تدقيق لغوي: أ. موانا دبس
قائمة المحتويات
بدايةً نحن نعلم أن الخرسانة المسلحة هي أحد أركان الهندسة المدنية لاستخداماتها المتعددة في المنشآت، وأن المكونين الأساسيين لهذه المادة الفولاذ والبيتون، فإن الفولاذ يساعد على تعزيز قوة الشدّ بينما الخرسانة تعمل على تحمُّل قوى الضغط.
من أحد أهمّ الاختبارات التي يتعرَّض لها حديد التسليح أي فولاذ البيتون المسلح هي قوة شدّ الفولاذ، والتي تعطي نتائج وخصائص للفولاذ نستطيع من خلالها تحديد مدى قوة تحمُّل قضبان الفولاذ على الشدّ، وسلوكيتها أثناء استخدامها في البيتون المسلح، حيث يُعتبر هذا الاختبار من الاختبارات البسيطة التي لا تحتاج إلى تعديل بأي خاصةٍ من خواص الفولاذ.
والفولاذ بطبيعته مادةٌ تتكون من خليط من الحديد والكربون بشكلٍ أساسي، واستناداً على نسبة الكربون نستطيع التمييز ما بين الفولاذ المرن الأملس والفولاذ المحلزن عالي المقاومة. الفولاذ الأملس المرن تكون نسبة الكربون بداخله أصغر أو تساوي 0.25 بالمئة، بينما الفولاذ المحلزن عالي المقاومة تكون نسبة الكربون بداخله تتراوح ما بين أكبر أو تساوي من0.25 بالمئة، وأصغر أو تساوي 0.63 بالمئة. [1]
ما هي المعدات المطلوبة لإجراء اختبار شدّ الفولاذ؟
1- آلة اختبار الشدّ UTM.
2- عينة فولاذية (قضيب الفولاذ).
3- بياكوليس أو ما يُدعى بمسطرة دقيقة.
ممَّ تتكون آلة اختبار الشدّ؟
آلة اختبار الشدّ تتألف من جزأين أساسيين، وهما:
1- الجزء الأول
يُدعى وحدة التحميل في حالة اختبار الشدّ، وتتألف من مسندين بشكلٍ أساسي علوي متحرك وسفلي ثابت بحيث يتمُّ وضع العيّنة بين المسندين.
2- الجزء الثاني
هو لوحة التحكم، ووظيفة هذا الجزء تقتصر على تطبيق الحمل والقوة على العيّنة، واستخدام مقياس لقياس القوة التي تؤثر بدورها على قضيب الفولاذ. [2]
ما هو مبدأ اختبار شدّ الفولاذ؟
يعتمد هذا الاختبار بشكلٍ أساسي على خضوع قضيب الفولاذ لقوةٍ، وتزداد هذه القوة مع مرور الزمن مع ملاحظة التمدُّد في قضيب الفولاذ مروراً بثلاثة مراحل. [3]
ما هي إجراءات وخطوات تنفيذ تجربة شدّ قضيب الفولاذ ؟
1- في المرحلة الأولى يجب تحديد وزن المتر الطولي للقضيب، فنقوم بوزن العيّنة، وحساب طولها ثم نقوم بواسطة قلم تأشير، فنؤشّر على العينّة بعدة علامات، ونقيس الطول بين العلامات، وليكن 1 سم بين كل علامتين، ومن ثم تحديد مساحة مقطع القضيب، والتي تُسمّى Ao.
2- يتمُّ تثبيت العيّنة على آلة الاختبار جهاز الشدّ، ويتمُّ تطبيق قوة الشدّ على القضيب الثلاثي بتشغيل الجهاز، وفي كل زيادة بالقوة (تطبيق قوة متزايدة) يرافق هذه الزيادة استطالةٌ في طول القضيب، وفي هذه الأثناء يقوم راسم الجهاز برسم منحنٍ يربط ما بين حمولة الشدّ المُطبقة p والاستطالة بحيث تكون الحمولة المُطبقة على المحور الشاقولي بينما الاستطالة على المحور الأفقي.
3- نقوم بتسجيل القوة عند الوصول إلى نهاية المرحلة المرنة.
4- بزيادة القوة نصل إلى الحمولة الأعظمية، والتي يرافقها لحظة تضيُّقٍ للقضيب، وفي لحظة انقطاع القضيب الفولاذي نسجل قيمة الحمولة المطبقة.
5- في هذه المرحلة نكون قد وصلنا لنهاية التجربة، ونأخذ جزئي القضيب ونجمعهم مع بعضهما، وعندها نقوم بقياس المسافة بين العلامتين على القضيب، وتكون هي عبارةً عن طول الاستطالة لدلتا L وL المسافة بين نقطتي العلام على القضيب، والتي تمَّ تثبيتهما في بداية التجربة.
6- ومن ثم نقوم بحساب التشوُّه النسبي وإجهاد الشدّ مقاسا سم2/ كغ.
7- في النهاية نرسم العلاقة ما بين التشوُّه وإجهاد الشدّ. [3]
ما هي المراحل التي يمرُّ فيها قضيب الفولاذ أثناء تجربة شدّ الفولاذ؟
1- قضيب الفولاذ المرن الأملس
في حالة هذا الفولاذ تكون العلاقة ما بين القوة المُطبقة والاستطالة، حيث يكون الرسم البياني خطاً مستقيماً مائلاً أي القضيب في حاله تشوُّهٍ مرن مرحله المرونة، والتي نقصد بها في حالة إزالة الحمولة عن القضيب الذي يعود إلى طوله الأصلي من دون تشوُّه، ومن ثم تبدأ مرحلة اللدونة.
وهي المرحلة التي يفقد القضيب الفولاذي مرونته أي في حال إزالة القضيب من الجهاز لن يعود لوضعه الطبيعي، وفي هذه المرحلة يبدأ الخط البياني يزداد بشكلٍ منحنٍ، ومن ثم يستقيم أي يصبح خطاً مستقيماً أفقياً، وفي هذه المرحلة يكون الجهاز متوقفاً عن زيادة الحمولة المُطبقة.
ولكن القضيب يستمر بالاستطالة، وذلك لأن القضيب تعرَّض للتعب، ونطلق على هذه المرحلة عتبة السيلان، والقوة نطلق عليها حدّ السيلان، وفي المرحلة التالية يعود القضيب لقواه، ويبدأ الجهاز بزيادة حمولات الشدّ، ويعود الخط البياني على شكل منحنٍ صاعد، ويستمر المنحني حتى يصل القضيب لنقطة انهيار وانقطاع، وعندها تُسمّى القوة بحدّ الانهيار، وفي هذه الحالة يتضيَّق القضيب حتى ينقطع، وبعد الانقطاع يعود المنحني نازلاً للأسفل، وفي لحظة الانقطاع تكوّن القوة نقطة الانقطاع أو حدّ الانقطاع.
2- قضيب الفولاذ عالي المقاومة
لا يمرُّ هذا القضيب بمرحلة السيلان، وذلك يعود للقساوة والمقاومة العالية لقضيب الفولاذ، ويتمُّ تعيين ما يُسمّى بحدّ السيلان الاصطلاحي، والذي توافق قيمه إجهاد 0.2 بالمئة، وتوافق أيضاً تشوُّهاً نسبياً بقيمة 0.2 بالمئة، ويكون التشوُّه النسبي على المحور الأفقي، ونسجل قيمة الإجهاد على المحور الشاقولي. [3]
المراجع البحثية
1- Lachica, L. (n.d.). Steel reinforcing bar or Rebar tensile test machines. Retrieved September 17, 2023
2- K, N.S. (2019) Tension test on steel rod – procedure and results, The Constructor. Retrieved September 17, 2023
3- Prasad (2021) Tensile strength of Rebar, Structural Guide. Retrieved September 17, 2023
