تأثير إجهاد الإجهاد الزلزالي على قانون تطور الشقوق الدقيقة في اختبارات ثني شعاعي للخرسانة باستخدام تقنية الانبعاث الصوتي

من الانحرافات اللطيفة إلى الكسور المستقيمة

من خلال فحص الأسطح المكسورة، وجد الباحثون أن مسارات الشقوق تغيرت مع معدل التحميل. تحت التحميل البطيء، كانت الشقوق تتلوى حول حبيبات الحجر الأكبر، متبعة مناطق الحدود الأضعف بين الحجر والملاط. كانت أسطح الكسر خشنة، وكُشفت العديد من الركامات الخشنة سليمة، وهو مؤشر على أن المادة فشلت بشكل أكثر تدريجيًا ودكتيلياً. تحت التحميل الأسرع، سارت الشقوق الرئيسية بشكل أكثر استقامة وقطعت عبر العديد من الركامات مباشرة. تشير هذه الشقوق المستقيمة التي تخترق إلى أن المادة لم يكن لديها وقت للبحث عن مسار أسهل، وبدلاً من ذلك كسرت أجزاء الهيكل الداخلي الأقوى، مركزَةً الضرر في نطاق ضيق.

الاستماع إلى الشقوق لرسم خرائط الضرر الخفي

قدمت قياسات الانبعاث الصوتي صورة مفصلة لكيفية تطور الشقوق الدقيقة. مع زيادة معدل التحميل، ازدادت كل من عدد أحداث الشق المسجلة والطاقة الصوتية الإجمالية، مما يدل على حدوث ضرر داخلي أعنف. عند المعدلات المنخفضة، كانت هذه الأحداث منتشرة على طول العارضة، متطابقة مع منطقة تلف واسعة وشق رئيسي متعرج. عند المعدلات الأعلى، تكتلت الإشارات بشدة قرب الشق المسبق الوجود، كاشفةً أن الشقوق الدقيقة كانت تندمج لتشكّل خط كسر واحد ومركّز. من خلال تحليل أشكال الموجات المسجلة، وجد الفريق أيضًا أن نوع الشق السائد تحول من شقوق فتحت الوجهين، التي تباعد السطوح، إلى شقوق انزلاقية، التي تقصّ السطوح جانبًا عن بعضها، مع ازدياد سرعة التحميل.

ما الذي يعنيه هذا لتصميم مقاوم للزلازل

تخلص الدراسة إلى أنه تحت التحميل الشبيه بالزلزال، يمكن للخرسانة أن تتحمل إجهادات أعلى لكنها تميل إلى الفشل بشكل أكثر فجائية، مع شقوق مستقيمة يهيمن عليها القص وتقدم تحذيرًا مسبقًا ضئيلًا. هذا المقايضة بين القوة والمطيلية تعني أن قواعد التصميم المبنية فقط على اختبارات بطيئة وثابتة قد تقلل من تقدير خطر الفشل الهش أثناء الزلازل الحقيقية. تشير النتائج إلى أن المهندسين يجب أن يأخذوا في الحسبان كيف تتغير أنماط الشقوق والضرر الداخلي مع معدل التحميل، ويقوّوا أجزاء المنشآت التي يحتمل فيها حدوث تشققات قص، ويستخدموا أنظمة رصد قادرة على اكتشاف تحولات في سلوك الشقوق قبل أن تؤدي إلى انهيار مفاجئ.

الاستشهاد: Xiao, D., Wen, L., Cao, Y. et al. Influence of seismic strain stress on evolution law of microcracks in concrete TPB tests using AE technology. Sci Rep 16, 15483 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-49968-0

الكلمات المفتاحية: تكسر الخرسانة, التحميل الزلزالي, معدل الإجهاد, شقوق دقيقة, الانبعاث الصوتي