عدم الاستقرار الالتوائي

أمثلة

من جهة ثانية، أما جسر تكوما ناروس فقد انهار في سنة 1940 بعد تطور تذبذبات التوائية كبيرة في سطح الجسر تحت تأثير الرياح. وكان الجسر قد أظهر قبل الانهيار تذبذبات رأسية، ثم انتقل إلى حركة التوائية شديدة أدت في النهاية إلى فشل السطح وانهياره. وقد اقترحت دراسات عديدة تفسيرات مختلفة لهذا الانتقال، تتضمن التأثيرات الهوائية المرنة، والاقتران بين أنماط الاهتزاز، والسلوك اللاخطي للمنشأ؛ ولا يوجد إجماع كامل على آلية الانتقال الدقيقة التي أدت إلى النمط الالتوائي الكارثي.

في هذا الإطار، في برج جون هانكوك في بوسطن، عانى شاغلو الطوابق العليا من دوار الحركة نتيجة حركة المبنى تحت تأثير الرياح. وأدت دراسة السلوك الديناميكي للبرج إلى اتخاذ إجراءات للحد من حركته، شملت تركيب مخمّدات كتلية مضبوطة وإضافة تدعيمات فولاذية لزيادة صلابة المنشأ ومقاومته للحركة الجانبية والالتوائية.

وفي هذا السياق، يمكن أن يظهر هذا النوع من عدم الاستقرار كذلك في سلاسل الحفر وخطوط الأنابيب، حيث يمكن للأحمال الدورانية والضغطية أثناء عمليات استخراج النفط والغاز أن تؤدي إلى انبعاجات والتواءات غير مستقرة. وفي الطائرات، يمكن أن تدخل الأنماط الالتوائية في اقتران مع القوى الهوائية، فتظهر ظواهر من المرونة الهوائية مثل الرفرفة الالتوائية أو التباعد الالتوائيب.

ومن جهة أخرى، انهار جسر دي في إنجلترا سنة 1847 أثناء مرور قطار بعد إضافة حمولة من مواد الردم إلى السطح. وتشير التحليلات الهندسية اللاحقة إلى أن عوارض الجسر كانت معرضة بصورة خاصة إلى انبعاج التواءي جانبي نتيجة قوى الضغط المتولدة عن عناصر الربط اللامركزية، إلى جانب قصور التقييد الجانبي وتصميم المقطع؛ ولذلك كان الانبعاج الالتوائي أحد الآليات المهمة المرتبطة بالانهيار.

الحد من عدم الاستقرار الالتوائي

وفي هذا السياق، تعتمد مقاومة العنصر لعدم الاستقرار الالتوائي بدرجة كبيرة على هندسة المقطع العرضي وتوزيع المادة فيه. فالقطاعات المغلقة، مثل الأنابيب والمقاطع الصندوقية، تمتلك عادة صلابة التوائية أكبر من القطاعات المفتوحة المماثلة، ولذلك تستعمل على نطاق واسع عندما تكون مقاومة الالتواء مطلبًا أساسيًا. أما القطاعات المفتوحة، فتكون أكثر عرضة لتشوهات الالتواء والتقوس خارج المستوى، ولا سيما عندما تكون رقيقة الجدران.

وفي هذا السياق، كما يمكن أن تؤدي المواد المركبة، ولا سيما المواد ذات البنية الليفية المصممة وفق اتجاهات التحميل، دورًا في تحقيق نسبة مرتفعة من مقاومة الالتواء إلى الكتلة في بعض التطبيقات الهندسية. ويعتمد ذلك على الخواص الاتجاهية للمادة وبنيتها، وليس على كون المادة المركبة أقوى من الفولاذ أو الخرسانة بصورة مطلقة.

إضافةً إلى ذلك، ويمكن كذلك زيادة الاستقرار باستخدام عناصر التدعيم التي تحد من الإزاحات الجانبية أو الالتوائية وتزيد صلابة المنظومة الإنشائية. ويظهر أثر ذلك بوضوح في المنشآت الشبكية والمباني والهياكل التي تُستعمل فيها العناصر الرابطة للحد من تشوه المقاطع ومن انتقال الأحمال إلى أوضاع أكثر عرضة للانبعاج.

• انظر كذلك
• الالتواء
• انبعاج
• عدم الاستقرار المرن
• معامل القص
• المرونة الهوائية
• الرفرفة

في هذا الإطار، ويستعمل المهندسون النماذج الرياضية وتحليل العناصر المحددة والمحاكاة الحاسوبية لدراسة الاستقرار تحت حالات مختلفة من التحميل، بما في ذلك الرياح والزلازل والأحمال المرورية والأحمال الدورانية. وتسمح هذه الأساليب بتحديد أوضاع الفشل المحتملة، وتقدير الحمل أو السرعة الحرجة، وتحسين المقطع والتدعيم والتخميد قبل تنفيذ المنشأ.

من جانب آخر، وفي المنشآت المعرضة للأحمال الديناميكية، قد تستعمل المخمّدات الكتلية المضبوطة وغيرها من وسائل تخميد الاهتزازات للحد من اتساع الاستجابة، كما في المباني الشاهقة والجسور. ولا يقتصر التصميم الآمن على زيادة الصلابة فحسب، بل يشمل كذلك التحكم في الكتلة والتخميد والترددات الطبيعية واقتران أنماط الحركة.