تدعيم عتبات الخرسانية

عادة ما يتم وضع العتبات أفقية في الهيكل و نقل الاحمال إلى الأعمدة . في الزلازل الشديدة ، لا يجب أن تتلف الأعمدة و يجب نقل الضرر إلى العتبات أو روابط المدعمات الأعمدة ، ولهذا الغرض ، عند تقوية المباني ، لا ينبغي أن تكون العتبة المدعمة أقوى من العمود المرتبط بها . كسور القص و الانحناء هما الحالتان الرئيسيتان للفشل في العتبات الخرسانية. يفضل كسر الانحناء بشكل عام على الكسر الناتج عن اجهاد القص لأنه يتصرف بشكل أكثر ليونة . انكسار المطيلي يؤدي الى توزيع الجهد و يسمح للمستخدمين و السكنة ، مزيد من الوقت لفهم وضع الحرج الحاصل للمبنى . أيضا ، يمكن أن تحدث فشل عتبات الخرسانة المسلحة بسبب أيونات الكيميائية. يوضح الشكل التالي فشل العتبة بسبب الأيونات الكيميائية و تأثير القوى الزلزالية. مثل هذه الأضرار تزيد من الحاجة إلى تدعيم عتبة الخرسانية.

يمكن استعمال أساليب التالية لتدعيم المنشآت الخرسانية المسلحة

• تدعيم الماني باستعمال قميص الخرساني
• تدعيم المباني باستعمال قميص الفولاذي
• إضافة أطواق خارجية
• تدعيم مقاومة العتبة للإنحناء باستعمال FRP
• تدعيم مقاومة العتبة للقص باستعمال مواد FRP
• زيادة المقاومة المحلية للعتبات المثقبة
• نظام تقييد في نهايت طبقة FRP
• استعمال نظام الإجهاد المسبق شرائح FRP
• استعمال نظام الإجهاد المسبق ( شد السابق ) الخارجي في العتبة الخرسانية

سيتم مناقشة كل من الأساليب المذكورة في الأسفل .

استعمال قميص الخرساني

يمكن استعمال قميص الخرساني في العتبات في ثلاث أو اربعة جهات و بالتالي يؤدي إلى زيادة قطع العتبة – طولاً و عرضاً – مما يؤدي إلى زيادة قدرتها على تحمل قوى القص الزائدة . بهذه الطريقة يمكن أيضا تقوية منطقة التي توجد فيها إجهاد الشد و الضغط من العتبة . لإكمال آلية نقل الطاقة بين الخرسانة القديمة والجديدة ، من الضروري تخشين سطح الخرسانة القديمة و لحام قضبان الربط مع حديد التسليح الجديد والقديم. إن أكثر طريقة مؤثرة لتقوية العتبة الخرسانية ، هي تنفيذ القميص الخرساني في جميع الإتجاهات الأربعة للعتبة . في هذه الطريقة ، يجب للخرسانة أن تضاف إلى جزء العلوي من العتبة ، في سمك السقف . في الأسفل يوجد مثال من طبقة الخرسانية على أربعة جهات من العتبة . وفقا للوائح ، يتم تنفیذ القمیص الخرسانی فی ثلاث جهات لزيادة مقاومة حزم الإنحناء و حزم القص للعتبة مقابل احمل الرأسية ،  لا يمكن زيادة سعة حمل العتبات الموجودة بالقرب من الدعامات ، لايمكن تقوية العتبات ضد الأحمال الجانبية للزلازل .

تقوية العتبة الخرسانية بطبقة الفولاذية

تستعمل في حالة الرغبة في تقوية القطع مع عدم وجود صدأ في صلب الأصلي ، و فيها يتم تثبيت ألواح الصلب على سطح الخرسانة السفلي سواء بمسامير الصلب أو باللصق . ويجب أن تفوق قوة التصاق الألواح بالخرسانة مقاومة الخرسانة للقص ، كما يجب أن يكون سمك مونة اللصق أقل ما يمكن ، و يستحسن استعمال مسامير صلب في كل مسافة في حالة التثبيت مع الاصق تحسباً لخطر فقدان الالتصاق في حالة الحريق مثلا . و يمكن أن تكون الألواح بكامل طول العتبة أو في منطقة العزوم القصوى فقط . يمكن تقوية العتبات بإضافة تسليح ، سواء على هيئة أسياخ أو الواح من الصلب و باتباع الأساليب السليمة يمكن الاستفادة من مساحة التسليح الإضافي كلها عند حساب قدرة الكمرات المدعمة . لصق الصلب على وجه القائم للعتبة من قرب الدعامات ، يسبب زيادة قدرة مقاومة القص و كذلك لصق الصلب على وجه السفلي من العتبة يسبب زيادة في مقاومة الانحناء للعتبة .

إضافة قضيب الشد الخارجي مع قطعات حديد

ويمكن تقوية العتبات بإضافة قضيب الشد الخارجي مع قطعات حديد إليها فتتكون عتبة مركبة من الحديد و الخرسانة ، و يعتمد توزيع الأحمال و الإجهادات في هذه العتبة المركبة على عدة عوامل ، أهمها طريقة نقل قوى القص بين القطاع الخرساني و القطاع الحديدي ، ويمكن عن طريق إضافة قطاعات من الحديد زيادة عمق العتبة أو زيادة تسليحها السفلي فقط ولكي يعمل القطاعان معا كقطاع واحد يجب أن تكون مسامير الربط كافية قوى القص .  وهي أساسا من مسامير الصلب عالية المقاومة ، و يتم تثبيتها على العتبة بواسطة ألواح و زوايا من الصلب باستعمال الصواميل أو عن طريق قطاعات من الحديد المدفن باستعمال اللحام أو عن طريق بلوكات تثبيت من الحديد أو الخرسانة – إذا كان الشكل النهائي مقبولا- و يجب حماية هذه المسامير و ألواح و زوايا التثبيت من الصدأ عن طريق الدهانات المناسبة أو تغليفها بالخرسانة

• زيادة مقاومة العتبة للإنحناء باستعمال FRP

ربط مواد FRP بمنطقة إجهادات الشد الخرسانة بحيث تكون اتجاه الألياف في الاتجاه الطولي لعضو الانحناء كل عتبة ، يؤدي إلى زيادة في مقاومة الإنحناء للعضو . لا تتضمن المناقشات في هذا القسم زيادة قوة الانحناء لأعضاء إطار العزم المرن المقاوم للزلازل والذي من المتوقع أن يتشكل فيه المفصل اللدن. في تصميم هذه الحالات ، يجب النظر في سلوك الإطار المدعم مع إنخفاض كبير في الدوران و الانحناء في المناطق المدعمة . في هذه الحالة ، يجب أيضا أخذ بالنظر تأثير الأحمال المتكررة على مواد FRP .

• تدعيم مقاومة العتبة للقص باستعمال مواد FRP :

يغطي هذا القسم المعايير العامة لاستخدام مواد FRP للشركة ألمانية   (CTech-LLC)  ، من أجل زيادة مقاومة القص لأقسام الخرسانة المسلحة. في هذه الطريقة ، يتم لصق ألواح FRP على جانبي العتبة بحيث يكون اتجاه الألياف المتعامدً مع المحور الطولي للعتبة. للحصول على صفائح خارجية على شكل حرف U ، يتم تثبيت مواد FRP بشكل مستمر على كلا الجانبين وتحت العتبة ، مما يحسن مقاومة الانحناء FRP .

• زيادة مقاومة المحلية للعتبات المثقبة :

تطبيق آخر من FRP هو زيادة القوة المحلية للعتبات المثقبة. في هذه الطريقة ، يمكن تدعيم المنطقة المحيطة بالثقوب باستخدام FRP .

• استعمال نظام التقييد في نهايت طبقة FRP :

يستخدم نظام التقييد بشكل رئيسي لتقوية المبنى بحيث يمكن استخدام سعة تحميل نظام FRP على أكمل وجه. عادة ما تكون الكسور الناتجة عن فصل طبقات FRP بسبب عدم وجود مثل هذا النظام . بالنظر الى أن عادةً ما ، جزء العلوي من العتبة صعب الوصول بسبب وجود البلاطات ، يتم استخدام صفائح التي تغطي الأسطح السفلية والجانبية للعتبة . و من طرق الأخرى المستخدمة ، استخدام قضبان خاصة في نهاية طبقة FRP . وفقًا للدراسات ، فإن هذه الطريقة مناسبة أيضًا للطبقات المركبة ولها تأثير إيجابي. ومع ذلك ، فإن المشكلة هي أن طبقة FRP تنثقب بسهولة ، مما سيكون لها تأثير سلبي على أدائها ويسبب تركيز الضغط في FRP .

• استعمال نظام الإجهاد المسبق لشرائح FRP :

تشبه هذه الطريقة تقريبًا طريقة التقييد في نهاية طبقة FRP ، لأن في هذه الطريقة للحصول على الإجهاد يجب أن تقييد . والفرق الوحيد هو تطبيق قوة الشد المسبق قبل التثبيت الكامل و معالجة طبقة FRP . يمكن لصق صفائح أو ألواح FRP سابقة الإجهاد التي تنتجها الشركة  ( CTech-LLC)   ، بإجهادها مسبقاً قبل لصقها بالخرسانة. الميزة الرئيسية لهذه الطريقة هي أن هذه الأشرطة تساهم من قدرة الحمل للعنصر بعد لصقها بالعنصر  . وللمشاركة في سعة تحميل العنصر ، ليست هناك حاجة لإضافة كمية الأحمال على العنصر . أيضا ، فإن الشد المسبق لهذه الصفائح يقلل من عرض الشقوق على طول العنصر ، و أحيانا يكون أمرا حيويا و مهما للغاية . بالإضافة إلى ذلك ، لأن مواد FRP لديها قوة شد عالية ، فإن الشد المسبق يسبب بتحسين إستخدامها . بالطبع ، تتطلب هذه الطريقة خبراء أكثر مهارة وتصميمًا وتنفيذًا أكثر دقة.

بعد تحضير السطح الخرساني ، يتم شد صفيحة FRP إلى مستوى معين. ثم يتم اضافة اللاصق على كل من سطح الخرسانة وسطح الصفيحة. يتم بعد ذلك رفع العتبة الخرسانية ليتم لصقها على الصفيحة FRP تحت ضغط . بعد ذلك ، يتم تطبيق مادة اللاصقة عن طريق الضغط قليلاً على صفيحة FRP . بعد الانتهاء من المعالجة اللاصق ، يتم تثبيت المشابك الفولاذية بالقرب من طرفي صفيحة FRP لتققيدها بشكل مناسب. بعد هذه الخطوات وإتمام عملية التقييد ، يتم قطع صفيحة FRP (خارج النطاق المقيد). ثم يتم لصق ألواح FRP السميكة بجوار المثبتات الفولاذية على الصفيحة سابقة الإجهاد على السطح الخرساني. بعد الانتهاء من المعالجة اللاصق ، يتم إنشاء ثقوب بين سمك هذه الألواح السميكة والصفيحة المسبق الإجهاد و خرسانة العتبة ، ثم يتم إدخال البراغي في الثقوب عن طريق حقن الإيبوكسي. بعد تطبيق الغراء حول هذه البراغي ، تتم إزالة المشابك الفولاذية عند طرفي الصفيحة المضغوطة مسبقًا ويتم قطع الطول الإضافي لهذا الصفيحة . بهذه الطريقة ، يتم تنفيذ العملية .

بشكل عام ، الإجهاد المسبق في FRP له مزايا مثل:

• زيادة الصلابة
• الحد من عرض و توزيع الشقوق – تحسين الخدمة والمتانة
• تقوية القص و الانحناء للعتبة الخرسانية (بسبب عدم وجود الشقوق )
• زيادة في امكانية حمل العتبة

من الناحية العملية ، يجب النظر في استخدام الدعامة الميكانيكية الطرفية عندما يكون تطبيقه ضروريًا ، بالإضافة إلى فعاليته وفائدته للحفاظ على التصاق FRP والخرسانة. في كثير من الحالات ، يكون التدعيم باستخدام صفائح على شكل حرف U غير ممكنا أو غير فعالا ، كما هو الحال في تدعيم العتبة أو الألواح العريضة. في مثل هذه الحالات ، من الضروري التحقيق وابتكار طرق أخرى لتقييد الميكانيكية. طريقة واحدة هي استخدام قيود بالألياف.

• شد الخارجي :

إن استخدام إجهاد الشد يؤدي إلى استحداث قوى ضغط تعمل على تقليل إجهادات الإنحناء في الكمرة ، و کذلك تؤدي إلى تقليل الترخيم ، و تأثير الشد على الترخيم و زيادة قدرة الكمرة على تحمل الأحمال يتغير باختيار مسارات و أماكن مختلفة لكابلات الشد و کذلك أماكن تثبيتها و الحسابات اللازمة لتحديد هذه الأماكن و تحديد قوة الشد المطلوبة مماثلة لطريقة حساب العتبات السابقة الإجهاد . إختيار نظام الشد الذي يمكن استخدامه يعتمد إلى حد كبير على مساحة المتاحة لتثبيت نهايات الكابلات ، وهناك طريقتان يمكن استخدام أحدهما حسب الحالة : النظام التماسك مع الكمرة الأصلية ، و النظام غير المتماسك معها و إنما يتصل بها في النهاية فقط .