أصبحت الملامح الفولاذية ضرورية في بناء الجسور الحديثة لأنها توفر قوة كبيرة بالنسبة لوزنها. هذا يعني أن المهندسين يمكنهم إنشاء هياكل أخف دون التأثير على القدرة على تحمل الأوزان. عند استخدام الفولاذ بدلاً من الخرسانة التقليدية، تستخدم المشاريع عادةً ما يقارب 30% من المواد أقل مع الأداء الجيد تحت الإجهاد. تصل أنواع الفولاذ الأحدث التي نتعامل معها اليوم إلى مقاومة شد تتجاوز 500 ميغاباسكال، مما يسمح للمصممين بصنع عوارض أرق وأشكال أكثر انسيابية. هذه التحسينات تقلل من مقاومة الرياح، وهو أمر مهم للغاية بالنسبة للجسور الضخمة التي تمتد عبر الأنهار العريضة أو الوديان.
يمثل جسر ميلو النموذج المثالي لما يمكن تحقيقه باستخدام الفولاذ عالي القوة في الوقت الحالي. يعتمد تمدده الضخم البالغ 2460 متراً على درجة الفولاذ S460ML، والتي تبلغ قوتها عند حد الانصهار حوالي 460 ميغاباسكال، ويتميز هذا النوع بقابلية اللحام الجيدة. ساعدت هذه الخصائص المهندسين على تجميع جميع مكونات الجسر بدقة مذهلة، مع استخدام 22% أقل من الفولاذ مقارنة بالطرق التقليدية. وبمجرد النظر إلى تلك الأبراج الشاهقة التي تصل ارتفاعاتها إلى 343 متراً، يصبح من الواضح أن هذه الارتفاعات لم يكن من الممكن تحقيقها لولا التطورات الحديثة في تكنولوجيا الفولاذ. ما يجعل هذا الجسر استثنائياً ليس فقط ضخامة حجمه، بل أيضاً لأنه يُظهر كيف يمكن للمواد الحديثة أن تواجه التحديات الصعبة المتعلقة بالطقس والجغرافيا بشكل مباشر.
إن تطوير أنواع جديدة من الصلب المزدوج والصلب المصنوع من سبائك دقيقة فتح حقاً آفاقاً جديدة لما يمكن تحقيقه عند بناء تلك الجسور الطويلة ذات المدى الكبير التي نراها اليوم. فخذ مثلاً S690QL، إذ يوفر مقاومة للتعب تزيد بنسبة 30 بالمئة مقارنة بالصلب الكربوني العادي. هذا يعني أن مصممي الجسور يمكنهم الآن إنشاء فواصل مستمرة تمتد لأكثر من 1200 متر باستخدام العوارض المعدنية بدلاً من الاعتماد فقط على تصميمات الجسور المعلقة التقليدية، والتي كانت الخيار الوحيد سابقاً لفترات طويلة. ما يجعل هذه السبائك الحديثة أكثر جاذبية هو تركيبها الذي يحتوي على عناصر الكروم والنيكل التي تقاوم التآكل بشكل أفضل بكثير من المواد القديمة. وللجسور الواقعة بالقرب من السواحل المالحة أو داخل المناطق الصناعية التي تعاني من تلوث شديد، فإن ذلك يترجم إلى تكاليف صيانة أقل بشكل ملحوظ طوال عمر المنشأة. وغالباً ما تكون المبالغ المدخرة من الإصلاحات وحدها كافية لتبرير الاستثمار الأولي في هذه المواد المتميزة.
تُظهر الهياكل الفولاذية ميلًا للانهيار بسرعة أكبر بالقرب من السواحل وفي المناطق الصناعية، حيث تتعرض باستمرار لتأثيرات المياه المالحة والمواد الكيميائية المنبعثة من المصانع ومستويات الرطوبة العالية. وفي الواقع، تتفاقم المشكلة في عرض البحر، حيث تحدث عملية التآكل بسرعة تصل إلى ثلاثة أضعاف مقارنة بما نراه على اليابسة. فخذ مثالًا الجسور الفولاذية، فإن تكاليف الصيانة تصل إلى نحو 740 ألف دولار أمريكي سنويًا لكل كيلومتر من الجسر المعرض للهواء المالح. وللتصدي لهذه المعركة المستمرة ضد الصدأ، يحتاج المهندسون إلى التفكير في مواد أفضل وطبقات حماية يمكن الاعتماد عليها على مدى عقود بدلًا من سنوات. وقد بدأت بعض الشركات بالفعل في تجربة تركيبات طلاء خاصة وطبقات تضحية تمنع التأثيرات المسببة للتآكل قبل أن تصل إلى البنية المعدنية الفعلية.
في البيئات البحرية، يُضعف الهواء المشبّع بالملح طبقات الأكسيد الحامية على الصلب، مما يؤدي إلى تآكل نقطي ناتج عن الكلوريد. وفي المناطق الصناعية، يتعرض الصلب لحمض الكبريتيك وحمض النيتريك الناتجين عن الملوثات الجوية. تُظهر الأبحاث أن الجسور الساحلية تتطلب صيانة أكثر تكرارًا بواقع أربع مرات مقارنةً بالمنشآت الداخلية، ويرجع السبب الرئيسي إلى تدهور المواد الناتج عن التآكل.
تتكون الفولاذات المزدوجة (Duplex stainless steels) من هيكليْن مختلفين داخل تركيبها المعدني — جزء أوستنيتي وجزء فريتي. توفر هذه المزيج قوة تصل إلى ضعف قوة الفولاذ الكربوني العادي، كما أنها تقاوم بشكل أفضل مشاكل الصدأ والتآكل. خذ درجة 2205 كمثال واقعي. عند إخضاعها لاختبارات الرش بالملح، تُظهر معدلات تآكل أقل من 30 مليغرام لكل ديسيمتر مربع في اليوم، وهو ما يتفوق على معظم المواد التقليدية بشكل كبير. القوة الإضافية تعني أن المهندسين يمكنهم تصميم أجزاء بجدران أرق، مما يقلل من كمية المادة المستخدمة في كل مكون دون التأثير على متانتها أثناء الخدمة.
إن اتصال أورسوند الذي يمتد لمسافة 16 كم بين الدنمارك والسويد يستخدم في الواقع ما يُعرف بـالصلب المقاوم للصدأ ثنائي الفولاذ الخفيف (والذي يُعرف اختصارًا باسم LDX 2101) في الأجزاء المغمورة من النفق تحت الماء. ما تقوم به هذه السبيكة الخاصة هو تقليل سمك المواد المطلوبة بنسبة تصل إلى 25٪ مقارنة بالصلب الكربوني العادي. وهل تعلم ماذا؟ لقد أثبتت جدارتها أمام الظروف القاسية في بحر البلطيق لمدة تزيد عن عقدين من الزمن، حيث ظهر عليها القليل جدًا من علامات البلى والتآكل. وهذا يُثبت مدى فاعلية هذه الصلبات المقاومة للتآكل في المنشآت المهمة التي تحتاج إلى أن تدوم مدى الحياة.
لقد تطورت حماية الفولاذ بشكل كبير بفضل تقنيات طلاء جديدة مثل طلاء الزنك-الألومنيوم-المغنيسيوم (ZAM) الذي يمكنه resist رش الملح لمدة تصل إلى 500 ساعة تقريبًا. كما أن بعض الشركات المصنعة بدأت الآن باستخدام أولياءات إيبوكسية مدعمة بالجرافين والتي تقلل من اختراق الماء بنسبة تصل إلى 60 بالمائة، مما يعني أن هذه الطلاءات تدوم لفترة أطول بكثير من الخيارات التقليدية. أما الحديث الأحدث في الصناعة فهو عن طلاءات الأكسدة الإلكتروليتية البلازمية أيضًا. فقد أظهرت هذه الطلاءات نتائج مذهلة في البيئات البحرية مع منع تآكل شبه كامل بعد اختبارها لمدة 1000 ساعة تقريبًا في ظروف معملية. ولقد مثلت هذه التطورات قفزة نوعية للشركات العاملة بالقرب من السواحل أو في مناطق ذات مناخ قاسٍ في حماية أصولها من الظروف البيئية.
يمكن إعادة تدوير الصلب مرارًا وتكرارًا دون فقدان خصائصه في القوة، مما يجعله مهمًا جدًا للبناء بطريقة دائرية. عندما نتحدث عن إعادة استخدام الصلب بدلًا من إنتاج مواد جديدة من الصفر، فإن الأرقام تكون مثيرة للإعجاب. وبحسب أحدث تقرير عن الاستدامة لعام 2025، فإن إعادة التدوير تقلل من انبعاثات الكربون بنسبة تصل إلى 58% مقارنة بإنتاج فولاذ جديد تمامًا. هذا النوع من الكفاءة يساعد في الحفاظ على البنية التحتية الخضراء لأننا لا نضطر إلى استخراج الكثير من المواد الخام في كل مرة. بالإضافة إلى ذلك، كلما أُعيد استخدام الصلب، كان الأثر البيئي أقل مقارنة بالبدء دائمًا من الصفر. ولذلك يتجه العديد من المعماريين والبنائين هذه الأيام إلى حلول الصلب المعاد تدويره.
استخدم جسر الاستبدال الرابع في اسكتلندا كميات كبيرة من مقاطع الفولاذ المعاد تدويرها، مما خفض بشكل كبير الانبعاثات المرتبطة بالبناء. وقد أثر نجاحه على هيئات النقل الأوروبية لتحديد متطلبات حد أدنى من المحتوى المعاد تدويره في المناقصات الخاصة بالجسور، مما يعزز ممارسات المواد ذات الدورة المغلقة في مشاريع الهندسة المدنية.
في الوقت الحالي، تلعب عوامل ESG دوراً أكبر في اختيار المواد المستخدمة في مشاريع الأشغال العامة عبر العديد من المناطق. وقد بدأت الهيئات الحكومية تطلب من المقاولين تقديم تقييمات للدورة الكاملة للمواد عند تقديم العطاءات الخاصة بالعقود، مع التركيز بشكل خصوصي على الطلب على الصلب المنتج في أفران قوس كهربائي مقارنة بالأفران ذات الكوك المحترق التقليدية. والاختلاف هنا مهم، إذ تقلل هذه الأساليب الكهربائية من الانبعاثات الكربونية بنسبة تصل إلى ثلاثة أخماس مقارنة بالأساليب التقليدية. وبعيداً عن كونها مفيدة في مكافحة تغير المناخ فقط، فإن هذا النهج منطقي أيضاً من منظور هندسي. فالهياكل التي تُبنى باستخدام هذا النوع الأنظف من الصلب تميل إلى أن تكون أكثر دواماً وتوفيرًا للمال على المدى الطويل، ولذلك يتجه المزيد من البلديات إلى التحول إليه رغم أن التكاليف الأولية قد تبدو أعلى في البداية.
لقد تغير تصميم الجسور الفولاذية بشكل كبير بفضل الأدوات الرقمية مثل نمذجة معلومات البناء (BIM) والتصميم بمساعدة الحاسوب (CAD). خذ على سبيل المثال جسر New Tappan Zee حيث ساعدت تقنية BIM في اكتشاف التضاربات بين المكونات في الوقت الفعلي، كما ساعدت أيضًا في التنبؤ بالكمية المطلوبة من المواد، مما قلل الهدر بنسبة 30% تقريبًا. وبفضل هذه الحلول التكنولوجية، يمكن للمهندسين تشغيل محاكاة توضح كيفية انتشار الإجهاد عبر المنشآت، وتعديل مقاطع الفولاذ قبل أن يُقطع أو يُلحَم أي معدن فعلي، مما يعني أنهم يحققون تلك المتطلبات الصارمة المتعلقة بالسلامة دون الحاجة إلى إعادة العمل لاحقًا في الموقع.
تستفيد التصنيع الحديثة من ماكينات CNC واللحام الآلي لتحقيق تحملات داخل ±1.5 مم، وهو أمر ضروري للمكونات الحرجة مثل العوارض على شكل حرف I والأقسام المجوفة. يُفضل استخدام الفولاذ منخفض السبيكة عالي القوة لسهولة لحامه ومقاومته للتآكل، مما يدعم هندسات معقدة دون التأثير على سلامة الهيكل.
تسارع وحدات الفولاذ المُصَنَّعة مسبقًا عملية بناء الجسور، كما هو موضح في مشروع جسر فورث البديل. يتم تصنيع أقسام العارضة بالكامل خارج الموقع باستخدام مقاطع قياسية، مما يقلل وقت التجميع في الموقع بنسبة 40%. يقلل هذا النهج من تأخيرات الطقس، ويعزز سلامة العمال، ويضمن جودة متسقة من خلال ظروف مصنعية مُحكَمة.
توفر المقاطع المجوفة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج مقاومة أفضل للقوة والصدأ مقارنة بالمواد التقليدية. يتراوح حد الخضوع بين 450 إلى 550 ميغاباسكال، وهو ما يفوق بكثير ما نراه مع الفولاذ الكربوني عند حوالي 250 إلى 350 ميغاباسكال. بفضل هذه القوة المتزايدة، يمكن للمهندسين تقليل الوزن الإجمالي بنسبة تتراوح بين 25 إلى 40 بالمئة دون التأثير على القدرة على تحمل الوزن. أظهرت أبحاث نُشرت مؤخرًا أن الجسور المبنية باستخدام الفولاذ المزدوج تدوم تقريبًا ضعف المدة قبل ظهور علامات التعب التالفة، وهو أمر مهم بوجه خاص في المناطق التي تحدث فيها تركيزات إجهاد طبيعية مثل تلك المقاطع المزودة التي تمتد فوق الدعائم.
| عامل | الصلب المزدوج | الفولاذ الكربوني |
|---|---|---|
| الكفاءة الهيكلية | 0.65-0.75 كجم/مم² | 1.1-1.3 كجم/مم² |
| احتياجات الصيانة | الحد الأدنى على مدى أكثر من 50 عامًا | إعادة طلاء كل 15 عامًا |
| استدامة المادة | أكثر من 120 عامًا في المناخات المعتدلة | 60-80 عامًا مع الصيانة |
تتميز ملامح الفولاذ المزدوج بسعر أعلى عند الشراء، وعادة ما تكون أعلى بنسبة 20 إلى 30 بالمئة مقارنة بالفولاذ الكربوني العادي. ولكن عند النظر إلى الصورة الأكبر على مر السنين، فإن هذه المواد توفر المال على المدى الطويل. أظهرت أبحاث حديثة لعام 2025 في مجال البنية التحتية نتائج مثيرة للإعجاب إلى حد كبير: تحتاج الجسور المصنوعة من الفولاذ المزدوج إلى نحو ثمن فقط من تكاليف الصيانة خلال خمسين عاماً. وذلك يعود بشكل رئيسي إلى عدم الحاجة لطلاء الجسور باستمرار، ما يؤدي إلى توفير ما يتراوح بين ثلاثة إلى خمسة ملايين دولار لكل مشروع جسر كبير. علاوة على ذلك، تقضي هذه الهياكل وقتاً أقل خارج الخدمة أثناء إجراء الإصلاحات. من الناحية البيئية، فإن حقيقة أن ما يقرب من 98% من الفولاذ المزدوج يمكن إعادة تدويره، إلى جانب المدة الأطول بكثير قبل الحاجة إلى الاستبدال، تحدث فرقاً حقيقياً. تشير الدراسات إلى أن هذا الأسلوب يقلل الانبعاثات الكربونية بنسبة تقارب 35% لكل كيلومتر مقارنة بالخيارات التقليدية. لذا سواء نظرنا من منظور الحفاظ على المال أو الحفاظ على الكوكب، فإن للفولاذ المزدوج ميزات جوهرية تستمر في التراكم عاماً بعد عام.
تشمل الفوائد الرئيسية لاستخدام العارضات الفولاذية في بناء الجسور النسبة الممتازة بين القوة والوزن، والمتانة، ومقاومة التآكل، وتقليل تكاليف المواد. كما تسمح العارضات الفولاذية بتصميمات أكثر انسيابية، مما يقلل مقاومة الرياح، ويمكن أن تكون أكثر استدامة بفضل قابلية إعادة التدوير.
يُستخدم الفولاذ عالي القوة، مثل درجة S460ML المستخدمة في جسر ميلو، لأنه يسمح بتركيب دقيق ويحتاج إلى كمية أقل من المادة بفضل مقاومته العالية للإجهاد. وينتج عن ذلك توفير في التكاليف ويتيح تصميمات وإنشاءات أكثر طموحًا، مثل الأبراج الشاهقة في الجسر.
توفر سبائك الصلب الحديثة، مثل الصلب المزدوج والصلب المُعدَّن بمكونات دقيقة، مقاومة أفضل للتآكل والتعب. تحتوي هذه السبائك على عناصر مثل الكروم والنيكل التي تحسّن المتانة، خاصة في البيئات التالفة مثل المناطق الساحلية أو الصناعية. تقلل هذه السبائك من تكاليف الصيانة وتمدّد عمر الجسور الافتراضي.
الابتكارات التكنولوجية مثل نمذجة معلومات البناء (BIM)، والتصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)، والتشغيل بالآلات التحكم العددي (CNC)، والبناء الوحدوي تسمح بتصنيع دقيق وتقليل الهدر وتسريع عملية التجميع. تحسّن هذه التقنيات السلامة وتضمن الاتساق وتقلل من التأخير الناتج عن الظروف الجوية خلال بناء الجسور.
يتميز الفولاذ المزدوج بتكلفة أولية أعلى ولكن يوفر تكاليف صيانة منخفضة على المدى الطويل. كما يتمتع بعمر افتراضي أطول، ويدعم إعادة التدوير، ويحقق تخفيضات كبيرة في انبعاثات الكربون مقارنةً بالفولاذ الكربوني. استخدامه في مشاريع الجسور يمكن أن يؤدي إلى توفير في التكاليف والفوائد البيئية على المدى الزمني الطويل.
حقوق النشر © 2025 بواسطة باو-وو (تيانجين) للاستيراد والتصدير المحدودة. - سياسة الخصوصية
EN
