تصميم لوح قاعدة عمود فولاذية

تصميم لوح القاعدة الفولاذية

تصميم لوح القاعدة :

لوح القاعدة عادة عبارة عن  لوح فولاذ موضوع اسفل العمود يعمل على توزيع الحمولات المطبقة  على العمود الى القاعدة الخرسانية ، و اللوح يفترض انه يمثل كجائز كانتيلفر ثابت عند حواف العمود  في الاتجاهين ، انظر الشكل ( 1 ) . وذلك عند استخدام مقطع عريض – الشفة كعمود ، في هذه الحالة ان تصميم  لوح القاعدة يمكن ان يلخص كما يلي :

·        نختار طول اللوح ( N ) وعرض اللوح ( B ) .

·        نحقق قدرة تحمل الخرسانة من اجل  ابعاد اللوح المذكورة أعلاه  .

·        يحدث انحناء اللوح عند مقاطع اللوح الكانتليفر المعرفة بالبارامترين ( m ) و ( n ) أي عند حواف العمود .

·        نحسب سماكة اللوح ( tp ) بواسطة عزوم الانحناء الداخلية المفترض ان تحدث عند هذه المقاطع   .

لتصميم لوح قاعدة العمود نفترض ان اللوح صلب ( قاسي ) . والمقطع العرضي للوح يبقى مستوي  تحت التحميل ، واللوح لن يخضع لاية تشوهات كبيرة من انحناء . كذلك ليس هناك لوح صلب بالمطلق  . فرضية صلابة اللوح تعني ان علاقة  ( الاجهاد / التشوه ) لبراغي الركيزة والخرسانة تنمذج  كعناصر مرنة . وبالتالي  يسمح  باستعمال  التحليل  الخطي في تقدير اجهاد الضغط  في الخرسانة تحت  اللوح ( concretσ ) ، و حمولات الشد المتمثلة على براغي الركيزة  

                                                    ( T anchor )

                                                     
                                                         

 

، وعزوم الانحناء الداخلية المستعملة  لحساب سماكة اللوح  . انظر الشكل ( 2 ) .

تصميم لوح قاعدة العمود الخاضع لحمولات ضغط محوري كبيرة ، التي ربما تكون مقترنة مع عزم خارجي مطبق  

براغي مرسي العمود تخضع لقوى شد اذا ولدت الحمولات / العزوم  قوى رفع على العمود  . و من الممكن  من اجل  حمولات شد المتمثلة على براغي المرساة  في حال خضوع العمود لحمولة ضغط  محورية صافية او ضغط محوري مع عزم خارجي صغير ، حينها ، براغي المرسي  تستخدم فقط للتركيب  ولتتكامل مع السلامة المهنية ومتطلبات مديرية الصحة ( OSHA ) . ان تصميم براغي مرسي العمود يمكن ان يستند على مقاومة الفولاذ لعناصر المرسي المرنة ، او على انماط الفشل الهش مثل تكسر الخرسانة .

تصميم لوح قاعدة العمود لحمولات القص يمكن ان تشمل حمولات القص المتمثلة على براغي المرساة مباشرة ، ويمكن ايضا  تخفيف اثر حمولة القص المتمثلة على المراسي من خلال  الارساء الجيد في الخرسانة . كما ان الحمولة الشاقولية  المتمثلة على العمود يمكن ان تنشيء مقاومة احتكاك كافية بين لوح القاعدة وسطح الخرسانة لتمنع بذلك تمثل  اية حمولة  قص مباشرة  على المرساة .

ارتباط  المثبت  :

 المثبت هو  عبارة عن مقطع  زاوية  عرضية  تستخدم  لربط ، مسند المعدات و مسند الدرابزون  و لوح قاعدة العمود مع العمود . الحمولات المتمثلة على تلك المثبتات  صغيرة جدا بالمقارنة مع حمولات العمود النموذجية . والمراسي المستخدمة لربط تلك المثبتات غالبا ما تخضع  لشد مباشر وحمولات قص اكثر من حمولات الضغط .

يفترض عادة  ، ان تكون  قساوة المثبت اكبر من قساوة المرساة ما بعد – التركيب ، لذلك عند التصميم يفترض ان المثبت  صلب وبالتالي نستخدم التحليل الخطي لحساب حمولات الشد المتمثلة على المرساة . تلك الحمولات يمكن عندئذ ان تحقق ضد المقاومات التصميمية على الشد المحسوبة للمراسي . الكود الامريكي  ACI 318   ، يتضمن متطلبات كود البناء لمنشات الخرسانة الهيكلية ، يشمل الاحتياط لاجل حساب  المقاومات التصميمية للمراسي المصبوبة في المكان ومراسي ما بعد – التركيب . البارامترات المعطاة في الكود  ACI 318   لاجل حساب المقاومات التصميمية للمراسي تلك مشتقة من التجربة من اجل المثبت الذي لديه صلابة اكبر من صلابة المرسي .

البرنامج الذي ينجز حسابات الارساء - في – الخرسانة متوفر بسهولة . الكثير من البرامج تنجز مايسمى " حسابات لوح القاعدة " ، برنامج تصميم المرساة ينجز الحسابات بشكل نموذجي ليقدر قيمة  حمل الشد المتمثل على كل مرساة مخمن ان تكون مشدودة ، وقيمة حمل القص المتمثل   على كل مرساة مخمن ان تكون في قص ، تلك الحمولات عندئذ تحقق على المقاومات التصميمية  للمراسى المحسوبة وفق بنود الكود ACI 318   للارساء – في – الخرسانة  .

برنامج تصميم المرسي  يمكن ان يلخص كما يلي :

·        تموضع المحور السليم للمثبت باستخدام فرضية الصلابة .

·        تقدير اجهاد الضغط  في الخرسانة تحت المثبت يستند الى فرضية الصلابة .

·        تقدير حمولات الشد الحاصلة وحمولات الضغط الحاصلة المتمثلة على المراسي تستند الى فرضية الصلابة .

·        تقدير توزيع الحمل  على المراسي في الشد يستند الى فرضية الصلابة .

·        تقدير اللامركزية لحمولة الشد الحاصلة فيما يتعلق بمركز الثقالة للمراسي التي تكون في الشد تستند الى فرضية الصلابة .

من الهام ، فهم الامور التي تجعل حسابات تصميم المرسي غير معتبرة  :

·        لا يوجد تحقيق لتقدير ما اذا كانت فرضية المثبت  الصلب صحيحة (  ما اذا كان المثبت صلب ) ، التوزيع الخطي المرن للاجهاد / التشوه يمكن ان يستعمل لحساب حمولة الشد على المراسي . سماكة المثبت هامة في التحقيق اذا كانت فرضية الصلابة صحيحة . البرنامج الذي يسمح للمستخدمين بادخال اية سماكة للمثبت ، او استعمال السماكة  " المطلوبة الدنيا " لانجاز تحليل خطي مرن ،  غير صحيح اذا كان المثبت صلب . سماكة المثبت الدنيا المطلوبة في برنامج تصميم المرسي تستخدم لوضع ابعاد العقد للتحليل الصلب للعناصر المحدودة . معظم اجراءات البرنامج تسمح بارجاء  هذه السماكة الدنيا ، وادخال اية سماكة اخرى .

·        بارامترات الصلابة المتعلقة بشكل مقطع  المثبت غير معتبرة . مستعملي البرنامج يمكن ان يدخلو نموذجيا أي شكل مقطع ، وحمولات الشد المحسوبة على المراسي غير معتمدة على اية بارامترات صلابة لها علاقة بالمقطع .

·        مقاومة التحمل للخرسانة غير محققة ، و لوح قاعدة العمود رتب قياسه ليوافق الحد الادني لاجهاد التحمل على الخرسانة . فقط اجهاد الضغط على الخرسانة اسفل المثبت نسبة الى موقع المحور السليم هو المعتبر . ما البارامترات  المتعلقة بالصلابة مقابل مثبت غير – صلب ، والتي يجب ان تكون معتبرة  للارساء والمساهمة   في ارتباط الزاوية العرضية ( المثبت )  بلوح القاعدة .

 اذا كانت فرضية المثبت الصلب صحيحة ، عندئذ حمولات الشد المتمثلة على المراسي يمكن ان تحسب باستخدام نموذج مرن – خطي ، والمقاومات التصميمية الشادة للمراسي يمكن ان تحسب باستخدام بنود الكود  ACI 318   للارساء – في – الخرسانة . و اذا اشار التحليل الى ان فرضية المثبت الصلب غير صحيحة ، يجب تعديل المثبت  او اعادة تصميمه  ليكون صلبا او يجب الاخذ بالاعتبار حلول الارساء النسبي  .

                          
                                         

مثبت غير صلب يقابل سلوك اجهاد / تشوه شد لا – خطي . حمولات شد المرسي تحسب باستخدام نموذج مرن – خطي قد تكون قيمها اقل من الحمولات المحسوبة باستخدام النموذج اللا – خطي . المثبت الغير صلب يميل الى اعادة توزيع الحمولات فيما بين المراسي ،تصميم المرساة لاجل مثبت غير صلب يجب ان يكون مسيطر عليه مثاليا بواسطة فشل الفولاذ المرن  للمراسي ليحسب من اجل اعادة – توزيع حمولات المراسي .تصميم المرسي ، باستخدام بنود الكود  ACI 318   للارساء – في – الخرسانة ، لا تعتبر بارامترات فيما يتعلق بالمثبت الغير – صلب ، بشكل خاص ، الحسابات التي تتضمن عامل تعديل لا مركزية الشد قد تكون غير معتبرة اذا كان المثبت غير صلب لان اعادة - توزيع الحمولات غير معتبر . لذلك ، مالم نحدد الاعتبار المأخوذ ، تصميم المرسي باستخدام  مثبت غير صلب يمكن ان يكون غير معتدل من حيث الحمولات المفروض ان تكون متمثلة على المراسي ومقاومات المرسي التصميمية المحسوبة .

مناهج التصميم :

عند تصميم المراسي المركبة  ، ان تحقيق التحليل فيما اذ كان المثبت  يجب ان يكون معتبر صلب او غير صلب وثيق الصلة بالموضوع ، ولكن ليس ضروري دائما ، على سبيل المثال ، من المعقول افتراض ان المثبت صلب ، بدون تحليل اضافي ، اذا كان خضوع المثبت لتشوه اوانحناء  بعيد الاحتمال وهذا يتحقق من اجل ترتيب مرسي معطى وعمق راسخ .

من اجل كثير من تطبيقات الارساء المركبة ، تباعد المرسي   واعماق الرسوخ  الضحلة نسبيا عند المراسي المركبة تمنع تشوه المثبت الكبير او الانحناء . على اية حال ، التحديد فيما اذا كانت فرضية المثبت  الصلب صحيحة ام  لا يتعلق بالكثيرمن البارامترات مثل مقطع المثبت  والعنصر الهندسي للمرسي والتركيب و لا مركزية المقطع ،  العنصر الهندسي للمرسي يمكن ان يؤدي الى تشوهات مرسي ضخمة او انحناء .

التمييز ان الاجهاد في المثبت الناتج عن التحميل  اقل من اجهاد الخضوع للمثبت  وهو بارامتر واحد لتقدير اذا كانت فرضية المثبت الصلب صحيحة . هذا البارامتر بحد ذاته  غير كافي بشكل ضروري لتقدير ما اذا كانت فرضية المثبت الصلب صحيحة ، البارامتر المتعلق بالانتقالات يجب ايضا ان يؤخذ بالاعتبار لكي نثبت صحة فرضية المثبت الصلب . قساوة المرسي المركبة عرفت بالبارامتر الحمل / الانتقال  ويمكن ان تؤسس بواسطة اختبار المنتج .

اذا كان حمل الشد المتمثل على المرسي معروف ، وقساوة المرسي معروفة ، كمية الانتقال المنتظر ان يخضع لها المرسي يمكن حسابها لتطبيقات الربط . انتقال المثبت يمكن ان يعرف من السهم الحاصل من حمولات الشد المتمثلة على المثبت ، ومن اجهاد الضغط  الذي يتطور بين المثبت والخرسانة تحت التحميل . تاثيرات السماكة على سهم المثبت  ، زيادة سماكة المثبت يمكن ان تنقص كمية السهم  للمثبت  المختبر . لذلك ، لتقدير كمية الاجهاد في المثبت ، السهم الذي يخضع له ، وكمية الانتقال في المرسي الحاصل من شرط التحميل يعطي تقدير اعمق  للتمييز فيما ان كانت فرضية المثبت الصلب صحيحة .

هذه بعض الاقتراحات للتحقيق فيما اذا كانت فرضية المثبت  صحيحة  :

 المعطيات  :

·        الخصائص الهندسية للمثبت ، السماكة ، اجهاد الخضوع ، عامل المرونة (  للزاوية العرضية  و اللوح ) .

·        المقطع الهيكلي  .

·        الخصائص الهندسية  للمرسى ، عمق الارساء ، القساوة ، وعامل المرونة ( للمراسي ) .

·        مقاومة الخرسانة على الضغط ومعامل مرونة الخرسانة .

·        حمل الشد و / او العزم المتمثل على المثبت الذي يؤدي الى حمولات شد على المراسي

1 ) – تحقيق الاجهاد الاقصى المطور في المثبت  ( f fexture,max ) مقابل اجهاد الخضوع للمثبت (f fexture,yeld ) ونميز حالتين :

                                   ok →  f fexture,yeld <   f fexture,max‎‎ a –   if  :    

                                         →   f fexture,yeld >   f fexture,max     b – if  :

‎‎ فرضية الصلابة غير صحيحة .

2) – تحقيق السهم في المثبت  الحاصل بفعل حمل الشد ( fexture,tension ᵟ) والسهم في المثبت الحاصل بفعل حمل الضغط  بين المثبت وسطح الخرسانة  ( fexture,compresion ᵟ ) . ضع البارامترات لاجل انحراف ( سهم ) المثبت الحدي ( fexture, max ᵟ ) بمراعاة  فرضية الصلابة

ونميز حالتين :

ok →  fexture, max ᵟ <  fexture,compresion ᵟ  and   fexture,tension ᵟ‎‎ a –   if  :   

       →        fexture, max ᵟ >  fexture,compresion ᵟ  and   fexture,tension ᵟ‎‎ b – if    :    

‎‎ فرضية الصلابة غير صحيحة .

3)- حقق انتقال المرسي ( anchor  ᵟ‎‎ ) من اجل المرسي المحملة الحمولة الاعلى في الشد . ضع بارامترات  الانتقال الحدي الادنى ( anchor,min  ᵟ‎‎ ) بمراعاة فرضية الصلابة بالاستناد الى بيانات قساوة المرسي . الانتقال الاقصى محدود بتجربة مواصفة المرسي . ونميز حالتين :

                                    ok →  anchor, min  ᵟ‎‎ <  anchor  ᵟ‎‎     a –   if  :             

                                         →   anchor, min  ᵟ‎‎ >  anchor  ᵟ‎‎ b – if    :    

فرضية الصلابة غير صحيحة

اذا اشار التحليل الى ان فرضية  المثبت  الصلب غير صحيحة  فيكون الحل السهل بزيادة سماكة المثبت  . و الحل البديل باضافة قساوات لنجعل المثبت صلب ، ان زيادة سماكة المثبت  اكثر فعالية – من حيث الكلفة من اضافة  وتصنيع القساوات الاضافية ( المقسيات ) .

مهما تكن سماكة المثبت المستعملة يجب ايضا ان تحقق لنميز اذا كانت ملائمة لنقل حمل القص الى المراسي . وهذا تحقيق تصميم جيد لان المثبت النحيف  يمكن ان يتمزق . يجب تنفيذ بارامترات سماكة المثبت الدنيا للمرا سي الخاضعة لحمولات القص .

عند تصميم لوح قاعدة عمود ، يجب  التأكد ان مقاومة تحمل الخرسانة ملاءمة لعنصر المثبت والحمولات المطبقة .

عندما يشير التحليل الى ان فرضية الصلابة صحيحة  ،يتم تصميم المراسي لكل من  حمل الشد والقص وفق تعليمات ارساء المراسي في الخرسانة ACI  318  . مقدرة المرسي المحسوبة بتلك التعليمات يمكن ان تحقق على حمولات المرسي المحسوبة باستخدام التحليل الصلب . تصميم الشد للمرسي باستخدام تعليمات ارساء المراسي في الخرسانة ACI  318  مرشح عندما يكون المثبت صلب  . وهذه التعليمات مرشحة  لاجل القص على المثبت الذي يملك سماكة مناسبة لينقل حمولات القص المطبقة الى المراسي دون تمزق .