاد المحوري.

الأنابيب المملوءة بالبيتون Concrete-filled steel tubes :

وتتألف هذه الأعمدة من مقاطع معدنية مجوفة مربعة أو مستطيلة أو دائرية مملوءة بالبيتون، ولاتحتاج عادة إلى بتسليح طولي إضافي باستثناء الأعمدة ذات المقاطع الكبيرة .

تستخدم هذه الأعمدة عادة في المنشآت التي يكون فيها خطر الحريق محدود كما في الجسور حيث تستخدم كركائز للجسور. غالباً ماتكون كلفة الأنبوب المملوء بالبيتون أقل من كلفة المقطع المغلف بالبيتون بالإضافة إلى أن مقاومة الشكل الأنبوبي للعزم والتحنيب الأكبر، كما انه لاحاجة للقالب لتنفيذ البيتون أو أي نوع من فولاذ التسليح.

المصدر:

هنا