مقدمه:
در مقاله (آشنایی با پل ها و ساختار آن ۱) شما را با پل تیری، خرپا و تاثیرات نیروی کششی و فشاری آشنا کردیم.
در این مقالهT به ادامه این مبحث می پردازیم:
پل قوسی:
پل قوسی، نوعی سازه نیم دایره ای شکل است و در این نوع سازه، وزن عرشه پل به پایه های جناحی که در هر طرف از پل قوسی قرار دارند، منتقل می شود. انتقال وزن عرشه به نیم پایه های پل، طبیعی و بخشی از رفتار سازه است.
-
فشار:
نیروی فشاری وارده بر پل های قوسی، در امتداد قوس و به سمت پایه های جناحی پل وارد می شود. همانطور که می دانید، پل های قوسی در هر زمان، در معرض فشار هستند.
-
کشش:
در پل های قوسی، وزن عرشه به نیم پایه های دو طرف پل انتقال پیدا می کند و این به دلیل قوسی شکل بودن پل است یعنی در این نوع پل، به دلیل خاصیت خمیدگی که وجود دارد، نیرو به بیرون پخش شده و کشش در قسمت زیر قوس، بسیار کاهش پیدا می کند؛ بنابراین نیروی کششی این نوع سازه های قوسی شکل، بسیار ناچیز است و می توان از آن چشم پوشی کرد؛ اما نکته قابل توجه این است که اگر زاویه قوس و خمیدگی پل را افزایش دهیم، شاهد افزایش تاثیر نیروی کششی در سازه می شویم؛ درست مانند پل های تیری که در آن ها اندازه پل با مقاومت پل در ارتباط بوده و در نهایت اندازه بر مقاومت چیره می شود.
انواع پل های قوسی:
پل های قوسی انواع مختلفی دارند، در زمان های گذشته، برخی پل های روم باستان مانند پل آب بر، قوسی شکل بوده اند و امروزه نیز همچنان این پل ها وجود داشته و اهمیت بسیاری نیز دارند؛ مقدار مقاوم بودن این پل ها، بستگی به شکل هندسی آن ها دارد و هیچ احتیاجی به تکیه گاه یا کابل ندارند؛ لازم به ذکر است که انواع سنگی این پل ها، نیازی به ساروج یا ملات نیز ندارد؛ جالب است که امروزه قوس هایی همچون «رمان»، «باروک» و «رنسانس» وجود دارند که همه آن ها از لحاظ معماری و ظاهری، متمایز بوده و از لحاظ ساختار مشابه یکدیگرند.
پل معلق:
به پل هایی که به وسیله کابل ها، ریسمان ها یا زنجیر ها در عرض رودخانه (یا در هر مسیری که نیازمند پل باشد)، ایجاد شده و عرشه توسط این کابل ها معلق بماند، پل معلق گفته می شود و لازم به ذکر است که پل های معلق جدید، دو برج در میانشان دارند که کابل ها آن ها را می کشند؛ در نتیجه برج ها قادرند بالاترین میزان وزن جاده را متحمل شوند.
-
نیروی فشاری:
نیروی فشاری که در عرشه وجود دارد، باعث آن می شود که پل معلق به سمت پایین متراکم شود که در نتیجه این نیروی فشاری به برج ها وارد می شود؛ اما نکته اینجاست که این یک پل معلق است و به همین دلیل، کابل ها این نیروی فشاری را از برج ها گرفته، در میان خود پراکنده کرده و آن را به زمین یعنی جایی که آن ها محکم بسته شده اند، انتقال می دهند.
-
کشش:
در این نوع پل ها، دریافت کننده نیروی کششی، کابل هایی هستند که بین دو لنگرگاه خود یا همان تکیه گاه ها قرار گرفته اند؛ درواقع، عاملی که موجب کشیده شدن این کابل ها می شود، وزن پل و تردد روی آن است؛ گفتنی است که تکیه گاه ها هم کشیده می شوند اما به دلیل اینکه مثل برج ها محکم به زمین بسته شده اند، کشش موجود در آن ها پراکنده می شود؛ همچنین می توان گفت تمامی پل های معلق به غیر از کابل ها، دارای یک سامانه خرپا نیز هستند که در زیر عرشه پل تعبیه شده است. (Deck truss)
انواع پل های معلق:
در این دسته از پل ها، کابل ها تحت کشش هستند و معمولا به دو صورت طراحی و ساخته می شوند:
- پل معلقی که به شکل M است.
- پل معلق کم کاربرد تری که به صورت کابل ایستاده طراحی شده که بیشتر شبیه A می باشد.
بقیه پل های کابل ایستاده، احتیاجی به دو برج و چهار تکیه گاه ندارند. به جای آن، کابل ها از سمت جاده به بالای برج، محکم بسته شده اند.
دیگر نیرو های موثر در طراحی پل:
-
نیروی گشتاوری:
- این نیرو با اسامی نیروی گشتاوری، نیروی چرخشی یا پیچشی نیز شناخته می شود.
- نیروی گشتاوری به شکل تاثیرگذار در پل های قوسی و تیری وجود نداشته اما میزان آن در پل های معلق بالا می باشد.
- پل های تیری به علت داشتن شکل طبیعی قوس و خرپا های موجود، می توانند اثرات مخرب این نیرو را از بین ببرند.
- پل های معلق، در زمان وزش باد های تند، در مقابل این نیرو آسیب پذیر می باشند. (به دلیل معلق بودن)
- کلیه پل های معلق، در عرشه خود دارای خرپا ها هستند و مثل پل تیری، در مقابل این نیرو مقاوم می شوند.
- اگر طول پل زیاد باشد، خرپای عرشه کافی نیست.
- جهت سنجش میزان مقاومت پل در برابر جنبش های چرخشی، آزمون تونل باد را بر روی یک مدل اجرا می کنند.
- یکی از کار هایی که برای کاهش تاثیرات این نیرو انجام می شود، ایجاد خرپا های آیرودینامیک در سازه ها و کابل های آویزان مورب می باشد.
-
تشدید:
- تشدید، به ارتعاش در چیزی که توسط نیروی خارجی ایجاد شده و با ارتعاش طبیعی اصل آن، هماهنگ است، گفته می شود.
- این نیروی افسار گسیخته می تواند به پل، آسیب های مخربی وارد کند.
- امواج تشدید کننده از میان پل، به شکل امواج می گذرند.
- یک نمونه مشهور از قدرت تخریب این امواج مرتعش، پل تاکوما ناروز که در سال ۱۹۴۰، به وسیله بادی با سرعت ۶۴ کیلومتر در ساعت تخریب شد، می باشد.
- بررسی های انجام شده روی این پل، نشانگر عدم کارآمدی عرشه بوده اما این موضوع علت اصلی نبوده است.
- علت اصلی، وزش باد با سرعت بالا به پل بوده که به آن ضربه زده و با برخورد قائم، موجب ایجاد ارتعاش شده است.
- باد های پی در پی، موجب لرزش و ارتعاش پل و فروپاشی آن شدند.
- قدمرو کردن ارتش روی پل، موجب ایجاد تشدید در پل می شود.
- درصورتی که ارتش به اندازه کافی بزرگ بوده و آهنگ ارتعاشی لازم را داشته باشد، قادر است که پل را فرو پاشد.
- برای جلو گیری از چنین مسائلی، لازم است که در پل، کاهنده های امواجی طراحی شوند تا در این امواج، تداخل ایجاد کرده و شدت آن را کم کنند.
- درواقع ایجاد تداخل، یک روش برای مقابله با این امواج است.
- تکنیک های کاهش امواج، اصولا شامل اینرسی نیز هستند.
- در صورتی که یک پل، یک جاده با سطح پیوسته و یک تکه داشته باشد، یک موج قوی می تواند در امتداد پل حرکت کرده و منتقل شود.
- در صورتی که جاده متشکل از تکه های مختلف باشد، و صفحات آن، یکدیگر را همپوشانی کرده باشند، آنگاه جنبش از یک بخش توسط صفحات به بخش دیگر انتقال می یابد.
- به دلیل قرار گیری صفحات روی یکدیگر، اصطکاک ایجاد می شود.
- این موضوع، اصطکاک کافی به منظور تغییر فرکانس امواج مرتعش را ایجاد می نماید.
- برای جلوگیری از ورود امواج مخرب به سازه، باید فرکانس را تغییر دهیم.
- تغییر بسامد، به طرزی موثر دو نوع مختلف از موج را به وجود می آورد. این امر، موجب خنثی شدن یکدیگر می شوند.
آب و هوا:
- نیروی طبیعت به ویژه آب و هوا به شکلی است که امکان مقابله با آن وجود ندارد.
- باران، یخبندان و… می توانند با کمک یکدیگر به راحتی پل را خراب کنند.
- برای مقابله با این نیرو ها ابتدا آهن جایگزین چوب شد.
- پس از مدتی طراحان، فولاد را جایگزین آهن کردند.
- در نهایت بتن، جایگزینی برای مصالح قبلی گردید.
- با دانستن نیروی گشتاوری، تشدید و آیرودینامیک پس از چند شکست بزرگ؛ طراحی های بهتری نیز شکل گرفت.
- در نهایت طراحان موفق شدند که به بر نیروی آب و هوا غلبه نمایند.
- تعداد شکست های مرتبط با آب و هوا، بیشتر از تعداد شکست ها در زمینه طراحی بوده است.
در این ۲ مقاله سعی کردیم تا شما را با انواع پل و ساختارشان آشنا کنیم.
برای دریافت مشاوه بیشتر می توانید با ما در تهران ابزار در تماس باشید.