تقوية الجسور

مقدمة

في السنوات الأخيرة، ازدادت أضرار الجسور الناتجة عن حوادث الحريق. عادةً ما يؤدي تشقق الخرسانة في عوارض البلاطة، وعوارض السقف، وأعمدة الدعامات إلى صغر حجم المقطع. في الحالات الشديدة، يزداد تآكل قضبان الفولاذ المكشوفة، وفقدان إجهادها المسبق، وانحراف عارضة الصفائح، مما يؤدي إلى تشققات شد في أسفل عارضة الصفائح، وما إلى ذلك. بعد الحادث، وقبل كل شيء، ووفقًا للوضع الفعلي في الموقع، من الضروري تحليل وقت ودرجة حرارة الحريق، وتقييم ضرر الجسر وانخفاض قدرته على التحمل، وذلك لتقويته وتقليل الخسائر الناجمة عن الحريق إلى أدنى حد.

تحليل أضرار الجسر بعد الحريق

1.1 أضرار الخرسانة

في حالة الحريق، تكون الخرسانة هي أول من يتعرض للضرر. ستفقد الخرسانة قوتها بعد ارتفاع درجة الحرارة. يمكن ملاحظة أنه عندما تكون درجة الحرارة أقل من 300 درجة مئوية، لا تتغير بلورة حجر الأسمنت، بل يتبخر الماء الداخلي غير المرتبط فقط، ويختلف معامل التمدد الحراري للركام وحجر الأسمنت، مما يؤدي إلى تشققات دقيقة، وتقل قوة الخرسانة قليلاً. عندما تكون درجة الحرارة بين 300 و600، يجف هيدروكسيد الكالسيوم في عجينة الأسمنت ويتحلل، وتتلف البلورة قليلاً، ويبدأ معجون الأسمنت في التراخي وتقل قوة الخرسانة. يبدأ الدولوميت وكربونات الكالسيوم في الخرسانة في التحلل عندما تكون درجة الحرارة بين 600 و800 درجة مئوية، ولم يعد الركام مستقرًا، وتقل قوة ضغط الخرسانة بشكل حاد. عندما يتعرض معجون الأسمنت لدرجة حرارة عالية تزيد عن 800 درجة مئوية، يصبح معجون الأسمنت متكتلًا متقطعًا وتفقد قوة الخرسانة بشكل أساسي. يظهر تأثير درجة الحرارة على القوة في الرسم التخطيطي.

في الواقع، عندما لا تكون درجة الحرارة مرتفعة جدًا، قد تنفجر الخرسانة وتتشقق بسبب التمدد الحراري. عند استخدام الماء لإطفاء الحرائق، يُبرّد سطح الخرسانة الساخن بسرعة بفعل الماء، مما يُؤدي إلى اختلاف في الإجهادات الداخلية والخارجية لعناصر الخرسانة، مما يُفاقم من تشققها. لذلك، يتمثل الضرر الرئيسي للجسور في الحرائق في انفجار الخرسانة وتشققها، مما يؤدي إلى انخفاض سمك الطبقة الواقية، وحتى حديد التسليح العاري. في الوقت نفسه، تنخفض مساحة مقطع العنصر. بالنسبة لعارضة الصفائح، تنخفض صلابة الانحناء، ويزداد الانحراف، وتظهر شقوق الشد في أسفل الصفائح. كما يمكن أن تصبح الخرسانة غير المتقشرة مفكوكة بسبب ارتفاع درجات الحرارة، وانخفاض القوة والمتانة، وسهولة تآكل الفولاذ الداخلي، وغيرها من الآثار السلبية المرتبطة بها.

1.2 تلف قضبان الفولاذ

مع مرور الوقت أثناء الحريق، ترتفع درجة حرارة قضبان الفولاذ تدريجيًا، خاصة بعد تقشير الطبقة الواقية. تختلف قوة قضبان التسليح قليلاً عند درجة حرارة 200 درجة مئوية، ثم تنخفض. تنخفض القوة القصوى، ومقاومة الخضوع، ومعامل المرونة لقضبان التسليح مع زيادة درجة حرارة الحريق، وتصبح لينة عند درجة حرارة 450 درجة مئوية. عند وصول درجة الحرارة إلى 600-700 درجة مئوية، يتغير التركيب البلوري الداخلي لقضبان التسليح، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في القوة ومعامل المرونة وفقدان حوالي نصف القوة. بعد التبريد، يستعيد الفولاذ قوته جزئيًا، لكن إعادة ترتيب البلورات الداخلية، وقوة الخضوع، والقوة القصوى تنخفض، وتزداد اللدونة. في حالة استخدام الماء لإطفاء الحريق، سيخضع قضيب الفولاذ لعملية التبريد ويصبح هشًا. تحتوي قضبان الفولاذ مسبقة الإجهاد ومفصلاتها على نسبة كربون أعلى، وهي أكثر تأثرًا بالحريق من قضبان الفولاذ العادية. يؤدي الاسترخاء في درجات الحرارة العالية إلى فقدان كبير للإجهاد المسبق. إذا تم تجريد الطبقة الواقية تمامًا، فسيتعرض قضيب الفولاذ مباشرة للحريق، وسيتأكسد سطحه ويصدأ. إذا لم تُعالج المشكلة في الوقت المناسب، فسيتطور تآكل قضبان الفولاذ بسرعة ويؤثر على متانتها.

1.3 فقدان قوة التماسك بين الخرسانة المسلحة

بسبب معامل التمدد الحراري الكبير لقضبان الفولاذ، تتعزز قوة الترابط بين قضبان الفولاذ والخرسانة في البداية بفضل الترابط القوي بينهما. ومع ذلك، مع تلف هيكل عجينة الأسمنت الناتج عن الحريق، تتلاشى قوة الترابط تدريجيًا، ويؤدي ذلك إلى تشقق الطبقة الواقية الخرسانية، مما يُقلل قوة الترابط بشكل كبير.

تقنية تقوية الجسور بعد الحريق

تسليح عوارض البلاطات

في حالة الحريق، عادةً ما تظهر عوارض البلاطات الخرسانية وهي تتشقق وتتشقق، بينما تصبح غير المتشققة مفكوكة، لذلك يجب أولاً قطع الخرسانة المفكوكة قبل تسليحها. إذا كانت حالة التشقق خطيرة وكان قضيب الفولاذ مكشوفًا، فيجب معالجة مقاومة الصدأ. بعد تماسك الطبقة الإنشائية، من الضروري استعادة سمك المقطع باستخدام ملاط الإصلاح. عندما لا يكون التقشر خطيرًا، يمكن إصلاحه مباشرةً باستخدام ملاط الإصلاح. عندما يتجاوز سمك طبقة التقشر 3-4 سم، يصعب إصلاحه مباشرةً. يمكن غرس قضيب الفولاذ أسفل اللوح، ثم تعليق شبكة قضيب الفولاذ أو السلك لإصلاح سمك المقطع الأصلي. في حال تعرض قضيب الفولاذ للتلف، يجب أولًا إزالة الصدأ وتثبيطه، ثم إصلاحه إلى سمك المقطع الأصلي.

نظرًا لأن قوة قضبان الفولاذ في البلاطة والعارضة غالبًا ما تنخفض بعد الحريق، يمكن تحديد درجة الانخفاض وفقًا لدرجة حرارة الحريق ومدته، ثم تصميم التسليح لتحسين قدرة التحمل. يمكن استخدام صفائح الفولاذ اللاصقة أو ألياف الكربون في تسليح الخرسانة، نظرًا لمزايا ألياف الكربون في القوة العالية وخفة الوزن ومقاومة التآكل والمتانة.

تقوية عوارض التغطية

يتميز عزم الانحناء وقوة القص لعوارض التغطية بكبر حجمها نسبيًا، وغالبًا ما تُحرق من ثلاثة جوانب، مما يؤدي إلى انخفاض قدرة الانحناء وقوة القص لها بشكل حاد بعد انفجار الخرسانة وتشققها. ولتحسين قدرة الانحناء لعوارض التغطية، يُثبت نسيج ألياف الكربون على شكل حرف "U" أسفلها، على غرار الركائب، لتعزيز قدرتها على تحمل القص.

تعزيز أعمدة الدعامات

عادةً ما تكون دعائم جسور العوارض أسطوانية الشكل مع تسليح طولي وركائب حلزونية. أكثر الأضرار التي قد تلحق بالركائز أثناء الحريق هي تفتت الطبقة الواقية، حتى قضبان الفولاذ العارية، وانفجار الخرسانة في الركائب الأكثر خطورة. لذلك، تنخفض قدرة تحمل أعمدة الدعامات، وعادةً ما تشمل إجراءات التعزيز ترميم القسم.

فيما يتعلق بالحجم وتعزيز قدرة التحمل. حاليًا، تُستخدم طريقة التسليح الشائعة في الهندسة لزيادة قدرة التحمل باستخدام قماش ليفي حول طريقة التسليح اللاصق، مما يُحسّن قدرة تحمل الأرصفة الخرسانية الداخلية في حالة الضغط ثلاثي الأبعاد. وقد أظهرت دراسات أخرى أن الأداء الزلزالي للأعمدة المُقوّاة بألياف الكربون قد تحسّن بشكل كبير.

ملخص

لتعزيز جسور الطرق السريعة المتضررة من الحرائق، أو لأسباب أخرى، لتحسين قدرة التحمل، تُستخدم طريقة التسليح اللاصق بألياف الكربون.