تُحدَّد قدرة التحمل للعضو الحامل في 거의 جميع الحالات بانبعاج الجناح المضغوط. ولا يظهر ذلك إلا بعد بلوغ حد الخضوع، عقب تساوي الإجهادات في كامل الرجل المضغوطة. ولا يمكن رفع إجهاد الحافة المسموح به إلى نطاق تقوية فولاذ الإنشاء إلا مع تدعيم جانبي قوي. وعند تقييم قدرة التحمل يجب أخذ التوزيع الحقيقي للإجهادات في الاعتبار. أما بافتراض توزيع خطي للإجهادات فستُقدَّر قدرة التحمل بأقل من حقيقتها. ويجب فحص حالات عدم الاستقرار على وجه الخصوص.
خصم الفتحات في العناصر الحاملة المعرضة للانحناء
في الجانب المشدود من الحامل يحدث إضعاف للمقطع كما هو الحال في القضبان المشدودة (انشقاق الحزام المشدود عند المقطع الضعيف). وفيما يتعلق بتجاوز الفتحات، تسري في هذا الصدد القواعد نفسها المعمول بها في القضيب المشدود.
ولما كانت الثقوب المملوءة بالبرشام على جهة الضغط من الجائز تؤثر تأثيرًا ضئيلًا جدًا في توزيع الإجهادات والتشوهات، وكانت القدرة الحاملة في معظمها محدودة بالانبعاج الجانبي للوتر المضغوط، فإن مقدار إضعاف المقطع في الجائز ذي المقاطع المتماثلة لا يؤثر كثيرًا في الحمل الحامل. لذلك طرح F. Hartmann منذ وقت مبكر السؤال عما إذا كان ينبغي أصلًا، في الجوائز المتماثلة، إدخال إضعاف الثقوب في الحساب. أما في المقاطع غير المتماثلة (حيث تكون جهة الضغط أقوى) فقد يصبح طرح الثقوب في جهة الشد من الجائز هو العامل الحاسم للقدرة الحاملة. وتحت الأحمال المتكررة كثيرًا يكون للثقوب تأثير كبير، حتى عندما تقع على مسافة أكبر من الألياف الحافة.
يُستخدم اليوم في حساب قدرة المقطع على التحمل عند الانحناء المقطع الإجمالي والمقطع الصافي (إلى جانب سائر أنماط الكسر المعتمدة). ويحدث الكسر وفق المقطع الإجمالي في الجزء من المقطع الذي لا تضعفه الثقوب. أما الكسر وفق المقطع الصافي فيحدث في المقطع الذي أضعفته الثقوب، والمساحة التي يُعتد بها هي المساحة الإجمالية مطروحًا منها مساحة جميع الفتحات.
المسامير في العنق والرأس
عند الانحناء، تظهر إلى جانب الإجهادات العادية أيضًا إجهادات القص، والتي تكون في الحمالات ذات الأحزمة المتوازية متناسبة مع القوة العرضية Q. وفي المقاطع المركبة تتولى المسامير التي تصل بين المقاطع المدرفلة المختلفة نقل إجهادات القص في أسطح التماس بينها. يكون توزيع قوى القص T في الجِسْر قطعًا مكافئًا، وفي الأحزمة شبه مستقيم الخط. وفي الحمالات ذات الأحزمة الثقيلة لا يختلف T كثيرًا في الجِسْر عن القيمة المتوسطة Tm، التي تكفي غالبًا للتقدير الأولي.
الشكل. 1
يجب أن تتحمل البراغي في الرأس (شكل 1b) معًا قوة الجِدْل TK < TH. أما قوة الجِدْل بين الصفائح الحزامية الفردية فهي أقل من ذلك، وفي الحالة المبينة في شكل 1c تُوزَّع على عدد أكبر من البراغي.
امتداد الحامل
الوصلة الطولية للصفيحة الرأسية تكون ضرورية عندما يكون ارتفاع الصفيحة أكبر من عرض الصفائح المتاحة. وقد تكون مطلوبة أيضاً من حيث التصنيع والنقل. يجب أن تتحمل الكلابات والبرشام في الوصلة الطولية لإحدى الدعائم القوة نفسها TL التي كانت ستتحملها الصفيحة غير الموصولة في الوصلة الطولية. ولما كانت الإضعافات الناتجة عن الثقوب في الكلابات مماثلة لتلك الموجودة في الصفيحة الرأسية، فيجب أن يكون سمك الكلابة أكبر من أو مساوياً لسمك الجسر.
الشكل 2 - وصلة طولية للصفيحة العمودية
الوصل المستعرض تحت تأثير الانحناء يمكن تغطيته بعدة طرق بواسطة أربطة التثبيت. يبيّن الشكل 3 عدة إمكانيات لـ_الوصل الورشي،_ حيث لا يُستكمل إلا الصفيح العمودي. إذا كانت أربطة التثبيت فقط بين الزوايا الشريطية (الشكل 3أ)، تبقى شرائط غير مغطاة من الصفيح العمودي أسفل الزوايا الشريطية. عندئذ تكون الزوايا والمسامير في منطقة وصل الصفيح العمودي أكثر تحميلًا بدرجة كبيرة، لذلك ينبغي حصر هذا النوع من الوصلات في الوصلات الأقل أهمية ذات القوى الصغيرة. ينبغي دائمًا إعطاء الأفضلية للوَصل المغطى بالكامل. إن أربطة التثبيت الخاصة على الأذرع العمودية للزوايا تتحمل الإجهادات الطولية لهذا الشريط، لكنها لا تشارك إلا بدرجة ضئيلة في تحمل القوة المستعرضة. ويحقق الشكل 3ج تحسينًا معينًا في ذلك. وعند القوى الكبيرة يجب السعي إلى أربطة تثبيت على كامل ارتفاع الصفيح العمودي (الشكل 3د)، وهو ما يفترض قطع الزوايا الشريطية. تأخذ أربطة التثبيت سماكة ذراع الزاوية، وعند سماكات الزوايا الكبيرة تُستخدم قطع تسوية لتوفير السماكة الزائدة غير الضرورية لأربطة التثبيت.
شكل 3 - وصلة عرضية (ورشة) للصفائح العمودية
الوصلة الصفائحية العمودية تحت تأثير قوة قص: يكون الحامل عند موضع الوصلة محمّلًا فقط بـ Q (M = 0). وللوصلة ذات تباعد المسامير المتساوي (شكل 4) ينبغي افتراض أن القوى في المسامير NiQ تتوافق تقريبًا مع العنصر الموافق من مساحة سطح وصلة التراكب e*t، أي إن القوى في المسامير تتوزع كما تتوزع إجهادات القص على ارتفاع الحامل، NiQ = e*t*τi = e*Ti. ومع ذلك يُعتدّ في التصميم بتوزيع منتظم على جميع المسامير n بحيث NiQ = Q/n.
شكل 4 - استمرار الصفيحة العمودية مع توزيع قوة القص
الشكل 5 يبيّن وصلة ورشية للصفيحة العمودية (أما الزوايا الشريطية والشرائح فقد وُصِلت في موضع آخر).
الشكل. 5
الانحناء مع قوة محورية: تُصمَّم الحوامل المحمَّلة في الوقت نفسه بعزوم انحناء وقوى محورية وفق المبادئ نفسها وبافتراض توزيع خطي مستقيم للإجهادات. وعند الحذف الكامل للبرشامات في الحزامين، لا يعتمد المقطع الفعّال وموقع خط الصفر على حالة التحميل، بحيث يمكن ببساطة جمع الإجهادات الناتجة عن M و N. ويُستحصل على تحميل البرشامات في الوصلة من خلال تراكب القوى الناتجة عن حالات التحميل الجزئية M، أو N.
ارتكاز ودعم الحامل
لن يُتناول هنا سوى أكثر الحلول شيوعًا من بين حلول كثيرة. وعند التقييم ينبغي دائمًا التفكير في القوى الإضافية الناتجة عن الانحرافات عن حسابات المقاومة المثالية، أو شبه المثالية.
يمكن اللجوء إلى الإسناد البسيط لعنصر حامِل على الحزام العلوي لعنصر إنشائي آخر عندما يكون الارتفاع الإنشائي المتاح كبيرًا. والحالة المعتادة هي الوصل الصلب بواسطة المسامير أو البراغي. ويُظهر الشكل 6 الإسناد العادي لعناصر السقف I المستمرة في البناء، وهو أيضًا يتجنب الثقب في أجنحة I الضيقة. ويجب في الحالة المعطاة تأمين الحوامل ضد الانقلاب وكذلك ضد القوى العرضية (الشكل 7 و8). وفي بناء الجسور كثيرًا ما تُقرن الحوامل (الشكل 9)؛ والإسناد الثابت للكمرة الطولية على الكمرة العرضية (الشكل 10). ويجب تدعيم الحوامل عند القوى الارتكازية الأكبر بزوايا ملائمة أو قطاعات ملحومة (الشكل 8 إلى 10). أما في الحوامل المركبة فيجب نقل الحمل إلى الجِدار الصلب.
الشكل 6 - تثبيت العروق الخشبية
الشكل 7 و8
الشكل 9 و10
وصلة الجِناح: في الشكل 11 و12 تُعرض وصلات الجائز I، التي تُستخدم في البناء كوصلات عادية. ويُعطى القطع انحناءً كبيرًا لتجنب تشقق جِناح الجائز. ويؤدي التثبيت المرن الناتج عن وصلة الجِناح إلى زيادة معينة في القدرة التحميلية. أما التشوهات المذكورة فهي غير خطرة في حالة الأحمال الساكنة غالبًا، كما في الجسور القديمة مثلًا.
الشكل 11. - الوصلات القياسية للعارضة I ذات المقطع النهائي العمودي
الشكل 12 - الوصلات العادية مع نهايات مقطوعة للكمرة I
الوصلات الصلبة على الانحناء تُنفَّذ عندما تكون هناك حاجة إلى وصلة بلا تغيّر في الزاوية (حمالات مستمرة، زوايا إطار صلبة) أو عندما يوجد خطر الانهيار بسبب التعب تحت الأحمال المتغيرة، ولا سيما في الجسور الحديدية. ويمكن استخدام صفائح الاستمرارية، والوصلات الصلبة على الانحناء، والزوايا الصلبة على الانحناء، وزوايا الإطار.
- شرائح الاستمرارية – إذا كان يجب وصل الحوامل الواقعة في المستوى نفسه، فإن الحزمتين العلويتين تُوصَلان بـ شريحة أو رباط استمرارية. وبهذا تُعفى براغي/مسامير الوصل من قوى الشد وتُتجنَّب التشوهات الكبيرة.
الشكل 13 - وصلة مع شريحة للاستمرارية
الشكل 14 - وصلة الحوامل الطولية أ) لجسر على الطريق السريع؛ ب) لجسر سكة حديد
- وصلات صلبة في الانحناء – نجد هذا النوع من الوصلات عند الكوابيل الكاملة لمسارات المشاة في الجسور الطرقية. وعند العزوم الأصغر يكون لوحها العمودي موصولًا فقط اتصالًا مزدوجًا بين الزوايا المخصصة لتقوية الجائز الرئيسي. وينتقل العزم المُدخَل عبر التقويات إلى كامل ارتفاع الجائز الرئيسي، أي يُدخَل إلى أحزمته على شكل ازدواج قوى.
الشكل 15 و16
- الزوايا الصلبة على الانحناء – يجب في البناء إنشاء الزوايا الصلبة على الانحناء بين الأعمدة والعوارض السفلية بحيث تبقى الزاوية ثابتة ولا تحدث أي تجاوزات موضعية في الإجهاد. وتتحقق الوصلات الموثوقة في الزوايا مثلًا وفق الشكل 16 عند استخدام الصفائح الجانبية، أو وفق الشكل 100 عندما يُؤخذ عزم التثبيت في أحزمة العمود على أنه مزدوجة قوى.
- زوايا الإطار – في الإطارات متعددة الأضلاع يمكن تنفيذ الوصلة عند نقطة الانكسار إذا كان فرق الزاوية صغيرًا؛ وتُغطّى القضبان الموصولة برباطات كما في القضبان المشدودة والمضغوطة. وتتركز قوى الالتواء عند نقطة الانكسار ويجب أن تتلقاها التدعيمات. في الشكل 101 ينبغي الانتباه إلى اختلاف طريقة تغطية الوصلة والتدعيم، تبعًا لاتجاه عزم الانحناء وقوى الانحراف. وفي حال القوى الكبيرة وفارق الزاوية الملحوظ، يُتجنب أن تقع الوصلة في الجزء شديد الانحناء من الإطار. وتسمح الوصلات قرب زوايا الإطار بشكل إنشائي أفضل وتسهّل التنفيذ. وتعرض الأشكال 102a و 102b أمثلة لوصلات عامة مبرشمة على جانبي نقطة الانكسار، وفيها تتكون الزاوية من جزء ملحوم. ويُظهر الشكل 103 وصلة عمود الإطار الصلبة على الانحناء مع عارضة مستمرة.
الشكل 17a
الشكل 17ب
الوصلات المائلة: في الوصلات التي نوقشت حتى الآن كانت الأضلاع متعامدة بعضها على بعض. أما إذا لم تكن الزاوية قائمة، فإن الزوايا (الشكل 18) تُدار، وفي الزوايا الحادة جدًا تُستخدم دعامات إسفينية. تُستخدم وصلات الاستمرارية وقطع الارتكاز في هذه الحالة كما في الوصلات القائمة. أما الصفائح الوصلية المنحنية (الشكل 19) فتكون مرتبطة بلامركزية كبيرة وبقوى إضافية ملحوظة. ويُسهَّل تنفيذ الوصلات المائلة عند استخدام صفائح وصل ملحومة (الشكل 20).
الشكل. 18
الشكل. 19
الشكل. 20