تعتبر الجوائز من أهم العناصر البيتونية الحاملة, تلزم تقويتها عند عدم كفاية المقطع البيتوني, أو عدم كفاية حديد التسليح أو زيادة الأحمال, أو نتيجة صدأ سطحي في التسليح الخارجي أو صدأ في حديد التسليح الداخلي, أو غيرها من الأسباب الأخرى التي سنذكر منها ما
تحتاجه هذه الدراسة.
إن تضرر العناصر الانشائية و عدم قدرتها على أداء وظيفتها بالشكل الكامل نتيجة تعرضها لعوامل بيئية مختلفة تخرب موادها و تؤدي لانخفاض مقاومتها, أو بسبب وجود عيوب تنفيذية أو الاستثمار غير الملائم لها يؤدي إلى الحاجة إلى إعادة تأهيلها بالصيانة و الاصلاح أو التدعيم. لذلك تم اللجوء للتقوية إما بتكبير المقاطع أو التزويد بالتسليح اللازم أو الربط بالصفائح الخارجية الفولاذية المثبتة جيداً إلى المقطع البيتوني و بسبب صعوبة تنفيذها تركزت الدراسات في الآونة الأخيرة على استخدام مواد أكثر فاعلية و هي البوليميرات المسلحة بالألياف.
و سنعرض هنا لطرق التدعيم على القص وصولاً إلى الدراسات العالمية التي قامت بالتدعيم على القص باستخدام هذه المواد من البوليمرات و التي تتميز بالمقاومة العالية على الشد و المقاومة الكبيرة للعوامل و الظروف البيئية و الجوية و سهولة التطبيق في المواقع المحددة على الجائز.
تزايد في العقدين الماضيين استخدام المواد المركبة المستحدثة كألياف البوليمرات المسلحة
بالألياف (FRP) لتقوية العناصر البيتونية و توصلت الأبحاث و كودات التصميم لاستخدام
البوليمرات المسلحة بالألياف الملصقة خارجيا على العناصر البيتونية لتزيد كفاءة قدرته
ا
الإنشائية. و أظهرت العلاقة الخطية للإجهاد و الانفعال للألياف انعكاسا سلبياً على المطاوعة
الكلية دون ظهور منطقة خضوع للعناصر المدعمة المقواة حتى الانهيار. فاستخدام الشرائح
المؤلفة من الألياف المكونة من استخدام الألياف الكربونية مع الألياف الزجاجية تغير من
تصرف المواد المرنة للتصرف غير المرن. و يهدف البحث لدراسة تصرف الجوائز البيتونية
المدعمة بمزيح من البوليمرات المسلحة الألياف.
من تحليل النتائج التجريبية لأهم الاختبارات التي أجريت على الأقواس الحجرية المقواة
على السطح الداخلي أو الخارجي بشرائح من البوليميرات المسلحة بالألياف؛ تبين أن
استخدام الألياف يمنع الانهيار الهش النموذجي الممكن حدوثه في الأقواس العادية نتيجة لتشكل أ
ربعة من المفاصل اللدنة، حيث نلمس في الأقواس المقواة (وفقاً لمواضع و كمية التسليح) وجود ثلاثة آليات ممكنة للانهيار، نوقشت النماذج المفترضة لآليات الانهيار،
و قورنت النتائج النظرية التي تعطهيا مع النتائج التجريبية المدروسة لبيان مدى التوافق.
أظهرت الدراسة التحليلية لنتائج الاختبارات أن التقوية بالألياف تسبب زيادة في المقاومة
و المطاوعة للأقواس المقواة، و لكن لابد من إيلاء أهمية أكبر لتوزع شرائح التسليح
و عرضها و الارتباط بينها و بين الحجر للوصول إلى تقوية مثالية.
انتشر مؤخراً استخدام صفائح الألياف البوليميرية لتقوية الجيزان الخرسانية المسلحة وذلك يعود إلى المقاومة العالية التي تعطيها صفائح التقوية مع العلم بأن وزنها قليل، إضافة الى سهولة التركيب وقلة تكاليف الصيانة في حال تم مقارنتها مع طرق التدعيم الأخرى كاس
تخدام الصفائح الفولاذية. كما أثبت التدعيم الخارجي باستعمال صفائح الألياف البوليميرية فعالية كبيرة في تقوية ورفع كفاءة العناصر الخرسانية المسلحة المتضررة. إلا أن دراسة تأثير السلوك الطويل الأمد للعناصر المقواة بالـ FRP لم تأخذ الحيز الكافي من الدراسة، وذلك بسبب صعوبة التنبؤ الدقيق بالسهوم طويلة الأمد وعرض الشقوق وسلوك العناصر المقواة بالـ FRP.
تم في هذا البحث عرض طريقة للتنبؤ الدقيق بالسهوم في أي وقت من مرحلة الاستثمار للمنشآت الخرسانية العادية والعالية المقاومة، وفي أي عمر تحميل للخرسانة وتحت تأثير تشوهات الزحف والانكماش ومشاركة التسليح في منطقة الضغط وذلك بالنسبة للجيزان الخرسانية المسلحة، والجيزان الخرسانية المسلحة المقواة بصفائح الـ FRP.
إن التنبؤ الدقيق لتزايد السهوم في العناصر الخرسانية المسلحة مع الزمن يتطلب دراسة التحليل اللاخطي للتأثيرات المتعلقة بالزمن، حيث أن هذه الدراسات عادة تستغرق زمناً طويلاً وتتطلب جهداً كبيراً[6-13]، لكن في مرحلة التصميم يمكن الاعتماد على أساليب بسيطة، تأخذ في الاعتبار العوامل الهامة التي تؤثر على تزايد السهوم مع الزمن وذلك للوصول إلى تصميم دقيق للمنشآت. ولهذا الغرض تم العمل على تطوير العديد من الأساليب المدرجة في الكودات العالمية والمحلية [1-2-3-4-14] إضافة إلى برمجة العلاقات الخاصة بالزحف والانكماش للوصول إلى طريقة تجمع بين البساطة والدقة وتقدم معلومات قيَمة عن تأثير العوامل المختلفة على السهوم المتزايدة مع الزمن.
قورنت القيم التحليلية من نتائج الطريقة المقترحة مع قيم نتائج تجارب مخبرية مجراة سابقاً [8-9] وكذلك مع القيم الناتجة عن الكود الأمريكي [1] . وتبين أن القيم التحليلية توافق النتائج المخبرية بشكل جيد [8-9].
إن الاستخدام المشترك لقضبان فولاذية و كربونية في تسليح الجوائز البيتونية يؤدي إلى الحصول على جوائز ذات سلوك يختلف عن سلوك الجوائز المسلحة بالفولاذ فقط. يتعرض هذا البحث لحالة تسليح الجوائز بطبقتين من القضبان و المتغيرات الأساسية هي نسبة التسليح و توزي
ع القضبان الكربونية في المقطع العرضي. تم اختبار أربع مجموعات مكونة من 12 جائزاً، كل منها مسلح بأربعة قضبان متوضعة على طبقتين، و تضم المجموعة الأولى ثلاثة جوائز معيارية مسلحة بقضبان فولاذية, أما المجموعة الثانية فتضم ثلاثة جوائز مسلحة بقضبان كربونية. و تضم كل من المجموعتين الثالثة و الرابعة ثلاثة جوائز مسلحة بقضيبي فولاذ و قضيبي كربون، حيث في المجموعة الثالثة تتوضع القضبان الفولاذية في الطبقة العلوية و الكربونية في الطبقة السفلية، و في المجموعة الرابعة تتوضع القضبان الفولاذية في الطبقة السفلية و الكربونية في الطبقة العلوية.
حصلت في جوائز المجموعة الثانية المسلحة بقضبان كربونية قيم أكبر للسهوم و زادت قدرة التحمل بالمقارنة مع الجوائز الأخرى, و كان لجوائز المجموعتين الثالثة و الرابعة تقريباً نفس قدرة التحمل الأعظمية و تماثلت في سلوكها حتى مستوى تحميل يساوي تقريباً 75% من قدرة تحملها و بعد ذلك زادت التشوهات في المجموعة الرابعة مقارنة مع المجموعة الثالثة حتى الانهيار.
تم في هذا البحث دراسة تأثير البوليميرات المسلحة بالألياف (FRP) على رفع قدرة التحمل الحدية للأقواس الحجرية تحت تأثير الحمولات الشاقولية؛ و ذلك باستخدام النمذجة العددية وفق طريقة العناصر المحدودة
(Finite Element Analysis) حيث تم استخدام تحليل لاخطي يأ
خذ بالاعتبار لاخطية المادة (Materially non-linear analysis). و قد تمت دراسة تأثير تغيير الخصائص البعدية لشريحة الـ FRP في قدرة تحمل القوس، حيث أثبت في نهاية هذه الدراسة أن استخدام سماكة صغيرة من شريحة الـ FRP، و في أماكن موضعية محددة تؤدي إلى رفع قدرة تحمل القوس بشكل كبير.
