انواع پل ها از نظر مصالح تشکیل دهنده
این پل ها به اشکال مختلف، با تیرهای حمال معمولی یا تیرهای مشبک فولادی، با قوس یا قالبهای فلزی، نورد شده از ورق و المان های اتصالی ساخته شده اند. در ساخت این پل ها گاهی نیز از آلیاژهای سبک یا مقطع مرکب استفاده می گردد. استفاده از آهن در ساخت پل های 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 مهم می باشد.
با پیشرفت این تکنیک، به تدریج در دامنه وسیعی از ابنیه فنی،پلهای بتن پیش تنیده جایگزین پل های فلزی و پل های بتن مسلح شده اند. بدین ترتیب با صرف هزینه کمتر، پل های با دهانه بزرگ ساخته می شوند از طرف دیگر استفاده از این مصالح امکان به کارگیری تکنیک های جدید پل سازی را می دهد.
با توجه به روش اجرا و نحوه بتن ریزی، پلدهای 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 قالب ها و در نتیجه صرفه جوئی قابل ملاحظه می شود.
بتن، ماده اصلی به کار رفته در ساخت اکثر پلهای جدید است. این ماده با وجود بهرهمندی از مقاومت فشاری بالا، مقاومت کششی پایینی دارد. البته مشکل پایین بودن مقاومت کششی بتن با ظهور سازههای بتن مسلح کاملا برطرف شده است. مدول الاستیسیته بتن در تنشهای پایین به سمت مقادیر ثابت میل میکند. این مسئله میتواند زمینهساز تشکیل و گسترش ترک در سازههای بتنی شود. انبساط حرارتی، آبرفتگی و خزش در تنشهای بالا از دیگر مسائلی که امکان رخ دادن آنها در سازههای بتنی وجود دارد.
با توجه به مقاومت مناسب فشاری مصالح سنگی، بسیاری از پل های 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 پل ها محدود می باشد.
انواع پل ها از نظر ساختار
در پلهای قوسی، فشارهای جانبی ناشی از دهانه قوس به تکیهگاهها منتقل میشوند. به همین دلیل، حفظ یکپارچکی، مقاومت بالا و ساخت مناسب این بخش از اهمیت بالایی برخوردار است. پلهای قوسی دارای طراحی ساده و کارایی بالا هستند. این پلها میتوانند وزن انسان و حتی وسایل نقلیه سنگین (مانند قطار) را تحمل کنند.
پل قوسی معمولی : پلهای قوسی انواع مختلفی دارند. با این وجود، یک المان در تمام این پلها مشترک است. پلهای قوسی، دارای یک یا چند قوس در زیر سازه و تکیهگاههایی برای نگهداری این قوسها هستند. متداولترین نوع پل قوسی، پل چند دهانه (دره گذر) با طول زیاد و قوسهای فراوان است.
پل قوسی مهار شده: پلهای قوسی مهار شده، سازههایی با طراحی جذاب هستند که معمولا از یک قوس فلزی به همراه مهارهای عمودی نگهدارنده بین عرشه و قوس استفاده ساخته میشوند. نقاط انتهایی قوس توسط یال تحتانی مشابه ترکیب کمان و زه به یکدیگر متصل شدهاند.
مهارهای عمودی، فشار رو به پایین قوس به عرشه را به کشش تبدیل میکنند. به باور عموم، در این پلها کولهها وظیفه نگه داشتن قوس و کل سازه را در کنار یکدیگر بر عهده دارند. اگرچه، این عرشه یا یال تحتانی است که نقاط انتهایی قوس را به یکدیگر متصل میکند. بهترین مثال برای درک این وضعیت، زه کمان است. زه با جذب فشار، دو طرف کمان را در کنار یکدیگر نگه میدارد و صاف باقی میماند.
در ساخت پل های کابلی ، همانظور که از نامش پیداست، مسئولیت تحمل کشش خالص برعهده کابلها میباشد. پلهای کابلی به دو دسته کلی تقسیم میشود:
پلهای کابلی معلق: این پلها در مسافت های بیشتر از ۳۰۰ متر صرفه اقتصادی داشته و حداکثر تا مسافت ۳۰۰۰ متری نیز قابل طراحی میباشند. جهت سبک تر و مقرون به صرفه تر بودن در ساخت عبورگاه این نوع پل میتوان از مصالح فولادی نیز استفاده کرد.
پلهای کابلی ترکه ای: در قسمت عبورگاه این پلها از سازه های بتنی استفاده میشود و برای مسافتهای بین ۱۰۰ الی ۷۰۰ متر طراحی میشوند.
نمونهای از پلها هستند که عرشه پل بوسیله کابلهای مهاری روی مهار قائم آویزان میباشد. اجزای سازه ای پایه یک سیستم پل معلق شامل خرپاها/ شاهتیرهای سختکننده، کابلهای مهاری اصلی، برجهای اصلی و مهار کابلها در هر انتهای پل میباشد. کابلهای اصلی بین برجها معلق بوده و در نهایت به مهارهای انتهای پل یا خود پل وصل میشوند، مهارهای قائم، وزن عرشه و ترافیک روی آنرا تحمل میکنند.
یک خرپا مانند یک تیر عمل میکند در حالی که المانهای آن اساسا تحت اثر نیروهای محوری هستند. در علم مکانیک، خرپا عموما به عنوان سازهای با اعضای دو نیرویی (کشش یا فشار) متصل به هم که واحدهای مثلثی شکل را تشکیل میدهند، تعریف میشود. المانها در الگوهای مثلثی شکل کنار هم قرار میگیرند و نیروها تنها در نقاط انتهایی دو سر المان و در مجاورت با المانهای دیگر در محل مفاصل، وارد میشود.
شمار زیادی از پلهای پیاده راه ها و پل هایی که بر روی رودخانه های کم عرض ساخته شدهاند، از نوع پل های ساده بوده که مدل ساده شده آن ها مشابه یک تیر دو سر مفصل می باشد. از نظر ساختاری، این پلها پیچیدگی خاصی ندارند.
در این پل ها، 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 کابل های مورب متصل شده است. این کابل ها در تمام طول پل گسترش می بابند. بار وارده را به پایه های بلند میانی منتقل می نمایند. کابل های ذکر شده را می توان در دو صفحه قائم و به طور موازی در دو طرف تابلیه قرار داده شده و یا در جهت عرضی نیز به طور مورب و در امتداد محورطولی پل به پایه میانی متصل کرد.
طراحی اولین پل طرهای به عنوان یک پیشرفت بزرگ در مهندسی پل در نظر گرفته میشود. ساخت این نوع پل، توسط تیر یا خرپاهای یکسرگیر دار (طره) ساده صورت میگیرد. این اجزا با استفاده از بتن پیش تنیده یا فولاد ساختمانی ساخته میشوند. اگر عرشه تنها از یک طرف (در ناحیه بازوی گیردار) نگهداری شده باشد، ساختار سازه ناپایدار و خطرناک به نظر خواهد رسید. در صورتی که بازوهای گیردار پل توسط دهانه معلق به یکدیگر متصل میشوند.
انواع پایه پل ها
یکپارچه یا طره ای (خرپایی)
توپر، توخالی، شش گوش، دایرهای، هشت گوش یا مستطیلی
منفرد، خرک، چکشی یا دیواری
عملکرد پایه پل ها
پیهایی که بتنی هستند.
پی فولادی: در ساختمانهایی که وزن بالا است از این نوع پی استفاده میشود.
پیهای سنگی: در این نوع پی برای ملات از ملات آبی استفاده میشود و حداقل ضخامت باید ۴ سانتیمتر تعریف شود.
- پی شفته آهک.
در اکثر موارد، طراحی پایه تنها برای مقاومت در برابر بارهای عمودی صورت میگیرد. در نواحی مستعدد زمین لرزه توصیه میشود بارهای جانبی نیز در طراحی پایه در نظر گرفته شوند.
روش های ساخت پل ها
«روش ساخت برجا» (Cast In Situ Method)، یک روش انعطافپذیر برای ساخت پلهایی با هندسه پیچیده یا غیرمتعارف است. قطعات مورد نیاز برای ساخت پل با استفاده از روش ساخت برجا در محل پروژه ساخته میشوند. این روش بیشتر در پروژههایی به کار میرود که به دلیل اندازه بزرگ قطعات ساخته شده یا نبودن مسیر دسترسی مناسب، امکان انتقال اجزا به محل مورد نیاز وجود نداشته باشد. روش ساخت برجا به سه نوع «روش پیشرانی» (Incremental Launching Method)، «روش طره متعادل» (Balanced Cantilever Method) و «روش ساخت برجا پس تنیده» (Cast In Situ Post Tensioned Method) تقسیم میشود.
روش پیشرانی یا به اختصار ILM، معمولا برای ساخت پلهای بتنی پیوسته یا پلهایی با شاهتیر فولادی مورد استفاده قرار میگیرد. فرآیند ساخت در این روش به صورت تدریجی است. در روش پیشرانی، ساخت عرشه با جلو بردن سازه از تکیهگاه تا پایه به صورت منقطع انجام میشود. این روش برای عرشههایی با طول بیش از ۲۵۰ متر قابل استفاده است.
روش طره متعادل برای ساخت پلهایی با طول دهانه ۵۰ تا ۲۵۰ متر مورد استفاده قرار میگیرد. ساخت پل در این روش میتواند به صورت برجا یا پیش ساخته باشد. در روش برجا، قطعات پل از سر آزاد طره نگهداری شده توسط پایهها به یگدیگر متصل میشوند. روش طره متعادل برای ساخت پلهایی با دهانه بلند، طول نامنظم و پلهای کابلی بهترین گزینه به حساب میآید.
روش ساخت برجا پس تنیده، یکی از پرتقاضاترین روشهای ساخت پل است. این روش امکان ساخت پلهایی با انحناهای پیچیده و با دوام بالا را فراهم میکند. در این روش علاوه بر بتن و آرماتور، رشتهها و میلهها نیز برای ایجاد پس تنیدگی مورد استفاده قرار میگیرند وپس از آمادهسازی قالب بتن ، رشتهها درون آرماتور قرار میگیرند و بتنریزی انجام میشود. پس از سفت شدن بتن، رشتهها توسط جک کشیده میشوند تا در معرض یک نیروی کششی با مقدار مشخص قرار گیرند. با رسیدن به نیروی کششی از پیش تعیین شده، رشتهها در همان وضعیت قفل میشوند. به این ترتیب، ظرفیت باربری و دوام پل افزایش مییابد. پس تنیدگی، نیاز به استفاده از تکیهگاههای میانی را برای پلهایی با دهانه بلند حذف میکند.
در «روش پیش ساخته» (Precast Method)، ساخت پل با استفاده از قطعات پیش ساخته بتنی انجام میشود. روشهای مختلفی برای ساخت این قطعات وجود دارد که شامل :
- تیرهای پیش ساخته
- عرشه پیش ساخته
- عرشه پیش ساخته منقطع
«روش ساخت دهانه به دهانه» (Span by Span Casting Method)، یکی از روشهای پیشرفته مشابه روش طره متعادل است. ساخت دهانه به دهانه به عنوان بهترین روش از نظر هزینه و سرعت در نظر گرفته میشود. این روش به منظور ساخت پلهای بلند یا چند دهانه با طول حداکثر ۶۰ متر برای هر دهانه منتاسب است وروش ساخت دهانه به دهانه، با قرار دادن عرشه در یکی از تکیهگاهها شروع میشود و با اتصال قطعات بعدی تا رسیدن به انتهای پل پایان مییابد. جانمایی قطعات توسط یک سیستم دکل موقتی یا با استفاده از خرپا مونتاژ شده صورت میگیرد.
سازه های مهم در نگهداری پل ها
پل ها جزو سازه های بتنی هستند که در بیشتر مواقع با بتن خالص ساخته می شوند. این سازه های بتنی در جاده های کوهستانی، محل عبور رودخانه و دریا و حتی در مسیرهای داخل شهری ساخته می شوند. ممکن است پایه آن داخل آب و یا خشکی باشد. پل ها نیز مانند سایر سازه های بتنی در معرض خطرات فرسایشی قرار میگیرند. به خصوص پل هایی که در مسیرهای آبی ساخته می شوند. از این رو حتما نیاز به آب بندی دارند. زیرا در تماس مستقیم با آب و نفوذ آب به منافذ بتنی هستند. نفوذ آب با پایه های بتنی به خصوص رودخانه با دبی و جریان بالای آب، بارش باران و برف، یخ زدگی، انبساط و انقباض در اثر تابش افتاب و دمای محیط، تاثیرات مواد شیمیایی موجود در محیط یا حاصل از عوامل انسانی.
درز انبساط پل برای جلوگیری از این تنش ها نظیر نوسانات دمایی و باد نیاز است. پس به کمک درز انبساط پل میتوان با عوامل تخریب پل مقابله کرد. اینکه چه تعداد درز انبساط پل در چه فواصلی و به چه تعدا در پل استفاده شود به عوامل بسیاری نظیر نوع سازه، نوع زمین، مصالح استفاده شده در ساخت پل، شرایط جوی محیطی که پل در آنجا ساخته میشود و… بستگی دارد. برای مثال شکل هندسی پل در اینکه به چه تعداد درز انبساط پل نیاز است تأثیر مستقیم دارد.
ضربه گیر پل در استحکام پل ها کاربرد دارد. آن ها جزو تجهیزات یا سازه های نصب شده بین زیرسازی پل و روبنا است.در صنعت پل سازی به کارگرفتن ضربه گیر بسیار مهم است. انتخاب مناسب آن ها، پل را از آسیب و خرابی های احتمالی محافظت می کند. به کارگیری ضربه گیر در پل در استحکام آن بسیار اثر گذار است. این ضربه گیرها از آسیب دیدن پل در برابر عوامل متعددی پیشگیری می کند.
طراحی جان پناه یکی از بخشهای مهم در طراحی خانههای مسکونی و سایر سازهها است. جان پناه مناسب، علاوه بر ایجاد امنیت بیشتر ، میتوان جان پناههای مختلفی را با طرحها، شکلها و ابعاد و رنگهای مختلف طراحی و اجرا نمود.
سطح بازرسی در عملیات نگهداری پل ها
در این سطح از بازرسی، بخشهای معرف یک سازه مورد ارزیابی قرار میگیرند. این نوع بازرسی حداکثر دو سال بعد از آخرین بازرسی عمومی یا اصلی انجام میشود.
بازرسی اصلی شامل ارزیابی دقیق تمام بخشهای قابل بررسی پل و زمینهای اطراف آن میشود. بازه زمانی بین دو بازرسی اصلی معمولا بیش از شش سال است.
بازرسی ویژه در موقعیتهای بخصوص صورت میگیرد. این سطح از بازرسی برای تحقیق در مورد مشکلات مشاهده شده در حین بازرسیهای سطح پایین یا مشکلات یافته شده در سازههای مشابه دیگر انجام میشود. به علاوه، برای سازههایی با محدودیت وزن و بعد از رخ دادن یک حادثه بزرگ نیز باید بازرسی ویژه بر روی سازه صورت گیرد.