معرفی ساختار پل ها

[Cinderella 9,897]

ساختار پل ها

این مقاله به بحث و بررسی در باره انواع پل ها و ساختارشان پرداختـه است . در ایـن مقاله با انـواع پل های تیری ، پل های قوسی ، پل های زیرقوسی و پل های معلق آشنا خواهیم شد . به علاوه این که نیروهایی را که بر پل ها تأثیر می گذارند خواهیم شناخت . یـک پل مسیری را بر روی مانـع ایجـاد می کند که این مانع می تواند رودخانه ، دره ، جاده ، خطوط راه آهن و ... باشد . در این مقاله ما سه نوع اصلی از پل ها را مورد مطالعه و بررسی قرار خواهیم داد و با کارکرد آنها بیشتر آشنا خواهیم شد . نوع پل ساخته شده در یک مکان به نوع مانع موجود در آن جا بستگی دارد . معیار اصلی در تعیین نوع پل وسعت و گستردگی آن مانع است . چه مسافتی میان طرفین مانع وجود دارد ؟ این مسئله ، فاکتور اصلی در تعیین نوع پلی است که قرار است در آن محل احداث شود . با سپری شدن زمان و مطالعه این مقاله علت را متوجه خواهیم شد .

سه نوع اصلی از پل ها موجودند:

پل تیری

پل قوسی

پل معلق

تفاوت عمده این سه پل در فاصله دهانه پل است . دهانه ، فاصله ای است بین پایه های ابتدایی و انتهایی پل ، اعم از این که آن ستون دیوارهای دره یا پل باشد . طول پل تیری مدرن امروزه از 200 پا ( 60 متر) تجاوز نمی کند . در حالی که یک پل قوسی مدرن به 800 تا 1000 پا (240 تا 300 متر) هم می رسد . پل معلق نیز تا 7000 پا طول دارد . چه عاملی سبب می شود که یک پل قوسی بتواند درازای بیشتری از پل تیری داشته باشد ؟ و یا یک پل معلق بتواند تقریبا تا 7 برابر طول پل قوسی درازا داشته باشد . جواب این پرسش زمانی به دست می آید که بدانیم چگونه انواع پل ها از دو نیروی مهم فشاری و کششی تأثیر می پذیرند.

نیروی فشاری : نیرویی است که موجب فشرده شدن و یا کوتاه شدن چیزی که بر روی آن عمـل می کند ، می شود .

نیروی کششی : نیرویی است که سبب افزایش طول و گستـرش چیـزی که بـر روی آن عمـل می کند ، می شود .

در این زمینه می توان از فنر به عنوان یک مثال ساده نام برد . زمانـی که آن را روی زمیـن فشـار می دهیم و یا دو انتهای آن را به هم نزدیک می کنیم . در واقع ما آن را متراکم می سازیم . این نیروی تراکم یا فشار موجب کوتاه شدن طول فنر می شود . و نیز اگر دو سر فنر را از یکدیگر دور سازیم ، نیروی کششی در فنر ایجاد می شود و طول آن را افزایش می دهد . نیروی فشاری و کششی در همه پل ها وجود دارد و وظیفه طراح پل این است که اجازه ندهد این نیروها موجب خمش و یا گسیختگی شود . خمش زمانی اتفاق می افتد که نیروی فشاری بر توانایی شئی در مقابله با فشردگی غلبه کند.

بهترین روش در موقع رویارویی با این نیروها خنثی سازی ، پخش و یا انتقال آن هاست . پخش کردن نیرو یعنی گسترش دادن نیرو به منطقه وسیع تر ، چنان که هیچ تک نقطه مجبور به تحمل بخش عمده نیروی متمرکز نباشد . انتقال نیرو به معنی حرکت نیرو از یک منطقه غیر محکم به منطقه مستحکم است . ناحیه ای که برای مقابله با نیرو طراحی و منظور شده است . یک پل قوسی مثال خوبی برای پراکندگی است حال آن که پل معلق نمونه ای بارز از انتقال نیروست .

پل های تیری:

یک پل تیری ،اساسا یک سازه افقی مستحکم است که بر روی دو پایه نصب می شود و این پایه ها، هر یک در انتهای طرفین پل قرار دارند . وزن پل و هر گونه وزن اضافی دیگر که بر روی پل اعمـال می شود . پایه ها مستقیما تحمل می کنند .

فشار : نیروی فشاری خود را در بالای عرشه پل یا جاده نمایان می سازد . این نیرو موجب می شود که بخش بالایی عرشه کوتاه تر شود .

کشش : برآیند نیرو فشاری در بخش بالایی عرشه به ایجاد نیروی کششی در بخش پایینی عرشه پل منجر می شود .این کشش موجب افزایش طول در بخش پایینی پل خواهد شد .

 

پراکندگی : بسیاری از پل های تیری در بزرگراه ها برای تحمل بار از تیرهای بتونی یا فولادی بهره می گیرند . اندازه تیر به ویژه ارتفاع تیر به حسب مسافتی که تیر دارد ، محاسبه می شود . با افزایش ارتفاع تیر ، به مصالح بیشتری برای پراکنده کردن کشش مورد نیاز است .

طراحان پل برای ایجاد تیرهای بلند از شبکه های فلزی یا خرپا بهره می گیرند . این خرپا به تیر استحکام می دهد و بر توانایی آن در پخش کردن نیروی فشاری یا کششی می افزاید . زمانی که تیر شروع به متراکم شدن می کند ، این نیرو در میان خرپا پخش می شود . به غیر از خلاقیت موجود در خرپا ، پل تیری در میزان طول خود محدود است . با افزایش طول آن اندازه خرپا نیز باید افزایش یابد تا زمانی که خرپا به نقطه ای می رسد که دیگر نمی تواند وزن خود را تحمل کند.

انواع پل های تیری : پل های تیری به سبک های بسیار زیادی ساخته می شود . نوع طراحی ، مکان و چگونگی ساخت یک خرپا تعیین کننده نوع یک خرپاست . در بدو انقلاب صنعتی احداث پل های تیری در ایالات متحده با سرعت توسعه یافت . طراحان با طرح های نوین و سازه های مختلف و متعدد این حرفه را رونق بخشیدند . پل های چوبی جای خود را به پل های فلزی یا نیمه فلزی دادند. این نمونه های متنوع از خرپاها گام های موثری را برای پیشرفت در این زمینه برداشت .

پل قوسی :

یک پل قوسی سازه ای است به شکل نیم دایره که در هر طرف آن نیم پایه ( پایه های جناحی ) قراردارند . طراحی قوس به گونه ای است که به طور طبیعی وزن عرشه پل را به نیم پایه ها منتقل و منعطف می کند .

فشار: پل های قوسی همواره تحت فشار قرار گرفته اند . نیروی فشاری همواره در امتداد قوس و به سمت نیم پایه ها وارد می شود .

کشش : کشش در یک قوس ناچیز و قابل اغماض است . خاصیت طبیعی خمیدگی قوس و توانایی آن درپخش نیرو به بیرون ، به طور قابل ملاحظه ای تأثیرات کشش را در قسمت زیرین قوس کاهش می دهد . هر چند با زیاد شدن زاویه خمیدگی ( بزرگ تر شدن نیم دایره قوس )تأثیرات نیروی کششی نیز در آن افزایش می یابد . همان طور که اشاره شد شکل قوس به تنهایی موجب می شود که وزن مرکز عرشه پل به پایه های جناحی منتقل شود . مشابه پل های تیری محدوده اندازه پل در مقاومت پل تأثیر گذاشته و در نهایت بر آن چیره خواهد شد .

پل معلق :

پل معلق پلی است که با کابل ها ( یا ریسمان ها یا زنجیرها ) در عرض رودخانه ( یا در هر جایی که مانع وجود داشته باشد ) کشیده شده اند و عرشه با استفاده از این کابل ها معلق مانده است . پل های معلق مدرن دو برج در میان پل دارند که کابل ها آن را می کشند . بنابر این برج ها بیش ترین وزن عرشه را تحمل می کنند.

نیروی فشاری : نیروی فشاری عرشه پل معلق را به سمت پایین متراکم می سازد در نتیجه این نیروی فشاری به برج ها وارد می آیند . اما از آنجا که این یک پل معلق است ، کابل ها این نیروی فشاری را از برج ها می گیرند و آن را در بین خود پراکنده و به زمین منتقل می کنند.

کشش: کابل هایی که میان دو لنگرگاه خود یعنی تکیه گاه ها قرار گرفته اند . دریافت کننده نیروی کششی هستند .وزن پل و حمل و نقل روی آن سبب می شود که این کابل ها به شدت کشیده شوند. تکیه گاه ها نیز تحت کشش هستند ولی از آن جا که همانند برج ها ، محکم به زمین بسته شده اند.

کشش موجود در آنها پراکنده می شود . تقریبا همه پل های معلق به غیر از کابل ها از یک سامانه خرپا نیز برخوردارند که در زیر عرشه پل قرار گرفته است (Deck truss ) . این سامانه موجب استحکام بیشتر عرشه و کاهش تمایل سطح جاده به نوسان و مواج شدن می شود .

نیروی گشتاوری :

نیروی گشتاوری نیروی چرخشی یا پیچشی و یکی از نیروهایی است که به طور موثر در پل های قوسی و تیری وجود ندارد ولی به میزان قابل ملاحظه ای در پل های معلق وجود دارد . شکل طبیعی قوس و خرپاهای موجود در پل های تیری آثار مخرب این نیرو را از بین می برد . پل های معلق به دلیل معلق بودن در هوا ( توسط کابل ها ) در برابر این نیروی گشتاوری به ویژه هنگام وزش بادهای تند بسیار آسیب پذیر است .

منبع : نشریه پیام ساختمان و تأسیسات

[Hazhir 513]

ممنون سيندي . استفاده كرديم