العارضة (الهيكل)

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة

عارضة محددة استاتيكيًا ، تنحرف (تترهل) تحت تأثير حمل موزع بانتظام، والذي يشمل وزنها الذاتي.

الكمرة عنصر إنشائي مصمم لتحمل الأحمال العمودية على محورها الطولي (أو "الأفقي"). وهذا يختلف عن الدعامة أو العمود ، اللذين يتحملان الحمل عموديًا على محورهما العرضي (أو "الرأسي"). [ 1 ] يحدث انحراف الكمرة بشكل أساسي عن طريق الانحناء ، حيث تُنتج الأحمال قوى رد فعل عند نقاط ارتكاز الكمرة وعزوم انحناء داخلية ، وقوى قص ، وإجهادات ، وانفعالات ، وانحرافات . تتميز الكمرات بطريقة ارتكازها، وشكل مقطعها العرضي، وشروط اتزانها، وطولها، ومادتها.

أي عنصر إنشائي ، بأي اتجاه، يقاوم بشكل أساسي الأحمال المطبقة جانبياً عبر محوره، يُعتبر عارضة. ورغم شيوع استخدام العوارض في الهندسة المعمارية والمدنية ، إلا أنها تُستخدم أيضاً في هياكل السيارات، ومكونات الطائرات، وهياكل الآلات، والعديد من الأنظمة الميكانيكية أو الإنشائية الأخرى.

ملخص

تاريخيًا، تُصنع العوارض من خشب مربع، ولكنها قد تُصنع أيضًا من المعدن أو الحجر أو مزيج من الخشب والمعدن (مثل عارضة فليتش ) [ 2 ] أو من مواد مركبة ؛ وقد لا يكون لها مقطع عرضي صلب. تحمل العوارض في المقام الأول قوى الجاذبية الرأسية ، ولكنها تُستخدم أيضًا في الضغط لتحمل الأحمال الأفقية مثل تلك الناتجة عن الزلازل أو الرياح، أو في الشد لمقاومة دفع العوارض الخشبية ( عارضة الربط ) أو الضغط ( عارضة الطوق ). تُنقل الأحمال التي تحملها العارضة إلى الأعمدة أو الجدران أو الجسور ، ثم إلى عناصر الضغط الإنشائية المجاورة ، وفي النهاية إلى الأرض. في الإنشاءات ذات الإطار الخفيف ، قد تستند العوارض الخشبية على العوارض.

التصنيف بناءً على الدعامات

في الهندسة، توجد عدة أنواع من العوارض: [ 3 ]

  1. مدعوم ببساطة - عارضة مدعومة من نهاياتها التي تكون حرة في الدوران وليس لها مقاومة للعزم.
  2. ثابت أو مثبت (مثبت) - عارضة مدعومة من كلا الطرفين ومقيدة من الدوران.
  3. العارضة المتدلية - عارضة بسيطة تمتد خارج دعامتها من أحد طرفيها.
  4. العارضة المتدلية المزدوجة - عارضة بسيطة تمتد نهايتاها إلى ما بعد دعاماتها على كلا الطرفين.
  5. مستمر - عارضة تمتد على أكثر من دعامتين.
  6. الكابولي - عارضة بارزة مثبتة من طرف واحد فقط.
  7. الهيكل الشبكي - عبارة عن عارضة يتم تقويتها بإضافة كابل أو قضيب لتشكيل هيكل شبكي . [ 4 ]
  8. عارضة على دعامات زنبركية
  9. عارضة على أساس مرن

قياس مساحة الشعاع

في معادلة العارضة ، يُمثل المتغير I عزم القصور الذاتي الثاني ، وهو مجموع مربعات مساحة كل جزء من العارضة على طول محورها، حيث r هي المسافة من المحور المحايد ، و dA هي مساحة جزء صغير من العارضة. ولا يقتصر قياس I على المساحة الكلية لمقطع العارضة فحسب، بل يشمل أيضًا مربع المسافة بين كل جزء من العارضة والمحور. وتشير القيمة الأكبر لـ I إلى عارضة أكثر صلابة، وأكثر مقاومة للانحناء. [ 5 ]

ضغط

مخطط صلابة عارضة مربعة بسيطة (أ) وعارضة متعددة الاستخدامات (ب). المسافة بين مقطعي شفة العارضة متعددة الاستخدامات ثلاثة أضعاف المسافة بين نصفي العارضة المصمتة العلوي والسفلي. عزم القصور الذاتي الثاني للعارضة متعددة الاستخدامات تسعة أضعاف عزم القصور الذاتي الثاني للعارضة المربعة ذات المقطع العرضي المماثل (تم إهمال شبكة العارضة متعددة الاستخدامات للتبسيط).

تُحدث الأحمال الواقعة على الكمرة إجهادات ضغط وشد وقص داخلية ( بافتراض عدم وجود التواء أو حمل محوري). عادةً، تحت تأثير أحمال الجاذبية، تنحني الكمرة على شكل قوس دائري صغير، حيث ينضغط طولها الأصلي عند الجزء العلوي لتشكيل قوس ذي نصف قطر أصغر، بينما يتمدد عند الجزء السفلي ليشكل قوسًا ذا نصف قطر أكبر تحت تأثير الشد. يُعرف هذا بالانحناء ؛ بينما يُعرف الوضع الذي يكون فيه الجزء العلوي تحت تأثير الشد، كما هو الحال فوق دعامة، بالانحناء . أما محور الكمرة الذي يحتفظ بطوله الأصلي، والذي يقع عادةً في منتصف المسافة بين الجزء العلوي والسفلي، فلا يخضع للضغط أو الشد، ويُعرف بالمحور المحايد (الخط المنقط في شكل الكمرة).

يتعرض الجسر فوق الدعامات لإجهاد القص. توجد بعض الجسور الخرسانية المسلحة التي يكون فيها الخرسانة بالكامل تحت ضغط، بينما تتحمل أوتار فولاذية قوى الشد. تُعرف هذه الجسور بالجسور الخرسانية مسبقة الإجهاد ، وهي مصممة لتوليد ضغط يفوق الشد المتوقع تحت ظروف التحميل. تُشد أوتار فولاذية عالية المقاومة أثناء صب الجسر فوقها. بعد تصلب الخرسانة، تُحرر الأوتار تدريجيًا، فيتعرض الجسر مباشرةً لأحمال محورية لا مركزية. يُولد هذا التحميل اللامركزي عزمًا داخليًا، مما يزيد بدوره من قدرة الجسر على تحمل العزوم. تُستخدم الجسور مسبقة الإجهاد بشكل شائع في جسور الطرق السريعة.

عارضة من الخشب ذي الخيوط المتوازية (PSL) تم تركيبها لاستبدال جدار حامل للأحمال

تُعدّ معادلة أويلر-بيرنولي للعوارض الأداة الأساسية لتحليل الهياكل الإنشائية للعوارض . تصف هذه المعادلة بدقة السلوك المرن للعوارض النحيلة، حيث تكون أبعاد المقطع العرضي صغيرة مقارنةً بطول العارضة. أما بالنسبة للعوارض غير النحيلة، فيلزم اعتماد نظرية مختلفة لحساب التشوه الناتج عن قوى القص، وفي الحالات الديناميكية، عن القصور الذاتي الدوراني. صيغة العارضة المعتمدة هنا هي صيغة تيموشينكو، ويمكن الاطلاع على أمثلة مقارنة في تحدي NAFEMS المعياري رقم 7. [ 6 ] تشمل الطرق الرياضية الأخرى لتحديد انحراف العوارض "طريقة الشغل الافتراضي " و"طريقة انحراف الميل". يهتم المهندسون بتحديد الانحرافات لأن العارضة قد تكون على اتصال مباشر بمواد هشة كالزجاج . كما يُسعى إلى تقليل انحرافات العوارض لأسباب جمالية، فالعارضة المترهلة بشكل واضح، حتى وإن كانت آمنة إنشائيًا، تُشوّه المنظر ويجب تجنبها. يؤدي استخدام عارضة أكثر صلابة ( معامل مرونة عالٍ و/أو ذات عزم مساحة ثانٍ أعلى ) إلى انحراف أقل.

تشمل الطرق الرياضية لتحديد قوى العارضة (القوى الداخلية للعارضة والقوى المفروضة على دعامة العارضة) " طريقة توزيع العزم "، وطريقة القوة أو المرونة ، وطريقة الصلابة المباشرة .

الأشكال العامة

تتميز معظم الكمرات في المباني الخرسانية المسلحة بمقاطع عرضية مستطيلة، إلا أن المقطع العرضي الأكثر كفاءة هو المقطع على شكل حرف I أو H، وهو شائع في الإنشاءات الفولاذية. وبفضل نظرية المحاور المتوازية ، وكون معظم المادة بعيدة عن المحور المحايد ، يزداد عزم القصور الذاتي للكمرة، مما يزيد من صلابتها.

عارضة معدنية على شكل حرف I تدعم جسراً

يُعدّ العارضة على شكل حرف I الشكل الأمثل فقط في وضعها على شكل حرف I؛ أما عند وضعها على جانبها، فتصبح على شكل حرف H، حيث تقل كفاءتها. الشكل الأمثل للانحناء في كلا الاتجاهين في بُعدين هو الصندوق (غلاف مربع)؛ بينما الشكل الأمثل للانحناء في أي اتجاه هو الغلاف الأسطواني أو الأنبوب. أما للانحناء أحادي الاتجاه، فتُعدّ العارضة على شكل حرف I أو العارضة ذات الشفة العريضة هي الأفضل. [ 7 ]

الكفاءة تعني أنه بالنسبة لنفس مساحة المقطع العرضي (حجم العارضة لكل طول) الخاضعة لنفس ظروف التحميل، فإن العارضة تنحرف بشكل أقل.

تُستخدم أشكال أخرى، مثل العارضة على شكل حرف L (الزوايا)، والقناة على شكل حرف C ، والعارضة على شكل حرف T ، والأنابيب المزدوجة على شكل حرف T ، في البناء عند وجود متطلبات خاصة.

العارضة المنحنية هي عارضة ذات حافة سفلية منحنية، لذا تكون أعمق عند الأطراف وأقل عمقًا في المنتصف. وهي ليست قوسًا، لأن سطحها العلوي مسطح ومستقيم. تتميز العارضة المنحنية عادةً بمظهرها الأنيق، ووزنها أخف من العوارض ذات القاعدة المسطحة. غالبًا ما تكون العوارض المنحنية أغلى من العوارض العادية، لأنها عادةً ما تُصنع خصيصًا للموقع، ولا يمكن الاستفادة من مزايا الإنتاج بكميات كبيرة.

جدران رقيقة

الكمرات ذات الجدران الرقيقة نوعٌ مفيدٌ للغاية من الكمرات (الهياكل). يتكون المقطع العرضي لهذه الكمرات من ألواح رقيقة متصلة ببعضها لتكوين مقاطع عرضية مغلقة أو مفتوحة. تشمل المقاطع المغلقة الشائعة الأنابيب الدائرية والمربعة والمستطيلة، وجميع أنواع الكمرات الصندوقية . أما المقاطع المفتوحة فتشمل الكمرات على شكل حرف I ، والكمرات على شكل حرف T، والكمرات على شكل حرف L، وما إلى ذلك. تُستخدم الكمرات ذات الجدران الرقيقة لأن صلابتها الانحنائية لكل وحدة مساحة مقطع عرضي أعلى بكثير من صلابة المقاطع الصلبة كالقضبان. وبهذه الطريقة، يمكن الحصول على كمرات صلبة بأقل وزن ممكن. تُعد الكمرات ذات الجدران الرقيقة مفيدة بشكل خاص عند استخدام المواد المركبة . وقد كان ليفيو ليبريسكو رائدًا في مجال الكمرات ذات الجدران الرقيقة المصنوعة من المواد المركبة. [ 8 ]

تتأثر صلابة الالتواء للشعاع بشكل كبير بشكل مقطعه العرضي. ففي المقاطع المفتوحة، مثل مقاطع I، تحدث انحرافات الالتواء التي، إذا تم تقييدها، تزيد بشكل كبير من صلابة الالتواء. [ 9 ]

دعامات وعوارض

يوفر هذا النظام دعامات أفقية للخنادق الصغيرة، مما يضمن تركيب المرافق بشكل آمن. وهو مصمم خصيصًا للعمل مع ألواح الخنادق الفولاذية، [ 10 ] أو مع جدار استنادي خرساني. في الحالة المثالية، يفرض الضغط الجانبي الناتج عن التربة حملاً موزعًا بانتظام على الدعامة ، والتي بدورها تُدعّم بواسطة الدعامات ذات المسافات المحددة بينها. لذلك، تتعرض الدعامة عمومًا لقوى القص وعزم الانحناء ، بينما تتعرض الدعامات لأحمال محورية منقولة من الدعامة. عادةً ما تُستخدم عوارض فولاذية على شكل حرف I، نظرًا لكفاءتها. قد تتطلب بعض الحفريات العميقة طبقات متعددة من الدعامات.

يُعدّ تصميم الدعامات والجدران الاستنادية عنصرًا بالغ الأهمية في مشاريع الحفر. ففي عام ٢٠٠٤، انهار موقع حفر محطة نيكول هاي واي في سنغافورة نتيجةً لخلل في نظام الدعامات والجدران الاستنادية، حيث انبعجت عدة جدران مما أدى إلى انهيار الجدران الاستنادية ومقتل أربعة عمال. [ ١١ ] كما أشار التحقيق في الانهيار إلى عدم كفاية مراقبة قوى الدعامات والجدران الاستنادية. ومن بين التدابير الممكنة استخدام خلايا قياس الحمل ومقاييس الإجهاد [ ١٢ ] لمراقبة القوى في أكثر أقسام موقع الحفر حساسيةً (عادةً ما تكون الأقسام ذات الامتداد الأطول، لأنها الأكثر عرضةً للانبعاج)، وذلك لضمان إنذار مبكر قبل وقوع أي انهيار محتمل.

تاريخ

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "شعاع" . مركز شيكاغو للهندسة المعمارية . مؤرشف من الأصل في 17 مارس 2026. تم الاسترجاع في 18 أبريل 2026 .
  2. ↑ تعريف كلمة "شعاع" 1. ويتني، ويليام دوايت، وبنيامين إي. سميث. قاموس وموسوعة القرن . المجلد 1. نيويورك: شركة القرن، 1901. 487. مطبوع.
  3. ↑ تشينغ، فرانك. قاموس مصور للهندسة المعمارية . نيويورك: فان نوستراند رينهولد، 1995. 8-9. مطبوع.
  4. ↑ مجلة أخبار المهندس المعماري والبناء الأمريكية، المجلد الثالث والعشرون . بوسطن: جيمس ر. أوسجود وشركاه. 1888. ص 159. 
  5. ↑ مصطفى، تنوير (2025). أساسيات الهندسة الإنشائية: منهج قائم على حل المشكلات (الطبعة الأولى ). بوكا راتون، لندن، نيويورك: مطبعة سي آر سي. رقم ISBN  9781032638065.
  6. ↑ رامزي، أنغوس. "تحدي معيار نافيمس رقم 7" (ملف PDF) . ramsay-maunder.co.uk . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 16 أبريل 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 مايو 2017 .
  7. ↑ "نموذج حساب العوارض" . CalcForge . مؤرشف من الأصل في 21 يناير 2025. تم الاطلاع عليه في 8 نوفمبر 2024 .
  8. ↑ ليبريسكو، ليفيو؛ سونغ، أوهسوب (2006). العوارض المركبة ذات الجدران الرقيقة . ميكانيكا المواد الصلبة وتطبيقاتها. المجلد 131. doi : 10.1007/1-4020-4203-5 . ISBN  978-1-4020-3457-2.
  9. ↑ رامزي، أنجوس. "تأثير ونمذجة تقييد الانحناء على العوارض" . ramsay-maunder.co.uk . تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 مايو 2017 .
  10. ↑ "Walers and Struts" . MGF . 27 أغسطس 2020. مؤرشف من الأصل في 2 ديسمبر 2023. تم الاطلاع عليه في 24 أكتوبر 2023 .
  11. ↑ «لجنة التحقيق تستنتج أن سلسلة من الأخطاء التصميمية الجسيمة تسببت في انهيار طريق نيكول السريع» (ملف PDF) (بيان صحفي). وزارة القوى العاملة في سنغافورة. ١٣ مايو ٢٠٠٥. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في ٢٢ أبريل ٢٠٢١. تم الاطلاع عليه في ١٦ مايو ٢٠٢٦ – عبر الأرشيف الوطني لسنغافورة.
  12. ↑ "خلية الحمل: استخداماتها، وأنواعها، وطريقة عملها، وتطبيقاتها" . Encardio Rite . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 مايو 2026 .

للمزيد من القراءة

  • بوبوف، إيغور ب. (1968). مقدمة في ميكانيكا المواد الصلبة . برنتيس هول . ISBN 978-0-13-726159-8.
  • مجلس الأخشاب الأمريكي : تحميل مجاني لمكتبة بيانات البناء الخشبي
  • مقدمة في التصميم الإنشائي، مؤرشفة بتاريخ ١٣ أكتوبر ٢٠٠٨ في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) ، قسم الهندسة المعمارية، جامعة فرجينيا
    • مسرد المصطلحات
    • مقتطفات من الدورة التدريبية ( مؤرشفة بتاريخ 19 أكتوبر 2008 على موقع Wayback Machine) - محاضرات، مشاريع، اختبارات
    • نقاط مراجعة العوارض والانحناء (تابع باستخدام أزرار التالي )
    • محاضرات حول السلوك الهيكلي ومناهج التصميم (تابع باستخدام أزرار التالي )
  • جامعة ويسكونسن-ستوت، محاضرات عبر الإنترنت في مقاومة المواد ، مسائل، اختبارات/حلول، روابط، برامج
  • العوارض ١ - قوى القص وعزوم الانحناء