آموزش حرفه و فن
مطالبی مفید و دانستنی هایی فراتر از کتاب های درسی
صفحات وبلاگ
آرشیو وبلاگ
نویسنده: علی خزائی - ۳ شهریور ۱۳٩۱

پل و انواع آن

بدون شک تا به حال پلی را دیده اید و یا به احتمال زیاد از روی یکی از آنها عبور کرده اید. حتی اگر شما تخته یا کنده درخت را برای جلوگیری از خیس شدن خود بر روی آب قرار دهید در واقع شما یک پل ساخته اید. حقیقتاً پل ها در همه جا وجود دارند و در واقع یک بخش طبیعی و بدیهی از زندگی روزمره ی ما را تشکیل می دهند. یک پل مسیری را بر روی مانع ایجاد می کند که این موانع 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 که شما می توانید بفهمید که هرکدام چگونه کار می کنند. نوع پل بکار رفته در یک مکان به نوع مانع موجود در آنجا بستگی دارد. معیار اصلی در تعیین نوع پل وسعت و گستردگی آن مانع می باشد. 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 ای مقاله علت آن را متوجه خواهید شد.

سه نوع اصلی از پل ها موجودند:

  • پل تیری
  • پل قوسی
  • پل معلق

پل و انواع آن

بدون شک تا به حال پلی را دیده اید و یا به احتمال زیاد از روی یکی از آنها عبور کرده اید. حتی اگر شما تخته یا کنده درخت را برای جلوگیری از خیس شدن خود بر روی آب قرار دهید در واقع شما یک پل ساخته اید. حقیقتاً پل ها در همه جا وجود دارند و در واقع یک بخش طبیعی و بدیهی از زندگی روزمره ی ما را تشکیل می دهند. یک پل مسیری را بر روی مانع ایجاد می کند که این موانع 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 که شما می توانید بفهمید که هرکدام چگونه کار می کنند. نوع پل بکار رفته در یک مکان به نوع مانع موجود در آنجا بستگی دارد. معیار اصلی در تعیین نوع پل وسعت و گستردگی آن مانع می باشد. 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 ای مقاله علت آن را متوجه خواهید شد.

 اصول

سه نوع اصلی از پل ها موجودند:

  • پل تیری
  • پل قوسی
  • پل معلق

تفاوت عمده ی این سه پل در فاصله دهانه ی پل است. دهانه, فاصله ای است بین پایه های ابتدایی و انتهایی پل, اعم از اینکه 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 نسبت به پل تیری داشته باشد؟ و یا یک معلق بتواند تقریباً تا 7 برابر طول پل قوسی را داشته باشد. جواب این سوال زمانی بدست می آید که بدانیم چگونه انواع پلها از دو نیروی مهم فشاری و کششی تاثیر می پذیرند.

نیروی فشاری نیرویی است که موجب فشرده شدن و یا کوتاه شدن چیزی که بر روی آن عمل می کند می شود و نیروی کششی نیرویی است که سبب افزایش طول و گسترش چیزی که بر روی آن عمل می کند, می گردد.

در این زمینه می توان از فنر به عنوان یک مثال ساده نام برد. زمانی که آن را روی زمین فشار می دهیم و یا دو انتهای آن را به هم نزدیک می کنیم, در واقع ما آن را را متراکم می سازیم. این نیروی تراکم یا فشاری موجب کوتاه شدن طول فنر می شود. و نیز اگر دو سر فنر را از یکدیگر دور سازیم, نیروی کششی در فنر ایجادشده, طول فنر را افزایش می دهد.

نیروی فشاری و کششی در همه پل ها وجود دارند و وظیفه طراح پل این است که اجازه ندهد این نیروها موجب خمش و یا گسیختگی گردد. خمش زمانی اتفاق می افتد که نیروی فشاری بر توانایی شئ در مقابله با فشردگی غلبه کند. بهترین روش در موقع رویارویی با این نیروها خنثی سازی,پخش و یا انتقال آنهاست.

پخش کردن نیرو یعنی گسترش دادن نیرو به منطقه وسیع تری است چنانکه هیچ تک نقطه مجبور به متحمل شدن بخش عمده ی نیروی متمرکز نباشد. انتقال نیرو به معنی حرکت نیرو از یک منطقه غیر مستحکم به منطقه مستحکم است, ناحیه ای که برای مقابله با نیرو طراحی شده و منظور گردیده است. یک پل قوسی مثال خوبی برای پراکندگی است حال آنکه پل معلق نمونه ای بارز از انتقال نیروست.

 پل های تیری

یک پل تیری, اساساً یک سازه افقی مستحکم است که بر روی دو پایه نصب شده است و این پایه ها, هر یک در انتهای طرفین پل قرار دارند. وزن پل و هرگونه وزن اضافی دیگر که بر روی پل اعمال می شود, مستقیماً توسط پایه ها تحمل می شوند.

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 گردد.

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 می شود.

مثال

یک تخته در ابعاد 2 در 4 پا را بر روی جعبه خالی مثلاً جعبه شیر قرار دهید. هم اکنون شما یک پل تیری ساده ساخته اید. حال یک وزنه ۵٠ پوندی را در وسط آن قرار دهید. توجه کنید که چگونه تخته خم می شود. وجه بالایی تحت فشار و وجه پایینی تحت کشش است. اگر شما این افزایش وزن را ادامه دهید, سرانجام تخته خواهد شکست. یعنی قسمت بالایی خم شده و بخش پایینی آن ترک خورده و می شکند.


 پراکندگی

بسیاری از پل های تیری که شما می توانید آنها را در بزرگ راهها بیابید, برای تحمل بار از تیرهای بتونی یا فولادی بهره می گیرند. اندازه تیر و بویژه ارتفاع تیر بر حسب مسافتی که تیر دارد محاسبه می شود. با افزایش ارتفاع تیر, به مقدار مصالح بیشتری برای پراکنده کردن کشش مورد نیاز است. طراحان پل برای ایجاد تیر های بلند از شبکه های فلزی یا خرپا بهره می گیرند. این خرپا به تیر استحکام داده و توانایی آن را در پخش کردن نیروی فشاری یا کششی افزایش می دهد.

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 می بایست افزایش یابد تا زمانی که خرپا به نقطه 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 پلهای تیری در ایالات متحده با سرعت توسعه یافت. طراحان با طرحهای نوین و سازه های مختلف و متعدد این حرفه را رونق بخشیدند. پل های چوبی جای خود را به پلهای فلزی یا نیمه فلزی دادند.

این نمونه های متنوع از خرپا ها گامهای موثری را در جهت پیشرفت در این زمینه برداشت. یکی از ابتدایی ترین و مشهور ترین آنها خرپای «هاو» بود که در سال ١٨۴٠ توسط «ویلیام هاو» طراحی و ابداع شد.

شهرت ابداع جدید وی در طرح خرپایش نبود, چرا که مشابه طرح kingpost بود. چگونگی استفاده از تیرهای آهنی عمودی با مجموعه ای از تیر های چوبی مورب  طرح او بود که مورد توجه قرار گرفت. بسیاری از پلهای تیری امروزه هنوز از طرح هاو در خرپایشان استفاده می کنند.

 
مقاومت خرپا

یک تیر به تنهایی هرگونه فشردگی یا کشش را در بر خواهد گرفت. بیشترین فشردگی در بالاترین نقطه تیر و بیشترین کشش در در پایین ترین نقطه تیر است. در وسط تیر فشردگی و کشش کمتری وجود دارد. اگر تیر طوری طراحی شود که بیشترین مقدار مصالح در بالا و پایین تیر و در وسط تیر مصالح کمتری مصرف شود, بهتر خواهد توانست نیروهای کششی یا فشاری را تحمل کند. ( در توضیح می توانیم بگوییم که تیر های I شکل مستحکم تر از تیر های مستطیلی ساده است)

مرکز تیر از عضو های مورب خرپا تشکیل شده طوری که بالا و پایین خرپا نشان دهنده بالا و پایین تیر است. با نگرش به خرپا به این شیوه ما قادریم ببینیم که بالا و پایین تیر مصالح بیشتری نسبت به مرکز آن مصرف می کند(به این دلیل که مقوای چین دار خیلی مستحکم است)

در اضافه به مطالب فوق در مورد تاثیرات خرپا, علت دیگری نیز وجود دارد دالّ بر اینکه چرا خرپا مستحکم تر از تیر است: یک خرپا توانایی پخش کردن نیرو را دارد. خرپا طوری طراحی شده است که به دلیل داشتن تعداد زیادی از مثلث ها - که به طور معمول در آن مورد استفاده قرار می گیرد - هم می تواند یک سازه بسیار مستحکم ایجاد کند و هم کار انتقال نیرو را از یک نقطه به منطقه وسیعی انجام دهد.

پل قوسی

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

فشار

پلهای 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 ان در پخش نیرو به بیرون, به طور قابل ملاحظه ای  تاثیرات کشش را در قسمت زیرین قوس کاهش می دهد. هرچند با زیاد شدن زاویه ی خمیدگی ( بزرگتر شدن نیم دایره قوس) تاثیرات 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 پلهای تیری محدوده ی اندازه پل در مقاومت پل تاثیر گذاشته و در نهایت بر ان چیره خواهد گشت.

انواع پل های قوسی

پراکندگی

انواع قوس ها محدود هستند. امروزه قوس هایی مانند «رمان», «باروک»و «رنسانس» وجود دارند که همه آنها از نظر معماری و ظاهری متمایز هستند ولی از نظر ساختار یکسانند. میزان مقاومت این پلها به شکل هندسی آنه بستگی دارد. یک پل قوسی احتیاج به هیچگونه تکیه گاه یا کابل ندارد. و قوس هایی که از سنگ ساخته شده است حتی نیازی به ساروج یا ملاط نیز ندارد. در گذشته نیز رومیان باستان پلهای قوسی (پل آب بر) ساخته اند که هنوز هم پابرجا هستند و سازه های آنها امروزه نیز با اهمیت به شمار می آید.

 پل معلق

پل معلق پلی است که توسط کابل ها (یا ریسمان ها یا زنجیرها) در عرض رودخانه (یا در هر جایی که مانع وجود داشته باشد) کشیده شده اند و عرشه توسط این کابل ها معلق مانده است. پل های معلق مدرن دو برج در میان پل دارند که کابل ها آن را می کشند. بنابراین برج ها بیشترین وزن جاده 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 گرفته و آن را در بین خود پراکنده می کنند. و آن را به زمین منتقل می کنند, جایی که آنها محکم بسته شدند.

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 آنجا که همانند برج ها, محکم به زمین بسته شده اند, کشش موجود در آنها پراکنده می شود.

تقریباً همه پلهای معلق به غیر از کابل ها از یک سامانه خرپا نیز بر خوردارند 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.

انواع پلهای معلق

پلهای معلق به دو شکل طراحی می شوند: پل معلقی که به شکل M است و نوع کم کاربردتری که به صورت «کابل ایستاده» طراحی شده که بیشتر شبیه A است. پلهای کابل ایستاده دیگر مانند پلهای معلق معمولی  نیازی به دو برج و چهار تکیه گاه ندارند. در عوض کابلها از سمت جاده به بالای برج محکم بسته شده اند. در هر دو نوع پل, کابلها تحت کشش هستند.

نیروهای دیگر در پل

ما در مورد دو نیروی بزرگ و مهم فشاری و کششی در طراحی پل بسیار صحبت کردیم. تعداد بسیار زیاد دیگری از نیروها در پل وجود دارند که در طراحی پل باید مد نظر قرار گرفته شوند. این نیرها معمولاً به محل مشخصی بستگی داشته و یا به نوع پل مرتبط است.

نیروی گشتاوری

نیروی گشتاوری نیروی چرخشی یا پیچشی و یکی از نیروهایی است که به طور موثر در پلهای قوسی و تیری وجود ندارد ولی به میزان قابل ملاحظه ای در پلهای معلق وجود دارد. شکل طبیعی قوس و خرپاهای موجود در پلهای تیری اثرات مخرب این نیرو را از بین می برد. پلهای معلق به دلیل معلق بودن در هموا (توسط کابلها) در برابر این نیروی گشتاوری بخصوص در هنگام وزش بادهای تند بسیار اسیب پذیر است.

همه ی پلهای معلق در عرشه ی خود از خرپا ها بهره می برند که همانند پلهای تیری تاثیرات نیروی گشتاوری را کاهش می دهد ولی در پلهایی با طول زیاد, خرپای موجود در عرشه به تنهایی کافی نیست. آزمون « تونل باد» برای سنجش میزان مقاومت پل در برابر جنبش های چرخشی بر روی مدل آزمایش می شود. ایجاد خرپاهای آیرودینامیک در سازه هاو کابلهای آویزان مورب از روش هایی هستند که برای تقلیل تاثیرات نیروهای گشتاوری به خدمت گرفته می شود.

تشدید

تشدید ( ارتعاش در چیزی که توسط نیروی خارجی به وجود آمده و با ارتعاش طبیعی اصل آن چیز, هماهنگ و هم موج است) نوعی نیرویی است, افسار گسیخته که می تواند بر روی پل اثرات مخربی بگذارد. امواج تشدید کننده از میان پل به صورت امواج عبور خواهد کرد.

یک نمونه مشهور از قدرت تخریب این امواج مرتعش پل «تاکوما ناروز» است که در سال 1940 توسط بادی با سرعت 40 مایل در ساعت (64 کیلومتر در ساعت) تخریب شد. بررسی های دقیق از محل نشان می دهد که خرپای عرشه ناکارآمد بوده ولی با این حال عامل اصلی فرو ریزی پل نبوده. در آن روز باد با سرعت به پل ضربه زده و با برخورد قائم به پل باعث ایجاد ارتعاش شده است. این باد های متوالی لرزش و ارتعاش را افزایش داده تا آنجا که این امواج توانستند پل را فرو ریزند.

زمانی که یک ارتش بر روی پل رژه می رود, اغلب به سربازان گفته می شود " قدم رو" . با این کار, ریتم رژه ی آنها سبب ایجاد تشدید در پل می شود. اگر ارتش به اندازه کافی بزرگ باشد و آهنگ ارتعاشی لازم را داشته باشد در نهایت می تواند پل را فرو پاشد.

به منظور مقابله با تاثیرات تشدید در یک پل, خیلی مهم است که در پل کاهندهای امواجی طراحی شود تا در این امواج تداخل ایجاد کرده و از شدت آن بکاهد. ایجاد تداخل یک روش موثر در برابر امواج مخرب می باشد. تکنیک های کاهش امواج معمولاً شامل اینرسی نیز هستند. اگر پلی, به عنوان مثال یک جاده با سطح پیوسته و یک تکه داشته باشد, یک موج قوی می تواند در امتداد پل حرکت کرده و منتقل شود.

اگر جاده از تکه های مختلفی تشکیل شده باشد و صفحات آن همدیگر را همپوشانی کرده باشند آن گاه جنبش از یک بخش توسط صفحات به بخش دیگر منتقل می شود. از آنجا که آن صفحات بر روی یکدیگر قرار گرفته اند, اصطکاک نیز ایجاد می شود. این ترفند, اصطکاک کافی را برای تغییر فرکانس امواج مرتعش را تولید می کند. با تغییر فرکانس می توانیم از ورود امواج مخرب به سازه جلوگیری کنیم. تغییر بسامد به طرزی موثر دو نوع مختلف از موج را به وجود می آورد که موجب خنثی شدن یکدیگر می شوند.

آب و هوا

نیروی طبیعت به ویژه آب و هوا به گونه ایست که مبارزه با آن مشکل و حتی در برخی موارد امکان پذیر نیست. باران, یخبندان, طوفان و نمک هر کدام به تنهایی می توانند در فرو پاشی پل نقش بسزایی داشته و تحت یک مجموعه به احتمال بسیار قوی خواهند توانست پل را تخریب کنند. طراحان پل با مطالعه و بررسی شکست های گذشته حرفه ی خود را بدرستی آموخته اند. آنان آهن را به چوب عوض کردند و سپس فولاد را جایگزین آهن کردند. بعد ها از بتون بطور گسترده در پلها بهره گرفتند.

هر کدام از مواد و مصالح جدید و یا تکنیک های طراحی, ثمره درسهایی است که در گذشته آموخته اند. با دانستن نیروی گشتاوری, تشدید و آیرودینامیک ( بعد از چند شکست بزرگ ) طراحی های بهتر نیز شکل گرفت.تا آنجاکه توانستند بر مسئله آب و هوا غلبه کنند. تعداد شکست های مرتبط با آب و هوا و شرایط جوی بسیار فراتر از تعداد شکست ها در زمینه طراحی بوده است. این شکست ها به ما آموخته است که همواره به دنبال راه حل بهتری باشیم.

 

مقاله ۲ - پل و انواع آن

ایجاد گذرگاهها و پلها برای عبور از دره ها و رودخانه ها از قدیمی ترین فعالیتهای بشر است. پلهای قدیمی معمولا از مصالح موجود در طبیعت مثل چوب و سنگ والیاف گیاهی به صورت معلق یا با تیرهای حمال ساخته شده اند.پلهای معلق از کابلهایی از جنس الیاف گیاهی که از دو طرف به تخته سنگها و درختها بسته شده و پلهای با تیر حمال از تیرهای چوبی که روی آنها با مصالح سنگی پوشیده می شد، ساخته شده اند.

ساخت پلهای سنگی به دوران قبل از رومیها بر می گردد که در خاور میانه و چین پلهای زیادی بدین شکل برپا شده است. در اروپا نیز اولین پلهای طاقی را 800 سال قبل از میلاد مسیح، برای عبور از رودخانه ها از جنس مصالح سنگی ساخته اند.

اغلب پلهای ساخته شده توسط رومیها از طاقهای سنگی دایره شکل با پایه های ضخیم تشکیل یافته است.در ایران نیز ساختن پلهای کوچک وبزرگ از زمانهای بسیار قدیم رواج داشته و پلهایی نظیر سی و سه پل، پل خواجو و پل کرخه بیش از 400 سال عمر دارند.

از قرن یازدهم به بعد روشهای ساختن پلها پیشرفت قابل توجهی نمود و به تدریج استفاده از دستگاههای فشاری از مصالح سنگی و آجر با ملاتهای مختلف و دستگاههای خمشی از چوب متداول گردیده و تا اوایل قرن بیستم ادامه یافت. شروع قرن بیستم همراه با استفاده وسیع از پلهای فلزی و سپس پلهای بتن مسلح می باشد.

 از اوایل قرن نوزدهم ساخت پلهای معلق، قوسی یا با تیر حمال از آهن آغاز شد. اولین پل معلق از آهن در سال 1796 به دهانه 21 متر در آمریکا ساخته شد، همچنین در سال 1850 یکی از مهمترین پلهای با تیر حمال از جنس آهن متشکل از دو دهانه 140 متر و دو دهانه 70 متری در انگلستان ساخته شد.

طویل ترین پل معلق

طویل ترین پل معلق به طول تقریبی 7 کیلومتر در سانفرانسیسکو ساخته و بزرگترین دهانه معلق به طول تقریبی 1400 متر در انگلیس (روی رودخانه هامبر) طراحی شده اند. در سالهای اخیر طرح پلهای ترکه ای فلزی (با کابل مستقیم) نیز برای دهانه های بزرگ مورد توجه قرار گرفته و بعد از نخستین پل که در سال 1955 به دهانه 183 متر در سوئد ساخته شده، پلهای زیادی اجرا شده است.

 پلها را از نقطه نظر مصالح تشکیل دهنده به شکل زیر طبقه بندی می کنند :

پلهای چوبی:

این پلها معمولا" به شکل قوسی، با تیرهای مشبک و یا تیرهای حمال ساخته شده و در حال حاضر استفاده از آنهابه صورت موقتی می باشد.

پلهای سنگی:

با توجه به مقاومت مناسب فشاری مصالح سنگی، بسیاری از پلهای طاقی از این مصالح ساخته شده اند.نظر به کمبود افراد سنگ کار و زمان نسبتا طولانی لازم برای تهیه مصالح و اجرای سازه، امروزه استفاده از این پلها محدود می باشد.

پلهای بتنی:

در بسیاری از پلهای طاقی شکل، در حال حاضر از بتن، با توجه به مقاومت فشاری مطلوب آن به جای سنگ استفاده می شود.

پلهای بتن مسلح:

با توجه به روش اجرا و نحوه بتن ریزی، پلهای بتن مصلح را می توان از مقاطع مختلف و با اشکال دلخواه ساخت. با وجود این استفاده از مقاطع ساده در جهت کاهش بهای قالب بندی همواره مورد نظر است.در بعضی از حالات استفاده از سیستم پیش ساختگی باعث حذف اجزاء نگهدارنده قالبها و در نتیجه صرفه جوئی قابل ملاحظه می شود. 

پلهای بتن پیش تنیده:

با پیشرفت این تکنیک، به تدریج در دامنه وسیعی از ابنیه فنی،پلهای بتن پیش تنیده جایگزین پلهای فلزی و پلهای بتن مسلح شده اند. بدین ترتیب با صرف هزینه کمتر، پلهای با دهانه بزرگ ساخته می شوند. از طرف دیگر استفاده از این مصالح امکان به کارگیری تکنیک های جدید پل سازی را می دهد.

پلهای فلزی:

این پلها به اشکال مختلف، با تیرهای حمال معمولی یا تیرهای مشبک فولادی، با قوس یا قالبهای فلزی، نورد شده از ورق و المانهای اتصالی ساخته شده اند. در ساخت این پلها گاهی نیز از آلیاژهای سبک یا مقطع مرکب استفاده می گردد.

استفاده از فولاد در ساخت پلهای فلزی از قرن گذشته شروع و با عنایت به مقاومت کششی و فشاری مطلوب این مصالح در سطح وسیع متداول گردید.باتوجه به فزونی بهای تولید، معمولاً نیمرخهای فولادی دارای ضخامت ناچیز بوده و در نتیجه علاوه بر مسئله زنگ زدن و خوردگی، خطر بروز ناپایداری های الاستیک نیز همواره موجود می باشد، از طرف دیگر نظر به اینکه با افزایش طول دهانه وزن مرده پلها به سرعت افزایش می یابد، با توجه به ناچیزبودن ابعاد و در نتیجه سبک بودن مقاطع فلزی، هنوز نیز برای

پوشش پلهای فلزی :

پوشش پلهای فلزی را می توان از چوب مصالح سنگی بتن مسلح و یا از ورقهای فلزی انتخاب نمود. استفاده از چوب برای پوشش پلها در زمانهای بسیار قدیم رایج بوده اما امروزه به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین در طرحهای جدید از پوشش مصالح سنگی نیز به علت وزن زیاد آن، کمتر استفاده می شود در این راه حل تیرهای حمال طولی پل بوسیله قوسهائی از آجر و مصالح سنگی به هم متصل می شوند.

پوشش بتن مسلح:

این پوشش از یک دال بتن مسلح که روی تیرچه های طولی و تیرهای عرضی پل تکیه نموده تشکیل یافته است.پوشش بتن مسلح مقاومت و صلبیت لازم را به سازه داده و از نظر اجرائی نیز آسان و بسیار متداول می باشد.

پوشش فلزی:

یک نوع از این پوششها از یک سری صفحات فلزی که بوسیله بتن مسلح پوشیده شده و روی بال فوقانی تیرچه طولی جوش شده اند تشکیل شده است ضخامت کل حاصله معمولاً ضعیف (بین 10تا 20 سانتی متر ) است. یکی دیگر از انواع پوششهای فلزی متداول دال ارتوتروپ است این پوشش از یک صفحه فلزی که در جهت عمودی بوسیله ورقهای ساده یا جعبه ای تقویت شده تشکیل یافته است، صفحه فلزی نقش بال فوقانی تیرها رابه عهده داشته و ضمن شرکت در مقاومت خمشی بارهای موضعی حاصل از چرخ وسائل نقلیه رانیز تحمل می کند.

ضخامت آن معمولاً حدود 12 میلی متر (برای جان جعبه ای )تا 14 میلی متر(برای جان ساده)می باشد. دال ارتوتروپ در مجموع روی اجزاء اصلی پل (تیرهای طولی و عرضی )تکیه نموده است.

 طبقه بندی پلهای فلزی:

پلهای فلزی را می توان با توجه به نوع سیستم باربر به شرح زیرطبقه بندی نمود:

  • پل باتیرهای حمال
  • پل قوسی
  • پل با کابلهای باربر

پل با تیرهای حمال

این پلها از متداول ترین انواع مورد استفاده برای دهانه های متوسط (تا250 متر)می باشند . تیرهای حمال معمولا به صورت شبکه های فلزی مقاطع جعبه ای یا تیرهای مرکب تو پر ساخته شده و تغییر شکل بسیار محدودی خواهند داشت. شبکه های فلزی معمولآ سبک بوده اما با توجه به خصوصیات ظاهری آنها ،کمتر در مناطق شهری مورد استفاده قرار می گیرند.در حالت کلی این پلها را نیز می توان به شرح زیر تفکیک نمود:

  • پل با تیرهای حمال جانبی :

در این حالت تیرهای حمال جانبی معمولآ از شبکه های فلزی تشکیل شده و اجزاء اصلی باربر تابلیه می باشند. در شرایطی که عرض پل محدود باشد ( کمتر از14 متر ) می توان از این سیتستم استفاده نمود.

  • پل با تیر های حمال تحتانی:


در این حالت تیرهای حمال عمومآاز نوع تیرهای مرکب با جان تو پر ( که از چند ورق فلز با اتصال پیج پرچ یا جوش تشکیل شده اند ) می باشند. تیرهای حمال با ارتفاع ثابت یا متغیر ساخته شده و در نتیجه ضمن حصول منظره مناسب صرفه جوئی مهمی نیز در مصرف مصالح خواهد شد. همچنین در بعضی شرایط می توان سبستم متشکل از تیرها یا حمال تحتانی را با یک مقطع جعبه ای جایگزین نمود.


پل قوسی

پل قوسی، پلی است با تکیه گاه های انتهائی در هر طرف، که شکلی نیم دایره مانند دارد. پلی که از رشته ای از قوسها تشکیل شده باشد، پل دره ای نامیده می شود. پل قوسی ابتدا توسط یونانی ها و از سنگ ساخته شد. بعدها، رومیان باستان از ملات در پل های قوسی خود استفاده کردند.

با توجه به اصول مقاومت مصالح، شعاع قوس وابعاد این پلها را طوری انتخاب می کنند که بارهای قائم وارده تبدیل به یک نیروی فشاری در امتداد قوس شود. بنا براین در مناطقی با کیفیت خاک مناسب،می توان دهانه های بزرگ ( تا حدود500متر) را با پلهای قوسی طی نمود.

پل ترکه ای:

در این پلها،تابلیه به صورت یک صفحه صلب از یک طرف روی پایه های کناری (کوله ها) و دو پایه بلند میانی و از طرف دیگر به طور الاستیک روی کابلهای مورب تکیه نموده است. این کابلها در تمام طول پل گسترش می بابند بار وارده را به پایه های بلند میانی منتقل می نمایند. کابلهای ذکر شده را می توان در دو صفحه قائم و به طور موازی در دو طرف تابلیه قرار داده و یا در جهت عرضی نیز به طور مورب و در امتداد محورطولی پل به پایه میانی متصل نمود. همچنین در بعضی شرایط می توان از یک مجموعه کابل که در امتداد محور طولی پل قرار می گیرند استفاده نمود. پایه های میانی پل به شکل I ، A یا H طرح شده و معمولآ از فولاد یا بتن مسلح می باشد،پلهای ترکه ای به تعداد زیاد و تا دهانه 500 متر ساخته شده اند.

 پل معلق:

در این پلها نیز تابلیه به صورت یک صفحه صلب روی پایه های کناری و میانی تکیه نموده است .

 نگهداری پل

با توجه به مخارج سنگین انجام شده برای اجرای ابنیه بتنی،مسئله نگهداری دقیق این سازه ها در برابر آب و باد دو یخبندان از اهمیت خاصی بر خوردار است.

در مناطقی که بستر رودخانه سست بوده و در اثر طغیان آب امکان شسته شدن داشته باشد باید وضعیت آن را در اطراف پل بعد از طغیانهای مختلف مورد برسی قرار داد تا با تدابیر مختلف از خالی شدن خاک اطراف پی ها و در نتیجه تخریب پایه ها جلوگیری شود. لایه عایق کاری و آسفالت کف جاده باید طوری انجام شود که از نفوذ و باقی ماندن آب در جسم پل جلوگیری شود.

بعد از پایان ساختمان پل و قبل از تحت سرویس قرار گرفتن،المانهای مختلف آنرا باید به دقت مورد بازدید قرار داد تا مشخص شود تحت بارهای دائمی و دستگاههای ساخت،تغییر شکل ها و ترک های پیش بینی نشده در آن ایجاد نشده باشد، همچنین بعد از آزمون بار گذاری که تحت شدید ترین بارگذاری ممکنه در طول دوره سرویس قرار می گیرد، باید کلیه تغییر شکلهای ایجاد شده و فلش مقاطع بحرانی، ترک های احتمالی، نشست پایه ها، تغییر فرم دستگاههای تکیه گاهی و اتصالات مختلف به دقت مورد برسی قرار گیرند.

در طول دوره بهره برداری نیز در زمانهای مشخص باید قسمتهای مختلف پل مورد بازدید قرار گیرند به عنوان مثال:در پلهای فلزی که احتمال از بین رفتن اتصالات پیچ و جوش، زنگ زدن المانها و خوردگی آنها و بروز نا پایداریهای الاسیتک موجود است. این بازدیدها باید به طور مداوم و حداقل هر پنج سال یکبار انجام شده و برای جلو گیری از تخریب قطعات، آنها را با مواد مناسب پوشانید. همجنین در مورد پلهای بتن پیش تنیده شده وضع دستگاههای مهارتی و کشش کابلها مورد بررسی قرار گرفته و با انجام عمل تزریق به نحو مناسب، از زنگ زدگی کابلها جلوگیری به عمل آید. از عبور سربارهای غیر مجاز که در طرح ومحاسبه قطعات پل در نظر گرفته نشده اند،اکیدآ جلوگیری شود.

 

مقاله ۳ - پل کابلی

با اینکه به نظر می رسد پل های کابلی به آینده چشم دوخته اند، ایده آن ها مسیر طولانی را پیموده است. اولین طرح شناخته شده از یک پل کابلی در کتابی به نام "ماشین های نووا" - منتشر شده در سال 1595 - آورده شده ولی این ایده تا قرن حاضر که مهندسان شروع به استفاده از پل های کابلی نمودند؛ مورد استقبال واقع نشده بود. در جنگ جهانی دوم که فولاد کمیاب بود، این طرح برای بازسازی پل های بمباران شد که هنوز فوندانسیون هایشان پابرجاست، کامل بود. با اینکه از احداث پل های کابلی در آمریکا دیری نمی گذرد، واکنش ها در این مورد بسیار مثبت بوده است.

 پل کابلی و نحوه عملکرد آن

یک پل کابلی نوعی، یک تیر حمال(عرشه پل) پیوسته با یک یا چند برج بنا شده بالای پایه های پل در وسط دهانه است. از این برج ها، کابل ها به صورت اریب به سمت پایین (معمولا هر دو طرف) کشیده شده و تیر حمال(عرشه پل) را نگه می دارد.

کابل های فولادی بی نهایت قوی و در عین حال بسیار انعطاف پذیر هستند. کابل ها بسیار مقرون به صرفه می باشند چون سبب ساخت سازه ای سبکتر و باریکتر شده که در عین حال قادر به پل زدن بین مصافت های بیشتری است.اگرچه تنها تعداد کمی از آن ها برای نگه داشتن کل پل قوی هستند، انعطاف پذیریشان آن ها را در مقابل نیرو هایی که به ندرت در نظر گرفته می شوند مانند باد؛ ضعیف می نماید.

برای پل های کابلی با دهانه های طولانی به خاطر تضمین ثبات و پایداری کابل ها و پل در مقابل باد، می بایست مطالعات دقیقی انجام شود. وزن سبکتر پل یک وضع نامساعد در بادهای سهمگین و یک مزیت در مقابل زلزله محسوب می شود. نشست غیر هم سطح فوندانسیون ها که به مرور زمان یا  طی یک زلزله روی می دهد، می تواند پل کابلی را دچار آسیب کند. پس باید در طراحی فوندانسیون ها دقت به عمل آورد.

ظاهر مدرن و در عین حال ساده پل کابلی آن را به یک شاخص واضح و جذاب تبدیل کرده است. خصوصیات منحصر به فرد کابل ها و به طور کلی سازه، طراحی پل را بسیار پیچیده مینماید. برای دهانه های طولانی تر، جایی که باد و نوسانات باید مورد توجه قرار گیرند؛ محاسبات بی نهایت پیچیده اند و عملا بدون کمک کامپیوتر و آنالیز کامپیوتری غیر ممکن می باشند. علاوه بر این ساخت پل کیده ای مشکل می باشد. اتصالات، برج ها، تیر های حمال و مسیر کابل ها سازه های پیچیده ای هستند که مستلزم ساخت دقیق می باشند.

طبقه بندی پل های کابلی

طبقه بندی واضحی برای پل های کابلی وجود ندارد. به هر حال آن ها می توانند توسط تعداد دهانه ها، برج ها و کابل ها و همچنین نوع تیر های حمال از یکدیگر تمیز داده شوند. تنوع بسیاری در تعداد و نوع برج ها و همچنین تعداد و چینش کابل ها وجود دارد. برج های نوعی به صورت تکی، دوتایی، دروازه ای و یا حتی برج های A شکل استفاده شده اند. علاوه بر این چینش کابل ها به طور عمده ای متفاوت می باشند. بعضی اقسام دارای چینش تکی، چنگی(موازی)، پنکه ای(شعاعی) و ستاره ای هستند. در بعضی موارد تنها کابل های یک طرف برج به عرشه وصل می شوند و طرف دیگر روی یک فندانسیون یا وزنه برابری لنگر می اندازند.  

مزایای و تفاوت های پل کابلی  

برای طول متوسط دهانه ها (150 تا 850 متر) پل کابلی سریعترین انتخاب مناسب برای یک پل می باشد. نتیجه یک پل مقرون به صرفه است که زیبایی آن غیر قابل انکار است. همچنین پل کابلی بهترین پل برای طول دهانه بین پلهای بازویی و معلق می باشد. در این محدوده طول دهانه، یک پل معلق مقدار بسیار بیشتری کابل نیاز خواهد داشت و این در حالی است که یک پل بازویی کامل، به طور قابل ملاحضه ای به مصالح بیشتر نیاز دارد که آن را به مقدار چشمگیری سنگین تر می نماید.

ممکن است به نظر برسد پل کابلی شبیه پل معلق است. با اینکه هر دو دارای عرشه هستند که از کابل ها آویزانند و هر دو دارای برج هستند؛ ولی این دو پل بار عرشه را به طرق بسیار متفاوتی نگه می دارند. این اختلافات در چگونگی اتصال کابل ها به برج می باشد. در پل معلق کابل ها آزادانه از این سر تا آن سر دو برج کشیده شده اند و انتقال بار به تکیه گاه های واقع در هر انتها صورت می گیرد. در پل کابلی، کابل ها در حالی که به برج ها متصلند به تنهایی بار را تحمل می کنند. در مقایسه با پل های معلق، پل کابلی به کابل کمتری نیاز دارد، می توان آن را از قطعات بتن پیش ساخته مشابه ساخت و همچنین احداث آن سریع تر است.

مهار کابلی چگونه کار می کند؟

بایستید و دستان خود را به صورت افقی در هر طرف دراز کنید. فرض کنید آن ها پل هستند و سرتان نیز برجی در وسط آن است. در این موقعیت ماهیچه های شما دستانتان را نگاه می دارد. سعی کنید یک مهار کابلی برای نگه داشتن دستانتان بسازید. یک تکه طناب به طول حدودی 150 سانتیمتر بردارید. از یک دستیار بخواهید هر یک از دو انتهای طناب را به هر یک از آرنج هایتان ببندد. سپس وسط طناب را روی سر خود قرار دهید. اینک طناب مانند یک مهار کابلی عمل می کند و آرنج هایتان را بالا نگه می دارد. از دستیارتان بخواهید تکه طناب دیگری به طول حدودی 180 سانتی متر را این بار به مچهایتان ببندد. طناب دوم را روی سرتا ن قرار دهید. حالا شما صاحب دو مهار کابلی هستید. فشردگی و فشار نیرو را در کجا احساس می کنید؟ ببینید مهار کابلی چگونه بار پل (دست هایتان) را به برج ( سر شما) منتقل می کند!

 

مقاله ۴ - بلند ترین و مرتفع ترین پل جهان

 شاید روزگاری فرانسوی ها گمان نمی کردند که بتوانند بنایی بلند تر از برج ایفل بسازند. اما در آستانه سال 2005 میلادی پلی بر روی دره و رودخانه تارن ( واقع در جنوب فرانسه ) افتتاح شد که ارتفاع یکی از پایه های آن (که بلند ترین پایه پل نیز می باشد )343 متر، یعنی بیشتر از ارتفاع برج ایفل است.

 
این پل که میلائو نام دارد در حال حاضر بلندترین و مرتفع ترین پل جهان است. ارتفاع این پل از کف دره تارن به 270 متر می رسد و حدود 5/2 کیلومتر طول دارد و در ساخت آن از بیش از 36000 تن فولاد استفاده شده و همچنین طول اجزاء نوارنگهدارنده آن (کابلهای حمایت کننده) حدود 1000 کیلومتر است.مسافران با خودروهای خود می توانند از روی این پل مسافت پاریس به بارسلونا را طی کنند و در مسیر دریایی نیز دره تارن را به جنوب فرانسه پیوند می زند و زمان سفر را در یکی از معابر شلوغ اروپا کاهش می دهد. 

 
این پل خوش طرح توسط سر "نورمن فاستر" معمار انگلیسی طراحی شده و با دور زدن میلائو دو طرف جاده ماشین رو را به هم وصل می کند. قبل از ساخت پل، ترافیک در جاده ماشین روی ای – 75 آنقدر سنگین بود که رانندگان از معابر پیچ در پیچ نزدیک شهر "میلائو" استفاده می کردند.
 
برای ساخت این پل 390 میلیون یورو (517 میلیون دلار) هزینه شده است. رانندگان برای عبور از آن 9/4 یورو عوارضی پرداخت می کنند. این پل توسط شرکت ایفاژ (شرکت سازنده برج ایفل) ساخته شده است. برای کشیدن پهنه پل به مکان مورد نظر از پمپ های هیدرولیک استفاده شده است.
 
 

 
پل میلانو که اکنون یکی از مرتفع ترین سازه های جهان است، شمار فراوانی از گردشگران را به خود جلب می کند. روزانه 10 هزار خودرو از روی آن عبور می کنند و این رقم در اوج گرما به 25 هزار دستگاه در روز می رسد. در صورت به صرفه بودن، دولت فرانسه کنترل این پل را به طور تمام و کمال تا سال 2044 برعهده می گیرد.  
 
 
 

 

منابع:

 مقاله ۱: mrafiee.5u.com

نویسنده: Michael Morrissey

مترجم: محمد رفیعی ( دانشجوی سال دوم کارشناسی مکانیک)

 مقاله۲- شبکه رشد

 مقاله۳- سایت جامع نرم افزار و مهندسی عمران

 مقاله ۴ - سایت عصر ایران

علی خزائی
دبیر حرفه و فن مدرسه راهنمایی ابوریحان بیرونی - سرگروه حرفه و فن و عضو کمیسیون فناوری اطلاعات و ارتباطات مقطع راهنمایی شهرستان اسدآباد
نویسندگان وبلاگ:
کدهای اضافی کاربر :


تماس با ما

.

.

.

.

مشاهده جدول کامل ليگ برتر ايران