دور صناعة الصلب في التشييد السريع للهياكل الأساسية لحالات الطوارئ

المبدأ الأساسي: وضع مادة مكرونة في الضغط

فالواقع قوي في الضغط ولكنه ضعيف في التوتر، والفكرة الرئيسية للضغط على الخرسانة هي إدخال ضغط متعمد ومتحكم به في الخرسانة قبل تطبيق حمولات الخدمة، وعندما يحاول الحمولة لاحقاً خلق التوتر، يجب أن يتغلب أولاً على هذا الضغط قبل وقوعه، ويتضح من الأثر الصافي أن الخرسانة تبقى في ضغط (أو في حالة التوتر المنخفض) تحت أعباء العمل، وتقضي عملياً على الكراكات وتزيد من القدرة المفيدة.

أنواع الإجهاد

وهناك طريقتان أوليتان لتطبيق السبق، وكل منهما له آثار متميزة على التشييد السريع:

• Pretensioning:] The steel tendons (strands) are tensioned between fixed abutments before concrete is cast around them. Once the concrete has hardened to sufficient strength, the tendons are released, transferring drression into the concrete through bond. This method is ideal for mass-produced, similar elements such as precast bridge rabow
• ]Post —Post —tensioning:] Ducts or sheaths are placed in the concrete member before casting. After the concrete medications, highstrength steel strands or bars are threaded through the ducts, tensionsed using hydraulic fools, and locked advantage off with wedges or nuts. The tendro tendout

أشكال المواد ودرجاتها

ويتوفر الفولاذ الجاهز بأشكال عديدة تبعاً للطلب:

• Strand:] The most common form for pre —tensioning and bonded — seven‐wire strand (six wire helically wrapped around a straight center wire) is the industry standard, with diameters from 0.5 to 0.6 inches (12.7 to 15.2 mm).
• Bar:] Used in unbonded post —tensioning, stay cables, and geotechnical anchors. Bars are readed and fitted with nuts. Common grades: 150 ksi (1035 MPa) and 300 ksi (2070 MPa).
• Wire:] Individual high-strength wires can be bundled for large tendons or used in special applications such as circular tanks and water pipes.

وتخضع الممتلكات الميكانيكية لمعايير مثل نظام ASTM A416 (الربطة الحديدية) وA722 (قضبان الصلب العالية الارتفاع) وتكفل هذه المواصفات وجودة وأداة متماسكتين لهما أهمية حاسمة بالنسبة للبنية التحتية لحالات الطوارئ حيث لا يكون الفشل خيارا.

ألف - مزايا الصلب الجاهز في البناء في حالات الطوارئ

إن السمات الفريدة من نوعها من الفولاذ الجاهز تتوافق تماما مع متطلبات مشاريع الطوارئ: السرعة والقوة والدوام والقدرة على التكيف، دعونا ندرس كل ميزة بعمق.

سرعة التشييد

(أ) أن تكون العناصر المجهزة بالعجلات هي الأكثر بروزاً أو جاهزة، مما يسمح باختلاق معظمها خارج الموقع، بينما يمضي إعداد الموقع في وقت واحد، ومن الأمثلة النموذجية استخدام المجهزين المفترسين المجهزين من قبل جسر، بينما يقوم المتعاقد بتنظيف الحطام وإعداد المؤسسات، يمكن أن يُلقى الغرز ويُعالج في مكان ممتد على بعد أميال من النباتات.

كما أن التكثيف بعد التكثيف يعجل بالبناء بتمكينه من توفير مزيد من الدعم الوسيط، إذ أن الأعمدة أو المثقفين أقل من عمل التأسيس وتجمع أسرع، وفي عمليات الإصلاح الهيكلي السريعة مثل استعادة الحانات المضرورة من ارتفاع الطرق، التي تُضاف إلى عناصر قائمة، يمكن أن تقترن بعناصر قائمة لإعادة الاستعادة السريعة للاستمرارية الهيكلية دون هدم وإعادة بناء الأقسام بأكملها.

الهيكلة والقدرة على التوسع

ونظراً لأن الفولاذ المعالج يستخدم على مستويات ضغط عالية، فإن شريحة صغيرة نسبياً من الصلب يمكن أن تنتج قوى ضغط كبيرة، وهذا يسمح للأعضاء الخرسانيين بأن يكونوا أرق وأخف وأطول. ] أن يكون هناك عدد أقل من الفطائر أو الأعمدة، وهو ما له قيمة خاصة عند إعادة بناء الجسور فوق الأنهار أو الزلازل أو ما قبل الألف أو ما قبل الألف.

• Elimination of tension cracks:] Under service loads, prestressed concrete remains in compression or at very low tension, so the steel is always protected by concrete cover free of cracks. This dramatically reduces the ingress of water, chlorides, and other aggressive agents that cause corrosion in conventional reinforced concrete.
• Improved fatigue resistance:] Prestressed members are better able to withstand repeated loads (traffic, wave action) because the stress range in the steel is smaller.
• (أ) حماية الفساد: في النظم الحديثة، يكون الفولاذ إما مترابطاً بالكامل ومغذّباً (إنتاج بيئة سلبية) أو مطهرة وزئيلة (غير مشبعة بالتوتر) في الحالات الطارئة، أما بالنسبة لتطبيقات الطوارئ في البيئات الملحية الساحلية أو المفككة، فتشمل سلفاً متطرفة ذات تكلفة مخففة في الآونة الأخيرة.

إن طول الهياكل المصممة والمحمية على النحو السليم موثق جيدا، إذ أن العديد من الجسور التي تبعد تكثيفها والتي بنيت في الخمسينات والستينات لا تزال في الخدمة بأقل قدر من الصيانة، مما يثبت أن الفولاذ المفترس ليس سريعا فحسب بل أيضا دائما بما يكفي لكي يصبح بنية أساسية دائمة.

المرونة والقابلية للاعتماد

وكثيرا ما لا يمكن التنبؤ بالاحتياجات الطارئة، فالتعريف يوفر المرونة من خلال ما يلي:

• Segmentally assembled structures:] Precast concrete segments can be post-tensioned together to form continuous bridges or retaining walls. The segments can be cast in advance and stored, then quickly connected on-ofsite using couplers for the tendons. This approach was used successfully to restore the Interstate 10 Twin Span bridge in Louisiana post-ur
• Adaptable temporary bridges:] The military’s Medium Girder bridge (MGB) and the civilian Acrow bridge use prestressed or high-strength steel components that can be assembled in multiple formations to suit different spans and loads. Prestressed concrete decks can be added to increase durability and reduce defle.
• Repair and strengthening:] يمكن إعادة هيكلة الهياكل القائمة بعد توقفها الخارجي لزيادة القدرة أو إلحاق ضرر صحيح، فعلى سبيل المثال، بعد وقوع زلزال، يمكن سحق المنافذ الخارجية على جرّاء متضرر، والتشديد على إغلاق الشقوق وإعادة القدرة على التحميل في غضون أيام.

التطبيقات الرئيسية في الهياكل الأساسية لحالات الطوارئ

وقد تم نشر الفولاذ الجاهز في مجموعة واسعة من السيناريوهات الطارئة والسرعة في جميع أنحاء العالم، كما أن التطبيقات الأكثر شيوعا وتأثيرا.

الجسور والتجاوزات

إن الجسور هي أهم وصلات أي شبكة للنقل، وهي في كثير من الأحيان أول من يفشل في أثناء الكوارث، إذ أن الجسور الخرسانية التي سبقت تركيبها هي مجموعة من الاستبدال السريع، وبعد الزلزال الذي أصاب لوما برييتا في كاليفورنيا في عام ١٩٨٩، استخدمت الدولة الطحالب الجاهزة المأهولة لإعادة بناء هيكل الكبسولة عن طريق الخطف، وفي الآونة الأخيرة، تم استبدال الجسور التي تصيبها الأعاصير في ساحل الخليج باستخدام عناصر جاهزة.

أما بالنسبة لجسور الطوارئ العائمة مثل تلك التي نشرها فيلق الجيش الأمريكي للمهندسين - المكونات الخرسانية التي تم تركيبها، فهي توفر القدرة اللازمة على الحرق والشحن، وهذه الخنادق مبنية في الأقسام، ثم تُطلق، ثم تُستخدم بعد ذلك لتشكل طريقا عائما مستمرا يمكن وضعه في غضون أيام.

المآوي المؤقتة والإسكان

وعندما يشرد آلاف الأشخاص، يجب إنشاء ملاجئ الطوارئ بسرعة، وتوفر أفرقة محددة جاهزة حلاً يكون مقاوماً للنيران ودائماً ومتاحاً، ويمكن تركيب لوحات حائطية جاهزة (كثيراً ما تكون من مجموعات السندويشات مزودة بأجهزة كهرباء) على أساس أبعاد قياسية، يتم نقلها إلى الموقع، وتُنشأ في يوم واحد.

حواجز الفيضانات واللافينات

وبالنسبة للدفاع المؤقت عن الفيضانات، توفر جدران كومة العجلات المثبتة وألواح الخرسانة القوة اللازمة لمقاومة الضغط الجوي للمياه، وتُستخدم أكوام الخرسانة المثبتة على نحو أقصر وأسهل من القيادة من أكوام الصلب التقليدية، ويمكن استخراجها وإعادة استخدامها، وفي هولندا، حيث يشكل الفيضانات تهديدا مستمرا، تُستخدم الحواجز الخرسانية المتنقلة التي تُعَدَّد في أحداث الطقس القاسية.

وفي الولايات المتحدة، يستخدم فيلق الجيش في الهندسة خطوطاً مصممة سلفاً من الخرسانة (اللوحات المشابهة) كحواجز فيضانات قابلة للانتشار، وترتبط الجدران بقضبان ما بعد التكديس التي تدور عبر مفاتيح الماشية، وتشكل خطاً للضغط المائي، وقد استخدم هذا النظام خلال الفيضانات التي تدور في نهر ميسوري عام 2019 لحماية الهياكل الأساسية الحيوية التي تقاس في ساعات كل قطاع.

إصلاح الطرق والمرور

وبعد وقوع كارثة، كثيرا ما تحتاج الطرقات والمطارات إلى التصحيح الفوري أو إعادة البناء الكامل، ويمكن استخدام قطعان محددة (تسمى غالبا " السلالم في الصف " ) لإصلاح سطحي سريع، كما أن أولترا - ثين قد تم تثبيتها مسبقا على مسكّنات ثابتة (50-75 ملم) إلى الرصيف الحالي وتحول بعده إلى القضاء على الشق، مما يوفر سطحا دائما في غضون 24 ساعة.

اعتبارات التصميم والتشييد

وفي حين أن إنتاج الفولاذ المسبق يوفر مزايا كثيرة، فإن النجاح في النشر في سياقات الطوارئ يتطلب اهتماما دقيقا بالتصميم والمواد واللوجستيات.

المادة المختارة وحماية التصويب

وفي البيئات العدائية )الملحات المعدنية، والملاحات الصناعية(، يشكل التآكل شاغلاً رئيسياً، ويجب تصميم هياكل الطوارئ لحياة الخدمة المتوقعة التي قد تكون أشهراً أو عقوداً، وتشمل الخيارات ما يلي:

• السلالات المزروعة أو المزروعة
• Stainless steel strands (ASTM A240 Type 316)
• كبسولة كاملة مع قنوات بلاستيكية وقطع خنازير مرنة (للمواصلات المرابطة)
• استخدام المناقصات غير المعدنية مثل CFRP، التي تقضي على التآكل كليا، وبينما تكون هذه المنافذ أكثر تكلفة وأقل من المناديل، فإنها تكتسب قبولا لتطبيقات الطوارئ حيث يكون الوزن بالغ الأهمية (مثلا الطيران في عناصر الجسر).

أساليب ومعدات التصعيد

أما بالنسبة للتشييد السريع، فإن التوتر الميكانيكي (العمليات الهدرائية) معيار، غير أنه في المناطق النائية التي لا تملك الطاقة، تكون الأغبياء المشغلة اليدوية أو الغازية ذات الطاقة الكهربائية متاحة، فعملية التكفير تتطلب سريراً معالجاً مسبقاً، يحد من إنتاج المزارع، وينطوي على صبغة متينة لأن الميول يمكن تأكيدها بعد الانتصاب.

مراقبة الجودة والاختبار

وفي حالات الطوارئ، قد يواجه الحد من الجودة بسبب سرعة المرافق وعدم وجودها، ولكن يجب فحص البارامترات الحرجة:

• التحقق من طول القوة وسرقتها
• القوام المضغوط في النقل (يصل إلى قوة محددة قبل تخفيف العقوبة أو بعد الإصطدام)
• - يمكن تقييم هذا الوضع عن طريق فتح قنوات التفريغ قبل غرس أو استخدام نظم الحقن الآلية.

:: نظم الإنشاءات ذات العناصر الجاهزة التي تم اختبارها في المصنع، تخفض مخاطر الموقع، ويحتفظ العديد من الملاك الآن ب " مخزونات الطوارئ " من العناصر المعيارية المجهزة مسبقا (الطوابع والكواليس واللوحات) التي يمكن إرسالها بسرعة، وعلى سبيل المثال، فإن إدارة الطرق السريعة الاتحادية تشجع الدول على وضع تصميمات موحدة تستخدم في الاستبدال السريع، في كثير من الحالات،

السوقيات والجمعية

ويمكن أن يشكل نقل الأعضاء المفترسين إلى المناطق المتضررة لفترة طويلة وشديدة، تحدياً، فالبناء الجزئي (بناء نطاق من القطع القصيرة التي تلت تكثيفها معاً) يخفف من الحاجة إلى الشاحنات المفرطة، ويمكن إنتاج الأجزاء المأخوذة من نوع ماتش - كوك وتخزينها وشحنها في الحاويات القياسية، وفي الموقع، كان هناك غدر إطلاق أو مواقع حفر بسيطة في الأجزاء، واستعادة الزلازل، واستخدمت طريقة تايوان في حالات الطوارئ.

التحليل المقارن: Prestressing Steel vs. Traditional Steel Reinforcement

ولفهم سبب تفضيل الإجهاد للتشييد السريع، فإن إجراء مقارنة مباشرة مع الخرسانة التقليدية المعززة يساعد على ذلك.

وبالنسبة للبنية التحتية الطارئة، فإن مزايا السرعة والتوسع والقابلية للاستمرار تفوق عادة أوجه الانتكاس، وتقابل ارتفاع التكلفة الأولية لصناعة الفولاذ الجاهزة انخفاض الحاجة إلى الاختناق، وانخفاض عدد العمال، وقصر مدة المشروع، وكلها حاسمة عندما يعادل الوقت حياة البشر.

التحديات والتخفيف من حدة آثارها في حالات الطوارئ

وعلى الرغم من فوائده، فإن استخدام الفولاذ المسبق في سياقات الكوارث ليس بدون تحديات، ففهم هذه العقبات يساعد المهندسين على التخطيط بفعالية.

حالات اختلال في سلسلة الإمداد

وبعد وقوع كارثة كبرى، كثيرا ما تُحجب طرق النقل، وقد تُتلف المصانع، وتحتفظ بلدان كثيرة الآن بقوائم جرد استراتيجية لمنتجات الفولاذ المعالج سلفاً والمواصفات القياسية، فمثلاً، يمكن للمعهد الأمريكي لتشييد الصلب ومعهد الاختصار الجاهز للتلفزيون الجاهز/المصمم أن يُنفذ برامج لحفز المواد المتاحة للاستخدام في حالات الطوارئ.