logo

logo

الهندسة الإنشائية | الإثارة الديناميكية

اثاره ديناميكيه

Excitation (Dynamic-) - Excitation dynamique



الإثارة الديناميكية

أنواع الأحمال الديناميكية 

مصادر الإثارة الديناميكية

 

 

الإثارة الديناميكية Dynamic Excitation هي حمل  load تتغير شدته أو اتجاهه أو منحاه أو نقطة تطبيقه بتغير الزمن، عندما تتعرض المنشآت لهذا النوع من الأحمال تكون استجابتها متغيرة مع الزمن أيضاً.

الشكل (1) حمل دوري توافقي
الشكل (2)  حمل دوري غير توافقي

لا توجد أحمال ساكنة  على نحو مطلق عملياً؛ لأن الأحمال تطبق عادة على المنشآت بترتيب وتوالٍ محددين يتغيران مع الزمن. وعليه فإن عد الحمل ديناميكياً عملية نسبية. والعامل الأهم في تحديد الأثر الديناميكي هو الدور الطبيعي لاهتزاز المنشأ، والذي يُعرَّف على أنه الزمن اللازم للمنشأ ليتم دورة من الاهتزاز. فإذا كانت مدة التحميل طويلة مقارنة بالدور الطبيعي لاهتزاز المنشأ فلن تتولد إثارة ديناميكية، ويُعد الحمل عندها ساكناً. أما إذا كانت مدة التحميل قريبة من دور اهتزاز المنشأ فسينتج عندها استجابة ديناميكية.

ثمة أنواع كثيرة من الإثارات الديناميكية مثل: أحمال العربات المتحركة على الجسور، هبَّات الرياح القوية، الأمواج البحرية، الانفجارات، الهزات الأرضية، اهتزاز المكنات.

نتيجة لهذه الإثارات يهتز المنشأ كلاً أو جزءاً، وعندها يتوجب تطبيق مبادئ علم الديناميك وليس علم السكون لدراسة استجابة المنشأ.

أنواع الأحمال الديناميكية:

تُصنَّف الأحمال الديناميكية وفقاً لتغيّرها مع الزمن وتغيّر العوامل المحددة لها إلى ما يلي:

محددة :deterministic يكون عندها شدة الحمل ونقطة تطبيقه واتجاهه وتغيره مع الزمن معروفاً تماماً.

غير محددة :nondeterministic يكون تغير الحمل أو العوامل المحددة له غيرَ محدد تماماً بل يمكن تحديده إحصائياً، ويسمى أحياناً الحمل العشوائي random.

يمكن تصنيف الأحمال الديناميكية وفقاً لتغيّر شدتها مع الزمن إلى ما يلي:

أحمال دورية: أحمال تكرر نفسها في فترات زمنية محددة. وأبسطها هو الحمل التوافقي harmonic load المبين في الشكل (1)، حيث يتغير الحمل على شكل تابع جيبي مع الزمن. ويبين الشكل (2) حملاً دورياً غير توافقي.

أحمال غير دورية: هي الأحمال التي لاتكرّر نفسها في فترات زمنية كالأحمال النبضية impulsive القصيرة الأمد الناجمة عن هبّات الرياح أو عن الانفجارات، أو كالأحمال النبضية ذات الفترات الطويلة كتلك الناجمة عن الهزات الأرضية.

مصادر الإثارة الديناميكية:

تعزى مصادر أغلب الأحمال الديناميكية إلى واحدة مما يلي:

1- الأحمال البيئية من أهمها:

أحمال الرياح: تسبب الرياح أحمالاً ديناميكية على الأبنية في كل الاتجاهات، وتدوم مدة تراوح بين أجزاء الثانية إلى بضع دقائق أحياناً، وتراوح شدتها بين الصغيرة إلى المدمّرة. وتتمثل على شكل قوى دفع أو سحب أو رفع، وتُحسب من متوسط سرعات الرياح المسجلة كتلك المبينة في الشكل (3). وتتعلق بسرعة الرياح وبارتفاع المنشأ وشكله وصلابته وطبوغرافية الأرض. ومن الضروري لأغراض تصميمية أن تُستبدل بهذه الأحمال الديناميكية أحمال سكونية مكافئة. تبدأ عملية إيجاد هذه الأحمال المكافئة بتحديد سرعة رياح تصميمية للمنطقة قيد الدراسة، ومن ثم تحويل هذه السرعة إلى ضغط ديناميكي (q) على سطوح المنشأ باستخدام العلاقة التالية:

                       

حيث: كتلة واحدة الحجوم من الهواء درجة حرارتها 15°c تحت ضغط جوي قدره 76 cm من عمود الزئبق على أن تقدر بـ m/s  وأن تقدر بـ  N/m2.

تحدَّد سرعة الرياح التصميمية للمنطقة قيد الدراسة بناءً على سرعة الرياح الأساسية، وهي ثاني أكبر سرعة عاصفة من الرياح مدتها ثلاث ثوانٍ يتعرض لها المنشأ خلال خمسين عاماً. وتُحدَّد بعمليات إحصائية على سجلات سرعة الرياح المدونة في محطات الرصد الجوي، حيث يجري القياس على ارتفاع عشرة أمتار فوق سطح الأرض في مناطق مستوية مفتوحة من دون عوائق، وبناءً على التغيرات المحلية الكبيرة في طبوغرافية سطح الأرض، وكذلك حجم البناء وشكله وارتفاعه فوق سطح الأرض.

 
 الشكل (3) متوسط سرعات الرياح المسجلة

أحمال الهزات الأرضية: تنشأ من تسارع قواعد المنشأ نتيجة حركة أرضية غير منتظمة وعنيفة كما هو مبين في الشكل(4). بيَنت الدراسات الجيولوجية أن معظم الهزات الأرضية حدثت نتيجة انزلاقات على طول صدوع جيولوجية موجودة سلفاً، ويحدث الانزلاق بسبب حركة الصفائح التكتونية التي تتكون منها القشرة الخارجية للأرض (تتكون القشرة الأرضية من سبع صفائح كبيرة ومجموعة من الصفائح الصغيرة). تتحرك هذه الصفائح ببطء عائمة فوق الطبقات المائعة والضعيفة التي تشكل البنية الداخلية للأرض. عندما تتصادم هذه الصفائح أو ينزلق بعضها على بعض عند سطوح التماس تنشأ إجهادات ضغط في القشرة الأرضية. تزداد هذه الإجهادات ببطء عبر مئات السنين وعندما تصل إلى طاقة التحمل تتمزق الصخور (تنهار) وتتحرر التشوهات فتحدث الهزة الأرضية.

 
الشكل (4) السجل الزمني لتسارع هزة أرضية  

أحمال الأمواج البحرية: يمثل هذا النوع من الأحمال أهم مصدر للأحمال التي تتعرض لها المنشآت البحرية كمنصات استخراج النفط والسفن. ولهذه الأحمال طبيعة دورية مركّبة كما هو مبين في الشكل 5) .

 
الشكل (5) أحمال الامواج البحرية  

2- الأحمال الناجمة عن اهتزاز المكنات : machine induced loads وتُعدّ من أهم الأحمال الديناميكية التي تؤثر في تصميم قواعد هذه المكنات كالمكابس والمحركات الدوارة والسيور الناقلة. وتكون طبيعة هذه الأحمال عادة دورية كما في الشكل (6) .

الشكل (6) طبيعة الأحمال الدورية

3- أحمال العربات : vehicular induced loads كتلك التي تتعرض لها الجسور المخصصة للسيارات أو القطارات، أو التي تتعرض لها الأبنية المجاورة للطرق السريعة.

4- أحمال الانفجارات : blast induced loads وهي الناجمة عن المتفجرات أو عن الانفجارات الكيميائية، حيث يُطبَّق الحمل على المنشأ على شكل ضغط زائد كما في الشكل(7) .

 
الشكل (7) الحمل الناجم عن انفجار 
 

عندما تنفجر شحنة متفجرة قوية فإن الانفجار يولد غازات بضغط عالٍ يقدر بـ (100 – 300 ) كيلو بار وبدرجة حرارة نحو (3000 –  4000) درجة مئوية، ثم يظهر توسع عنيف لهذه الغازات يجبر الهواء المحيط أن يترك الحجم الذي يشغله، فتتشكل طبقة من الهواء المضغوط (الموجة الانفجارية أو موجة الصدمة) أمام هذه الغازات حاوية معظم الطاقة التي تم تحريرها بالانفجار. تعرَف الموجة الانفجارية بأنها الارتفاع شبه الآني للضغط عن الضغط الجوي الطبيعي حتى ذروة الضغط الوارد (Ps)، والذي يُعرَّف بأنه الضغط على السطح الموازي لمنحنى انتشار الموجة الانفجارية

 

محمد أحمد السمارة

 

 

مراجع للاستزادة:

- الكود العربي السوري لتصميم وتنفيذ المنشآت الخرسانية المسلحة وملحقاته، نقابة المهندسين السوريين، 2004.

- E. Masoero, A. Vallini & B. Chiaia, Energy Based Study of Structures Under Accidental Damage, Key Eng. Mater.  2010.

- K. Meguro & M. Hakuno, Simulation of Collapse of Structures due to earthquake using the extended distinct element Method Earthquake Engineering, Denth World Conference, Balkema, Rotterdam, 1992.

- Ray W. Clough & Joseph Penzien, Dynamics of Structures, Computers & Structures Inc., 2003.

 




التصنيف : الهندسة الإنشائية
النوع : الهندسة الإنشائية
المجلد: المجلد الأول
رقم الصفحة ضمن المجلد : 200
مستقل

البحوث الأكثر قراءة

للحصول على اخبار الموسوعة

عدد الزوار حاليا : 18
الكل :
اليوم :

الأسليات

 الأسليات الأسليات الفصيلة الأسلية Juncaceae الفصيلة الثورنية Thurniaceae تنمو أغلب أنواع الأسليات Juncales في المهود الرطبة من المناطق الباردة والمعتدلة، أو في جبال المناطق المدارية، ويتباين وضعها التصنيفي من نظام لآخر؛ فقد ضمَّنها كرونكست عام 1982فصيلتين، هما: الأسلية Juncaceae والثورنية Thurniaceae، وضمنها ثورن Thorn عام 1992أربع فصائل، إضافة إلى للفصيلتين المذكورتين: السُعدية Cyperaceae والبريونية Prioniaceae. أما التصنيف السلالي APGIII للعام 2007 فقد ضم رتبة الأسليات إلى رتبة النجيليات Poales، التي تشترك معها بعدد كبير من الصفات كالهيئة وتعضي الزهرة إضافة إلى عدد من الصفات التشريحية...

المزيد »

المجلدات الصادرة عن موسوعة التقانة :