قد تكون أسطح الجسر مصنوعة من الفولاذ أو الخرسانة أو الخشب أو مزيج منها ، تعتبر أسطح الجسر الخرساني المسلح (RC) الأكثر شعبية .

غالبًا ما يتم تقليل عمر خدمة أسطح الجسر بسبب
– تآكل حديد التسليح بسبب العوامل البيئية القاسية
– التشققات الناتجة عن الأحمال الزائدة
– زيادة حجم حركة المرور
– وعناصر أخرى

الحلول المقترحة لحل المشاكل

1- استبدال هيكل السطح بالكامل
2- استخدام ألواح الصلب (غلاف الفولاذي) لتقوية سطح الجسر
3- استخدام طريقة زيادة أبعاد و سمك السطح بستخدام غلاف الخرساني
4- استخدام مواد FRP لتقوية سطح الجسر

من الواضح أن كل من هذه الحلول لها ميزات و عيوب وفقًا للموقف ، والتي سنبحث بعضها في ما يلي .

استبدل هيكل السطح بالكامل

نعني بالاستبدال ، استبدال السطح التالف بسطح جديد تم إعادة تصميمه لاستيعاب قدرة التحمل و الخدمة الجديدة .

مزايا استبدال هيكل السطح

– استخدام تقنيات التصنيع الجديدة
– تكون اقتصادية في بعض الحالات كبديل للإصلاح و التحسين
– القدرة على تصميم سطح جديد حسب الحاجة المتزايدة
– إمكانية زيادة سعة الخدمة

عيوب استبدال هيكل السطح

– استهلاك للوقت
– غير اقتصادية
– خلق حركة مرور كثيفة
– اغلاق طرق الاتصال الهامة

استخدام صفائح فولاذية (غلاف فولاذي) لتقوية سطح الجسر

تعد الألواح أو قمصان الفولاذية إحدى طرق لتقوية سطح الجسر ، مما يزيد من القوة و المطيلية أمام التغيرات الطفيفة في وزن السطح . في هذه الطريقة ، عن طريق إضافة صفيحة فولاذية إلى السطح و تقييدها ، يتم ملء الفراغ بين الصفيحة و السطح بالملاط أو الإيبوكسي لزيادة قوة السطح بالإضافة إلى خلق الالتصاق .

مزايا استخدام صفائح الفولاذية

– القدرة على تعديل الوصلات في الإطارات
– سهولة إنشاء الروابط بين الأعضاء
– لا حاجة لغطاء حريق
– تدخل طفيف في المعماربة

عيوب استخدام صفائح الفولاذية

– تقليل من السلامة حين الحرائق
– تآكل وصدأ الفولاذ
– زيادة صلابة العناصر
– وقت طويل للتثبيت

استخدام طريقة زيادة أبعاد وسمك السطح بطريقة الغلاف الخرساني

طريقة أخرى لتقوية السطح الجسر الخرسانية هي زيادة سمكها و أبعادها بغطاء خرساني ، وفي هذه الطريقة يتم استخدام خرسانة و حديد التسليح جديدة على السطح أو أسفل السطح لزيادة القوة و الصلابة .

مزايا زيادة السماكة باستخدام الغلاف الخرساني

– تصحيح مشكلة القوة و صلابة السطح في نفس الوقت
– لا حاجة لطلاء حريق
– سهولة إنشاء الروابط بين الأعضاء
– لا يكون السطح عرضة للتآكل و الصدأ

عيوب زيادة سمك الغلاف الخرساني

– زيادة كبيرة في وزن السطح
– الحاجة إلى عمليات تنسيق و تنفيذ متعددة
– تكلفة عالية نسبيًا
– وقت طويل للتثبيت

استخدام مواد FRP لتقوية سطح الجسر

تحتوي ألياف البوليمر المدعمة (FRP) على مكونين ، ألياف أو فايبر كعنصر تقوية و البوليمر أو راتنجات الايبوكسي كعنصر حماية  وهي تضمن حماية مادة التقوية من العوامل الخارجية . الألياف بشكل عام أقوى من البوليمرات و هي في الواقع عناصر حاملة . يوفر الراتينج دعماً جانبياً للألياف و يجعل الألياف مقاومة للظروف البيئية .

يمكن استخدام مواد FRP عادة في شكل صفائح FRP وشرائط FRP و حديد التسليح FRP لتقوية سطح الجسر .

مزايا استخدام FRP لتدعيم سطح الجسر

– مقاومة عالية نسبة لوزن مواد FRP
– التوافق الحراري مع الخرسانة
– مقاوم لتآكل
– القدرة على الاستخدام لأسطح الغير منتظمة

عيوب استخدام طريقة FRP

– إمكانية فصل مواد المركب عن السطح في حالة التوصيل غير الصحيح أو راتينج الايبوكسي رديء الجودة
– عدم توافق الألياف الزجاجية (GFRP) باستثناء ArGlass في البيئات القلوية
– سلوك FRP هش و يحدث تمزق المفاجئ
– تقليل مقاومة الشد النهائية لحديد التسليح FRP عن طريق تقليل القطر

من ميزات استخدام مواد FRP مقارنة بالطرق الأخرى

– لا تواجه مواد FRP مشاكل مقارنة بالطرق الأخرى مثل مشاكل في النقل و التركيب و أيضًا زيادة وزن الهيكل . لهذا السبب ، يطلق عليها (structural wallpaper) أيضا .

– مقاومة شد الخرسانة منخفضة جدا و قوة شد الصلب حوالي 200 ميجا باسكال بينما مقاومة شد الكربون (CFRP) هي 3500 إلى 4800 ميجا باسكال مما يعني أن مقاومة الشد لـ FRP  أكثر حوالي 10 مرات .

– على سطح الجسور ، من الأمور التي يجب أخذها في الاعتبار أن الفولاذ المستخدم لا يجب أن يواجه أي مشاكل من حيث دورات التحميل و التفريغ ، بينما سلوك التعب في FRP ، على عكس الفولاذ ، جيد جدًا و يمكنه تحمل الكثير ثم حدوث الفشل .

– مع تركيب FRP تقل الانعالات بنسبة 30 إلى 40٪.

– تزيد شرائط FRP من قابلية الانحناء بنسبة 35٪ و القص بنسبة تصل إلى 20٪ .

– لن يؤثر التعرض لألواح FRP للماء لمدة 60 يومًا على درجة حرارة الغرفة في قدرتها على التحمل .

– تعتمد وظيفة صفائح FRP كمفاصل خارجية في أسطح الجسر على تطبيقها . من بين تطبيقات FRP في طوابق الجسر ، يمكن ذكر ما يلي:

– استخدام مواد FRP لزيادة قدرة سطح الجسر و تقويته
– استخدام مواد FRP لأسطح الجسور المعرضة لمخاطر البيئية الشديدة (درجة الحرارة ، الرطوبة ، التآكل ، إلخ)
– استخدم مادة FRP لتغطية الشقوق في سطح الجسر
– و….

نصائح تنفيذية قبل تركيب مواد FRP

– لا تعد مقاومة الانضغاط للخرسانة مهمة جدًا لتركيب مواد FRP ، لكن قوة قص السطح مهمة بالنسبة لنا . لهذا الغرض ، نقوم بإجراء اختبار يسمى اختبار السحب ، ويجب أن تكون كمية المقاومة التي يتم الحصول عليها من خلال هذا الاختبار أكبر من حدا معينا مما يمكننا استخدام طريقة اتصال FRP بالسطح المطلوب .
– تجهيز السطح الخرساني للتركيب بحيث يتم إزالة مواد الزائدة و المواد الموجودة على الخرسانة و التي لا تحتوي على مقاومة (مثل الملاط) من سطح الخرسانة بحيث يمكن رؤية الركام .
– غسل السطح المطلوب بالماء و تجفيفه
– تنظبف السطح المطلوب بالأسيتون
– تحضير سطح صفائح المركبة عن طريق صنفرة الألواح ثم تنظيفها بالأسيتون

نصائح لتثبيت مادة FRP على سطح الجسر

– عادة ما يتم تركيب صفائح FRP في أسفل السطح.
– يتم تركيب ألواح FRP بشكل مواز و عمودي لاتجاه حركة المرور .
– بسبب المقاومة العالية لألياف الكربون مقارنة بالألياف الأخرى لهياكل الجسور ، يفضل استخدام ألواح الكربون.
– إن زيادة سمك الألواح المركبة لا يؤدي إلى تحسين الأداء و يقلل أيضًا من القوتها .
– لطول الألواح المركبة تأثير كبير على القوة ، فكلما زاد طول الألواح ، زادت القوة .

تقنيات تقوية مادة FRP

تقنيات التدعيم الأكثر شيوعًا باستخدام مركبات FRP هي:
1- طريقة تقوية الوصلات الخارجية (EBR) باستخدام ألواح وأشرطة FRP
2- طريقة تثبيت بالقريب من السطح (NSM) باستخدام أشرطة FRP وحديد التسليح

تقوية سطح الجسر بمواد FRP

معظم أسطح الجسر مصنوعة من بلاطة الخرسانية المسلحة . لذلك ، في هذا القسم ، سوف نناقش تقوية البلاطة الخرسانية بمواد FRP .
هناك نوعان من الأسطح الخرسانية :

• بلاطة معصبة باتجاه واحد.أي محور واحد
• بلاطة معصبة باتجاهين.ذات محورين

 

سطح الخرساني ذات محور واحد

يتم استخدام طريقة الصب في الموقع عند تنفيذ البلاطات أحادية الاتجاه المحمولة على الكمرات بعد تركيب القوالب والشدات المناسبة وتركيب التسليح، وأخيرًا يتم صب الخرسانة الطازجة في موقعها . نسبة الطول إلى العرض لا تقل عن ٢ وتكون محمولة على كمرتين أساسيتين. يمكن أيضًا استخدامها في البحور الأكبر بتكلفة أعلى نسبيًا وترخيم أعلى للبلاطة. بالإضافة إلى، هناك حاجة إلى شدات وقوالب لصب الكمرات الحاملة.

آلية الفشل

في بلاطة ذي الاتجاهين ، يكون خطر حدوث فشل الانحناء أكبر من فشل القص . لذلك ، عادة ما يتم تقوية سطح الجسر ثنائي الاتجاه لتقوية الانحناء . عندما يتم تطبيق حمل موحد على بلاطة أحادي الاتجاه ، تتشكل مفصل للدن عند نقاط ذات عزوم الانحناء القصوى ، ويحدث تمزق الانحناء عندما يتم توصيل هذه النقاط في خط واحد . هذه السطور تسمى خطوط الاستسلام . خطوط الاستسلام مستقيمة ونهاية خطوط الاستسلام عند حدود السطح.

تقوية بلاطة ذو محور واحد باستخدام FRP

يتم تثبيت مواد FRP في الاتجاه المطلوب و عمودي على خط الاستسلام المتوقع. بمعنى آخر ، يتم تثبيت شرائح FRP بشكل عمودي على عوارض السطح . يمكن استخدام كل من شرائط FRP وحديد التسليح FRP على هذه الأسطح . لكن قضبان FRP تتمتع بمزايا أفضل قليلاً من أشرطة FRP ، بما في ذلك التثبيت الأسرع و المساحة الأقل ، مما يعني أن هناك حاجة إلى مساحة أقل للتحضير.

سطح الخرسانية ذات المحورين

يُسمّى اللوح الذي يتم دعمه على عوارض من جميع الجوانب الأربعة والأحمال بواسطة الدعامات على طول كلا الاتجاهين بالبلاطة ذات الاتجاهين. في هذا اللوح، تكون نسبة الامتداد الأطول (l) إلى المدى الأقصر (b) أقل من اثنين (l / b <2). فمن المحتمل أن تنحني هذه الألواح على طول كلا الامتدادات. في بلاطة ثنائية الاتجاه، يتم نقل الحمل في كلا الاتجاهين إلى الحواف الداعمة الأربعة، وبالتالي يتم توفير التعزيز في كلا الاتجاهين.

آلية الفشل

يحدث التمزق في هذا النوع من السطح في اتجاهات مختلفة و تتركز خطوط التمزق في المركز .

تدعيم سطح الخرسانية ذات المحورين باستخدام FRP

نظرًا لآلية الفشل على الأسطح ذات المحورين ، يجب تثبيت شرائح و ألواح FRP في الوسط و تركيبها بعيدًا عن الزوايا .
في هذا النوع من الطوابق ، يمكن استخدام مزيج من أساليب EBR و NSM ، بحيث في الاتجاه الموازي للحواف الأقصر ، نضع قضبان التسليح أو شرائط FRP في طريقة NSM ، وفي الاتجاه الموازي للحافة الأطول ، يمكن وضع شرائط FRP بطريقة EBR . هذا لأن التجارب أظهرت أن قضبان FRP لديها قوة انحناء أقل من أشرطة FRP ، ونحن بحاجة إلى مزيد من قوة الانحناء عند الحافة الأطول مقارنة بالحافة الأقصر .