Applied Element Method

Future of structural analysis (AEM), good news for numerical analysis concerns.

Applied Element Method.com is dedicated to the educating engineers, scientists and researchers about the advancements inherent in AEM technology. The Applied Element Method, or AEM, is a new method of analysis, one that is capable of predicting the continuum and discrete behavior of structures to a greater degree of accuracy than current methods. With more than two decades of continuous research and development AEM has been proven to be the only method that can track structural collapse behavior passing through all stages of  loading; elastic, crack initiation and propagation in tension-weak materials, reinforcement yielding, element separation, element collision (contact), and collision with the ground and adjacent structures.

تأثير خصائص الحصويات على الخلطة البيتونية

يتألف البيتون من خليط من الاسمنت والماء والحصويات حيث تشكل الحصويات حوالي (60-80%) من حجم الخلطة البيتونية و(70-85%) من وزن الخلطة.

تعتبر الحصويات العامل الأهم في تحديد الخصائص الحرارية والميكانيكية للبيتون حيث تصنف إلى صنفين: الحصويات الخشنة والحصويات الناعمة، تعرف الحصويات الخشنة بالحصويات التي يزيد قطرها عن (4.75 mm) أما تلك الناعمة فهي التي يقل قطرها عن القيمة السابقة.

تكسب الخلطة البيتونية مقاومتها الانضغاطة من الحصويات المستخدمة فيها حيث تتأثر مقاومة الخلطة بشكل وبنية الحصويات المستخدمة في الخلطة فيكون البيتون أكثر قابلية للتشغيل في حال الحصويات ذات السطح الأملس بينما تكسب الحصويات الحادة الحواف مقاومة أكبر للبيتون بسبب زيادة سطح التماسك ولكن تحتاج إلى نسبة اكبر من الاسمنت من أجل تامين التماسك المطلوب.

تعتبر الحصويات ذات المصدر الطبيعي من الأنهار والبحيرات حصويات ناعمة الحواف أما الحصويات الحادة الحواف فهي تنتج عن تكسير الصخور في المقالع الصخرية.

 كما تتأثر مقاومة البيتون بشكل وبنية الحصويات تتأثر أيضا بالتدرج الحبي للحصويات المستخدمة في الخلطة حيث تحدد نسبة الرابط الإسمنتي من أجل قابلية التشغيل حيث تعتبر نسبة الرابط الإسمنتي هي الأكثر تأئيرا على كلفة الخلطة البيتونية, وبالتالي يجب الحصول على اقل نسبة من الرابط الإسمنتي والكافية لتشغيل البيتون ورصه.

تعتمد نسبة الاسمنت المطلوبة للتشغيل على نسبة الفراغات في الخلطة البيتونية ومساحة السطح الكلية من الحصويات المطلوب تغليفها, وحيث أن استخدام حصويات ذات تدرج حبي واحد  يؤدي إلى زيادة نسبة الفراغات في الخلطة مما يؤدي إلى زيادة الرابط الإسمنتي كان من الأكثر اقتصادية استخدام تدرج حبي مختلف للحصويات من أجل تخفيض نسبة الفراغات في الخلطة.

تعتبر نسبة الرطوبة (Moisture Content) في الحصويات عامل مهم في تحديد نسبة الماء الى الاسمنت في الخلطة البيتونية حيث تملك معظم الحصويات نسبة رطوبة تتراوح بين (1%) الى (40%) بحسب نوع الحصويات المستخدمة ومنشؤها.

يصنف البيتون بالنسبة للوزن الحجمي بحسب الحصويات المستخدمة، حيث يتراوح الوزن الحجمي للحصويات المستخدمة في البينون العادي بين (1520-1680 KG/m3) بينما يحوي البيتون الخفيف على حصويات يقل وزنها عن (1150 KG/m3) حيث تغطي المواصفات الأمريكية (ASTM C330) خصائص البيتون الخفيف المستخدم في الإنشاء.

أما إذا زاد الوزن الحجمي للحصويات المستخدمة عن (2080 KG/m3) فيصنف البيتون انه بيتون ثقيل، حيث تمت تغطية خصائص الخلطة البيتونية لهذا النوع من البيتون في المواصفة الأمريكية (ASTM C637).

ويبين الجدول التالي كثافة الحصويات المستخدمة والوزن الحجمي للبيتون ومقاومة البيتون على الضغط بحسب صنف البيتون المستخدم في الإنشاء.

المقاطع المعدنية المشكلة على البارد

المقاطع المشكلة على البارد  (cold formed section):

:مقدمة

يوجد بشكل عام طريقتين أساسيتين في صناعة الفولاذ المستخدم في البناء الطريقة الأولى هي تشكيل الفولاذ على الساخن حيث يتم صهر الحديد وصبه بشكل بروفيلات معدنية لها إشكال ومقاطع محددة وفق مواصفات عالمية, أو يتم تشكيل الفولاذ على البارد بدون صهره وتسمى المقاطع الناتجة عن هذه الطريقة المقاطع المشكلة على البارد حيث يتم تشكيل هذه المقاطع من صفائح معدنية رقيقة تتراوح سماكتها 0.5 -5 mm عبر آلات مخصصة تسمى آلات الدرفلة وضمن درجة حرارة الغرفة.

تم استخدام المقاطع المشكلة على البارد في البناء بشكل فعلي في عام 1930 وتطور استخدامها مع تطور كودات البناء حتى أصبحت تستخدم بشكل واسع في يومنا هذا.

تطبيقات استخدام المقاطع المشكلة على البارد:

- في أسقف الأبنية الصناعية (الهنكارات) وأسقف الأبنية السكنية.

- في هياكل الإطارات الفراغية والإطارات المستوية.

- من أجل تثبيت التجهيزات الملحقة بالبناء.

- في منشآت سند التربة مثل (sheet pile).

- تستخدم كقوالب وتسليح للبلاطات المختلطة.

حيث يبين الشكل (1)، استخدام المقاطع المشكلة على البارد في الهنكارات المعدنية.

الشكل (1)، استخدام المقاطع المشكلة على البارد في الهنكارات المعدنية

كما يبين الشكل (2)، استخدام المقاطع المشكلة على البارد في البلاطات المختلطة:

الشكل(2)، استخدام المقاطع المشكلة على البارد في البلاطات المختلطة

ويبين الشكل (3)، استخدام المقاطع المشكلة على البارد في منشآت سند التربة.

الشكل (3)، استخدام المقاطع المشكلة على البارد في منشآت سند التربة

ميزات المقاطع المشكلة على البارد:

تتميز المقاطع المشكلة على البارد بما يلي:

- خفيفة الوزن (باستخدام المقاطع المشكلة على البارد يتم توفير حوالي (38-50%) من وزن المنشأ في حال استخدام تلك المشكلة على الساخن).

- ذات مقاومة عالية حيث أن الفولاذ المشكل على البارد يسلك سلوك مطاوع أكثر من الفولاذ المشكل على الساخن.

- سهولة الإنتاج.

- سهولة وسرعة التركيب.

- اقتصادية في النقل والحمل.

- مقاومة للاحتراق.

- لا تحتاج إلى قوالب في الإنشاء.

- تامين فراغات للتمديدات الميكانيكية في الأسقف المصنوعة من الصفائح المتموجة.

- يمكن تشكيل أي شكل يلاءم الضرورة المعماري عبر هذه المقاطع.

- أفضلية في دقة التنفيذ باستخدام هذه المقاطع عن المقاطع المشكلة على الساخن.

- مقاومة للتآكل والزحف بشكل أفضل من تلك المشكلة على الساخن.

- يمكن استعمال أي نوع من أنواع التثبيت لتثبيتها مثل اللحام والبراغي واللصق.

- يمكن إعادة تدويرها.

ومن الكودات والمنظمات التي تبحث في مجال المقاطع المشكلة على البارد:

American Iron and Steel Institute (AISI) 

Steel Framing Alliance (SFA) 

Steel Stud Manufacturers Association (SSMA) 

Cold-formed Steel Engineers Institute (CFSEI) 

Structural Stability Research Council (SSRC) 

Metal Building Manufactures Association (MBMA) 

Steel Joist Institute (SJI) 

Steel Deck Institute (SDI) 

Steel Recycling Institute

صناعة المقاطع المشكلة على البارد:

تملك المقاطع المشكلة على البارد مقاطع مضلعة ذات سماكة ثابتة على كامل المقطع كم يبين الشكل (4):

الشكل (4)، المقاطع المنوذجية المشكلة على البارد.

 ويتم صناعة هذه المقاطع إما بطريقة الثني (Floding) أو بطريقة (press backing) أو عبر آلة درفلة للصفائح المشكلة على البارد في حال المقاطع الكبيرة، كما يبين الشكل (7→5).

الشكل  (5)، صناعة المقاطع المشكلة على البارد بطريقة (Floding).

الشكل  (6)، صناعة المقاطع المشكلة على البارد بطريقة (press backing).

الشكل  (7)، صناعة المقاطع المشكلة على البارد بطريقة الدرفلة.

مواد المقاطع المشكلة على البارد:

يتم صناعة الصفائح المشكلة على البارد من صفائح ذات مقاومة عالية حيث تصنع من الفولاذ الإنشائي الذي يتراوح إجهاد الخضوع فيه من (Mpa 220 -350 )، كما أنه من الممكن استخدام الفولاذ عالي المقاومة ليصل إجهاد الخضوع إلى (500 Mpa) كما بيبن الشكل (8)، منحني الإجهاد تشوه للفولاذ الإنشائي لمستخدم في المقاطع المشكلة على البارد:

الشكل (8)، منحني الإجهاد- تشوه للفولاذ المشكل على البارد.

أشهر المقاطع المشكلة على البارد:

  تصنع المقاطع المشكلة على البارد بمقاطع متعارف عليها ذات أبعاد نظامية ويتم استخدام هذه المقاطع إما منفردة أو مركبة كما يمكن صنع أي شكل من المقاطع المشكلة على البارد بحسب الطلب ومن أشهر هذه المقاطع:

1- مقطع مجراة (Plain Channels):

يتم الدلالة لمقطع المجراة بالرمز (LC) كما يبين الشكل (9):

الشكل (9)- مقطع مجراة مشكل على البارد

2- مقطع المجراة ذات الشفة (Lipped Channels):

يتم الدلالة لمقطع المجراة ذات الشفة بالرمز (LL) كما يبين الشكل (10).

الشكل (10)- مقطع مجراة ذو شفة مشكل على البارد.

3- مقطع الزاوية (Angle):

يتم الدلالة لمقطع الزاوية بالرمز (LA) كما يبين الشكل (11).

الشكل (11)- مقطع زاوية مشكل على البارد.

كما يمكن تجميع عدد من المقاطع المشكلة على البراد لتشكيل مقطع جديد كما تبين الشكل (12).

الشكل (12)- مقاطع مجمعة مشكلة على البارد.

Fire Protection For Steel Element

Fire Protection For Steel Element

-       There are four common methods of fire protecting structural steelwork;

-       Intumescent coatings

-       Board based systems

-       Sprayed fire protection systems

-       Concrete encasement or filling

Intumescent coatings:

 

Intumescent coatings may be brushed or sprayed onto steelwork rather like paint. The materials expand when subjected to fire and form an insulating foam. Intumescent coatings can achieve up to 120 minutes fire resistance, and are used mostly on exposed steelwork.

Board based systems:

Board based systems are used to form rectangular encasements around steel members, such as internal beams and columns.  Paint or other finishes can be applied directly to the boards. The level of fire resistance achieved depends upon the type and the thicknesses of the boards used and upon the method of attachment.

Sprayed fire protection systems:

Sprayed fire protection systems are usually based upon cementitious materials and are applied directly onto the surface of steelwork. They are generally low cost, but cannot receive finishes owing to their coarse uneven texture. Sprayed materials tend to be used where steelwork is concealed or where appearance is unimportant. Fire resistance is similar to that of board based materials.

Concrete encasement or filling:

 

Concrete Filled Structural Hollow Sections

Structural Hollow Sections (SHS) can be fire protected by filling with reinforced concrete. Concrete filled structural hollow sections can achieve 120 minutes fire resistance.

Slimdek®

The Slimdek® system has inherent fire resistance as the ASB section is encased in concrete with only the bottom flange exposed to fire. Without fire protection Slimdek® canachieve 60 minutes fire resistance.

Periods of fire resistance in excess of 120 minutes can be achieved if ASB is fire protected.

Multi-storey frames requiring 30-60 minutes can have 40% of the floor beams unprotected by following the recommendations of a special design guide.

Protection thicknesses

The section factor of a particular steel section is its surface area per unit length divided by its volume per unit length (A/V). This parameter defines how quickly a steel section will heat up when subjected to fire. The section factor for a member with box protection is lower than that for a member with profile protection, and hence box protected steelwork heats up more slowly and requires less protection.

Typical spray or board thicknesses for a column in a multi-storey building are as set out in the table below.

Fire resistance(minutes)	Profile Protection(mm)	Box Protection   (mm)
30	10	12
60	18	15
90	24	20
120	30	25

Typical spray or board thicknesses based on 254UC x 89 kg/m column in a multi-storey building.