بحث تجريبي وعددي عن السلوك الهستيري الجانبي والنموذج المبسّط لدو-قونغ النموذجي في عهدي مينغ وتشينغ

زوايا خشبية قديمة تحمي المباني من الزلازل

وقفت العديد من أبواب الصين الخشبية التاريخية الكبرى وقاعاتها وأبراجها عبر قرون من الزلازل. سبب رئيسي لذلك هو تراكب يبدو غريباً من الكتل الخشبية والأعمدة المتشابكة يسمى دو-قونغ. تدرس هذه الدراسة عن كثب كيف يتأرجح وينزلق أحد العائلات المهمة من هذه الدعائم، من عهدَي مينغ وتشينغ، أثناء الهزّ وكيف يمكن تمثيله في نموذج هندسي مبسّط. يساعد فهم هذا «الممتص للصدمات» الخشبي المخفي في الحفاظ بشكل أفضل على مباني التراث العالمي وتصميم منشآت حديثة أكثر أماناً مستوحاة منه.

لغز خشبي ذا دلالات اجتماعية

دو-قونغ ليس مجرد حيلة إنشائية؛ بل هو أيضاً رمز للمكانة الاجتماعية. في البيوت التاريخية العادية سُمِح باستخدام دعائم صغيرة وبسيطة فقط، بينما كانت بوابات المدينة الرسمية والقاعات الإمبراطورية تحمل تراكباً كبيراً من الكتل الخشبية المزخرفة والمطليّة. يركّز الباحثون على هذه الدعائم من المستوى المتوسط إلى العالي في عهدَي مينغ وتشينغ المستخدمة في المباني العامة المهمة. بالمقارنة مع نماذج سونغ الأقدم والأكثر تفصيلاً، فإن دو-قونغ في عهدَي مينغ وتشينغ أنحف وأكثر إحكاماً، مع أذرع بارزة أقل ومسار أكثر مباشرة للقوى من السقف إلى الأعمدة والجدران. تشير هذه الاختلافات إلى أنه قد يستجيب للزلازل بطريقة خاصة به، بدلاً من أن يتصرف مثل الدعائم الأقدم التي درستها معظم الأبحاث السابقة.

ثلاثة أنواع من الدعائم، ثلاثة مواضع في الإطار

فحص الباحثون ثلاثة تخطيطات نموذجية للدعائم، كل منها يحتل موضعاً مختلفاً في الإطار الخشبي. نوع يجلس بين الأعمدة (DGPS) ولا يرتبط بها مباشرة. ونوع ثانٍ يستقر فوق الأعمدة (DGZT)، وثالث يوضع عند الزوايا حيث تلتقي جدرانان (DGJ). من خلال مسوحات ميدانية دقيقة لبوابات وأبراج تاريخية في بكين وشنشي، أعاد الفريق إنشاء هذه الترتيبات الثلاث بمقياس ثلث الحجم الأصلي مستخدمين نفس نوع خشب الصنوبر الموجود في النماذج الأصلية. اختبروا القوة الأساسية للخشب نفسه ثم جمعوا عينات من الدعائم تطابق الأشكال التاريخية عن قرب.

هزُّ الدعائم لكشف الحركة الخفية

ركبوا الدعائم في إطار فولاذي متين ودفعوها ذهاباً وإياباً بدورات بطيئة ومضبوطة لتقليد حركة الزلزال. مثلت أوزان صغيرة حمولة السقف الضاغطة من الأعلى. مع تزايد الإزاحة، راقب الفريق تشققاً وفصلًا وفشلاً وسجلوا قوى الدفع والسحب. أظهرت الأنواع الثلاثة انزلاقات قوية بين الأسطح الخشبية المتلامسة، إلى جانب سحق تدريجي وتشقّق ألياف الخشب عند نقاط تماس رئيسية. شكّلت منحنيات القوة مقابل الحركة حلقات تضيق في الوسط، وهو تأثير يسمى «التضييق» يدل على أن أجزاءً من التركيبة تفتتح وتغلق خلال كل دورة وأن الصلابة تتدهور تدريجياً. من بين الثلاثة، كانت دعائم فوق العمود (DGZT) والزاوية (DGJ) أفضل في امتصاص الطاقة، بينما احتفظت دعامة بين الأعمدة (DGPS) بمزيد من صلابتها لكنها بددت طاقة أقل.

من النقوش المعقدة إلى خطوط بسيطة

بما أن دو-قونغ الحقيقي يتضمن العديد من الكتل الصغيرة والأسطح التلامسية، فإن النماذج الحاسوبية المفصلة تستغرق وقتاً طويلاً وتكلفة عالية لتشغيلها على مستوى مبنى كامل. لمواجهة ذلك، بنى المؤلفون محاكاة ثلاثية الأبعاد مكررة لكل دعامة ثم تتبعوا المسارات الداخلية الرئيسية لتدفّق القوى حيث تتركز الإجهادات. استبدلوا الهندسة المعقدة بعدد قليل من العوارض والأعمدة المثالية، بما في ذلك بعض العناصر التي لا توجد حرفياً في الخشب لكنها تمثل تأثيره العام. نال اهتمام خاص كيفية تشوّه الخشب المضغوط حول المسامير الخفية، والتي تتحكم بمدى تحرك الأجزاء قبل البدء بالانفعال. النتيجة نموذج عوارض مبسّط يستخدم نسبة ضئيلة من موارد الحاسوب الأصلية—بمقدار بضعة في المئة من العناصر والعقد—مع تتبّع السلوك الرئيسي للتأرجح والانزلاق.

اختبار ما إذا كان الاختصار يعمل فعلاً

ثم دُفعت النماذج المبسطة في العالم الافتراضي بنفس الإزاحات المستخدمة في اختبارات المختبر. عندما قارن الباحثون النتائج، وجدوا أن النماذج المبسطة أعادت تشكيل الشكل العام لمنحنيات التجارب وطريقة تدهور الصلابة مع زيادة الحركة. كما طابقت أنماط الإجهاد العالية والمنخفضة في النسخ المبسطة تلك الموجودة في المحاكاة المفصلة. ظهرت بعض الاختلافات عند الإزاحات الكبيرة جداً، حيث تصبح عيوب الخشب الحقيقية وتأثيرات الاحتكاك المعقدة ذات أهمية، لكن للنطاق الأكثر صلة بتقييم الهياكل كانت المطابقة جيدة بما يكفي للاستخدام العملي.

ماذا يعني هذا للمباني التاريخية اليوم

لغير المتخصص، الرسالة الأساسية أن هذه الدعائم الخشبية الطبقية ليست زينة هشة؛ بل تعمل كوسائد مدمجة تسمح للمباني التاريخية بأن تتمايل وتنزلق وتتخلص من طاقة الزلزال دون الانهيار. تُظهر هذه الدراسة أن حتى نسخ مينغ–تشينغ «الأبسط» تؤدي هذا الدور الحامي، وتقدّم للمهندسين طريقة مدمجة لتمثيلها داخل نماذج الحواسيب للمباني الكاملة. هذا يجعل من الأسهل بكثير فحص سلامة النُصُب الخشبية الكبيرة والتخطيط لإصلاحات أو تعزيزات تحترم طابعها الأصلي.

الاستشهاد: Cui, Z., Chun, Q., Yuan, Y. et al. Experimental and numerical research on the lateral hysteretic behavior and simplified model of typical Dou-Gong in Ming-Qing dynasties. npj Herit. Sci. 14, 57 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02340-x

الكلمات المفتاحية: دو-قونغ, أداء زلزالي, تراث خشبي, عمارة مينغ–تشينغ, تبديد الطاقة