تجربة التحميل للجسور .. شرح موجز لها.

م.سامرعقيل

إستشاري الهندسة المدنية
إستشاري
إنضم
29 يناير 2010
المشاركات
243
مجموع الإعجابات
899
النقاط
0
فيمايلي شرح موجز لتجربة التحميل عسى أن يكون فيها فائدة ما للزملاء.
أساسيات تحميل الجسور ..
أهم الأسئلة التي قد تخطر في ذهن المهندس حديث التخرج حول تجربة تحميل الجسور مايلي:
1- كيف تتم المعاينة الأولية لحالة الجسر قبل إجراء تجربة التحميل؟
2- ماهي قيمة الحمولة الواجب تطبيقها على الجسر خلال تجربة التحميل؟
3- كيف يتم تطبيق تجربة تحميل الجسر؟
4- كيف يتم تحديد الحمولة الأعظمية المسموحة على الجسر؟
ولنحاول الإجابة عليها بشكل موجز قدر الإمكان.
--------------------------------------------------
السؤال الأول: كيف تتم المعاينة الأولية لحالة الجسر ؟
من خلال زيارات ميدانية للجسر يتم الإطلاع على حالته و المشاكل الظاهرة فيه وأية حالات انهيار موضعية فيه بشكل عام ويتم الاطلاع على المخططات الأساسية و نتائج تجارب المواد المستخدمة و يمكن طلب إجراء بعض التجارب البسيطة لتقييم مواد أو حالة بعض العناصر عند الحاجة.
من ثم يتم تقييم كل جزء من الجسر بشكل منفصل تبعاً لحالته وفقاً للكودات العالمية الخاصة بتقييم المنشآت الهندسية. حيث تعطي هذه الكودات ( مثل AASHTO أو Caltrans) جداول خاصة يتم من خلالها تقييم حالة كل عنصر تبعاً للضرر فيه إلى أحد أربع درجات (Good, Fair, Poor, Sever) .
بعد أن يتم تقييم كل العناصر وإعطاءه الدرجة المناسبة يمكن أن نوجد (Bridge condition rating (BCR الذي يعطي فكرة عن حال الجسر ككل من خلال ضرب قيمة الدرجة لكل عنصر (مثلاً: Good=1, Fair=0.5, Poor=0.2, Sever=0.05) بمعامل تثقيل مناسب تبعاً لأهميته وفق جداول خاصة (لأن حصول الضرر في رصيف المشاة أقل أهمية ولايؤثر على سلامة الجسر مقارنة مع ضرر في الجائز الرئيسي مثلاً فلذلك معامل تثقيل رصيف المشاة هو 2 بينما الجائز الرئيسي هو 10).
بناءً على ذلك يتم تقييم الجسر و اقتراح الخطوة القادمة ( الجسر بحالة جيدة ولايحتاج لأي شي أو اقتراح اغلاق الجسرلاستبداله أو تدعيمه أو اللجوء لتجربة التحميل التي تعطي معلومات أكثر دقة عن حال الجسر...الخ.)
--------------------------------------------------
السؤال الثاني: ماهي قيمة الحمولة الواجب تطبيقها على الجسر خلال تجربة التحميل؟
تتعلق قيمة الحمولة بدرجة التجربة المعتمدة. حيث تُصنف تجربة التحميل تبعاً لشدة الحمولة المطبقة (مستوى الإجهادات الناتج عن الحمولات المطبقة) إلى أربع مستويات أساسية كما يمكن تصنيفها تبعاً لطبيعة هذه الحمولة إلى نوعين (ستاتيكية أو ديناميكية) كما يلي...
أ‌- تصنيف تجربة التحميل تبعاً لشدة الحمولة المطبقة:
1- النوع الأول Supplementary load test :
- كما هو واضح من اسمها فهي تهدف إلى استكمال الطريقة التحليلية لتقييم الجسر المعتمدة على الكودات و الحسابات الرياضية analytical methods of assessment . أي تهدف إلى إعطاء مؤشر عن سلوك الجسر وكيفية توزيع الحمولات عبر عناصره وهذه المعلومات تفيد المهندس الدارس في تعديل الموديل الرياضي للجسر حتى يتوافق مع تلك المستنتجة خلال التجربة و بالتالي يصبح الموديل الخاص به أكثر مصداقية و دقة.
- باعتبار أن الهدف من هذه النوعية من التجارب ليس تقدير قدرة تحمل الجسر فعادة تكون قيمة الحمولة المطبقة صغيرة (لا تسبب أية أضرار دائمة للجسر) ومقاربة للحمولات الاستثمارية العادية للجسر المتوقعة normal traffic load. (عملياً يتم اختيار وزن العربات اللازمة لهذه التجربة بحيث تولد إجهادات في المقطع الأخطر للجسر أقل من قيمة الإجهادات الموافقة لتراكيب الحمولات الاستثمارية بحوالي 60-80 % منها تبعاً للمواصفة المعتمدة).
................
2- النوع الثاني Proof Loading Test :
- وتستخدم هذه التجربة من أجل الجسور الجديدة وخاصة غير المألوفة مثل تلك الموافقة لاستخدام مواد إنشاء جديدة أو طريقة تصميم حديثة.
- الهدف من التجربة هو البرهان أن عمليتي التصميم والتنفيذ قد تمّا وفق طريقة صحيحة وبطريقة مرضية.
- تشابه الطريقة السابقة من حيث أن الهدف الأساسي هو تعديل الموديل ليصبح أكثر دقة و مصداقية لكن الفرق أن الحمولات المختارة تكون أكبر من سابقتها وتوافق الحمولات الاستثمارية العظمى وهذا يسمح برصد قيمة الانتقال الاستثماري و طبيعة التشققات المتولدة استثمارياً ( موقع التشققات و أبعادها و معدل تزايد عرضها مع زيادة التحميل).
................
3- النوع الثالث Proving Load Testing :
- تهدف هنا التجربة إلى التحقق من قدرة تحمل الجسر بطريقة مباشرة (دون الاستعانة بأي طريقة رياضية).
- في هذه الطريقة يتم زيادة الحمولة بشكل متدرج حتى وصولها للحمولة العظمى حيث تبدأ مؤشرات التدهور بالظهورuntil the structure shows signs of deterioration or distress)) وعندها يتم ايقاف التحميل واعتماد قدرة تحمل الجسر الأمينة The safe load-carrying capacity باعتبارها نسبة من الحمولة الملاحظة في التجربة باستخدام عامل حمولة (أمان) مناسب appropriate load factor .
- من الواضح أن قيمة حمولة التحميل في هذه الحالة هي أكبر من الحالتين السابقتين ( وهي مقاربة لتلك الموافقة لتركيب الحمولات الحدية Ultimate Limit State).
- بالطبع هذا النوعية من التحميل أكثر مصداقية من الحالتين السابقتين لكن بالمقابل فهي تترافق مع أضرار دائمة والتي تتطلب عمليات اصلاح لاحقة لها كما يجب القيام بدراسة الخطورة المرافقة لحالة حدوث الانهيار لاسمح الله والقيام بإجراءات مناسبة لذلك .
................
4- النوع الرابع Full Capacity "Failure" Load Testing :
- وهي حالة خاصة جداً تقوم بها بعض مراكز الأبحاث عادة للجسور التي من المزمع هدمها أو استبدالها.
- يتم تحميل الجسر بشكل متدرج حتى حصول الانهيار الفعلي لمعرفة عامل الأمان الفعلي بين القيمة الموافقة لبداية انهيار الجسر والقيمة الموافقة لحصول الانهيار فعلياً.

( ملاحظة: التسميات السابقة لدرجات تجربة التحميل هي غالباً ما تستخدم وفق المراجع البريطانية بينما قد نجد في بعض المراجع الأخرى أن التسمية مختلفة .. فمثلاً كثير من المراجع الأمريكية تسمي النوع الثاني Supplementary وليس Proof... لذلك فمن المهم جداً عند التعامل مع أي كود معرفة المقصود بالمصطلح المستخدم كما عرفه الكود نفسه)
.........................
ب‌- تصنيف تجربة التحميل تبعاً لطبيعة التحميل :
تصنف تجربة التحميل حسب طبيعتها إلى نوعين: التحميل الستاتيكي (تسير العربة ببطئ إلى موقعها المحدد ومن ثم يتم ايقاف محركها و بقائها في هذا الوضع مدة من الزمن) والتحميل الديناميكي ( تسير العربات بسرعة محددة فوق الجسر) .
- الهدف من تجربة التحميل الديناميكي باستخدام عربات متحركة (weigh in motion testing (WIM هو دراسة خصائص الجسر الديناميكية وتحديد الأثر الديناميكي لحركة العربات على الجسر ودراسة اهتزازه لمعرفة درجة راحة الجسر لحركة العربات عليه (أو وجود أي مشكلة في المساند Bearings ) كما يمكن الاستفادة منها في حالة التحقق من التعب (الكلال Fatigue) لدراسة مجال تغير الإجهادات أثناء حركة العربات في بعض الحالات.
- يوجد طرق حديثة لربط تقييم الجسر إنشائياً ككل من خلال استجابته الديناميكية لأن اهتزاز الجسر يرتبط بدوره الطبيعي الذي يرتبط بالقساوة التي ترتبط بخصائص المنشأة الفعلية والأضرار فيه.
(Substantially lower natural frequency >>> potential defects)
- يتم تحدد عدد الشاحنات والسرعة التي يجب أن تسير بها من قبل المصمم أو الشركة المسؤولة عن القيام بالتجربة تبعاً للمعادلات الديناميكية المعروفة التي تعطي الاستجابة العظمى للجسر (مع الأخذ بعين الاعتبار السرعة العظمى المسموحة طرقياً على الجسر).
- هناك انواع أخرى من التجارب الديناميكية مثل تطبيق حمولات صدم أو تطبيق اهتزاز هارموني على الجسر بواسطة أجهزة معينة لكن قلما يتم اللجوء لها عملياً وخاصة من أجل الجسور العادية.
- يعتبر موضوع الأثر الديناميكي في حالة الجسور السككية (حاملة للقطارات) أهم بكثير من حالة جسور السيارات.
--------------------------------------------------
السؤال الثالث: كيف يتم تطبيق تجربة تحميل الجسر الستاتيكية؟
- بعد جمع كل المعلومات المطلوبة عن تفاصيل الجسر وأبعاده ونتائج تجارب المواد المستخدمة يتم دراسة جدوى إجراء تجربة التحميل ودرجتها تبعاً للحالة المدروسة ( لأن بعض الحالات قد لا تصلح لإجراء التجربة كما في حالة احتمال حدوث انهيار هش (مفاجئ) كتلك الناتجة عن مشكلة في القص للجسور البيتونية أو حالة جسور معدنية قديمة cast iron bridges... الخ.)
- يتم بعد ذلك وضع دراسة مرورية مناسبة لعملية تحميل الجسر (أماكن دخول الشاحنات وتوقفها) ودراسة تغيرحركة المرور الجارية نتيجة إجراء التجربة (لأنه من الممنوع بتاتاً أن يتم مرور العربات غير تلك المخصصة للتجربة أسفل الجسر أو فوقه أو بجانبه تماماً خلال التجربة)..الخ. كما يتم اختيار الأماكن التي ستوضع بها أجهزة قياس الاستجابة (الانتقالات و التشوهات) وكيفية تثبيتها وطاقم العمل اللازم للقيام بالتجربة (عادة يتم وضع أجهزة قياس الانتقالات عند المساند و على مسافة ربع المجاز بالتتالي كما يتم وضع أجهزة قياس التشوهات بالقرب من المساند و في النقاط الخطرة المهمة التي يتوقع أن تكون الإجهادات والتشوهات فيها حرجة). ونهاية يتم وضع خطة طوارئ في حال حدوث مشكلة ما لاسمح الله مع الحرص على اعلام جميع الجهات المختصة (الشرطة، إدارة المرور، الجهة المالكة..الخ) بموضوع التجربة وتفاصيلها قبل البدء بها.
- يتم اختيار توقيت بدء التجربة ليلاً أو في الصباح الباكر تفادياً للازدحام المروري وبحيث يكون أثر تغير الحرارة أقل ما يمكن . تبدأ التجربة بتطبيق العربات بشكل تدريجي (حالة الملء) وفق جدول زمني محدد متفق عليه (لنقل ساعة كفاصل زمني بين كل شاحنة والتي تليها). ويتم معاينة حالة الجسر (حساب الانتقالات والتشوهات ورصد أية تشققات جديدة أو تطور تشققات سابقة) في بداية كل مرحلة ونهايتها.
- بعد تطبيق الحمولات الكاملة على الجسر يتم انتظار مدة كافية ( بعض المواصفات تشترط أن لا تقل عن 24 ساعة لكن قد يتعذر ذلك بسبب الحاجة لفتح الطريق جانب الجسرمثلاً مما يفرض قيود على هذه المدة في بعض الحالات).
- بعد انقضاء تلك الفترة يتم إزالة الشاحنات أيضاً بالتدريج وفق جدول زمني محدد (حالة التفريغ) حتى ازالة آخر شاحنة مع رصد حالة الجسر بشكل مشابه لحالة الملء.
- نهاية يتم تجهيز تقرير كامل عن نتائج التجربة بشكل جدولي و مخططات هندسية.

(ملاحظة: يتم ايقاف التجربة إذا ظهرت شقوق واسعة تهدد سلامة الجسر أو لوحظ بداية حالات لااستقرارية من أي شكل في العناصر قد تؤدي لحالة انهيار...الخ. كما أن المواصفات IS تتطلب ايقاف التجربة إذا كانت قيمة الانتقال الفعلي في أي مرحلة من مراحل التحميل أكبر من تلك المحسوبة نظرياً بأكثر من 10%).
---------------------------------------------------------
السؤال الرابع: كيف يتم تحديد الحمولة الأعظمية المسموحة على الجسر؟
1- إذا كانت تجربة التحميل من النوع الأول أو الثاني (supplementary or proof) -كما جاء تعريفهما بالأعلى- فلابد من إعادة ضبط الموديل الهندسي للجسر (نموذج الجسر وفق البرنامج الهندسي) ليعطي نتائج مقاربة لنتائج تجربة التحميل Calibration of structural models.
يتم تعديل الموديل من خلال إدخال مواصفات المواد الإنشائية المستخدمة فعلياً والأبعاد الحقيقية للعناصر مع نمذجة كل العناصر المؤثرة (مثلاً الأطروفة Barrier التي تعمل مع بلاطة الجسرDeck كجائز مقلوب رغم أن التصميم الأولي قد يكون أغفلها)... و يتم تعديل القساوة Stiffness تبعاً لمخطط الانتقال الطولي الناتج من التجربة مع الانتباه لممانعة الدوران أو الانتقال الأفقي للمساند المستخدمة (يعطي مقياس التشوهات الموجود بالقرب من المساند مع شكل الانتقال الكلي للجسر مؤشر مهم على وجود هذه الممانعة بينما تؤدي الممانعة الافقية لخلق الفعل القوسي arching action في الجوائز)... ويعطي الانتقال النسبي بين الجوائز المتجاورة مؤشر على التوزيع العرضي للحمولةTransverse load distribution الذي يرتبط بالقساوة العرضية والفتلية لمقطع الجسر (من المهم الحصول على شكل استجابة عرضية في الموديل متوافق مع الشكل المستنتج من التجربةmatching the profiles of the transverse deflection ) كما يجب الانتباه لأثر طريقة التنفيذ على الإجهادات المتولدة في بعض حالات الجسر كما في حالة الجسور السيجمنتال ...الخ.
بعد تعديل الموديل يتم الاستفادة منه لحساب معامل التقييم RF (المعروف لمهندسي الجسور) والذي من خلاله يتم تقييم قيمة الحمولة المسموحة على الجسر تبعاً لقوانين الكود آشتو ومنهجيته .
2- إذا تم تطبيق تجربة التحميل من الدرجة الثالثة فيتم تحديد الحمولة المسموحة (الأمينة) من خلال اعتبارها أقل من الحمولة المرصودة بالتجربة وفق عامل أمان مناسب ... ونذكر أن الكود IS يعتمد طريقة إيجاد هذه الحمولة الأمينة باعتبارها الموافقة لقيمة الانتقال الأعظمي كنسبة من المجاز وقيمة الانتقال المتبقي بعد إزالة الحمولة المطبقة و هذه الطريقة توافق طريقة الـ ACI الأمريكي أيضاً التي نعتمدها في تجارب التحميل في المباني.

تحياتي للجميع.
م. سامر عقيل
 

علي محمد يوسف

عضو تحرير المجلة
إنضم
18 أغسطس 2007
المشاركات
3,116
مجموع الإعجابات
587
النقاط
0
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
جزاكم الله خيرا وبارك الله فيكم
 

م.سامرعقيل

إستشاري الهندسة المدنية
إستشاري
إنضم
29 يناير 2010
المشاركات
243
مجموع الإعجابات
899
النقاط
0
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
جزاكم الله خيرا وبارك الله فيكم

وعليكم السلام ورحمة الله.
شكرا لحضرتك استاذ علي ... الله يبارك بعمرك.
تحياتي
 
التعديل الأخير:
أعلى