■ پل‌ها چگونه کار می‌کنند؟ ـ همه چیز درباره‌ی پل‌ها ـ بخش ۳ بخش عمران

■ بخش نخست این مقاله را می‌توانید این‌جا بخوانید.
■ بخش این مقاله را می‌توانید این‌جا بخوانید.

نیروهای دیگر وارد بر پل‌ها :

تا به حال ما دو نیروی فشاری و کششی وارد بر پل را معرفی کردیم. اما در واقع چندین نیروی مهم دیگر در نحوه عملکرد پل موثرند.
پیچش: بیشتر در پلهای معلق باید در نظر گرفته شود. زمانی ایجاد میشود که باد باعث پیچ خوردن دهانه معلق پل شود. به عنوان مثال پل تاکوما واشنگتن که بر اثر پیچش آسیب دید. و خود این پیچش به دلیل تشدید ایجاد شد که در ادامه مقاله درباره آن توضیح داده میشود.
شکل طبیعی پلهای قوسی و سازه های خرپایی آنها را در مقابل این نیرو مقاوم میکند. اما در پلهای معلق برای کنترل پیچش از خرپاهای سخت کننده عرشه استفاده میشود.
اما حتی اینکار در پلهای معلق با طول دهانه زیاد کافی نبوده. با آزمایش مدلهای مختلف در تونل باد مهندسین دریافتند به کمک سازه های خرپایی ایرودینامیک و کابلهای مورب میتوانند پیچش را بهتر کنترل کنند.
برش: تنش برشی زمانی رخ میدهد که دو سازه به هم متصل شده ( و یا دو قسمت یک سازه ) به دو جهت مخالف هم فشار داده شوند. اگر تنش برشی در نظر گرفته نشود, میتواند باعث بریده شدن دو قسمت پل شود. یک مثال ساده از تنش برشی این است که خط کشی را تا نصف به داخل زمین فرو کنید و سپس به بالای آن نیروی افقی وارد کنید. اگر نیرو کافی وارد شود, خط کش از وسط نصف خواهد شد.
تشدید:
میتوان تشدید را همانند گلوله برفی در نظر گرفت که با پایین آمدن از کوه تبدیل به یک بهمن بزرگ میشود. شروع تشدید از یک محرک متناوب نسبتا کوچک سیستم مکانیکی میباشد. همانند بادی که بر یک پل وارد شده و باعث لرزش خفیف آن میشود. با وجود اینکه این لرزش خفیف به خودی خود اصلا باعث آسیب پل نمیشود اما اگر با دوره تناوب طبیعی پل یکی شود میتواند باعث تشدید شده و نیروی مخربی را ایجاد نماید. درست مثل اینکه فردی بر تابی سوار باشد و فرد دیگری با همان دوره تناوب وی را هل دهد. به مرور زمان تاب بیشتر و بیشتر بالا میرود. در پلهای معلق این تشدید در قالب موجهایی پیچشی در طول عرشه پل دیده میشود.
یکی از قابل توجه ترین مثال تشدید در پلها, در سال ۱۹۴۰ بر روی پل تاکوما رخ داد (Tacoma Bridge). که در نهایت این تشدید باعث تخریب کامل پل شد. سرعت باد در زمان فاجعه تنها ۴۰ مایل بر ساعت معادل ۶۴ کیلومتر بر ساعت بود. این در حالی است که پل تاکوما به گونه ای طراحی شده بود که بتواند بادهایی تا سرعت ۱۲۰ مایل بر ساعت معادل ۱۹۳ کیلومتر بر ساعت را تحمل کند.

فاجعه پل تاکوما - واشنگتن ایالات متحده آمریکا - ۷ نوامبر ۱۹۴۰

با بررسی مهندسین پس از وقوع فاجعه تشخیص داده شد سختی عرشه پل برای این دهانه کم بوده اما تنها این مشکل نمیتوانسته باعث تخریب پل شود. با مطالعات بیشتر معلوم شد سرعت باد در آن روز دقیقا به اندازه ای بود که باعث ایجاد پدیده تشدید شود. علاوه بر سرعت باد, زاویه وارد شدن آن به پل نیز به وقوع چنین حادثه ای کمک کرده بود. با ادامه یافتن باد, لرزش ها تقویت شده و باعث ایجاد موجهای کاملا مشهودی در آن شدند (اگر فیلم این واقعه را دیده باشید پل تاکوما در زمان حادثه درست مثل طنابی که در آن موج ایجاد میشود میماند) برای اطلاعات بیشتر راجع به ریزش پل تاکوما اینجا کلیک کنید.
تشدید تنها به دلیل وزش باد ایجاد نمیشود و هر نیروی متناوب دیگری نیز میتواند باعث آن شود. مثلا رژه یک لشکر را در نظر بگیرید. با کوبیده شدن پای سربازها به صورت هماهنگ به پل, امکان تشدید وجود دارد.
برای اینکه از پدیده تشدید در پلها جلوگیری شود, مهندسین میراگرهای هماهنگی برای پلها در نظر گرفتند که با مداخله در دوره تناوب باعث جلوگیری از تشدید نیرو میشوند.
یکی دیگر از راه های کنترل تشدید این است که امکان جابجایی کمتری به پل داده شود. اگر عرشه یک پل به صورت یکپارچه ساخته شود, موجهای ناشی از تشدید به راحتی در طول آن جابجا میشوند اما اگر عرشه پل از قسمتهای مختلفی تشکیل شده باشد که در وسط آنها استهلک کننده هایی در نظر گرفته شده باشد, با رسیدن موج به این استهلاک کننده ها, فرکانس آن تغییر کرده و از تشدید جلوگیری میشود.

شرایط آب و هوایی :

درباره تاثیر باد بر روی پل توضیحات مختصری داده شد, اما شرایط آب و هوایی نامناسب در کل میتواند هر پلی را که بشر بسازد از بین ببرد. منظور از شرایط آب و هوایی باران – برف و یخبندان – باد – نمک موجود در آب و خاک و … است.
مهندسان با عبرت گرفتن از اشتباهات گذشته پلهای جدید خود را طراحی میکنند. آهن جایگزین چوب شد و فولاد جایگزین آهن. بتنهای پیش فشرده نقش بسیار حیاتی را در پلهای با عرشه بزرگراهی اجرا میکنند. هر یک از مصالح و تکنولوژی های جدید برای جبران نقصهای گذشته بوجود می آیند. پیچش – تشدید و طراحیهای با ایرودینامیک ضعیف باعث تخریب پلها شده اند که امروزه برای آنها تدابیر زیادی در نظر گرفته شده است.
با این وجود تخریب پلها بر اساس شرایط آب و هوایی بسیار نگران کننده تر است. زیرا تا به امروز هیچ تکنولوژی ۱۰۰% قابل اطمینانی برای جلوگیری از این موضوع پیدا نشده است. به هر حال ما درباره نیروی صحبت میکنیم که باعث تغییر شکل کوهها و صخره های عظیم میشود, که پلهای ساخته شده بدست بشر در مقابل آنها بسیار آسیب پذیرتر هستند. تا به امروز تنها راه مقابله با این نیرو, تعمیرات مرتب پل است.

ریزش دو پل در نزدیکی Biloxi به دلیل طوفان کاترینا - ۱۱ سپتامبر ۲۰۰۵

محقق: علیرضا راحت
برگرفته از : civiltect.com