تقييم أداء العتبات الخرسانية المعززة: تحسين المقاومة الانحنائية والقص باستخدام حصائر الألياف الزجاجية المقطعة والمنسوجة

جسور ومباني أقوى

العديد من الجسور والمباني التي نعتمد عليها يومياً مصنوعة من عتبات خرسانية تفقد قوتها تدريجياً مع التقدم في العمر وتحمل حمولات مرورية أثقل من تلك المصممة لها. تستكشف هذه الدراسة طريقة بسيطة نسبيًا لمنح تلك العتبات حياة جديدة عبر لفها بواجهات رقيقة من الألياف الزجاجية، مما يجعلها أكثر أمانًا ومتانة دون تفكيك الهيكل أو إضافة دعائم ضخمة.

كيف تفشل العتبات الخرسانية عادةً

الخرسانة جيدة جدًا في تحمل قوى الانضغاط لكنها ضعيفة في التعامل مع قوى الشد، التي تظهر على شكل انحناء وانزلاق في العتبة. مع مرور الوقت تتطور شقوق مرئية قد تكبر فجأة، مما يؤدي إلى تكسر هش دون إنذار كبير. ركز الباحثون على طريقتين أساسيتين لفشل العتبات: الانحناء في المنتصف الذي يسبب هبوطًا، والقص قرب الدعامات الذي يسبب شقوقًا قطرية حادة وانهيارًا مفاجئًا. فهم وتحسين هاتين النقطتين الضعيفتين أمر بالغ الأهمية لسلامة الهياكل اليومية مثل الأرضيات والجسور ومواقف السيارات.

لف العتبات بواجهات الألياف الزجاجية

بدلاً من استبدال العتبات الضعيفة، اختبر الفريق حصائر رقيقة من الألياف الزجاجية يمكن لصقها على سطح العتبة كضمادة. استخدموا نوعين من الحصائر: طبقة ناعمة عشوائية الاتجاهات تُسمى الحصيرة المقطعة، وطبقة أكثر انتظامًا تُسمى الحصيرة المنسوجة. كلتاهما رُبطتًا بغراء إيبوكسي وطبقتا بشكل U حول الجانبين والقاع لكل عتبة خرسانية، مع ترك الوجه العلوي حرًا حتى تظل العتبة قادرة على الجلوس على الدعامات. بُنيت ثمانية عتبات بالحجم الكامل وقُسمت إلى مجموعات لدراسة الانحناء والقص بشكل منفصل، تضمنت كل مجموعة عتبة ضابطة غير ملفوفة وعتبات ملفوفة بطبقة واحدة من كل حصيرة منفردة أو كلتيهما معًا.

ما كشفت عنه التجارب

وضعت العتبات في إطار اختبار وحُمِّلت بواسطة رافعات هيدروليكية حتى فشلت، بينما تتبع الفريق مقدار انحنائها وكيف تغيرت صلابتها الداخلية وكيف تشكلت الشقوق وانتشرت. أدى اللف إلى تأخير ظهور الشقوق الأولى وسمح للعتبات بالانحناء أكثر وامتصاص طاقة أكبر قبل الكسر. في اختبارات الانحناء حملت العتبة غير الملفوفة 18.6 كيلو نيوتن، بينما وصلت العتبات الملفوفة بالحصيرة المقطعة، والحصيرة المنسوجة، والهجين من كلاهما إلى 23.6، 27.2، و31.84 كيلو نيوتن على التوالي، بزيادات تصل إلى نحو 42 بالمئة مقارنة بالضابطة. في اختبارات القص رفعت نفس التسلسلات السعة من 18.6 إلى 24.0، 25.2، و28.32 كيلو نيوتن، بزيادات تقارب 22 إلى 34 بالمئة.

لماذا نجح اللف الهجين أفضل

أظهرت قراءات دقيقة لانحناء العتبة، وفقدان الصلابة، وشذوذ القص أن للحصيرتين دورين مختلفين. قدمت الحصيرة المقطعة تحكمًا واسعًا في الشقوق وزيادة في الليونة، بينما أضافت الحصيرة المنسوجة أليافًا أقوى ومصطفة بشكل أفضل تحمل حملًا أكبر عبر المناطق الحرجة. عند دمجهما في لف هجين عملا معًا: تأخرت تشكل الشقوق، وظلت أضيق، وحملت العتبات أحمالًا أعلى في كل من الانحناء والقص قبل الفشل. وكانت المقايضة أن نقطة الضعف تحولت من الخرسانة نفسها إلى الواجهة الملصوقة، حيث فشلت بعض العتبات بتقشر طبقة الألياف، مما يبرز أهمية تحضير السطح وأداء اللصق.

ماذا يعني هذا للهياكل الواقعية

لغير المتخصصين، الرسالة هي أن السترات الرقيقة والخفيفة من الألياف الزجاجية يمكن أن تعزز بشكل ملحوظ قوة ومتانة العتبات الخرسانية القائمة دون إضافة وزن أو حجم كبيرين. تشير الدراسة إلى أن لفًا هجينيًا على شكل U يستخدم كلًا من الحصيرة المقطعة والمنسوجة فعال بشكل خاص، ويحسن كيفية تحمل العتبات لقوى الانحناء والقص اليومية وكيف تتصرف عند اقترابها من الفشل. بينما يشير المؤلفون إلى أن هناك حاجة لمزيد من الاختبارات على مجموعات أكبر من العتبات ودراسات على المتانة طويلة الأمد، فإن نتائجهم تقترح مسارًا عمليًا لتمديد عمر الخدمة للجسور والمباني الخرسانية المتقادمة باستخدام تقوية خارجية بسيطة نسبيًا.

الاستشهاد: Govindarajan, S., Devi, V., Yong, X. et al. Performance evaluation of strengthened concrete beams: flexural and shear enhancement using chopped strand and woven roving mats. Sci Rep 16, 15415 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43304-2

الكلمات المفتاحية: عتبات خرسانية, لف بالألياف الزجاجية, تقوية هيكلية, السعة الانحنائية والقص, ترميم