المعايير والمواصفات التي تحكم الإنشاءات

إن تركيب الفولاذ هو مادة أساسية في الهندسة المدنية الحديثة، مما يتيح بناء الجسور الطويلة، والمباني المرتفعة، وهياكل وقوف السيارات، والملاعب الرياضية، ويضع في إطاره كل من معايير الاختبار المضغوطة، ويضع معايير الاختبار الميكانيكية الشاملة التي تكفل الاتساق في إنتاج الفولاذ.

منظمات المعايير الدولية الرئيسية

وتقوم عدة هيئات بوضع وصيانة المعايير التي تنظم معالجة الفولاذ في جميع أنحاء العالم، وتعمل كل منظمة في نطاق جغرافي أو تقني محدد، ولكن جميعها تشترك في هدف ضمان السلامة والقابلية للتشغيل المتبادل.

ASTM International

250- وتنشر الجمعية الأمريكية للاختبار والمواد في السابق المعايير الأكثر استخداماً في تركيب الفولاذ في أمريكا الشمالية والعديد من المناطق الأخرى، والمواصفات الرئيسية هي ASTM A416/A416M، التي تغطي شرائح فولاذية عالية الارتداد للخرسانة الجاهزة.

اللجنة الأوروبية لتوحيد المقاييس

وفي أوروبا، تنتج الشبكة معايير متوائمة للشبكة، أما الوثيقة الأساسية فهي EN 10138]، التي تتضمن أجزاء تغطي الأسلاك والسلاسل والحانات.

المنظمة الدولية للتوحيد القياسي

ويقدم المعهد معايير شاملة كثيرا ما تكون أساسا للتبني الوطني. وفي حين أن ISO 6934] يغطي الفولاذ من أجل الإجهاد الأولي للخرسانة، بما في ذلك الأسلاك والقطع والحانات. وبالإضافة إلى ذلك، فإن سلسلة IISO 15630] تحدد أساليب الاختبار فيما يتعلق بالارتداد بالفولاذ (الخفيف، والبرق).

معايير وطنية أخرى

Many countries have their own equivalent standards: IS 1786] in India, ]GB/T 5224 in China, JIS G 3536 in Japan, and BS 5896

مواصفات الامتيازات الميكانيكية

وتشكل الممتلكات الميكانيكية أهم مؤشرات الأداء بالنسبة للفولاذ المعالج مسبقاً، وتحدد المعايير القيم الدنيا للقوام المتوتر، والقوة العائدة (عادة ما تكون 0.1 في المائة أو 1 في المائة من الإجهاد الناجم عن البرهان)، والارتحال في الكسر، والراحة بعد 1000 ساعة.

"الخطوبة المتطاولة" "وال"

وبالنسبة للقطع، يتطلب نظام ASTM A416 حدا أدنى من القوة المضغوطة يبلغ 1860 درجة مئوية للدرجة 270 و 1725 درجة مئوية من الرنة لرقم 250.

متطلبات التطويع

كما أن التقلبات ضرورية لمنع الفشل المفاجئ، إذ ينص نظام ASTM A416 على حد أدنى من التجاوز بنسبة 3.5 في المائة في طول السلاسل البالغ 600 ملم.() ويحتاج الرقم 10138-2 إلى نسبة 3.5 في المائة على الأقل من الارتحال إلى أقصى حد، ويجب أن تحقق الحانات تحت نظام ASTM A722 ارتفاعاً بنسبة لا تقل عن 4 في المائة في 200 ملم، وهذه المتطلبات تضمن أن الفولاذ يمكن أن يستوعب الإجهاد الحاد قبل التمزق، مما يوفر تحذيراً في حالة حدوثه.

الاسترخاء

والارتعاش هو فقدان الإجهاد في اتجاه تحت ضغط مستمر بمرور الوقت، كما أن الفولاذ ذو التردد المنخفض هو معيار في البناء الحديث، حيث يحد هذا الفولاذ من فقدان الاسترخاء بنسبة لا تزيد على 2.5 في المائة بعد الساعة الواحدة من العمر بنسبة 70 في المائة من القوة المضغوطة (80 في المائة للتصميمات الدولية) ويحد من معدل الاسترخاء البالغ 2.5 في المائة بالنسبة للفئة الثانية (التراخيص) و 4.0 في المائة بالنسبة لقوى الاسترخاء الشائعة.

متطلبات تكوين المواد الكيميائية

ويؤثر التكوين الكيميائي للفولاذ الجاهز تأثيرا مباشرا على قوته، وعلى النعال، والصلبة، ومقاومة كسر الإجهاد، وتفرض المعايير قيودا صارمة على العناصر الرئيسية.

والكربون هو عنصر التصلب الأولي، إذ إن محتوى الكربون، في حالة الفولاذ المسبب للإجهاد، يقتصر عادة على نسبة 0.75% إلى 0.85% حسب الرتبة، ويزيد من قوة الكربون ولكنه يقلل من قابلية التخصيب، كما أن المنغنيز (0.30% إلى 1.2 في المائة) يحسن القوة والتشويه.

ويمكن إضافة عناصر المحار الدقيقة مثل الفاناديوم والنيوبيوم والتانيوم بكميات خاضعة للمراقبة من أجل تحسين هيكل الحبوب وتحسين القوة دون التضحية بالخصوبة، غير أنه يجب توثيق استخدامها، ويجب أن يدخل التكوين النهائي ضمن المظاريف المعياري، ويجرى الاختبارات المتعلقة بالتكوين الكيميائي عادة باستخدام المطياف أو الكيمياء الرطبة على كل حرارة من الفولاذ.

نوعية السطح والتسامح الديموغرافي

ويمكن أن تؤدي العيوب السطحية مثل الشقوق، والثغرات، والثغرات، والشقوق، إلى حدوث صدع للإجهاد أو التشنج، وتضع جميع المعايير متطلبات صارمة لنوعية السطح، فمثلا ينص نظام ASTM A416 على أن تكون الخيوط خالية من الصدأ، والحجم، والعيوب التي يمكن أن تقلل من قوتها أو من حياتها في الخدمة.

فالتسامحات الديموغرافية تضمن أن الصلب يلائم نظم المرساة ومناطق الموصلات، وبالنسبة للسلاسل، تحدد المعايير قطرا اسميا، ومنطقة شاملة لعدة قطاعات، والتسامح على قطرات قطرية (مثلا، 0.15 ملم لقطع 12.7 ملم)، وتزيد درجة تسامح الزوجات، عادة 0.05 ملم، وتتمتع البارات تحت الرمز A722 بتساهلات في مقياس ودرجة المقاييس 1.

أساليب الاختبار

(أ) التحقق من خصائص الصلب المعالجة المسبقة يتطلب إجراءات اختبار موحدة؛ أما الاختبارات الأكثر شيوعاً فتحددها [(FLT:0]ASTM A370]، ISO 15630]، و[ في المعيار ISO 15630.]]

اختبارات الحيازة

وتُحدد اختبارات الحيازة قوة الغلة، وقوة التشابك، والارتداد، أما بالنسبة للقطع، فإن الآلة تلتقط العينة وتطبق زيادة الحمولة المحورية إلى أن تكسر، وتُنتج سجلات الاختبارات الإجهاد عن الإجهاد، وتستمد نسبة الإجهاد التي تُدفع بنسبة 0.1 في المائة من طريقة التعويض، وعادة ما تبلغ طول الارتفاع 600 ملم بالنسبة للسلاسل في إطار نظام الصرف الآلي أو 500 ملليمتر في كل من النين.

اختبارات الاختبارات بيند والعكس

وبالنسبة للأسلاك، فإن اختبارات النحل تقيّم قابلية التخصيب وسبر السطح، فالسلك يُقطر حول منبر من قطرات محددة (مثلاً 20 مرة من قطر الأسلاك) إلى 180 درجة ثم يُفحص للشقوق، ويُجري اختبار للنهاية العكسية (يعود إلى الوراء والخلف) محاكاة للإجهاد أثناء البناء.

اختبارات الفاتاغ

ويعتبر الأداء المفاجئ أمرا بالغ الأهمية بالنسبة للجسور وغيرها من الهياكل الخاضعة للتحميل الدوري، ويستلزم الاختبار تطبيق نطاق ضغط الإجهاد اللاحق (من 200 إلى 300 درجة مئوية) على تردد يتراوح بين 1 و20 هرتز و2 مليون دورة، وتقتضي معايير مثل EN 10138-2 أن تكون العينة على مستوى عدد محدد من الدورات دون فشل، ويجب أن تكفل عملية التجهيز التحميل نقلايل من خلال التكرار الميداني.

اختبار الاسترخاء

وتقيس اختبارات الاسترخاء فقدان الإجهاد بمرور الوقت عند السلال المستمر، وتحمّل العينة إلى 70 في المائة أو 80 في المائة من قوتها الفعلية المتشابكة وتوضع في درجة حرارة ثابتة (20 درجة مئوية 2 درجة مئوية) لمدة 000 1 ساعة، ويسجل انخفاض الإجهاد، وتستخدم أجهزة اختبار الاسترخاء الحديثة التحكم في الصوت المغلقة للحفاظ على طول ثابت، وتُستهلك النتيجة إلى 000 1 ساعة باستخدام علاقة لوغاريت.

اختبارات التعقب الإجهادي

وفي البيئات العدوانية، يكون الفولاذ المعالج للطيوران قابلاً للاختراق في الهيدروجين وكسر الضغط، وقد تتطلب المعايير اختبارات مثل اختبار التحميل المستمر في حل هوسيات الصوديوم (EN ISO 15630-3) أو اختبار بطء معدل الضغط، وتقيم هذه الاختبارات مقاومة الفولاذ للكسر تحت ضغط مضاعف في وسط متآكل.

الامتثال وضمان الجودة

ولا تُعتبر معايير الاجتماع عملية لمرة واحدة، إذ يجب على المصانع أن تدمج ضمان الجودة في كل دفعة إنتاجية، وتبدأ العملية بفحص المواد الخام، وتختبر فواتير الفولاذ الواردة للكيمياء، وأثناء التصنيع (التدفئة، والتصفيق، والجذب، والرسم البارد، أو الإجهاد)، وتتحقق عمليات التفتيش في العمليات من مقياس، والارتداد، والعيوب السطحية.

:: يضيف التصديق على الأطراف الثالثة طبقة إضافية من الثقة، ويقتضي العديد من المشاريع أن ينتج المصنوع الفولاذ المعالج من قبل شركة إيزو 9001 شهادة، وأن يتم التحقق من معايير محددة للمنتجات (مثلاً، نظام ASTM A416) بواسطة مختبر اختبار معتمد.

فالقابلية للتعقب أمر أساسي، وينبغي أن يوضع في كل عجل أو رف من السلال عدد كبير من المواد، والتسميات الموحدة، وتحديد هوية الصانع، ويتزايد استخدام رموز بار أو علامات RFID لربط تقارير الاختبار بشحنات منتجات محددة، ويجب الاحتفاظ بالوثائق اللازمة لحياة الهيكل كجزء من خطة جودة المشروع.

المواصفات المتعلقة بأشكال المنتجات المختلفة

ويتوفر الفولاذ المعالج بثلاثة أشكال رئيسية: السلك والقطع، ولكل منها مواصفات وتطبيقات فريدة.

Strands

وتتكون الشرائح من 2 أو 3 أو 7 أسلاك مُصابة بجرح مُتذب، وتُعتبر سلالة ذات سعرات 7 أسلاك (ملحقة أو معيارية) أكثر شيوعاً في ما بعد التكثيف والتكفير، وتُغطي مساحات مقاومة التفريغ من 7 إلى 0.618، وتُغطي هذه المركبات من 10 إلى 0.6 إلى 860.

الأرملة

وعادة ما تستخدم هذه السلاسل في تطبيقات ما قبل التكدس وتعزيز الحلق، أما أس تي إل 421 فيغطي أسلاك مخففة للإجهاد و منخفضة التحلل، أما التعميم رقم 10138-1 فيغطي أسلاك التفريغ العام، وتشمل المواصفات الرئيسية الحد الأدنى من القوة الثابتة البالغة 1570-11860 درجة (بنسبة 40 في المائة من diameter).

الحانات

وتستخدم الحانات المرتفعة، التي تسمى أيضاً القضبان المبتذلة أو الحانات المرتدة، في فترة ما بعد التوتر حيث يلزم وجود قوات عالية أو مناطق مرسوة قصيرة، ويغطي نظام ASTM A722 القضبان التي تبلغ فيها الحد الأدنى من القوام المضغوط 1035 MPa (Grade 150) و 1170 MPa (Grade 170.5 في المائة) البارزات التي يمكن أن تكون سهلة أو مصممة على طولها 3 بكاملها.

الجهود العالمية للتغيرات والتوحيد

وعلى الرغم من وجود أسس تقنية مشتركة، توجد اختلافات كبيرة بين المعايير الإقليمية، فعلى سبيل المثال، اختبار السلاسل الآبارية A416 للارتقاء بمسافة تزيد على 600 ملم، بينما يستخدم الرقم 10138 EN طولاً قياسياً قدره 500 ملم، وتسمح الحدود القصوى للاسترخاء بـ 2.5 في المائة بعد الساعة الواحدة بـ 70 في المائة من الحمولة الأولية؛ وتسمح الفئة 2 في المائة من الفئة الأولى، ويمكن أن تخلق حواجز في المشتريات الدولية تحدد بدقة.

وتهدف جهود التنسيق التي يبذلها الاتحاد الدولي للاختبار الهيكلي (الشكل) والمنظمة الدولية لتوحيد المقاييس إلى الحد من أوجه التضارب، وتوصي المدونة النموذجية للمواقع 2010 ] بشروط قائمة على الأداء يمكن تلبيتها بواسطة الصلب المطابق إما لنظام الصرف الآلي أو الشبكة البيئية، شريطة تحقيق القيم الدنيا، وتشجع هذه النماذج التقارب.

وتشمل الاتجاهات المستقبلية اعتماد فولاذ أعلى مستوى (02000-MPa) يتطلب تحديث أساليب الاختبار وربما حدوداً أكثر صرامة للقابلية للاختزال، وتقوم هيئات المعايير حالياً بتنقيح الوثائق اللازمة لاستيعاب هذه المواد مع ضمان هامش الأمان.

خاتمة

ولا تقتصر المعايير والمواصفات المتعلقة بصناعة الصلب على المتطلبات الإدارية، بل هي العمود الفقري للموثوقية الهيكلية، فهي تتيح للمهندسين تصميماً واضحاً، مع الثقة والمقاولين، لتركيب مواد تعمل على الصراف الآلي، وتستلزم الامتثال التزام من المصنعين من خلال مراقبة دقيقة للجودة ومن المواصفات التفصيلية للمشروع التي تشير إلى المعايير الصحيحة(10)، حيث إن طلبات البناء تنمو وتحافظ على تطورها دولياً.