up
Search      menu
عمران :: مقاله ساختار کار پل ها PDF
QR code - ساختار کار پل ها

ساختار کار پل ها

اين مقاله به بحث و بررسي پيرامون انواع پل ها و ساختارشان پرداخته است. شما در اين مقاله با انواع پل هاي تيري, پل هاي قوسي, پلهاي زيرقوسي و پل هاي معلق آشنا خواهيد شد. به علاوه اين که نيروهايي را که بر پلها تاثير مي گذارند را خواهيد شناخت. و نيز عکس هايي را از پلهاي معلق, پلهاي تيري و پل هاي قوسي و زير قوسي را تماشا خواهيد کرد. اين مقاله با زباني ساده و قابل فهم به بررسي پلها مي پردازد. اميد است مورد رضايت شما قرار گيرد.بدون شک تا به حال پلي را ديده ايد و يا به احتمال زياد از روي يکي از آنها عبور کرده ايد. حتي اگر شما تخته يا کنده درخت را براي جلوگيري از خيس شدن خود بر روي آب قرار دهيد در واقع شما يک پل ساخته ايد. حقيقتاً پل ها در همه جا وجود دارند و در واقع يک بخش طبيعي و بديهي از زندگي روزمره ي ما را تشکيل مي دهند. يک پل مسيري را بر روي مانع ايجاد مي کند که اين موانع مي تواند رودخانه, دره, جاده, خطوط راه آهن و ... باشد.در اين مقاله ما سه نوع اصلي از پل ها را مورد مطالعه و بررسي قرار خواهيم داد که شما مي توانيد بفهميد که هرکدام چگونه کار مي کنند. نوع پل بکار رفته در يک مکان به نوع مانع موجود در آنجا بستگي دارد. معيار اصلي در تعيين نوع پل وسعت و گستردگي آن مانع مي باشد. چه مسافتي ميان طرفين مانع وجود دارد؟ اين مسئله, فاکتور اصلي در تعيين نوع پلي است که قرار است در آن محل احداث شود. با سپري شدن زمان و مطالعه اي مقاله علت آن را متوجه خواهيد شد.
▪ سه نوع اصلي از پلها موجودند:
پل تيري
پل قوسي
پل معلق
تفاوت عمده ي اين سه پل در فاصله دهانه ي پل است. دهانه, فاصله اي است بين پايه هاي ابتدايي و انتهايي پل, اعم از اينکه آن ستون, ديوارهاي دره يا پل باشد. طول پل تيري مدرن امروزه از ۲۰۰ پا (۶۰متر) تجاوز نمي کند. در حالي که يک پل قوسي مدرن به ۸۰۰ تا ۱۰۰۰ پا (۲۴۰ تا ۳۰۰ متر) همو مي رسد. پل معلق نيز تا ۷۰۰۰ پا طول دارد.چه عاملي سبب مي شود که يک پل قوسي بتواند درازاي بيشتري نسبت به پل تيري داشته باشد؟ و يا يک معلق بتواند تقريباً تا ۷ برابر طول پل قوسي را داشته باشد. جواب اين سوال زماني بدست مي آيد که بدانيم چگونه انواع پلها از دو نيروي مهم فشاري و کششي تاثير مي پذيرند.
▪ نيروي فشاري : نيرويي است که موجب فشرده شدن و يا کوتاه شدن چيزي که بر روي آن عمل مي کند مي شود.
▪ نيروي کششي : نيرويي است که سبب افزايش طول و گسترش چيزي که بر روي آن عمل مي کند, مي گردد.
در اين زمينه مي توان از فنر به عنوان يک مثال ساده نام برد. زماني که آن را روي زمين فشار مي دهيم و يا دو انتهاي آن را به هم نزديک مي کنيم, در واقع ما آن را را متراکم مي سازيم. اين نيروي تراکم يا فشاري موجب کوتاه شدن طول فنر مي شود. و نيز اگر دو سر فنر را از يکديگر دور سازيم, نيروي کششي در فنر ايجادشده, طولفنر را افزايش مي دهد.نيروي فشاري و کششي در همه پل ها وجود دارند و وظيفه طراح پل اين است که اجازه ندهد اين نيروها موجب خمش و يا گسيختگي گردد. خمش زماني اتفاق مي افتد که نيروي فشاري بر توانايي شئ در مقابله با فشردگي غلبه کند. بهترين روش در موقع رويارويي با اين نيروها خنثي سازي,پخش و يا انتقال آنهاست. پخش کردن نيرو يعني گسترش دادن نيرو به منطقه وسيع تري است چنانکه هيچ تک نقطه مجبور به متحمل شدن بخش عمده ي نيروي متمرکز نباشد. انتقال نيرو به معني حرکت نيرو از يک منطقه غير مستحکم به منطقه مستحکم است, ناحيه اي که براي مقابله با نيرو طراحي شده و منظور گرديده است. يک پل قوسي مثال خوبي براي پراکندگي است حال آنکه پل معلق نمونه اي بارز از انتقال نيروست.
پلهاي تيري : يک پل تيري, اساساً يک سازه افقي مستحکم است که بر روي دو پايه نصب شده است و اين پايه ها, هر يک در انتهاي طرفين پل قرار دارند. وزن پل و هرگونه وزن اضافي ديگر که بر روي پل اعمال مي شود, مستقيماً توسط پايه ها تحمل مي شوند.
فشار : نيروي فشاري خود را در بالاي عرشه پل يا جاده نمايان مي سازد. اين نيرو موجب مي شود که بخش بالايي عرشه کوتاه- تر گردد.
کشش : برآيند نيرو فشاري در بخش بالايي عرشه به ايجاد نيروي کششي در بخش پاييني عرشه پل منجر مي شود. اين کشش موجب افزايش طول در بخش پاييني پل مي شود.
پراکندگي : بسياري از پلهاي تيري که شما مي توانيد آنها را در بزرگراهها بيابيد, براي تحمل بار از تيرهاي بتوني يا فولادي بهره مي گيرند. اندازه تير و بويژه ارتفاع تير بر حسب مسافتي که تير دارد محاسبه مي شود.با افزايش ارتفاع تير, به مقدار مصالح بيشتري براي پراکنده کردن کشش مورد نياز است. طراحان پل براي ايجاد تير هاي بلند از شبکه هاي فلزي يا خرپا بهره مي گيرند. اين خرپا به تير استحکام داده و توانايي آن را در پخش کردن نيروي فشاري يا کششي افزايش مي دهد. زماني که تير شروع به متراکم شدن مي کند, اين نيرو در ميان خرپا پخش مي شود. به غير از خلاقيت موجود در خرپا, پل تيري در ميزان طول خود محدود است. با افزايش طول آن اندازه خرپا نيز مي بايست افزايش يابد تا زماني که خرپا به نقطه مي رسد که ديگر نمي تواند وزن خود را تحمل کند.
▪ انواع پل هاي تيري : پل هاي تيري به سبک هاي بسيار زيادي ساخته مي شود. نوع طراحي, مکان و چگونگي ساخت يک خرپا, تعيين کننده نوع يک خرپاست. در بدو انقلاب صنعتي, احداث پلهاي تيري در ايالات متحده با سرعت توسعه يافت. طراحان با طرحهاي نوين و سازه هاي مختلف و متعدد اين حرفه را رونق بخشيدند. پل هاي چوبي جاي خود را به پلهاي فلزي يا نيمه فلزي دادند. اين نمونه هاي متنوع از خرپا ها گامهاي موثري را در جهت پيشرفت در اين زمينه برداشت. يکي از ابتدايي ترين و مشهور ترين آنها خرپاي «هاو»۱ بود که در سال ١٨۴٠ توسط «ويليام هاو»۲ طراحي و ابداع شد.شهرت ابداع جديد وي در طرح خرپايش نبود, چرا که مشابه طرح kingpost بود. چگونگي استفاده از تيرهاي آهني عمودي با مجموعه اي از تير هاي چوبي مورب طرح او بود که مورد توجه قرار گرفت. بسياري از پلهاي تيري امروزه هنوز از طرح هاو در خرپايشان استفاده مي کنند.
▪ مقاومت خرپا : يک تير به تنهايي هرگونه فشردگي يا کشش را در بر خواهد گرفت. بيشترين فشردگي در بالاترين نقطه تير و بيشترين کشش در در پايين ترين نقطه تير است. در وسط تير فشردگي و کشش کمتري وجود دارد.اگر تير طوري طراحي شود که بيشترين مقدار مصالح در بالا و پايين تير و در وسط تير مصالح کمتري مصرف شود, بهتر خواهد توانست نيروهاي کششي يا فشاري را تحمل کند. ( در توضيح مي توانيم بگوييم که تير هاي I شکل مستحکم تر از تير هاي مستطيلي ساده است).مرکز تير از عضو هاي مورب خرپا تشکيل شده طوري که بالا و پايين خرپا نشان دهنده بالا و پايين تير است. با نگرش به خرپا به اين شيوه ما قادريم ببينيم که بالا و پايين تير مصالح بيشتري نسبت به مرکز آن مصرف مي کند(به اين دليل که مقواي چين دار خيلي مستحکم است).در اضافه به مطالب فوق در مورد تاثيرات خرپا, علت ديگري نيز وجود دارد دالّ بر اينکه چرا خرپا مستحکم تر از تير است: يک خرپ توانايي پخش کردن نيرو را دارد. خرپا طوري طراحي شده است که به دليل داشتن تعداد زيادي از مثلث ها _که به طور معمول در آن مورد استفاده قرار مي گيرد_ هم مي تواند يک سازه بسيار مستحکم ايجاد کند و هم کار انتقال نيرو را از يک نقطه به منطقه وسيعي انجام دهد.
پل قوسي : يک پل قوسي سازه اي است به شکل نيم دايره که در هر طرف آن نيم پايه (پايه هاي جناحي) قرار دارد. طراحي قوس طوري است که به طور طبيعي وزن عرشه پل را به نيم پايه ها منتقل و منعطف مي کند.
فشار : پلهاي قوسي همواره تحت فشار قرار گرفته اند. نيروي فشاري همواره در امتداد قوس و به سمت نيم پايه ها وارد مي شود.
کشش : کشش در يک قوس ناچيز و قابل اغماض است. خاصيت طبيعي خميدگي قوس و توانايي ان در پخش نيرو به بيرون, به طور قابل ملاحظه اي تاثيرات کشش را در قسمت زيرين قمس کاهش مي دهد. هرچند با زياد شدن زاويه ي خميدگي ( بزرگتر شدن نيمدايره قوس) تاثيرات نيروي کششي نيز در آن افزايش مي يابد.همانطور که اشاره شد, شکل قوس به تنهايي موجب مي شود که وزن مرکز عرشه پل به پايه هاي جناحي منتقل شود. مشابه پلهاي تيري محدوده ي اندازه پل در مقاومت پل تاثير گذاشته و در نهايت بر ان چيره خواهد گشت.
● انواع پلهاي قوسي
پراکندگي : انواع قوس ها محدود هستند. امروزه قوس هايي مانند «رمان»۳ , «باروک»۴ و «رنسانس»۵ وجود دارند که همه آنها از نظر معماري و ظاهري متمايز هستند ولي از نظر ساختار يکسانند. ميزان مقاومت اين پلها به شکل هندسي آنه بستگي دارد. يک پل قوسي احتياج به هيچگونه تکيه گاه يا کابل ندارد. و قوسهايي که از سنگ ساخته شده است حتي نيازي به ساروج يا ملاط نيز ندارد. در گذشته نيز روميان باستان پلهاي قوسي (پل آب بر) ساخته اند که هنوز هم پابرجا هستند و سازه هاي آنه امروزه نيز با اهميت به شمار مي آيد.
پل معلق : پل معلق پلي است که توسط کابل ها (يا ريسمانها يا زنجيرها) در عرض رودخانه (يا در هر جايي که مانع وجود داشته باشد) کشيده شده اند و عرشه توسط اين کابل ها معلق مانده است. پل هاي معلق مدرن دو برج در ميان پل دارند که کابل ها آن را مي کشند. بنابراين برج ها بيشترين وزن جاده را تحمل مي کنند.
نيروي فشاري : نيروي فشاري عرشه پل معلق را به سمت پايين متراکم مي سازد در نتيجه اين نيروي فشاري به برجها وارد مي آيند. اما از آنجا که اين يک پل معلق است, کابلها اين نيروي فشاري را از برجها گرفته و آن را در بين خود پراکنده مي کنند. و آن را به زمين منتقل مي کنند, جايي که آنها محکم بسته شدند.
کشش : کابلهايي که ميان دو لنگرگاه خود يعني تکيه گاهها قرار گرفته اند, دريافت کننده نيروي کششي هستند. وزن پل و حمل و نقل روي آن سبب مي شود که اين کابل ها به شدت کشيده شوند. تکيه گاهها نيز تحت کشش هستند ولي از آنجا که همانند برجها, محکم به زمين بسته شده اند, کشش موجود در آنها پراکنده مي شود. تقريباً همه پلهاي معلق به غير از کابل ها از يک سامانه خرپا نيز بر خوردارند که در زير عرشه پل قرار گرفته است (Deck truss). اين سامانه موجب استحکام بيشتر عرشه و کاهش تمايل سطح جاده به نوسان و مواج شدن مي شود.
▪ انواع پلهاي معلق : پلهاي معلق به دو شکل طراحي مي شوند: پل معلقي که به شکل M است و نوع کم کاربردتري که به صورت «کابل ايستاده»۶ طراحي شده که بيشتر شبيه A است. پلهاي کابل ايستاده ديگر مانند پلهاي معلق معمولي نيازي به دو برج و چهار تکيه گاه ندارند. در عوض کابلها از سمت جاده به بالاي برج محکم بسته شده اند. در هر دو نوع پل, کابلها تحت کشش هستند.
▪ نيروهاي ديگر در پل : ما در مورد دو نيروي بزرگ و مهم فشاري و کششي در طراحي پل بسيار صحبت کرديم. تعداد بسيار زياد ديگري از نيروها در پل وجود دارند که در طراحي پل بايد مد نظر قرار گرفته شوند. اين نيرها معمولاً به محل مشخصي بستگي داشته و يا به نوع پل مرتبط است.
نيروي گشتاوري : نيروي گشتاوري نيروي چرخشي يا پيچشي و يکي از نيروهايي است که به طور موثر در پلهاي قوسي و تيري وجود ندارد ولي به ميزان قابل ملاحظه اي در پلهاي معلق وجود دارد. شکل طبيعي قوس و خرپاهاي موجود در پلهاي تيري اثرات مخرب اين نيرو را از بين مي برد. پلهاي معلق به دليل معلق بودن در هموا (توسط کابلها) در برابر اين نيروي گشتاوري بخصوص در هنگام وزش بادهاي تند بسيار اسيب پذير است.همه ي پلهاي معلق در عرشه ي خود از خرپا ها بهره مي برند که همانند پلهاي تيري تاثيرات نيروي گشتاوري را کاهش مي دهد ولي در پلهايي با طول زياد, خرپاي موجود در عرشه به تنهايي کافي نيست. آزمون « تونل باد»۷ براي سنجش ميزان مقاومت پل در برابر جنبش هاي چرخشي بر روي مدل آزمايش مي شود. ايجاد خرپاهاي آيروديناميک در سازه هاو کابلهاي آويزان مورب از روش هايي هستند که براي تقليل تاثيرات نيروهاي گشتاوري به خدمت گرفته مي شود.
تشديد : تشديد ( ارتعاش در چيزي که توسط نيروي خارجي به وجود آمده و با ارتعاش طبيعي اصل آن چيز, هماهنگ و هم موج است) نوعي نيرويي است, افسار گسيخته که مي تواند بر روي پل اثرات مخربي بگذارد. امواج تشديد کننده از ميان پل به صورت امواج عبور خواهد کرد. يک نمونه مشهور از قدرت تخريب اين امواج مرتعش پل «تاکوما ناروز»۸ است که در سال ۱۹۴۰ توسط بادي با سرعت ۴۰ مايل در ساعت (۶۴ کيلومتر در ساعت) تخريب شد. بررسي هاي دقيق از محل نشان مي دهد که خرپاي عرشه ناکارآمد بوده ولي با اين حال عامل اصلي فرو ريزي پل نبوده. در آن روز باد با سرعت به پل ضربه زده و با برخورد قائم به پل باعث ايجاد ارتعاش شده است. اين باد هاي متوالي لرزش و ارتعاش را افزايش داده تا آنجا که اين امواج توانستند پل را فرو ريزند. زماني که يک ارتش بر روي پل رژه مي رود, اغلب به سربازان گفته مي شود قدم رو . با اين کار, ريتم رژه ي آنها سبب ايجاد تشديد در پل مي شود. اگر ارتش به اندازه کافي بزرگ باشد و آهنگ ارتعاشي لازم را داشته باشد در نهايت مي تواند پل را فرو پاشد.به منظور مقابله با تاثيرات تشديد در يک پل, خيلي مهم است که در پل کاهندهاي امواجي طراحي شود تا در اين امواج تداخل ايجاد کرده و از شدت آن بکاهد. ايجاد تداخل يک روش موثر در برابر امواج مخرب مي باشد. تکنيک هاي کاهش امواج معمولاً شامل اينرسي نيز هستند. اگر پلي, به عنوان مثال يک جاده با سطح پيوسته و يک تکه داشته باشد, يک موج قوي مي تواند در امتداد پل حرکت کرده و منتقل شود. اگر جاده از تکه هاي مختلفي تشکيل شده باشد و صفحات آن همديگر را همپوشاني کرده باشند آنگاه جنبش از يک بخش توسط صفحات به بخش ديگر منتقل مي شود. از آنجا که آن صفحات بر روي يکديگر قرار گرفته اند, اصطکاک نيز ايجاد مي شود. اين ترفند, اصطکاک کافي را براي تغيير فرکانس امواج مرتعش را توليد مي کند. با تغيير فرکانس مي توانيم از ورود امواج مخرب به سازه جلوگيري کنيم. تغيير بسامد به طرزي موثر دو نوع مختلف از موج را به وجود مي آورد که موجب خنثي شدن يکديگر مي شوند.
آب و هوا : نيروي طبيعت به ويژه آب و هوا به گونه ايست که مبارزه با آن مشکل و حتي در برخي موارد امکان پذير نيست. باران, يخبندان, طوفان و نمک هر کدام به تنهايي مي توانند در فرو پاشي پل نقش بسزايي داشته و تحت يک مجموعه به احتمال بسيار قوي خواهند توانست پل را تخريب کنند. طراحان پل با مطالعه و بررسي شکست هاي گذشته حرفه ي خود را بدرستي آموخته اند. آنان آهن را به چوب عوض کردند و سپس فولاد را جايگزين آهن کردند. بعد ها از بتون بطور گسترده در پلها بهره گرفتند. هر کدام از مواد و مصالح جديد و يا تکنيک هاي طراحي, ثمره درسهايي است که در گذشته آموخته اند. با دانستن نيروي گشتاوري, تشديد و آيروديناميک ( بعد از چند شکست بزرگ ) طراحي هاي بهتر نيز شکل گرفت.تا آنجاکه توانستند بر مسئله آب و هوا غلبه کنند. تعداد شکست هاي مرتبط با آب و هوا و شرايط جوي بسيار فراتر از تعداد شکست ها در زمينه طراحي بوده است. اين شکست ها به ما آموخته است که همواره به دنبال راه حل بهتري باشيم.

تصور جهان پيشرفته کنوني بدون وجود مواد پليمري مشکل مي باشد. امروزه اين مواد جزيي از زندگي ما شده اند و در ساخت اشياي مختلف ، از وسايل زندگي و مورد مصر ...

تصور جهان پيشرفته کنوني بدون وجود مواد پليمري مشکل ميباشد. امروزه اين مواد جزيي از زندگي ما شدهاند و در ساخت اشياي مختلف ، از وسايل زندگي و مورد مصرف ...

خون فاقد سلولهاي خوني ، پلاسما نام دارد که در واقع قسمت مايع خون است. مي توان پلاسما را به صورت پودر در آورد. در انسان به آساني بوسيله آب استريل دوبار ...

فرايند آبکاري معمولا″ با فلزات گرانبها چون طلا و نقره و کروم جهت افزايش ارزش فلزات پايه مانند آهن و مس و غيره و همچنين ايجاد روکشي بسيار مناسب (در حدو ...

● دالها بيشترين کاربردهاي بتن مسلح به الياف بويژه الياف فولادي تاکنون در دالها , عرشه پلها , کف سازي فرودگاهها , پارکينگها و محيطهاي در معرفي کاويتاسي ...

سازه هاي ماکاروني به سازه هايي اطلاق مي شود ، که مصالح استفاده شده در آنها تنها ماکاروني و چسب مي باشد . اين سازه ها در مقياس کوچکتر نسبت به سازه هاي ...

● تعريف پل پل يک سازه است که براي عبور از موانع فيزيکي از جمله رودخانه ها و دره ها استفاده مي شود.پلهاي متحرک نيز جهت عبور کشتيها و قايقهاي بلند از زي ...

● طبقه بندي پلهاي فلزي: پلهاي فلزي را مي توان با توجه به نوع سيستم باربر به شرح زيرطبقه بندي نمود: پل باتيرهاي حمال پل قوسي پل با کابلهاي باربر پل با ...

دانلود نسخه PDF - ساختار کار پل ها