مقاله کامل بهسـازی و مقـاوم سـازی پلهـا (1)

[EN-EZEL 13,039]

بازرسی فنی منظم پلها جهت حصول اطمینان از ایمنی سازه ای آنها از جمله مسایل مهم در حوزه مدیریت یکپارچه پلها می باشد. نظر به عملکرد ویژه پل ها در عبور ترافیک از روی رودخانه ها، مسیل ها و کاهش معضلات ترافیکی تقاطع های شهری پر ازدحام، بروز مشکلات فنی و در موارد خاص ریزش پل ها خسارات جانی و مالی فراوانی به دنبال خواهد داشت. افزون بر این، قابلیت استفاده بی وقفه از پلها در حین و پس از وقوع بلایای طبیعی، زمانی که عملیات امداد نجات باید با حداکثر سرعت ممکن صورت گیرد، اهمیتی دو چندان می یابد.

چنان که در این مقاله ارائه می گردد، فاجعه فرو ریزش پل I-35W در ایالت مینستوتا در ایالات متحده امریکا محصول بی توجهی به نتایج بازرسی های فنی و گزارشات آسیب پذیری سازه ای این پل می باشد. نتایج مطالعات اخیر در خصوص نقصهای سازه ای احتمالی ناشی از ترکهای خستگی به بهسازی و مقاوم سازی پل نیانجامید. همچنین، مقاله به بیان چگونگی تسریع فرآیند بازرسی، بهسازی و مقاوم سازی پل های امریکا، انجام برآوردهای دقیق تر هزینه این پروژه ها و تحلیل سود و زیان آنها پس از فرو ریزش پل می پردازد. بر مبنای تجارب حاصله و اطلاعات گردآوری شده در ارتباط با حادثه فرو ریزش پل I-35W، آخرین آمار رسمی پل های ایران و نیز هزینه متوسط بازسازی و ساخت مجدد پل ها، ارزیابی کلی از وضیعت پل های مختلف شهری و برون شهری ایران صورت می گیرد و با بهره گیری از اطلاعات چندین پروژه مقاوم سازی پل تخمینی از هزینه مقاوم سازی پل های کشور ارائه می گردد.

 

1- مقدمه

 

زمانی که از بهسازی و مقاوم سازی پل ها و به طور کلی ابنیه فنی راه و راه آهن در برابر بلایای طبیعی و بارهای سرویس سخن به میان می آید اغلب نگاه ها متوجه مبحث بازرسی فنی و گزارشات آسیب پذیری می شود. هر چند مبحث بازرسی فنی و گردآوری اطلاعات مقدمه فرآیند مدیریت یکپارچه پل ها می باشد لیکن در حوزه های عملی و اصولاً سیستم پایه مدیریت پل این بخش تنها بخشی از سیستم محسوب می شود که اتفاقاً نسبت به راهبردهای نگهداری کاملاً حساس و تغییر پذیر است.

 

به عبارتی همانگونه که از دیدگاه فن مدیریت اطلاعات یکپارچگی و انسجام اطلاعات در اولویت می باشد و یا در جمع آوری و ساماندهی اطلاعات شبکه های شریان های حیاتی، عکس العمل های وابسته آنها را نیز باید مدنظر قرار داد از نگاه مدیریت پل نیز نوع و روش بازرسی متأثر از سیاست کلی معیار ایمنی است.

 

لزوم توجه به بهسازی و مقاوم سازی پل ها به عنوان یکی از عمده ترین سرمایه ها در شبکه های ریلی و جاده ای از دو جنبه مورد توجه است. ابتدا همین ارزش سرمایه ای ابنیه موجود و دوم عملکرد شریان های حیاتی در هنگام بروز بلایای طبیعی و شرایط جنگی است. در این خصوص جمع آوری، سازماندهی و تحلیل صحیح اطلاعات ابزار مناسب و لازم مدیران بهره بردار و بحران خواهد بود.

 

با توجه به اهمیت بهسازی و عدم کفایت صرف بازرسی های فنی و تحلیل داده ها ابتدا استراتژی های نگهداری در چارچوب سیستم مدیریت پل تشریح می شود و به عنوان شاهدی بر فاجعه آمیز بودن سیاست "نگهداری عکس العملی"1 پل ها فروریزش پل I-35W مورد ارزیابی قرار گرفته است. در پایان نیز از جنبه سیاستگذاری کلان اقتصادی و ایمنی آماری رسمی از پل های موجود کشور با چند پروژه بهسازی پل قیاس می شود تا تخمینی از حجم و هزینه نگهداری استاندارد آنها حاصل شود.

 

2- استراتژی نگهداری در سیستم مدیریت پل

 

استراتژی نگهداری هر چند به عنوان مرحله ای از مراحل مختلف سیستم مدیریت پل مطرح است لیکن به جهت اهمیت و اثرگذاری بقیه بخش های سیستم را تحت تأثیر قرار می دهد. در میان مراحل گردآوری مستندات، بازرسی، نگهداری، مالی، مدیریت و پایگاه پردازش داده ها بازرسی رابطه مستقیم و دو طرفه مشهودتری با راهبرد نگهــداری دارد. به عـبارتی نتایج حاصل از عملیات بازرسی به درک مناسب تر و تدوین راهبرد متناسب کمک می کند و در عین حال از حیث شیوه، دامنه بازرسی و دوره های زمانی تکرار متأثر از آن است.

 

در راستای حفظ معیار ایمنی بر اساس (DECD 1976) دو راهبرد کلی "نگهداری عکس العملی" و "بازرسی سیستماتیک" تعریف می شود. روش اول به عنوان راهکار مدیریت بحران بازرسی ها را به اعضای اصلی و در سحطی محدود تعریف می کند در حالی که روش دوم یک روش پیشگیرانه محسوب شده در دوره های زمانی کوتاه تر ارزیابی و بازرسی کلی سازه را مورد توجه قرار می دهد .

 

هر چند تفهیم منافع مالی مدیریت و نگهداری صحیح پل ناشی از کاهش هزینه های آتی، عملکرد مناسب در شرایط بحرانی (بلایای طبیعی و نظامی) و کاهش سوانح رانندگی جهت اخذ سرمایه های بیشتر از مدیران چندان آسان نیست لیکن راهبرد عکس العملی ریسک بالایی برای مردم و استفاده کنندگان پل ها در برخواهد داشت. در راستای ایجاد تعامل بیشتر و ترسیم اهمیت راهبردهای پیشگیرانه، سیستم های پیچیده تری از مدیریت پل قابل بهره برداری هستند که در آن بر اساس نگارش یک سناریوی "چه می شود- اگر"1 تبعات و خسارات خرابی پل به هنگام شرایط اضطراری بیان شده با تخمینی از زمان بازسازی، تبعات سیاسی و منابع مالی و انسانی می توان مدیران و تصمیم گیران را نسبت به پیاده سازی خروجی سیستم ترغیب نمود.

 

سیستم مدیریت پل زمانی مؤثر خواهد بود که تمام ارکان ها به درستی پیاده شود. کارشناسان و مدیران پل از یک سو باید در گزارشات خود، نتایج را کاملاً شفاف و جامع ارائه کنند و از سویی دیگر دست اندرکاران و بهره برداران، التزامی عملی نسبت به پیاده سازی و تخصیص منابع آن داشته باشد.

 

برای تأثیر گذاری سیستم مدیریت پل باید تمامی اطلاعات لازم به عنوان ورودی در اختیار آن قرار گیرد. در مقابل این ورودی با تعامل اجزای2 BMS می تـوان خروجی شفافـی شـامل یک زمـان بندی محدود ارائه نمود. این زمان بندی محدود در حقیقت همان بعد الزام آور عمل به راهکارهای نگهداری است. براساس این خروجی پل های معیوب بر اساس نیاز تعمیرات طبقه بندی و با اولویت بندی روش های نگهداری از هیچ کار تا تخریب کامل و بازسازی پل راهکار ارائه می گردد.

 

همانگونه که اشاره شد این راهبرد یا خروجی سیستم در ارتباطی تنگاتنگ با مرحله بازرسی پل است از جمله فرآیندهای ضروری بازرسی پل به عنوان یک فعالیت کاملاً تخصصی تهیه اطلاعاتی برای انتخاب یک راهبرد نگهداری مناسب و تعیین نقاط بالقوه معیوب است که همچنان شفافیت و وضوح اطلاعات ثبتی مورد تأکید است.

 

در یک سیستم موفق پل که اطلاعات پردازش شده بازرسی و روش های نگهداری و تعمیر تدوین شده آن توسط یک الگوریتم مدوم حاوی پیشنهاداتی از صرف بودجه و برنامه ریزی استراتژی بلند مدت نگهداری باشد مرحله مدیریت جایگاه اصلی سیستم است. این مهم به ویژگی های منحصر به فرد هر پل و عوامل متعدد تأثیر گذار بر آن بازمی گردد که علیرغم طراحی آن الگوریتم مدون حضور مدیر تصمیم گیر برای اولویت بندی ها و کارشناس خبره جهت قضاوت های مهندسی را کمرنگ نمی کند.

 

3- معرفی پل I-35W

 

پروژه ساخت پل I-35W بر روی رودخانه می سی سی پی در ایالت مینستوتا (Minnesota) در ایالات متحده در سال 1964 آغاز و برای احداث آن مبلغ 5269002 دلار هزینه شد. خرپای فولادی پل متشکل از سه بخش بود؛ عرشه، روسازه و زیر سازه. پل I-35W در ماه نوامبر سال 1967 با سه محور عبوری در هر جهت به بهره برداری رسید. در سال 1988 یک محور عبوری دیگر در هر جهت به پل اضافه شد تا تغییرات ترافیکی حاصل از احداث راههای مختلف در دو طرف پل کنترل گردد. بدین ترتیب عرشه پل در هر دو جهت دارای درزی طولی موازی با امتداد عبور ترافیک بود.

 

طول این پل چهارده دهانه 581 متر و عرض آن 34 متر بوده است. دهانه های ورودی جنوبی (دهانه های 1تا5) از شاهتیرهای فولادی و دهانه های اصلی پل (دهانه های 6 تا 8) از خرپاهای فولادی عرشه ساخته شده بودند. دهانه های ورودی شمالی نیز از شاه تیرهای فولادی (دهانه های 9 تا 11) و دال بتنی (دهانه های (12 تا 14) تشکیل یا فته بودند. عرشه پل به مساحت تقریبی 2m 19754 دارای هشت خط عبوری (4 خط رفت و 4 جهت برگشت) و ارتفاع تراز زیر پل از تراز متوسط سطح آب می سی سی پی 19.6 متر بود. براساس آمار سال 2004 اداره راه و ترابری ایالت مینستوتا به طور متوسط روزانه 141000 خودرو از پل عبور می کرده است.

 

بارهای ترافیکی به دو خرپای فولادی به موازات امتداد ترافیک منتقل می شدند که طول این خرپاهای متقارن در دهانه های 6 و 8 به 81 متر می رسید. از جمله موارد منحصر به فرد در مورد این سازه استفاده از قوس های فولادی 140 متری در دهانه هفتم بوده است. خرپاهای این دهانه از اعضای جوش شده ساخته شده بود که ارتفاع تقریبی آن در کنار پایه های واقع در حاشیه رودخانه به 5. 18 متر می رسید. دو خرپای موازی امتداد عبور ترافیک به وسیله تیرهای خرپایی جوش شده جانبی کف به عمق تقریبی 7. 3 متر و تراورس های فولادی جاده روی پل به طول 85 سانتیمتر به هم متصل شده بودند. این تراورس های موازی بار عرشه و بارهای ترافیکی را به تیر خرپایی کف منتقل می نمودند. سیستم سازه ای فوق به دلیل کارکرد می سی سی پی به عنوان یک شاهراه آبی ترانزیت کالا و عدم امکان احداث پایه در رودخانه مورد استفاده قرار گرفته بود.

 

پل I-35W در ساعت 6:05 بعد از ظهر روز اول آگوست سال جاری میلادی به طور کامل به داخل آب های می سی سی پی فرو ریخت. در هنگام ریزش عملیات ترمیم آسفالت روسازه پل در جریان و دو محور در هر جهت مسدود و مطابق برنامه ریزی های صورت گرفته جایگزینی و نوسازی پل برای سال 2025-2020 برنامه ریزی شده بود. در خلال ریزش قسمت جنوبی پل رفتار سازه ای متفاوتی از خود بروز داد. این قسمت قریب به 15 متر به طرف شرق تغییر مکان داده در حالی که بقیه قسمت های پل به صورت درجا فرو ریخته است .

 

4- پیشینه بازرسی های پل I-35W

 

در سال 2001 به دنبال ظهور آثار خستگی که عمدتاً در نتیجه اعوجاج پیش بینی نشده تیر ورق ها به وجود آمده بود، تحقیقاتی از سوی دانشگاه مینستوتا بر روی این پل انجام گرفت. نگرانی از بروز خستگی در سیستم خرپایی اصلی (سیستم خرپای کف پل) کارشناسان را مجبور به مطالعه کلیه ترک های سیستم خرپای عرشه نمود. تنش های محاسبه شده در بسیاری از جزئیات سازه ای پل از جمله سخت کننده های جوش شده طولی، سخت کننده جوش شده به صفحات داخل اعضای کششی و لقمه ها از تنش آستانه خستگی بیشتر بودند. بر مبنای این مطالعات ترک های مشاهده شده در سیستم سازه ای پل به پدیده خستگی بی ارتباط دانسته شد. افزون بر این، نتایج مدل سازی ها احتمال بروز ترک های ناشی از خستگی را در طول عمر بهره برداری پل مردود دانست. شایان ذکر است مطالعات مذکور بر پایه عبور 15000 خودرو در روز انجام گرفت.

 

نکته شایان تامل در مورد نتایج این تحقیقات این است که تنش های محاسبه شده برای پل در این پژوهش از تنش آستانه خستگی بار زنده آئین نامه AASHTO بیشتر بود اما با این منطق که شرایط موجود در AASHTO ممکن است در طول عمر بهره برداری دفعات اندکی اتفاق بیفتد و با توجه به کمتر بودن چشمگیر مقادیر تنش اندازه گیری شده از تنش آستانه خستگی بار زنده آئین نامه AASHTO امکان بروز پدیده خستگی در پل مزبور مردود دانسته شد. این در حالیست که ریزش پل I-35W در ساعت اوج ترافیک روی داد و در لحظه ریزش پل ترافیک بسیار سنگینی بر روی پل در جریان بود. در پایان مطالعات، پیشنهاد شد پل هر شش ماه یکبار مورد بازرسی قرار گیرد.