خرسانة الجهد العالي و استخدامتها

بعدما قام المهندس سان فرانسيسكو باختراع خرسانة الجهد العالي وذلك في عام 1886 لم يتم القبول باستخدامها في ذلك الوقت ولكن بعد مرور نصف قرن، جائت ظاهرة نقص الفولاذ في الدول الأوروبية و تم استخدام هذه الخرسانة وذلك لتقدم التكنولوجيا حيث أنه أول استخدام لهذه الخرسانة كان في جسر Walnut Lane Memorial Bridge في بنسلفانيا.

المحتويات

مدى قوة خرسانة الجهد العالي

مدى قوة خرسانة الجهد العالي

تعتبر الضغوط الانضغاطية في خرسانة الجهد العالي تكون ناتجة من خلال الأوتار التي تمتلك قوة عالية وتعتبر هي الأساس في قوة الخرسانة.

حيث أنه يتم تطبيق الأحمال على الخرسانة التي تساوي في المقابل الضغوط التي تتعرض لها الخرسانة بعد تثبيتها في المبنى ويتم البدء في استخدامها.

تعتبر هذه الخرسانة هي الأفضل حيث أنه عندما يتم إزالة الجهد من عليها تكون قادرة على حمل الكثير من الجدران والأحمال مما يسمح لها بتحمل بناء الأسقف فوقها كما أنه يتم استخدامها في الجسور والأرضيات الممدودة التي تعتبر غير مدعومة.
يستخدم المهندسون هذه الخرسانة في الكثير من التصاميم وبناء الكثير من الهياكل التي تحتاج إلى وزن خفيف كما أنها تكون قوية جدا مما يجعلها أفضل من الخرسانات التقليدية التي لا يتم تطبيق الأحمال عليها.

طرق عمل خرسانة الجهد العالي

يتم بناء خرسانة الجهد العالي من خلال طريقتين وهما:

طريقة الشد المسبق

يتم بها شد الفولاذ قبل أن يتم صب الخرسانة حيث أنه يتم وضع الأوتار الفولاذية بين دعامتين فقط ويتم التمدد إلى حوالي 70% أو 80% من قوتها.
يتم سكب الخرسانة في القوالب وذلك حول الاوتار الفولاية ثم يتم تركها حتى تتصلب ولكي تصل إلى القوة التي نرجوها منها.
عندما تكتمل قوة الخرسانة يمكننا أن نقوم بتحريرها وبعدها يكون الفولاذ قادر على استعادة الطول الأصلي له في البداية ولكن تتحول هذه القوة إلى قوة ضغط في الخرسانة فتكون أكثر قوة.

و يتم استخدام هذه الطريقة لصنع الخرسانات المناسبة لألواح الأسقف، الأعمدة، الجسور، ألواح الجدران، روابط السكك الحديدية والأكوام.

طريقة الشق اللاحق للحديد الصلب

أما بالنسبة لطريقة الشد اللاحق وهي طريقة عكسية للطريقة السابقة حيث أنه يتم الشد للحديد بعدما يتم صب الخرسانة حوله ولكن يجب ألا تلامس الخرسانة الفولاذ غير ممدد.
يمكننا الحصول على طرق هوائية في الخرسانة وذلك عن طريق استخدام الفولاذ الرقيق حتى تتصلب الخرسانة فقط وتصل للقوة التي نريدها، وبعدها تتم عملية إدخال الأوتار الفولاذية في هذه الطرق ويتم شدها من النهاية.
يتم تثبيت الأوتار الفولاذية من الخارج فيتم بذلك ضغط الخرسانة.

و تستخدم هذه الطريقة في الكثير من الجسور، العوارض الكبيرة، ألواح الأرضيات، الأسقف، الأرصفة والأصداف.

أهمية خرسانة الجهد العالي

خرسانة الجهد العالي لها أهمية كبيرة حيث أنها لها الكثير من المجالات حيث يتم استخدامها في بناء الكثير من الأماكن للحصول على الامتداد المناسب لبعض الأماكن مثل مراكز التسوق.

تمتاز أيضا بأنها مرنة جدا ويمكن أن يتم إجراء التعديلات عليها في الهيكل الداخلي كما أنه يتم استخدام هذه الخرسانة في الكثير من القاعات للمناسبات، صالات الألعاب الرياضية، قاعات المدارس والكافيتريات.

تمتلك هذه الخرسانة خصائص صوتية رائعة كما أنها قادرة على توفير الكثير من المساحات المفتوحة حيث يتم استخدام الخرسانة أيضا في أماكن وقوف السيارات.

تمتلك الخرسانة الكثير من المكونات المعمارية والإنشائية لبناء الكثير من المباني التي تمتاز بالامتداد، حيث أنها مناسبة جدا للجسور، المباني العالية، أماكن ومنشآت وقوف السيارات، كما أنها مناسبة جدا لملاعب المدارس.

تعتبر هذه الخرسانة مهمة في الأماكن التي يكثر بها الزلازل حيث أنها آمنة جدا ويصعب انهيارها بسهولة كما أنها تمتلك شكل جميل وهي دائمة لفترة طويلة.

معايير الجودة في خرسانة الجهد العالي

يتم تطبيق معايير الجودة في صنع خرسانة الجهد العالي حيث أنها مكونة من نفس مكونات أي خرسانة يتم إنشائها ولكن يتم إتباع المعايير أيضا في طريقة التصنيع كما يتم مراقبة خطوات التصنيع حتى يتم الإنتهاء من ذلك.
يتم صب الخرسانة في البداية وبعدها يتم نقلها إلى مكان الموقع وذلك يتم حينما يتم الإنتهاء من التصميمات اللازمة كما أنه يتم تقديم الكثير من التحديات للمصممين الذين يقومون بإعداد هذا النوع من الخرسانة.

موضوعات ذات صله:

الاستدامة والمرونة في خرسانة جهد عالي

تتوفر في هذا النوع من الخرسانة القوة والمتانة اللازمة للبناء، وذلك طبقا للأنظمة التي تستخدم في الجدران التي تصنع من الخرسانة حيث أن الكتلة الحرارية لها دور كبير في زيادة الكفاءة.

يتم استخدام أنظمة خرسانة الجهد العالي في البلاد محليا حيث أنها تحتوي على الكثير من المنتجات الأسمنية ويتم إضافة الرماد وخبث الأسمنت إليها من ضمن المكونات كما يمكن أن يتم استخدام المواد الأسمنتية التي يعاد تدويرها.

و تعتبر المواد الأسمنتية المعاد تدويرها من أسباب استدامة المباني لفترة أطول كما أنه يمكن أن تحصل الكثير من المباني على شهادة موجب نام تقييم المباني الخضراء والذي يكون تابع للولايات المتحدة في التصميمات البيئية والطاقة.
تعتبر هذه الخرسانة لها الكثير من المنافع حيث أن الضوابط للتصميمات تعطي كفاءة لها ويمكن الحصول على أشكال هيكلية ومسافات طويلة للخرسانة كما أن الخرسانة لا تعطي الكثير من النفايات.
يمكن إعادة تدوير المنتجات التي تستخدم للبناء حيث يمكن استخدام هذه المواد في بناء هياكل أخرى كما يمكن أن يتم استخدام الكميات الضرورية فقط في بنا الخرسانة دون الحاجة لكميات كبيرة.
يمكن الحصول على أشكال جميلة من خرسانة الجهد العالي كما يمكن أن يتم بناء الكثير من المباني الجمالية ذات الألوان الرائعة فيمكن الحصول على أشكال تحاكي الحجر الطبيعي فيمكن استخدامها في صنع الجدران الهيكلية.

و تعتبر الخرسانة من هذا النوع لها فوائد أكثر من غيرها حيث أنها تعمل على تقليل التكاليف الخاصة بالمشروع كما أنه يمكن من خلالها تقليل الفائض الناتج من المواد الأساسية للتصنيع.

سبب استخدام خرسانة الجهد العالي

يتم استخدام خرسانة الجهد العالي لأنها أفضل من الخرسانة العادية والتقليدية في الكثير من الأمور حيث أن الخرسانة العادية يمكن أن تتحمل الضغط بشكل جيد ولكن لا يمكنها أن تتحمل التوتر فيمكن أن تتشقق سريعا.

لذلك يتم إضافة الفولاذ لها في الجزء السفلي، حيث أن هذه القضبان تكون قادرة على تحمل التوترات لفترة أطول كما أنها تحافظ على الخرسانة من التصدع.

يكون للخرسانة سابقة الإجهاد قوة تحمل عالية عند استخدامها في إنشاء الجسور ذات الامتداد العالي حيث يتم استخدامها بكثرة، أيضا في المفاعلات مثل مفاعل رينغالز النووي حيث أنها تتحمل التحميلات الخارجية.

كيف تعمل خرسانة الجهد العالي

عندما يتم إدخال الأسلاك والقضبان الفولاذية في الخرسانة وشدها وتثبيتها من الخارج وبعدها تأتي خطوة التحرير تكون الخرسانة قادرة على تحمل الكثير من الأحمال، كما يمكن الحصول على الامتداد المناسب للكثير من المنشآت بجانب المميزات الأخرى فهذه الخرسانة تعتمد على قوتين هما قوة الإجهاد الداخلي والقوى الخارجية، حيث تكون هذه القوى معارضة لبعضها ويتضح ذلك من خلال مخطط العزم حيث يتم استخدام Fcu للخرسانة.

المواد المستخدمة في خرسانة الجهد العالي

خيوط ذات أسلاك سبعة تكون عالية القوة.
يمكن استخدام أسلاك فولاذية عالية القوة.
يمكن أيضا أن يتم استخدام السبائك في خرسانة C30.
يتم استخدام اسطوانة 28 يوم حيث أنها تبلغ حوالي 5000 رطل وذلك لكل بوصة مربعة.
كما أن المحتوى الاسمنتي للخرسانة يعطي الخرسانة قوة واتحاد القضبان مع الخرسانة يمنع الشروخ والانحناءات التي قد تنتج في الخرسانة التقليدية.

طريقة وأنظمة الشد في الخرسانة الجهد العالي

يوجد ثلاثة طرق يتم بهم شد الكابلات في الخرسانة وهم:

الطريقة الكهربائية: حيث أنه يتم استطالة الكابلات عن طريق التسخين الكهربي وعندما يتم تثبيت الإطالة يتم بعدها صب الخرسانة وذلك بعدما تقل حرارة الكابلات.
الطريقة الميكانيكية: تعتبر هذه الطريقة هي الأكثر شهرة حيث أنه يتم الشد من قبل كواريك الشد.
الطريقة الكيميائية: في هذه الطريقة يتم استخدام نوع أسمنت معين والذي يسمى أسمنت المتمدد حيث أنه يتمدد وتحدث اجهادات الشد على الكابلات وتتمدد، حيث أن التمدد الطولي يكون من 3 – 4 %.

الأنظمة المستخدمة

تعتبر رتبة الخرسانة C35 التي تستخدم في الأسقف والأعمدة حيث أن رقم 35 يدل على الضغط المستخدم مع الأسمنت ويمكن استخدام الانظمة الآتية:

نظام فريسنيت: حيث أن الكابل يتكون من عدد من الأسلاك المتوازية التي يتم تثبيتها من خلال زنبرك حلزوني ثم يتم وضع الكابل في الماسورة المرنة حيث أنه يكون الطول الخارجي حوالي 60 – 75 سم ليتم شده ثم يتم تثبيت الكابل في نهاية الخرسانة بواسطة المخروط.
نظام ماجينيل بلاتون: والذي تم عمله مع النظام السابق ولكن يتم استخدام الألواح الحديدية بدلا من استخدام المخروط الرابط.
نظام ماك كول: يتم استخدام السيخ كم سبيكة حديدية يكون قطره حوالي 12 – 18 مم بدلا من استخدام الأسلاك كما يجب أن تكون السبيكة عالية المقاومة وتكون القوة أعلى من قوة الخرسانة 300 التي تمتلكها الخرسانة العادية.

الصلب المستخدم في خرسانة الجهد العالي

يتم استخدام الصلب في الكثير من الصور حيث يمكن أن يتم استخدامه في صورة أسلاك وأوتار حيث يتم تجميعها ليتم تشكيل الكابلات كما يمكن أن يتم استخدام القضبان الصلبة.
كما يجب أن يتوفر إجهاد الخرسانة 350 عندما يتم تشكيل الخرسانة مع الصلب ويمكن أن يتم تصنيع السلك من خلال سحب القضيب الفولاذي عالي الكربون على البارد حيث أن قطر السلك يكون بين 3 – 7 مم فيمكن أن يكون مسننا أو مجعدا ليكون مترابطا.
يمكن أن يتم استخدام الحديد الصلب بشكل مستقيم ويتم لف لولب حول الأسلاك وذلك على سبيل المثال: 7 أسلاك (6 على 1) و 19 سلك (9 على 9 على 1).
يمكن أيضا أن يتم استخدام الشكل الفردي للكابلات أو في شكل مجموعات.

مميزات خرسانة الجهد العالي

تعمل هذه الخرسانة على الحد من المخاطر كما أنه يتم تقليل ضغوط القص.
يتم الحصول على الوزن المثالي وأقل من الوزن للخرسانة التقليدية حيث أنه يتم استخدام مقطع عرضي أصغر.
يتم ضم الوحدات الخرسانية مسبقة الصب معا لتشكيل العضو المركب.
تزداد الإمدادات في خرسانة الجهد العالي عن 9 متر بينما في الخرسانة العادية تصل إلى 6 متر فقط.

خالص تحياتنا مكتب هندسي استشاري GM

خرسانة الجهد العالي و استخدامتها