۱۳۹۷/۰۹/۰۸

اصول طراحی و ساخت پل ها

طراحی پل از مباحثی می‌باشد که در مجموعه مهندسی عمران از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است . برای طراحی سازه پل ابتدا باید نوع سازه و بارگذاری آن تعیین گردد و سپس فرآیند تحلیل و در پی آن طراحی صورت گیرد . یکی از نرم‌افزارهای پرکاربرد مهندسی عمران که جهت تحلیل و طراحی پل‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرد CSiBridge می‌باشد که این نرم‌افزار یک برنامه جامع و قدرتمند جهت تحلیل و طراحی تخصصی انواع پل‌ها توسط کمپانی CSi ارائه‌شده است . این برنامه قادر به مدل‌سازی پل با ساختار پیچیده ، تجزیه‌ و تحلیل خزش و انقباض ، کشش کابل ، هندسه غیرخطی مصالح غیرخطی ، تعریف شرایط مرزی و حالات بار می‌باشد .

تقسیم‌بندی سازه پل :

در تقسیم‌بندی کلی ، شالوده و پایه‌های پل را زیر سازه ( Substructure ) و آن قسمت که به‌صورت سیستم خمشی وظیفه تحمل عبور گاه یا عرشه را بین پایه‌ها به عهده دارد ، رو سازه (  Super Structure )  نامیده می‌شود .

طبقه‌بندی پل‌ها :

پل را از جهات مختلف می‌توان طبقه‌بندی نمود . بدون اینکه در این مورد اولویتی قائل شویم ، در زیر طبقه‌بندی‌های مختلف را ارائه می‌نماییم .

الف) طبقه‌بندی پل‌ها ازنظر طول دهانه

  1. دهانه کوتاه (زیر 10 متر)
  2. دهانه‌های متعارف ، حداکثر تا 150 متر ، اکثر شامل پل‌های عرشه‌ای که طراحی آن‌ها با کتب و آیین‌نامه‌ی موجود درزمینه طراحی پل امکان‌پذیر است .
  3. دهانه‌های بلند ، با دهانه بزرگ‌تر از 150 متر اکثراً شامل سیستم‌های معلق که طراحی آن‌ها نیاز به دانش و تجربه خاصی دارد . برای هر یک از طبقه‌بندی‌های فوق ، سیستم‌های مناسبی وجود دارد.

ب) طبقه‌بندی ازنظر سیستم سازه‌ای

  1. پل‌های صفحه‌ای ( از بتن مسلح )
  2. پل‌های دال و شاه‌تیر ( فولاد، بتن مسلح، بتن پیش‌ساخته، ترکیب فولاد و بتن )
  3. پل‌های خرپایی
  4. پل‌های قوسی ( طاقی )
  5. پل‌های خرپایی طره‌ای
  6. پل‌های معلق ( با کابل سهمی )
  7. پل‌ها با کابل‌های کشیده ( cable-stayed ) یا پل ترکه‌ای
  8. پل قابی

پ) طبقه‌بندی پل ازنقطه‌نظر  مصالح

  1. پل‌های با مصالح بنایی و بتن غیرمسلح
  2. پل‌های بتن مسلح ( درجا و پیش‌ساخته )
  3. پل‌های بتن پیش‌تنیده ( پیش کشیده و پس کشیده )
  4. پل‌های فولادی
  5. پل‌های مرکب فولاد و بتن
  6. پل‌های آلومینیومی ( مورداستفاده کم )

ت) طبقه‌بندی پل ازنقطه‌نظر شیو ساخت

  1. اجرای درجا با قالب‌بندی کامل
  2. اجرای پیش‌ساخته (2-الف) نصب با جرثقیل ، (2-ب) نصب به شیوه هل دادن
  3. اجرای طره‌ای

ث) طبقه‌بندی پل‌ها ازنقطه‌نظر استفاده

  1. پل‌های عابر پیاده (معمولاً در سطح شهری به‌وفور مشاهده می‌شود)
  2. پل‌های جاده‌ها ( معمولاً در بین جاده‌های بین‌شهری می‌باشد)
  3. پل‌های راه‌آهن (برای عبور قطار از دره‌ها و رودخانه و ...)
  4. پل‌های رودخانه‌ای (برای عبور از رودخانه‌ها مسیل‌ها )
  5. پل‌های روگذر و زیرگذر شاهراه‌ها
  6. پل‌های عبور خطوط لوله آب ، نفت ، گاز و غیره

بارهای وارده بر پل‌ها :

بارهای وارده بر پل به سه دسته عمده تقسیم‌بندی می‌شوند :

  1. بارهای قائم
  2. بارهای جانبی
  3. بارهای خورد کرنشی (Self Strain)

الف) بارهای قائم

بارهای قائم شامل بارهای مرده ، زنده و موارد مشابه می‌باشند که در امتداد ثقل اثر نموده و عرشه و پایه‌های پل را تحت تأثیر قرار می‌دهند . این بارها حاکم بر طراحی عرشه می‌باشند و از طریق عرشه به پایه‌ها اعمال می‌شود .

ب) بارهای جانبی

این بارها شامل بارهایی از قبیل بار باد ( پل‌هایی که سطح بارگیر زیاد دارند خیلی پراهمیت است) ، زلزله (پل‌هایی که وزن زیادی دارند خیلی پراهمیت است) ، فشار جانبی ، نیروی جریان (در پل‌هایی که روی رودخانه‌ها ساخته می‌شوند پراهمیت است) ، نیروی گریز از مرکز (بیشتر در پل‌های قوسی) ، نیروی ترمز ( پل‌هایی که وسایل نقلیه سنگین عبور می‌کند خیلی اهمیت دارد) ، نیروی برخورد (حوادث غیرعادی) و موارد مشابه می‌باشند که پایه‌های پل را تحت تأثیر قرار می‌دهند . درواقع این نیروها در عرشه ایجاد می‌شوند ، لیکن عامل اصلی مقاومت در مقابل آن‌ها ، پایه‌ها می‌باشند .

پ) بارهای خود کرنشی (Self Strain)

این بارها شامل آثار دما ، خزش ، تغییر طول ناشی از پیش تنیدگی و موارد مشابه می‌باشند که می‌توانند باعث ایجاد تغییر شکل در تمام سازه‌ها و ایجاد نیروی داخلی در سازه‌های نامعین گردند .

علل اصلی خرابی بسیاری از پلها قبل از پایان عمرشان، عدم توجه به معیارهای هیدرولیکی در طراحی، و اجراو نگهداری از آنهاست. ظرفیت گذر سیلاب از پل پایداری بازه رودخانه در محل احداث پل هدایت جریان نیروهای هیدرو دینامیک جریان آبشستگی و فرسایش در اثر تنگ شدگی و یا ایجاد مانع عواملی هستند که در تعیین جانمایی طول ارتفاع و آرایش پایه و تکیه گاهها و مشخصات هندسی پایه هاوتکیه گاههای پل حائزاهمیت هستند که متأسفانه در کشورمان به مسائل فوق الذکر توجه کمتری می گردد این مقاله نگاهی اجمالی به نقش مهندسی رودخانه و اهمیت بکارگیری آن در طراحی پلها دارد.
علیرغم استفاده از
مصالح و تکنولوژی پیشرفته و صرف هزینه های هنگفت در طراحی و ساخت پلهاهر ساله شاهد شکست و یا تخریب پلهای زیادی در دنیاو در کشورمان در اثر وقوع سیلاب هستیم. شکست و تخریب پلها علاوه بر خسارات مالی و گاهی هم جانی راه ارتباطی به نقاط سیل گیر و محتاج کمک رسانی را قطع می کند و خسارتها را دو چندان می نماید.


طبق بررسیهای انجام شده در اکثر موارد علت شکست پلها عبارتند از:

  • عدم برآورد صحیح سیلاب طراحی ( Flood Design ) و کم بودن ظرفیت عبور سیلاب از دهانه پلها
  • جانمایی (Layout ) نامناسب پلها بدون توجه به مسائل ریخت شناسی (Morphology) رودخانه
  • بر آورد نادرست از عمق شالوده (براساس معیارهای سازه ای و ژئوتکنیکی) بدون توجه به مسأله فرسایش آبشستگی
  • فراهم نکردن تمهیدات لازم برای عبور مناسب جریان از سازه پلها
  • نقصان در حفاظت و نگهداری از پلها

بر اساس آمار و اطلاعات جمع آوری شده از خسارات سیلاب در دوره زمانی سالهای 1331 تا 1375 افزایش تخریب پلها در اثر سیلاب چشمگیر بوده است.
آنچه که مسلم است یکی از عوامل اصلی این تخریبها عدم رعایت مسائل
هیدرولیکی و مهندسی رودخانه در طراحی پلها در طی دهه گذشته ( که دوره توسعه سازندگی و پیشرفت بوده است) می باشد و شواهد نشان می دهد که در سالهای اخیر به این مساله توجه کافی نمی گردد. مسلماً عواقب ناشی از عدم رعایت مسائل مهندسی رودخانه در پلسازی جزصرف هزینه های زیادو بی حاصل ثمری نخواهد داشت و لازم است در برنامه های مربوط به پلسازی معیارهای هیدرولیکی در مطالعات طراحی و اجرای پلهامورد توجه قرارگیرند.

تحقیقات انجام شده روی پلها نشان می دهد که علاوه بر عوامل سازه ای و ژئوتکنیکی که در محاسبه ابعاد پلها به کار می روند عوامل هیدرولیکی و اندرکنش سازه
پل و رودخانه در تعیین جانمایی طول ارتفاع پایه و تکیه گاهها و حفاظت از پلها نقش اساسی دارند.

جانمایی و راستای قرارگیری پلها

عبور جاده و یا خط راه آهن از روی رودخانه ها محدود به بازه های خاصی از رودخانه هاست که توسط مسیر کلی راه مشخص می گردد علاوه بر آن مسیر کلی راه راستای قرارگیری پل روی رودخانه را نیز تعیین می نماید در حد امکان از احداث پل در بازه های نا پایدار باید اجتناب نمود بازه های ناپایدار بازه هایی از رودخانه هستند که رودخانه در آنها فرسایشی و یا رسوبگذار است.
انتخاب راستای پل عمود بر راستای جریان از وارد آمدن نیروی بیشتر و مورب به تکیه گاهها و پایه های پل جلوگیری می کند همچنین طول پل کاهش می یابد که در کاهش هزینه های کلی طرح بسیار موثر است استفاده از عکسهای هوایی و توپوگرافی بامقیاس مناسب ( 1.50000 تا 1.20000) یکی از راههای مفید برای مطالعه جانمایی و تعیین بهترین مسیر عبور پل از روی رودخانه است.

تعیین طول پلها

به دلیل ملاحظات اقتصادی و سازه ای تاحد ممکن طول پلها را کوتاه در نظر می گیرند اما باید دانست که شکل هندسی شرایط جریان در رودخانه پیوسته در حال تغییر است و کوتاه شده طول پل باعث تمرکز تنش جریان در محدوده احداث پل گردیده وموجب آبشستگی کف و کناره ها می گردد این موضوع در هنگام وقوع سیلاب به حالت بحرانی می رسد و ممکن است باعث تخریب پل گردد بنابر این طول پل باید طوری انتخاب شود که پایداری رودخانه در محدوده احداث پل حفظ گردد بر اساس تحقیقات انجام شده بازه های پایدار رودخانه، بازه هایی هستند که تغییرات چندانی در طول یک یا چند سال نداشته باشند از مفهوم بازه پایدار برای تعیین عرض تعادل رودخانه ها استفاده می گردد عرض تعادل با استفاده از مفاهیم روابط تجربی رژیم روش نیروی برکنش و مفهوم توان جریان استخراج می گردد. روابط رژیم بر اساس معادلات تجربی بین دبی جریان آب و رسوب عمق عرض و شیب رودخانه ها با بستر شنی نشان می دهد.

تعیین ارتفاع پلها

محدودیت های سازه ای و اقتصادی خاکریزهاو جاده های طرفین مسائل کشتیرانی و قایقهای تفریحی و ظرفیت آبگذری مهمترین عوامل تعیین کننده ارتفاع پل می باشند ظرفیت آبگذری پل به حداکثر دبی جریان گفته می شود که پل با اطمینان از خود عبور می دهد این مقدار جریان به هندسه مقطع پل و تکیه گاه ها شکل پایه های پل عرض تنگ شده رودخانه و ارتفاع پل بستگی دارد. با تعیین عرض تعادل رودخانه (یا همان طول پل ) دبی سیلاب طراحی برای محل و شکل مقطع پل و پایه های آن و ارتفاع پل محاسبه می گردد دبی سیلاب طراحی بر اساس اهمیت سازه از نظر ارتباطات تجارت و همچنین ریسک شکست و وارد آمدن خسارت انتخاب می گردد. اغلب دبی طراحی عبور سیلاب برای پلها را با دوره برگشت 50ساله بطور خلاصه می توان گفت برای شرایطی که سطح شالوده بالای بستر باشد، سرعت و اندازه گردابها بستگی به ابعاد و ارتفاع و عرض نسبی پایه نسبت به شالوده دارد یعنی اینکه در این حالت شالوده به عنوان یک عامل بازدارنده، خود باعث تشکیل گردابهای قویتری می گردد که با گرداب حاصل از پایه ترکیب شده و آبشستگی را تشدید می نماید.
در حالت دوم (سطح قانونی شالوده داخل حفره آبشستگی است)سیستم گردابهای ایجاد شده ضعیفتر از حالت اول می باشد و حتی در زماینکه سطح فوقانی شالوده به اندازه کافی به سمت بالا دست گسترش می یابد، گرداب ایجاد شده توسط پایه بر روی سطح شالوده هیچگونه تاثیری در سیستم ایجاد شده توسط پایه ندارد.
باتوجه به موارد فوق الذکر معادلات ارایه شده توسط ریچاردسون نیاز به بازبینی دارد. انتخاب عمق شالوده پایه ها و به همین ترتیب برای تکیه گاهها با در نظر گرفتن حداکثر آبشستگی و موارد فوق الذکر در مورد پایه های مستطیلی صورت می گیرد.

هدایت جریان

شکل نامنظم رودخانه ها در مقاطع عرضی و در طول ممکن است باعث تغییرات مکانی جریان در رودخانه گردد این موضوع برای احداث پلها و عبور جریان ازمقطع آنها نامطلوب است و باید به نحوی جریان در بالادست پل یکنواخت توزیع شده و به طرف سازه هدایت گردد. این عمل توسط سازه طولی به نام دیوارهای هدایت جریان صورت می گیرد.
در بیشتر موارد مصالح مورد استفاده از رودخانه ای بوده و در قسمت سطحی و پیش بند از حفاظت های سنگچین استفاده می گردد گاهی شکل قرارگیری
پل در مسیر رودخانه طوری است که به سادگی نمی توان جانمایی دیوارهای هدایت جریان و طول و مشخصات آنرا محاسبه نمود در این حالت با توجه به اهمیت پروژه پلسازی می توان از مدلهای فیزیکی جهت تعیین مشخصات آن استفاده نمود.

  • در طراحی پلها عوامل هیدرولیکی بسیار زیاد و پیچیده ای در رابطه با اندرکنش سازه پل و رودخانه نظیر ظرفیت آبگذری ،آبشستگی و فرسایش پایداری بازه رودخانه و نیروهای موثر جریان بر پایه ها و تکیه گاهها وجوددارند.
  • طراحی پلها بادر نظر گرفتن اصول مهندسی رودخانه که یکی از عوامل تعین کننده می باشد ممکن است در بسیاری از موارد طراحی سازه ای پل را تحت الشعاع قرارداده و حتی باعث تغییر سیستم باربری سازه پل گردد.
  • در طراحی و ساخت پلها انتخاب جانمایی طول، ارتفاع، شکل تکیه گاهها و پایه هاوعمق شالوده بر اساس مطالعات هیدرولیک جریان و ریخت شناسی در بازه مورد نظر انجام می گردد.

منبع : marketcode - roshd

طراحی پل ,پل ,اصول طراحی پل ,ساخت پل ,اصول ساخت پل ,پل سازی ,اصول مهندسی پل ,ساخت و ساز ,پروژه عمران ,

0 نظر ثبت شده

نظرات خود را ثبت کنید

آدرس ایمیل شما منتشر نمیشود!