مهندسی عمران_عمران
اطلاعات عمرانی
لینک دوستان

پل

 

پل یک سازه است که برای عبور از موانع فیزیکی از جمله رودخانه ها و دره ها استفاده می شود.پلهای متحرک نیز جهت عبور کشتیها و قایقهای بلند از زیر آنها ساخته شده است.

تاریخچه پل

ایجاد گدرگاهها وپلها 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 وپل 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 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.

img/daneshnameh_up/c/cb/Bridge_history.jpg



img/daneshnameh_up/3/39/Bridge.jpg




 

طبقه بندی پلها:

پلها را می توان ازنقطه نظرهای مختلف طبقه بندی نمود:

  • مصالح تشکیل دهنده
  • سیستم مقاومت مصالح
  • نوع مقاطع باربر
  • کاربردآینده
  • فرم تقاطع یا معبر
  • نوع تیرهای حمال

 

 

پل قوسی

  



img/daneshnameh_up/2/2e//Arch_Bridge_01.jpg

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.

آزمایشی برای پل قوسی
صفحه ای از مقوی را انتخاب و صفحه ای باریک به اندازه ماکت یک پل جدا کرده و به شکل قوس در آورید. با فشار کوچکی بر روی این قوس وارد می کنید به آسانی نیروی دست شما باعث صاف سدن و به هم خوردن صفحه خواهد شد. این بار ستون هایی از کتاب در ابتدا و انتهای این صفحه قرار داده و با دست بر روی آن فشار دهید . خواهید دید که صفحه در مقابل فشار دست شما مقاومت کرده و به اسانی از بین نمی رود.


طبقه بندی پلها از نقطه نظر سیستم مقاومت مصالح:

پل با دهانه ساده:

این پلها از نظر سیستم مقاومت مصالح به صورت ایزواستاتیک (روی دوتکیه گاه ساده) می باشند. معمولاً پلهای بتن مسلح تادهانه حداکثر 30 متر، بتن پیش تنیده تا دهانه50 متر و پلهای فلزی تا دهانه 80 متر با این سیستم ساخته می شوند.

پلهای یکسره «سراسری):

این پلها از نقطه نظر سیستم مقاومت مصالح به صورت هیپراستاتیک (روی تکیه گاههای متعدد) بوده و برای عبور از معبرهای طویل مورد استفاده قرارمی گیرند.

یکسرگی پلها باعث ممان خمشی مثبت در دهانه ها و تولید ممان خمشی منفی روی تکیه گاه ها شده و در نتیجه به منظور صرفه جویی در مصرف مصالح، امکان استفاده از مقطع متغیر در طول پل را می دهد.

پلهای طره ای «کانتیلور):

در این پلها با ایجاد مفاصل متعدد در طول دهانه ها سیستم ایزواستاتیک ایجاد شده اما به علت مشکلاتی که در امتداد مفاصل تولید می شود، امروزه کمتر مورد استفاده قرارمی گیرد.

پلهای قوسی:

این پلها با توجه به رانش افقی که در خاک ایجاد می کنند تنها در مناطقی که مقاومت زمین مناسب است مورد استفاده می باشند.

پلهای قابی شکل:

مانند پل های قوسی در این حالت نیز مسئله تولید رانش افقی در زمین باید به دقت مورد مطالعه قرار گرفته که با پیشرفت تکنیک پیش تنیدگی، روشهای جدیدی نیز برای این سیستم ها عرضه شده است.

پلهای ترکه ای و معلق:

تابلیه این پلها از نوع فلزی، بتن پیش تنیده و گاهی بتن مسلح می باشد. در پلهای معلق بارهای وارد برکف پل بوسیله یک گروه کابلهای فرعی به کابلهای اصلی انتقال یافته و از آنجا بوسیله پایه های اصلی به خاک منتقل می شود. در پلهای ترکه ای انتقال بار به پایه ها تنها بوسیله یک گروه کابل انجام می شود. 

نوع تیرهای حمال


تابلیه این پلها از یک شبکه تیرهای طولی و عرضی بایک پوشش دال در قسمت فوقانی تشکیل یافته است. دال از یک طرف نقش تحمل کننده بارهای موضعی و از طرف دیگر نقش بال فوقانی تیرهای طولی و عرضی رابه عهده دارد.

تیرهای عرضی ضمن انتقال بارهای وارده به تیرهای طولی، یک پارچگی و صلبیت شبکه تیرهای حمال را تأمین می کنند تیرهای طولی نیز اجزاء باربراصلی تابلیه بوده وبارهای وارده رابه پایه ها منتقل می کنند.

این پلها عموماً به صورت دهانه مستقل ساخته شده و در صورت تعدد دهانه های پل تیرهای حمال در روی پایه ها بوسیله درزهائی از هم جدا می شوند این حالت به خصوص در شرایط وجود خاکهای ضعیف که احتمال نشست های مهم برای پایه ها را ممکن می نمایند، بسیار مورد نظرمی باشد.

از پل با تیرهای حمال برای دهانه های بین 25تا50 متر استفاده شده و دهانه مطلوب آنها حدود 35متر است برای دهانه های بیشتر وزن تیرهای حمال به سرعت افزایش یافته و در نتیجه مشکلات اجرائی متعددی ایجاد می کند.به عنوان مثال وزن یک تیر پیش ساخته به دهانه 30متر حدود 70 تن و وزن تیری به دهانه 50 متر در حدود 130تن می باشد.

تیرهای حمال پل:


فاصله و شکل تیرهای حمال طولی بستگی به شیوه اجرای پل دارد. در حالت استفاده از تیرهای پیش ساخته فاصله تیرهای حمال بین 5/2 تا 5/3 متر و در حالت استفاده از تیرهای در جا فاصله ذکر شده بین 3تا 5 متر می باشد. ضخامت دال پل (از بتن مسلح یا پیش تنیده) نیز متناسب با فاصله تیرهای حمال بین 16 تا 25 سانتی متر تغییر می کند در حالت ساخت درجا باید حتی المقدور در سادگی شکل تیرها کوشید لذا مقاطع
Tشکل با ضخامت ثابت متداولاً مورد استفاده قرارمی گیرند در این حالت حداقل ضخامت جان با توجه به شرایط اجرائی برابر 25 سانتی متر می باشد گاهی نیز برای کاهش سطح مقطع و در نتیجه صرفه جوئی در مصرف بتن، مقطع جان را در جهت قائم متغیر ساخته و بدین ترتیب ضخامت ماکزیمم در قسمت تحتانی (برای قراردادن کابلها) در نظر گرفته می شود.


مقاطع جعبه ای :


این مقاطع از بتن مسلح ، بتن پیش تنیده فلزی بوده و شامل یک یا چند جعبه می باشد .
مقاومت پیچشی این مقاطع بسیار مطلوب بوده و در پلهای بزرگ یکسره ، با توجه به ممانهای خمشی منفی ایجاد شده به میزان وسیع مورد استفاده قرار می گیرند .


مقاطع مشبک :


در حالتی که ارتفاع تیرهای حمال جانبی پلها به علت اهمیت طول دهانه ، زیاد شود ، وبه منظور کاهش وزن مصالح مورد استفاده از تیرهای مشبک که غالباً فلزی بوده ، استفاده می شود .

  • مقاطع با تیرهای حمال IوT شکل فلزی ، بتن مسلح و بتن پیش تنیده .
  • مقاطع صفحه ای تو پر یا توخالی.
  • مقاطع با ارتفاع ثابت یا متغیر.

 

طبقه بندی پلها از نقطه نظر مصالح تشکیل دهنده:

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.
img/daneshnameh_up/a/ab/Arch_bridge.jpg



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.
 

مهندسی پل


پل آکاشی کایکو یک پل معلق 3 دهانه است که بر روی تنگه آکاشی احداث شده است و شهر مایکو در کبه را به شهر ماتسوهو در جزیره اواجی متصل میکند. در طرح اولیه پل قرار بر این بوده که سیستم حمل و نقل ریلی نیز وجود داشته باشد اما در سال 1985 دولت تصمیم گرفت که این سیستم را حذف کرده و این پل صرفا کاربری یک ازادراه را داشته باشد.در ماه آوریل سال 1985 مطالعات مقدماتی آغاز شد و پس از مطالعات فراوان کار ساخت پل عملا از سال 1988 شروع شد و عملیات ساخت آن 10 سال به طول انجامید. پل آکاشی طولانی ترین پل معلق جهان میباشد که طول دهانه اصلی آن از پل هامبر واقع در انگلستان 581 متر بلندتر است.اگر چه در طرح مقدماتی طول کلی پل 3910 متر بوده ولی این طول در اثر زلزله شدید هانشین که در ژانویه سال 1995 رخ داد به میزان یک متر افزایش پیدا کرده است.

شرایط محیطی محل ساخت و مشخصات طراحی

عرض تنگه : 4 کیلومتر

عمیق ترین قسمت تنگه :110 متر

حداکثر سرعت جریان آب : 4.5 متر بر ثانیه

حداکثر سرعت باد : 46 متر بر ثانیه

نوع پل : معلق

ترکیب : 3 دهانه با سیستم خرپایی

طول : 3911 متر

طول دهانه ها : 960+1991+960 متر

سرعت باد جهت طراحی

تیرها : 60 متر بر ثانیه

برجها : 67 متر بر ثانیه

ارتفاع سطح جاده در دهانه اصلی : 97 متر

مقادیر فولاد بکار رفته

برجها : 4620 تن

کابلها : 57700 تن

خرپاها : 89300 تن 

شرایط محیطی

تنگه آگاشی که خلیج اوزاکا و هاریماندا را به هم متصل میکند 4 کیلومتر عرض دارد . عمیق ترین منطقه ای که پل از روی آن عبور میکند 110 متر عمق دارد و سرعت جریان اب در آن 4.5 متر بر ثانیه میباشد.این تنگه از دوران قیم نیز یکی از مهمترین مسیر های آبی بوده و در حال حاضر هر روز 1400 کشتی و شناور از این تنگه عبور میکند و جهت تامین حداکثر ایمنی برای عبور این ترافیک آبی مسیری به عرض 1500 متر در نظر گرفته شده است . در حین عملیات مطالعاتی شرایط پیش بینی نشده دشواری ایجاد شد از جمله آنها وجود جریان قوی آب در مناطق عمیق این تنگه بود که کار غواصان را برای مطالعه بستر دریا با سختیهای زیادی روبرو کرد .

مطالعات طراحی

عامل اصلی در طراحی پلهای معلق طول دهانه اصلی اینگونه پلها میباشد قبل از طراحی پل آکاشی طولانی ترین پل معلق ساخته شده در ژاپن دارای دهانه اصلی به طول 1000 متر بوده که طول دهانه اصلی این پل دو برابر آن میباشد. زمانیکه طول دهانه اصلی افزایش پیدا میکند اثر منفی نیروی باد بر روی ان افزایش یافته و تامین پایداری دینامیکی پل شرط اصلی طراحی آن خواهد بود. جهت بررسی پایداری دینامیکی این پل یک مدل 1/100 از آن ساخته شد ودر تونل بادی با سرعت 80 متر بر ثانیه قرار گرفت. جهت طراحی این پل در برابر زلزله دو حالت مختلف در نظر گرفته شده است : 1- زلزله ای به بزرگی 8.5 ریشتر که کانون آن در 150 کیلومتری محل پل باشد 2- زلزله ای با دوره بازگشت 150 ساله که در 300 کیلومتری محل پل به وقوع بپیوندد. زلزله بزرگ هانشین که توسط یک گسل فعال رخ داد زلزله ای به بزرگی 7.2 ریشتر بود. 

فونداسیون برجهای اصلی 

فونداسیون برجها وزن 12000 تنی پل را به زمین منتقل میکند این بستر که در عمق 60 متری از سطح اب قرار گرفته توسط یک سری گریدرهای مخصوص حفر شده است. به دلیل وجود عوامل گوناگونی مانند جریانهای قوی در اعماق اب عمق زیاد آب و امواج ناشی از فعالیت گریدرها در عمق 60 متری از یک سری سیستمهای هوشمند که از راه دور کنترل میشوند استفاده شده است . در نهایت عملیات حفاری با یک تلرانس 10 سانتیمتری جهت تعبیه قالب های مخصوص خاتمه پیدا کرد. دلیل اصلی ساخت این قالبها به صورت دایره ای این بوده که جریانهای قوی موجود در منطقه عملیات جابجایی و نصب انها را با دشواری موجه نکند .

مشخصات فونداسیون برجها

ارتفاع : 70 متر

قطر : 80 متر

فولاد مصرفی : 15200 تن

بتن مصرفی : 355000 تن 

تکیه گاه ها

جهت استقرار تکیه گاه های کابل های پل در ساحل تنگه آکاشی نیاز به انجام یک سری اصلاحات در ساحل وجود داشت . تکیه گاه اول در ساحل کبه با استفاده از روش ساخت دیوارهای زیرزمینی ساخته شده است و فونداسیون آن یک فونداسیون بتنی به 85 متر و ارتفاع 63.5 متر میباشد که بزرگترین فونداسیون تکیه گاهی ساخته شده است. تکیه گاه دوم توسط یک دیوار حائل با روش فونئاسیونهای مسقل ساخته شده است . ترکیب اصلی تکیه گاه ها که کابلهای کششی را مهار میکند از نوعی بتن خاص با کاربری فوق العاده بالا ساخته شده است که تراکم بالایی داشته و باعث افزایش دوام بتن و کاهش زمان بتن ریزی میشود.

مشخصات تکیه گاه ها

تکیه گاه اول

نوع : دیواره های دوبل بتن آرمه

حجم بتن ریزی فونداسیون : 232600 متر مکعب

حجم بتن ریزی بدنه اصلی : 350000 تن

تکیه گاه دوم

نوع : فونداسیون مستقل

حجم بتن ریزی بدنه اصلی : 370000 تن 

برج ها 

تکیه گاه های فوقانی برجها وظیفه انتقال 100000 تن وزن پل به فونداسیونها را به عهده دارد. برجها هر کدام به 30 قطعه افقی تقسیم شده اند که هر یک از آنها شامل 3 بلوک به وزن 160 تن میباشد . یکی از نکات مهم در طراحی این برجها ارتفاع 300 متری آنها ست که تقریبا با برج معروف توکیو برابری میکند و در نتیجه به شدت تحت تاثیر نیروی باد قرا میگیرد. برای حل این مشکل مهندسین مقطع عرضی این برجها را به شکل صلیب طراحی کرده اندو برای کاهش اثرات پیچشی نیروی باد از یک سری میراگرهای خاص استفاده کردند. این میراگرها هر کدام 10 تن وزن دارند و 20 عدد از آنها در قطعات هفدهم - هجدهم و بیست و یکم از 30 قطعه اصلی قرار گرفته اند. 

کابلها 

هر یک از کابل ها از 290 رشته تشکیل شده و هر کدام از این 290 رشته شامل 127 وایر میباشد هر کدام از این وایرها از نوعی فولاد کششی ضد زنگ به قطر 5.28 میلیمتر ساخته شده است . شکل خارجی این رشته ها 6 ضلعی بوده و به روش پیش تنیده در کارخانه تهیه شده است . یکی از برترین تکنولوژیهایی که در حین ساخت به آن دست پیدا شد تهیه وایر هایی با تنش کششی بالا بود. مقدار تنش کششی هر یک از این وایرها در ابتدا 160 کیلوگرم بر میلیمتر مربع بود که به مقدار 180 کیلو گرم بر میلیمتر مربع رسانده شد . همین مقدار بسیار ناچیز در افزایش تنش کششی مجاز باعث شد که در هر طرف پل از یک کابل به جای دو کابل استفاده شود و در نتیجه وزن کلی پل کاهش پیدا کرده ونصب کابلها نیز اسانتر انجام شود. کل طول وایرهایی که استفاده شده 300000 کیلوتر بوده که با این مقدار میتوان 7.5 بار کره زمین را دور زد . 

مشخصات کابلها

روش ساخت : روش پیش تنیدگی

میزان انحنا : 1/10

ظرفیت باربری مجاز هر کابل : 62500 تن

ظرفیت باربری مجاز هر یک از کابلهای اویزان : 560 تن

نوع فولاد بکار رفته : فولاد ضد زنگ با مقاوت بالا

تنش کششی مجاز هر وایر : 180 کیلوگرم بر میلیمتر مربع

قطر هر کابل : 1122 میلیمتر

طول هر کابل : 4071-4074 متر

وزن فولاد بکار رفته

کابل های اصلی : 50500 ت

کابل های اویزان : 7200 تن

اولین مرحله جهت نصب کابل نصب یک طناب از جنس پلی امید با وزن سبک و مقاومت کششی بالا بود که برای جلوگیری از ترافیک آبی از یک هلیکوپتر استفده شد

شاه تیرها                                                                                                                                    
مقدار 90000 تن فولاد در ساخت شاهتیرها بکار رفته است.استفاده از فولاد با مقاومت کششی بالا باعث شده که شاهتیرها در عین مقاوم بودن بسیار سبک و انعطاف پذیر باشند و در نتیجه از نظر اقتصادی نیز به صرفه هستند. ساخت شاهتیرها توسط تیر ورق انجام گرفته و مراحل نصب آن در محل توسط یک جرثقیل متحرک انجام شده است . این تیر ورق ها در محل کارخانه ساخته شده و سپس به محل حمل شده است . برای کاهش اثرات پیچشی نیروی باد از یک سری صفحات پایدار کننده استفاده شده است که این صفحات جریان باد را هدایت کرده و باعث کاهش اثرات منفی نیروی باد بر شاهتیرها شده وبین فشار باد در بالا و پایین سطح پل توزن ایجاد میکند.این پایدارکننده ها قبلا در تونل بدا مورد ازمایش قرار گرفته و قابلیت های آن به اثابت رسیده است.  

مشخصات شاهتیرها

میزان انعطاف پذیری

به سمت بالا : 8 متر

به سمت پایین : 5 متر

به صورت افقی : 27 متر

مقدار انقباض و انبساط : 145 سانتیمتر

 

[ جمعه دهم شهریور 1385 ] [ 17:44 ] [ سعید زارع زردینی ]

.: Weblog Themes By Iran Skin :.

صحبت با بازديدكنندگان

با اهدا سلام واحترام خدمت شما بازدیدکنندگان عزیز وگرامی ورود شما را به سایت مهندسی عمران_عمران خوش آمد می گویم .درضمن با تکمیل فرم نظرسنجی وعضویت در خبرنامه و نوشتن عنوان مطلب موردنظر در قسمت نظرات در اولین فرصت مطلب دلخواه شما برایتان ارسال خواهد شد./موفق و موید باشید.





Powered by WebGozar


امکانات وب

WebDarWeb


Javascripts



فال حافظ


بک لینک فا