Table of Contents
ولا تزال الزلازل تشكل أحد أكثر الأخطار الطبيعية التي يمكن أن تنجم عن البيئة المبنية، والتي يمكن أن تحفز الفشل الهيكلي الكارثي في ثوان، حيث تركز سكان الحضر في مناطق نشطة زلزالية، ويضع الطلب على المباني التي يمكنها أن تصمد أمام حركة أرضية قوية بينما تحمي الحياة البشرية لم يكن أعلى من ذلك، وقد استجابت الهندسة الحديثة بمجمع من التكنولوجيات المتقدمة، ومن بينها تثبيت الفولاذي كحجر للزلازل.
ما هو العجلة؟
فإغلاق الفولاذ يشير إلى المنافذ الصلبة العالية، أو السلاسل، أو القضبان التي تتوتر إما قبل (التكسير) أو بعد (التكثيف) وضع الخرسانة المحيطة بها، وهذه المنافذ مصنوعة من الفولاذ المحار الذي يحتوي على قوة القذف، تتراوح عادة بين 860 1 و100 2 ميغا - بعيدا عن الصلب التقليدي، والأخذ المتعمد لهذا التوتر الخارجي يؤدي إلى إجهاد
ويختلف الأسلوبان الأساسيان في تسلسل البناء، حيث تتوتر المظاهرات في مراحل ما قبل الارتداد، قبل أن تدور حولها الخرسانة؛ وبعد أن تُطلق العناوين والمكاسب الكافية، تُنقل النزعات إلى العضو، وتُستخدم هذه الطريقة في العناصر الخرسانية الجاهزة، مثل جسور الجسور وخط الطوابق، وفي مرحلة ما بعد التكثيف، تُوضع الموابع في قنوات أو مواضع.
وينتج كلا النهجين عناصر هيكلية أكثر كفاءة من الخرسانة المعززة تقليديا، ويستخدم الفولاذ بشكل كامل القوة العالية المتشابكة، ويصبح الأعضاء الناتجون عن ذلك أكثر حساسية، ولاعة، وقادرة على توسيع المسافات الطويلة - كل خصائص تسهم في أداء السيزمي الأعلى.
العلوم خلف التظاهر بالأداء السيزمي
وفهما لما يكون الفولاذ الجاهز فعالاً جداً في تصميمات مقاومة الزلازل، يجب أولاً أن يستوعب المطالب الأساسية التي تفرضها الزلازل على الهياكل، وتخضع حركة الأرض السيزمية المباني إلى حمولات جانبية دورية، مما يؤدي إلى تبدل التوتر والضغط في أجزاء مختلفة من الهيكل، وتعززت القواعد الخرسانية التقليدية على قضبان الصلبة اللامعة لمقاومة القوى المتوترة بمجرد أن تؤدي الخرسانية إلى تدهور واسع النطاق.
مراقبة المسارات وإمكانية الخدمة
ونظرا لأن الإجهاد المسبق يولد قوة ضغط مستمرة، فإن الضغوط المتوترة الناجمة عن الحمل بالزلازل يجب أن تتجاوز هذه الإجهاد قبل أن تشكل الشقوق، وهذا التأخير في التشقق أمر بالغ الأهمية، وفي أحد الأعضاء المعالجين، فإن الشق الذي يظهر تحت الحمولة القصوى أكثر تضييقا ووزعا أكثر مساواة مقارنة بالخرسانة التقليدية، ونتيجة لذلك، تحسنت إمكانية الخدمة أثناء وبعد وقوع زلزال:
التقلبات والسدود الهستيرية
كما أن القدرة على التحلل - أي القدرة على التحلل - دون انهيار - هي أهم ممتلكات القدرة على مواجهة الزلازل - وتظهر عناصر محددة مثبتة مسبقاً قدرة محطمة على التغلغل لأن وجود فتيل كبير ذي قدرة كبيرة على الإجهاد قد يتعرض لتجاوزات كبيرة قبل الفشل، وهذا الانحراف يتيح للهيكل استيعاب وتبديد كميات كبيرة من الطاقة الكهرمائية.
الفوائد الرئيسية في تصميمات مقاومات الزلازل
إن مزايا إدماج الفولاذ المفترس في نظم تثبيت القوى الزلزالية تتجاوز مجرد السيطرة على الشباك والخصوبة، والفوائد التالية تجعل من الأفضل للمهندسين الذين يصممون الهياكل الأساسية الحيوية في المناطق ذات الكساد العالية.
تعزيز القدرة على العمل واستيعاب الطاقة
وكما لوحظ، فإن الجمع بين الفولاذ العالي القوة والقدرة على الغرار على فترات أطول يؤدي إلى زيادة تفكك الطاقة لكل كتلة من الوحدات، وهذا يعني أنه بالنسبة لمستوى معين من الهزات الأرضية، يمكن للهيكل المهيمن أن يستوعب نفس كمية الطاقة التي يُحدثها انهيار أكبر، وأكثر كثافة، وهو ما يُعزز عادة في البناء من أجل البناء الخفيف والبناء الاقتصادي، علاوة على أن أنماط الفشل المراقب لدى الأعضاء الذين يُطحون في أغلب الأحيان،
انخفاض الوزن الهيكلي
الضغط يسمح للمصممين باستخدام القطع الصغيرة و الأعماق الضحلة مقارنة بالمكافئات الملموسة المعززة، مما يؤدي إلى انخفاض الوزن الذاتي مفيد للغاية خلال الزلازل، لأن القوى السيزمية تناسب بشكل مباشر مع الكتلة، وتختبر بناء أخف قوى داخلية أصغر، مما يقلل الطلب على الأعمدة والأحزان والمؤسسات، وهذا الوزن يفتح الباب أيضاً أمام أعمدة الهندسة المعمارية، ويعرض المرونة.
تحسين القوة والانتعاش
وكثيرا ما يبدي الأعضاء المصممون سابقا قوة أكبر من القوة الجامحة والرأسية من نظرائهم الذين تعززهم تقليديا، حتى مع نفس الأبعاد، ويمكن أن يكون احتياطي القوة هذا بالغ الأهمية عندما تخضع الهياكل لاقتراحات أرضية تتجاوز أساس التصميم، وبالإضافة إلى ذلك، نظرا لأن المناقصات التي تلت التصعيد يمكن أن تُرتَّب في نواح متعددة داخل عضو واحد، فإن النظام يوفر مسارات متعددة للشحن - شكلا من أشكال الازد تزيد من احتمال بقاء الهيكل على الضرر الواسع النطاق.
تطبيقات في العناصر الهيكلية
ويُنشر الفولاذ الجاهز في كل نوع رئيسي تقريبا من العناصر الهيكلية التي تشارك في نظام إنشاء القوات الأفقية، ويعتمد اختيار التطبيق على تشكيل البناء، وطريقة البناء، وأهداف الأداء.
بعد فترة السنتين
في إطارات الفرز، توفر الشعاعات بعد التشريح القوّة والعقم اللازمة لتكوين خلايا بلاستيكية في مواقع محددة مسبقاً، عادة ما تكون المنافذ مميّزة لموازنة حمولات الجاذبية، مع خفض حجم القسم، وفي إطار التحميل السيزمي، فإنّ المنافذ غير مُربّطة أو مُربّعة جزئياً تعمل بالتضافر مع تعزيزات السائلة التقليدية
الحافظات الجاهزة
كما أن جدران الستار (Sar walls) هي نظام أولي لترسيخ القوات الأفقية في العديد من المناطق الزلزالية، حيث إن جدران الستار المجهزة سلفاً توفر عدة مزايا: فهي مصنوعة في ظروف مصنعية خاضعة للمراقبة، بما يضمن وجود تمركز محدد ومحدد بدرجة عالية، وكثيراً ما تطبق على المستويين الأفقي والرأسي على مجموعات ما قبل الولادة، مما يخلق جداراً أحادياً يصمم كوحدة واحدة للزرق.
الألوان وأطر الطراز
(أ) تعرض الأورام في الإطارات السيزمية تحميلات محورية عالية مقترنة بالزوابق الدورية ويمكن للتجهيز أن يعزز قابلية الطوابق في العمود ويقلل من احتمال حدوث تسرب في الهواء، خاصة عندما يقترن ذلك بتصميمات معززة أو عالية الخطورة.() وفي نظم الإطار غير المربوط بعد الكثافة، يمكن تصميم الأعمدة نفسها باستخدام قوالب غير مشبعة
الاعتبارات والتحديات المتعلقة بالتصميم
وفي حين أن إنتاج الفولاذ المسبق يوفر منافع كبيرة، فإن استخدامه الفعال في التصميم السيزمي يتطلب اهتماما دقيقا لعدة عوامل تختلف عن الممارسة التقليدية المعززة.
أساليب التحاليل للهبوط السيزمي
ويجب أن يُستأثر المهندسون بالسلوك غير الخطي للأعضاء غير المُشغَّلين بعد انقضاء فترة حكمهم، الذي يُظهر هستيراً على شكل علم يختلف عن الحلقات الدهونية من إنتاج الفولاذ البسيط، وكثيراً ما تكون هناك حاجة إلى إجراء تحليلات على التصميم غير الخطي للتصميمات، وذلك من أجل استخلاص المطالب الحقيقية، ويجب إيلاء اعتبار خاص لما يترتب على ذلك من احتمال الاختراق في جميع أشكال التصريف.
منطقة تيندون ليوت وآنشوراج
إن قياس النواحي الميول يؤثر مباشرة على قوة العضو وخصوبةه، فالأغشية عادة ما تكون ملتوية لتعظيم التساهل في منتصف المدة، بينما تتحكم في الضغوط في نهاية المطاف، وفي المناطق المرسوية، فإن الضغوط المحلية العالية تتطلب تفصيلا دقيقا مع التعزيزات الرئوية أو التعزيزات الثقيلة، وذلك من أجل منع الفشل المبكر في الأعمدة التي تُجرى بعد فترات الحمل.
حماية مدة الخدمة والتصويب
كما أن الفولاذ العالي الإجهاد يمكن أن يكون قابلاً للضغط وكسر الإجهاد وتشريد الهيدروجين إذا لم يكن محمياً حماية سليمة، وفي حالة حدوث اختراق في فترة ما بعد التكديس، فإن المنافذ تُطغى عليها بعد التأكيد على أنها تُستخدم في الرعي الطويل الذي يُعفي الفولاذ، وتعتمد المنافذ غير المُزدَنة على قذيفة بلاستيكية وقطعية.
دراسات الحالة والأمثلة الحقيقية على الصعيد العالمي
وبالرغم من أن النجاح في استخدام المعالجات في المباني التي تقاوم الزلازل موثق جيداً، ومن الأمثلة البارزة على ذلك أن عمدة توري البالغ من طوله 176 متراً في مدينة مكسيكو، الذي استخدم مزيجاً من جدران الخرسانية التي تلت التوتر، وأطراً غير مكتملة بعد ارتطامها في كاليفورنيا، والتي لم تُقدّم فيها أي أضرار هيكلية في أعقاب الزلزال الذي ضرب منطقة كرستي.
مستقبل التظاهر في التصميم السيزمي
ويواصل الابتكار دفع حدود ما يمكن أن يحققه الإجهاد من أجل القدرة على مواجهة الزلازل، إذ أن نظم التركيز الذاتي التي تستخدم أدوات غير مربوطة بعد الإصطدام، إلى جانب أدوات مصممة ذاتية التآكل للطاقة (مثلاً، وضع برامج مصممة على أساس الترسبات أو منافذ صلبة) تتجه إلى تطويرها في شكل مبان من الصلب والهيجين ذات القدرة على الصنع.
خاتمة
إن تركيب الفولاذ في مرحلة ما قبل الأزمة قد حقق مكانه بوصفه تكنولوجيا أساسية في تصميم البناء الذي يقاوم الزلازل، ومن خلال إدارة الضغوط الداخلية بصورة نشطة، يعزز القدرة على الصقل، ويتحكم في التفكك، ويقلل من الوزن الهيكلي، ويحسن القوة العامة، بينما سيمكن من إقامة هياكل أكثر مرونة وأكثر مرونة من الناحية المعمارية، ويسمح التطبيق الدقيق لمدونات الصقل قبل التوسع وتقنيات التكثيث الحضري، المدعومة بالتحليل الدقيق.