أكوام الأنابيب الفولاذية للأساسات المقاومة للزلازل

تُستخدم الأكوام الفولاذية على نطاق واسع في البلدان المتقدمة، إلا أن استخدامها في الصين لا يزال محدودًا. وينشأ هذا الموقف بسبب الاختلافات في ممارسات البناء والظروف المحلية وتوافر المعدات. ومع ذلك، لا يمكن تجاهل فوائد الأكوام الفولاذية، وخاصة للهياكل المقاومة للزلازل.

ما هي أكوام الأنابيب الفولاذية؟

أكوام الأنابيب الفولاذية هي عناصر هيكلية تستخدم في البناء لتوفير الدعم الأساسي. تُصنع هذه الأكوام من الفولاذ عالي القوة، وتُدفع عميقًا في الأرض لنقل الأحمال الهيكلية إلى طبقات التربة المستقرة أو الأساس الصخري. هناك عدة أنواع من أكوام الأنابيب الفولاذية، ولكل منها خصائص فريدة مصممة لتطبيقات محددة. فيما يلي، نتعمق في الأنواع الرئيسية، بما في ذلك أكوام الأنابيب الفولاذية الملحومة، وأكوام الفولاذ المقطعية H، والأكوام الملحومة الحلزونية، والأكوام الملحومة بالمقاومة الكهربائية (ERW)، والأكوام المركبة.

1. أكوام الأنابيب الفولاذية غير الملحومة

يتم تصنيع أكوام الأنابيب الفولاذية غير الملحومة بدون أي طبقات لحام، مما يوفر قوة موحدة في جميع أنحاء الأنبوب. يتم إنشاء هذه الأكوام عن طريق تسخين وثقب كتلة فولاذية صلبة، ثم شدها إلى شكل أسطواني مجوف. وهي قوية ومتينة ومقاومة للإجهاد أو التشوه بشكل استثنائي، مما يجعلها مثالية للتطبيقات عالية الأحمال مثل المباني الشاهقة والمنصات البحرية.

2. أكوام فولاذية مقطعية على شكل حرف H

تتميز الأكوام الفولاذية المقطعية على شكل حرف H بشكل مقطع عرضي يشبه الحرف "H". تسمح الحافة العريضة والملف المسطح بتوزيع الحمل بشكل متفوق واختراق عميق في التربة القاسية. تعمل هذه الأكوام بشكل استثنائي في المناطق الزلزالية، حيث يمتص هيكلها المرن القوى الأفقية، مما يوفر مقاومة ممتازة للزلازل. تُستخدم على نطاق واسع في أساسات الجسور والجدران الداعمة والمرافق الصناعية.

توفر أكوام الأنابيب الفولاذية، بما في ذلك أيضًا الأكوام الملحومة الحلزونية وأكوام ERW والأكوام المركبة، القوة والمتانة والتنوع. الأكوام الملحومة الحلزونية فعالة من حيث التكلفة للمشاريع البحرية والبنية التحتية. أكوام ERW ناعمة ومثالية للاستخدام السكني والصناعي الخفيف. تجمع الأكوام المركبة بين الفولاذ والخرسانة أو الطلاءات لتوفير قوة إضافية ومقاومة للتآكل في البيئات الخاصة.

لماذا تعتبر أكوام الأنابيب الفولاذية مثالية للمناطق المعرضة للزلازل

يقول بعض الخبراء أن العديد من المباني في اليابان عبارة عن هياكل مرنة. يجب أن يتضمن هذا البيان جانبين: الأول هو أن أساس المبنى مرن (أكوام فولاذية)، والآخر هو أن البنية الفوقية مرنة (هيكل فولاذي أو هيكل مادة مرنة مركبة أخرى). ومع ذلك، من منظور تقليل الاهتزاز، فإن البنية المرنة للأساس أكثر أهمية. الأرض هي مصدر الإثارة، والأكوام هي ممتصات الصدمات. لا يهم إذا كان المبنى العلوي عبارة عن جسم صلب، لأن شدة اهتزاز الجسم الصلب تعتمد بالكامل على ممتص الصدمات. إن مقاومة الزلازل للمباني اليابانية مشهورة عالميًا، وتجربتها الناجحة تستحق التعلم منها.

إن استخدام الفولاذ على شكل حرف H كأكوام أساس للمبنى لا يزيد التكلفة كثيرًا، ولكنه يزيد من الأمان كثيرًا. إنه مثل استخدام مسمار فولاذي ضخم لتثبيت المبنى الأرضي بقوة في الأساس، مما يمنح عامة الناس شعورًا كافيًا بالأمان نفسيًا. طالما أن الأكوام الفولاذية على شكل حرف H ذات المواصفات الصحيحة والمصنعين المنتظمين تدخل الأرض من موضع الأكوام المحدد على الأرض، فلا داعي للقلق بشأن أي مشاكل أخرى تتعلق بالجودة. أما بالنسبة لنوع الشكل الآمن الذي يتبناه الهيكل العلوي للمبنى، فسيتم حله من قبل الخبراء والعلماء في مجالات أخرى.

يعتقد أحد الأكاديميين في الأكاديمية الصينية للهندسة أن استخدام المطارق الاهتزازية الهيدروليكية عالية التردد لبناء أكوام فولاذية على شكل حرف H لا يمكن أن يعمل فقط كأكوام تحمل الأساس لأساسات المدارس، بل يمكن استخدامه أيضًا على نطاق واسع في معالجة أساسات المباني الصناعية والمدنية. يمكن أن يلعب دورًا وقائيًا جيدًا في مقاومة الزلازل لأساس المبنى ويمكنه تقليل الضرر الناجم عن الزلازل للأساس بشكل فعال.

تطبيقات أكوام الأنابيب الفولاذية في البناء

تتمتع أكوام الأنابيب الفولاذية بتطبيقات متنوعة عبر الصناعات، بما في ذلك:

المباني التجارية: تستخدم للأساسات المستقرة في الهياكل الشاهقة.

الجسور والأرصفة: توفر المتانة والمقاومة في مشاريع الواجهة البحرية.

المنشآت الصناعية: تدعم الآلات والمعدات الثقيلة بأمان.

التطورات السكنية: ضمان السلامة للمنازل في المناطق المعرضة للزلازل.

إن تنوعها وموثوقيتها يجعلها خيارًا شائعًا للمشاريع الحرجة.

أكوام الأنابيب الفولاذية مقابل أسس الأكوام التقليدية

فوائد أكوام الأنابيب الفولاذية: توفر أكوام الأنابيب الفولاذية العديد من المزايا مقارنة بأنظمة الأساس التقليدية:
1. أداء زلزالي أفضل

أكوام الخرسانة صلبة وعرضة للتشقق تحت الضغط الزلزالي. من ناحية أخرى، تنحني أكوام الأنابيب الفولاذية دون أن تنكسر، وتمتص الاهتزازات بشكل أكثر فعالية.

2. عمر أطول

يمكن أن تدوم أكوام الأنابيب الفولاذية مئات السنين مع الحماية المناسبة من التآكل. الأكوام الخرسانية، على الرغم من متانتها، أكثر عرضة للتدهور البيئي بمرور الوقت.

3. تركيب أسهل

تتطلب أكوام الأنابيب الفولاذية إزاحة أقل للتربة أثناء التركيب. يمكن دفعها بشكل أعمق بدقة، حتى في ظروف الأرض الصعبة.

هل تتآكل أكوام الأنابيب الفولاذية؟

قد يقلق الناس من أنه إذا تم استخدام أكوام الفولاذ في الأساس، وصدأت الأكوام، فلن تكون هناك أكوام تحت المبنى بعد عدة سنوات؟ ألن تختفي المزايا المذكورة أعلاه؟ إنها أسوأ من أكوام الخرسانة، بعد كل شيء، لن تتعفن. أولاً وقبل كل شيء، يتم دفن أكوام الفولاذ عميقًا تحت الأرض، مع القليل جدًا من الأكسجين، وتأثير التآكل على الأكوام محدود. عندما يتم بناء أكوام الفولاذ بمعدات اهتزازية، ستتعرض التربة المحيطة بالأكوام لمزيد من الاهتزاز والضغط، وسيترسب الأكسجين بشكل أكبر، وسيكون محتوى الأكسجين في الطبقة أقل، مما سيكون له تأثير تآكل أقل على الأكوام. ثانيًا، قبل غرق أكوام الفولاذ في الأرض، يمكن إجراء بعض المعالجة الفيزيائية أو الكيميائية البسيطة المضادة للصدأ على أكوام الفولاذ لتحسين قدرتها على مقاومة التآكل بشكل أكبر. بهذه الطريقة، يمكن أن تصل مدة خدمة أكوام الفولاذ إلى مئات السنين. في الوقت الحاضر، تستخدم معالجة الأساسات في مصنع شنغهاي باوستيل وبرج شنغهاي جينماو ومركز شنغهاي التجاري العالمي أكوامًا فولاذية كأساسات. واستنادًا إلى احتياجات إعادة بناء المدن القديمة واستبدال الأساسات القديمة وتعزيزها وتصحيح المباني وتعزيزها وإضافة أرضية المبنى وتكميل الأكوام، أصبحت الأكوام الصغيرة وأكوام الضغط الساكنة أكثر نضجًا واستخدامًا على نطاق واسع.

التطبيقات الناجحة لأكوام الأنابيب الفولاذية في مناطق الزلازل
تُظهِر المشاريع البارزة فعالية أكوام الأنابيب الفولاذية في المناطق الزلزالية:

برج شنغهاي: استخدم أكوام الفولاذ لتحقيق مقاومة الزلازل في ظروف التربة اللينة.

البنية الأساسية في اليابان: تم تنفيذها على نطاق واسع في الجسور والمباني الشاهقة نظرًا لأدائها المثبت.

مناطق الزلازل في كاليفورنيا: تم اعتمادها لإعادة تأهيل الهياكل القديمة لتحسين المرونة الزلزالية.

تسلط هذه الأمثلة الضوء على دورها الحاسم في الهندسة الحديثة.

الخلاصة

تُعَد أكوام الأنابيب الفولاذية خيارًا ممتازًا للأساسات المقاومة للزلازل. يضمن مزيجها الفريد من القوة والمرونة والقدرة على التكيف الاستقرار والسلامة على المدى الطويل لمشاريع البناء المختلفة. ومن خلال معالجة المخاوف مثل التآكل والاستفادة من تقنيات التثبيت المتقدمة، أصبحت هذه الأكوام حجر الزاوية في التصميم الحديث المقاوم للزلازل.