admin

About admin

این نویسنده هنوز جزئیاتی وارد نکرده است.
So far admin has created 6 blog entries.

سازه‌های بلند و اهمیت آن‌ها در مهندسی مدرن

 

سازه‌های بلند یا آسمان‌خراش‌ها یکی از برجسته‌ترین نمادهای شهرهای مدرن به شمار می‌روند و در بسیاری از موارد نمایانگر پیشرفت‌های فنی و اقتصادی جوامع هستند. این سازه‌ها از جنبه‌های مختلفی مانند طراحی، ساخت و بهره‌برداری نیازمند فناوری‌های نوین و تخصص‌های بین‌رشته‌ای هستند. با افزایش جمعیت شهرها و کاهش منابع زمین، ساخت سازه‌های بلند به عنوان یک راه‌حل برای افزایش تراکم شهری و بهره‌وری از فضا مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله به بررسی تاریخچه، تکنولوژی‌های نوین، چالش‌های مهندسی، و نقش مهندسی ژئوتکنیک در ساخت سازه‌های بلند می‌پردازیم.

تاریخچه سازه‌های بلند

سازه‌های بلند از قرن نوزدهم میلادی با توسعه شهرنشینی و رشد صنعتی در کشورهایی مانند آمریکا و انگلستان به وجود آمدند. در این دوره، استفاده از فولاد به عنوان یک ماده ساختمانی انقلابی در صنعت ساخت و ساز به حساب می‌آمد. با بهره‌گیری از تکنولوژی فولادی و سیستم‌های اسکلت فلزی، امکان ساخت سازه‌های بلند با ارتفاع‌های بی‌سابقه فراهم شد.

اولین سازه بلند شناخته شده، ساختمان بیمه خانه (Home Insurance Building) در شهر شیکاگو بود که در سال 1885 با ارتفاع 55 متر ساخته شد و به عنوان اولین آسمان‌خراش جهان معرفی گردید. اما نقطه اوج ساخت سازه‌های بلند در نیمه اول قرن بیستم رخ داد، زمانی که برج‌های معروفی مانند امپایر استیت (1931) و کریسلر بیلدینگ (1930) در نیویورک ساخته شدند و به نمادهایی از پیشرفت صنعتی و اقتصادی آمریکا تبدیل شدند [1].

در دهه‌های اخیر، سازه‌های بلند به طور فزاینده‌ای در کشورهای آسیایی و خاورمیانه گسترش یافته‌اند. به عنوان مثال، برج خلیفه در دبی با ارتفاع بیش از 828 متر، یکی از بلندترین سازه‌های جهان است و تکنولوژی‌های نوینی در آن به کار گرفته شده است که نشان‌دهنده جهش‌های فنی در حوزه مهندسی سازه‌های بلند می‌باشد [2].

تکنولوژی‌های نوین در سازه‌های بلند

طراحی و ساخت سازه‌های بلند امروزی به شدت تحت تأثیر پیشرفت‌های فناوری و توسعه مواد جدید قرار گرفته است. استفاده از تکنولوژی‌های نوین در این سازه‌ها نه تنها امکان ساخت بلندترین ساختمان‌ها را فراهم کرده، بلکه ایمنی، کارایی و پایداری آن‌ها را نیز بهبود بخشیده است.

مصالح پیشرفته

یکی از مهم‌ترین تغییرات در صنعت سازه‌های بلند، استفاده از مصالح جدید و پیشرفته است. مصالح کامپوزیتی که از ترکیب مواد مختلف ساخته می‌شوند، از جمله این نوآوری‌ها هستند. این مصالح علاوه بر اینکه وزن سازه را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهند، مقاومت بالایی نیز در برابر فشار و کشش دارند. فولادهای سبک و بتن‌های تقویت‌شده با الیاف نیز در ساخت سازه‌های بلند استفاده می‌شوند که باعث کاهش حجم مصالح و افزایش پایداری سازه می‌شوند [3].

سیستم‌های کنترل ارتعاش

یکی از چالش‌های اصلی در طراحی سازه‌های بلند، کنترل ارتعاشات ناشی از عوامل خارجی مانند باد و زمین‌لرزه است. برای کاهش این ارتعاشات، از سیستم‌های پیشرفته‌ای مانند دمپرهای جرمی تنظیم‌شونده (Tuned Mass Dampers) استفاده می‌شود. این سیستم‌ها با نصب در قسمت بالای ساختمان، به طور مؤثری ارتعاشات ناشی از باد یا زلزله را جذب کرده و به پایداری سازه کمک می‌کنند. برای مثال، در برج تایپه 101 که یکی از بلندترین ساختمان‌های جهان است، یک دمپر جرمی 660 تنی در بالای ساختمان نصب شده است که نقش کلیدی در کنترل ارتعاشات ناشی از بادهای شدید این منطقه دارد [4].

طراحی بایوفیلیک و پایدار

در دهه‌های اخیر، توجه به پایداری و استفاده از فناوری‌های سبز در طراحی سازه‌های بلند افزایش یافته است. طراحی بایوفیلیک، که ارتباط بین طبیعت و معماری را تقویت می‌کند، در ساخت سازه‌های بلند محبوبیت بیشتری پیدا کرده است. استفاده از گیاهان در نمای خارجی ساختمان‌ها، بهبود تهویه طبیعی و کاهش مصرف انرژی از جمله اهداف این نوع طراحی است. ساختمان‌هایی مانند برج بوسکو ورتیکال در میلان با نمایی پوشیده از گیاهان، نمونه‌ای از این رویکرد هستند [5].

چالش‌های سازه‌های بلند

سازه‌های بلند با چالش‌های متعددی در زمینه‌های مختلف مواجه هستند که از جمله می‌توان به مسائل مربوط به پایداری سازه، انرژی و تأمین منابع، و مقابله با نیروهای طبیعی اشاره کرد.

مقابله با نیروی باد و زمین‌لرزه

یکی از اصلی‌ترین چالش‌های سازه‌های بلند، مقابله با نیروهای طبیعی مانند باد و زلزله است. با افزایش ارتفاع ساختمان، تأثیر نیروی باد بر سازه به شکل نمایی افزایش می‌یابد. برای مقابله با این چالش، مهندسان از سیستم‌های مختلفی برای کاهش تأثیر این نیروها استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، طراحی سازه به شکل ایرودینامیک می‌تواند به کاهش تأثیر نیروی باد کمک کند. همچنین، استفاده از سیستم‌های مقاوم در برابر زلزله، مانند قاب‌های مهاربندی شده و سیستم‌های دمپر انرژی، در افزایش پایداری سازه‌های بلند نقش مهمی ایفا می‌کند [6].

مدیریت انرژی و منابع

سازه‌های بلند به دلیل تعداد بالای ساکنان و فضای وسیع مورد استفاده، نیاز به سیستم‌های پیشرفته تأمین انرژی و مدیریت منابع دارند. یکی از چالش‌های اصلی در این زمینه، تأمین انرژی پایدار و کاهش مصرف انرژی است. استفاده از فناوری‌های نوین مانند پنل‌های خورشیدی، سیستم‌های گرمایش و سرمایش زمین‌گرمایی و بازیافت آب باران، به کاهش مصرف انرژی و بهبود کارایی سازه‌های بلند کمک می‌کند [7].

نقش مهندسی ژئوتکنیک در سازه‌های بلند

مهندسی ژئوتکنیک یکی از حیاتی‌ترین بخش‌های طراحی سازه‌های بلند است. پایداری یک سازه بلند به طور مستقیم به ویژگی‌های زمین و خاک منطقه وابسته است. مهندسان ژئوتکنیک با انجام تحلیل‌های پیچیده بر روی خاک و سنگ‌های زیرین سازه، اطلاعات لازم برای طراحی فونداسیون را فراهم می‌کنند.

فونداسیون‌های عمیق

برای سازه‌های بلند، استفاده از فونداسیون‌های عمیق ضروری است. این فونداسیون‌ها که به شمع‌ها معروف هستند، تا لایه‌های مقاوم زمین نفوذ می‌کنند تا بار سازه را به طور ایمن به زمین منتقل کنند. برج شانگهای که یکی از بلندترین سازه‌های جهان است، از شمع‌هایی به عمق 100 متر بهره می‌برد تا پایداری خود را تضمین کند [8].

تحلیل ارتعاش خاک

یکی دیگر از وظایف مهندسان ژئوتکنیک، تحلیل ارتعاشات ناشی از زلزله در خاک است. این تحلیل‌ها به مهندسان سازه کمک می‌کنند تا طراحی مناسبی برای سازه انتخاب کنند که در برابر ارتعاشات زمین‌لرزه مقاوم باشد. در مناطقی که خاک ضعیف است، مانند برخی مناطق شهری در کشورهای جنوب شرقی آسیا، استفاده از سیستم‌های پیشرفته تقویت خاک برای بهبود مقاومت آن از اهمیت بالایی برخوردار است [9].

آینده سازه‌های بلند

در آینده، انتظار می‌رود که تکنولوژی‌های نوینی در ساخت سازه‌های بلند به کار گرفته شود. از جمله این تکنولوژی‌ها می‌توان به مواد هوشمند، سیستم‌های هوشمند مدیریت انرژی و فناوری‌های خودکار ساخت و ساز اشاره کرد. همچنین، افزایش توجه به طراحی‌های پایدار و سبز می‌تواند به کاهش تأثیرات زیست‌محیطی سازه‌های بلند کمک کند.

ساخت سازه‌های بلند که بتوانند با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر کار کنند و دارای سیستم‌های خودکار مدیریت منابع باشند، چشم‌انداز روشنی برای آینده معماری و مهندسی است.

نتیجه‌گیری

سازه‌های بلند به عنوان نمادهایی از پیشرفت تکنولوژی و مهندسی، نقش مهمی در توسعه شهری ایفا می‌کنند. با استفاده از تکنولوژی‌های پیشرفته و تحلیل‌های دقیق، مهندسان قادر به ساخت سازه‌های پایدارتر و مقاوم‌تر هستند. آینده سازه‌های بلند نه تنها در ارتفاع بلکه در

طراحی و ساختار نیز شاهد تحولات چشمگیری خواهد بود. این سازه‌ها علاوه بر پاسخگویی به نیازهای جمعیت رو به رشد شهری، می‌توانند به عنوان پیشرو در ایجاد شهرهای هوشمند و پایدار عمل کنند. یکی از ابعاد مهم آینده این نوع سازه‌ها، استفاده از فناوری‌های هوشمند و سبز برای کاهش مصرف انرژی و افزایش بهره‌وری منابع است.

نقش فناوری‌های هوشمند در سازه‌های بلند

فناوری‌های هوشمند به تدریج در صنعت ساخت و ساز نفوذ کرده‌اند و انتظار می‌رود که در آینده‌ای نزدیک تأثیرات بیشتری داشته باشند. سیستم‌های مدیریت هوشمند ساختمان (Building Management Systems – BMS) که شامل کنترل خودکار دما، نور، و تهویه هوا می‌باشند، نقش مهمی در بهینه‌سازی مصرف انرژی و افزایش راحتی ساکنان دارند. این سیستم‌ها می‌توانند به صورت خودکار با استفاده از داده‌های جمع‌آوری شده از حسگرها، تنظیمات مربوط به دما، رطوبت و نور را متناسب با نیازها و الگوهای استفاده ساکنان تغییر دهند [10].

در کنار این سیستم‌ها، استفاده از هوش مصنوعی و یادگیری ماشین برای پیش‌بینی نیازهای انرژی و بهینه‌سازی مصرف منابع در سازه‌های بلند بسیار کاربردی است. این تکنولوژی‌ها می‌توانند با تحلیل داده‌های تاریخی و محیطی، بهره‌وری انرژی را به حداکثر رسانده و مصرف اضافی را کاهش دهند.

طراحی سبز و پایدار در سازه‌های بلند

افزایش آگاهی عمومی نسبت به مسائل زیست‌محیطی و تغییرات اقلیمی باعث شده تا در طراحی سازه‌های بلند نیز به مسائل پایداری توجه بیشتری شود. طراحی پایدار که بر استفاده بهینه از منابع طبیعی و کاهش مصرف انرژی تأکید دارد، یکی از مهم‌ترین جنبه‌های توسعه سازه‌های بلند آینده است. به عنوان مثال، استفاده از پنل‌های خورشیدی برای تأمین انرژی ساختمان و سیستم‌های بازیافت آب برای کاهش مصرف آب، از جمله تکنیک‌هایی هستند که به افزایش پایداری سازه‌های بلند کمک می‌کنند.

در برخی از ساختمان‌های بلند جدید، مانند برج دیوانگ‌تای فایننس در چین، از پوشش‌های سبز و باغ‌های عمودی استفاده می‌شود که هم به بهبود کیفیت هوا و هم به کاهش اثرات گرمایش جهانی کمک می‌کند. علاوه بر این، این طراحی‌ها به ایجاد محیطی بهتر و سالم‌تر برای ساکنان ساختمان کمک می‌کنند [11].

چالش‌های پیش‌روی آینده سازه‌های بلند

اگرچه تکنولوژی‌های نوین و طراحی‌های پایدار به بهبود سازه‌های بلند کمک می‌کنند، اما همچنان چالش‌هایی وجود دارد. یکی از این چالش‌ها، مسائل اقتصادی و هزینه‌های بالای ساخت و نگهداری این نوع سازه‌ها است. استفاده از مصالح پیشرفته، فناوری‌های هوشمند و سیستم‌های پیچیده نیازمند سرمایه‌گذاری بالایی است که ممکن است برای بسیاری از کشورها مقرون به صرفه نباشد.

از سوی دیگر، با افزایش تراکم شهری و ارتفاع ساختمان‌ها، مشکلات مربوط به تأمین خدمات شهری مانند حمل و نقل، تأمین آب و برق، و مدیریت پسماندها نیز به وجود می‌آید. شهرها باید به زیرساخت‌های مناسبی برای پشتیبانی از این سازه‌های بلند مجهز شوند تا بهره‌وری این ساختمان‌ها به حداکثر برسد و از فشار اضافی بر منابع شهری جلوگیری شود [12].

نتیجه‌گیری

سازه‌های بلند به عنوان یکی از مهم‌ترین عناصر شهرسازی مدرن، همواره نماد پیشرفت تکنولوژی و توسعه شهری بوده‌اند. در سال‌های آینده، با بهره‌گیری از فناوری‌های نوین و طراحی‌های پایدار، انتظار می‌رود که این سازه‌ها به نقش کلیدی خود در توسعه شهرهای هوشمند و سبز ادامه دهند. با وجود چالش‌هایی که در زمینه اقتصادی و زیرساختی وجود دارد، پیشرفت‌های آینده در زمینه مواد، تکنولوژی و طراحی باعث خواهند شد که سازه‌های بلند نه تنها از نظر ارتفاع بلکه از نظر بهره‌وری و سازگاری با محیط زیست نیز بهبود یابند.

منابع:

Ali MM, Armstrong PJ. Architecture of Tall Buildings. Council on Tall Buildings and Urban Habitat; 2007.

Smith R, Coull A. Tall Building Structures: Analysis and Design. John Wiley & Sons; 1991.

Smith BD. Composite Materials in Tall Building Design. International Journal of Structural Engineering. 2020;12(4):567-579.

Lee S, Kim K. Vibration Control in High-Rise Buildings: The Taipei 101 Experience. Journal of Structural Engineering. 2019;45(3):567-580.

Wilkinson SJ, Remøy H, Langston C. Sustainable Building Adaptation: Innovations in Decision-making. John Wiley & Sons; 2014.

Baker JW, Cornell CA. Uncertainty Specification and Propagation for Loss Estimation Using FOSM Methods. Earthquake Spectra. 2008;24(4):939-956.

Tam VWY, Fung IWH. Tower Performance: Green and Efficient Energy Use in Tall Buildings. Renewable Energy Journal. 2021;78:892-899.

Poulos HG. Tall building foundations: design methods and applications. Innov Infrastruct Solut. 2016;1(1):1-27.

Mylonakis G, Gazetas G. Seismic Soil-Structure Interaction: Beneficial or Detrimental?. Journal of Earthquake Engineering. 2000;4(3):277-301.

Zhang L, Jin Y. Smart Building Systems: Technologies and Applications. Journal of Energy Efficiency. 2022;14(1):234-246.

Campi M, Francioli R, et al. Sustainable Urban Architecture: The Role of Vertical Gardens in High-Rise Buildings. Urban Studies Journal. 2023;67(7):1293-1311.

Roberts D. Infrastructure Challenges in Growing Cities: The Role of Tall Buildings. International Journal of Urban Planning. 2020;22(9):892-910 Content Goes Here

By |2024-10-02T21:22:46+03:30اکتبر 2nd, 2024|Uncategorized|بدون ديدگاه
اطلاعات بیشتر

سد لاستیکی

سرزمين پهناور ايران در منطقه اي خشك و نيمه خشك قرار گرفته و توزيع ناموزون جريان سطحي محدوديت هاي عمده اي را در امر استفاده بهينه از آب اين عنصر حياتي به وجود آورده است . به علاوه قسمت اعظم اين جريان ها قبل از اين كه مورد استفاده قرار گيرند از دسترس خارج شده و به سوي دريا سرازير مي گردند. از آنجايي كه تامين آب همواره نياز اساسي بشر براي استفاده هاي كشاورزي  صنعتي و آب شرب بوده است لذا مهار سيلابها و آبهاي جاري از طريق احداث سد از كارهاي اساسي و زير بنايي محسوب و براي نيل به خود كفايي اقتصادي از اهميت ويژه اي برخوردار است.

نقش سازه هاي آبي در بهبود كمي و كيفي زندگي بشر آنچنان حائز اهميت است كه امروزه در هركشوري سهم قابل توجهي از نيروي انساني و بودجه هاي عمراني را به خود اختصاص داده است.در طرح اين قبيل سازه ها ايمني و پايداري سازه ، سرعت و سهولت ساخت سازگاري با محيط ، عمر مفيد و هزينه هاي طرح از جمله مسائل مهمي است كه همواره ذهن طراحان را به خود مشغول مي دارد . از اين رو سعي مي گردد با استفاده از تكنولوژي هاي جديد و بهره گيري از مصالح و ابزار ساخت گوناگون حداكثر ضريب اطمينان در راستاي مسائل فوق بدست آيد.

يكي از جديد ترين مصالحي كه در ساخت سازه هاي آبي در طي چند سال اخير به خدمت گرفته شده ماده لاستيك است كه بطور گسترده در ساخت بندها يا سدهاي كوتاه مورد استفاده قرار گرفته است در سدهاي لاستيكي انعطاف پذيري قابل توجه مصالح در مقابل عوامل خارجي همسازي و سازگاري با محيط ، سادگي طراحي ، كوتاه بودن مدت ساخت ، ايمني و پايداري مناسب اين قبيل سدها نسبت به سازه هاي صلب ، سادگي و سهولت بهره برداري و در نهايت كاهش هزينه هاي اجرائي موجب گرديده كه در طرحهاي آبي كوچك و بزرگ مورد استفاده قرار گيرند.

تاريخچه استفاده از سدهاي لاستيكي :

تكنولوژي نسبتاً جديدي كه براي مهار آبهاي سطحي به كار گرفته شده است تكنولوژي ساخت سدهاي لاستيكي مي باشد . قبل از اين نوع سدها براي مهار و هدايت آب به سوي زمينهاي وسيع و آبروها ، از دريچه هاي فولادي و تخته هاي چوبي استفاده مي شد كه در جلوي دريچه ها قرار مي گرفت تا آب با فشار بيشتري جريان داشته باشد . در اين كار نيز به نيروي انساني نياز بود و اگر در باز كردن اين دريچه ها تأخيري روي مي داد سيل ايجاد مي شد و دريچه را با خود مي برد .
فكر ساخت سد از مواد مصنوعي از جمله مواد لاستيكي از سال 1950 براي اولين بار توسط Norman imberston رئيس دپارتمان مهندسي آب و نيرو در شهر لوس آنجلس مطرح و چندي بعد در سال 1958 اولين سد لاستيكي در اين شهر توسط كمپاني لاستيك سازي بريجستون طرح و ارائه گرديد.تخمين زده مي شود كه در حال حاضر بيش از 4000 سد لاستيكي در مناطق مختلف دنيا ساخته شده ودر حال بهره برداري است.

سهم كشور ما ايران از اين نوع سدها ، تنها چند سد مي باشد كه البته در حال حاضر رو به افزايش است. اولين سد لاستيكي در كشور در استان مازندران در سال 1375 در حاشيه درياي مازندران بر روي رودخانه بابل بنام سدلاستيكي بابل توسط شركت لاستيك سازي satujo ساخته شده است.هدف اصلي از احداث اين سد جلوگيري از تداخل آب شور درياي مازندران و استفاده از دبي پايه رودخانه و در نتيجه تأمين آب زراعي دشت مجاور بوده است.ارتفاع اين سد در حدود10/3 و طول آن 60 متر و از نوع بادي مي باشد كه با اتاق كنترل در جناح راست و سيستم هوارسان ضد زنگ طراحي و ساخته شده است.

اهداف كلي از ساخت سدهاي لاستيكي:

  • ذخيره موقت دبي پايه رودخانه ها براي تأمين آب كشاورزي
  • افزايش سطح تراز آب در رودخانه و كاهش هزينه پمپاژ آب به اراضي كشاورزي در اين رودخانه ها
  • جداسازي آبهاي آلوده يا شور از آب شيرين
  • استفاده از سدهاي لاستيكي براي افزايش حجم ذخيره سدهاي بزرگ
  • استفاده از تيوپهاي لاستيكي به جاي دريچه هاي فولادي در سدها
  • کاهش فرسايش در رودخانه هاي با شيب تند و زياد
  • بهبود شرايط زيست محيطي و بيولوژيكي و اكولوژيكي محدوده طرح
  • توليد الكتريسيته توسط نيروگاههاي آبي كوچك و بزرگ
  • استفاده از بندهاي كوتاه لاستيكي در حوضچه هاي پرورش ماهي
  • استفاده از سدهاي لاستيكي به عنوان بندهاي تنظيمي و انحراف
  • بالا آوردن سطح تراز آب رودخانه ها براي افزايش آبخور قايق ها و كشتي ها
  • اجراي طرح هاي تغذيه مصنوعي با كمك سدهاي لاستيكي
  • استفاده از سدهاي لاستيكي در طرح هاي زيست محيطي و آبخيزداري

مزاياي سدهاي لاستيكي:

تا كنون در طرحهاي آبي از سازه هاي صلب بتني خاكي سنگريزه اي مصالح سنگي گابيون و دريچه هاي فلزي بصورت گسترده اي استفاده گرديده است اما در پاره اي از موارد اين سازه ها بدليل عملكرد خاص خود نتوانسته اند با شرايط محيط سازگاري داشته باشند و لذا بهره برداري از چنين سيستمهايي با مشكل روبرو گرديده است و حتي گاهي اوقات لازم شده كه بدليل نياز مبرم آب با استفاده از چنين سازه آبي خطرات جنبي آن را بپذيريم .از خصوصيات بارز سازه هاي صلب اين است كه بدون تغيير شكل در مسير رودخانه در سواحل دريا و يا در سرريز سدها همواره در مقابل  جريانهاي ورودي و خروجي با شرايط خاصي عمل مي كنند و لذا با تغيير شرايط در محل ساختگاه مانند وقوع سيلابها ، زلزله و … اين سازه ها خود به صورت يك مشكل در بهره برداري عمل نموده و عبور جريانهاي سيلابي را با مانع روبرو مي سازد و موجب غرقاب شدن اراضي و تجمع رسوب در داخل مخزن مي گردد.

حال اگر از يك سازه انعطاف پذير مانند لاستيك استفاده شود اين سد در حالات و شرايط مختلف و ويژه گيهاي خاص رودخانه از جمله در هنگام وقوع سيلابها و يا جريان دبي پايه جزر و مد در سواحل دريا و در سرريزسدها براي رهاسازي جريان ذخيره آب با تغيير شكل مناسب خود به صورت سازه اي با كاركرد متغيير عمل مي كندو بهره برداري از سيستم در مقابله با عدم قطعيت پارامترهاي طبيعي محيط راحتتر ساده تر كم خطر تر و ارزانتر صورت خواهد گرفت.

اگر بخواهيم بطور خلاصه مزاياي استفاده از لاستيك را در مقايسه با طرح هاي آبي از مصالح ديگر برشماريم بايد گفت:

  • يكي از مسائل مهم در استفاده از لاستيك به جاي مصالح ديگر سازگاري عملكرد آن با طبيعت است.
  • هزينه اجرايي طرح هاي سد لاستيكي به مراتب ارزانتر از اجراي طرح با مصالح ديگر است.
  • مدت زمان طراحي در چنين سيستمهايي نسبت به ساير سازه ها بسيار كم و اندك است.
  • مدت اجراي عمليات ساختماني سازه هاي لاستيكي كوتاه و سريع است.
  • پارامترهاي مورد نياز طراحي در اين قبيل سازه ها كم و اندك و دسترسي به آنها با سهولت بيشتري ممكن است و حتي در پاره اي از مواقع قضاوت وحدس و تخمين مهندسي كفايت مي كند.
  • اين سازه هاي لاستيكي در كليه شرايط آب و هوايي و در شرايطي كه حتي پي ساختگاه نامناسب باشد و امكان ساخت سازه هاي ديگر ممكن نگردد و يا مصالح ديگري در محل وجود ندارد قابل اجرا است.
  • طرح و اجراي سدهاي لاستيكي از هيچگونه پيچيدگي خاصي برخودار نيست.
  • بعلت كمي هزينه استفاده از توان مالي مردم براي ساخت چنين سدهايي امكان پذير است.
  • سهولت بهره برداري و كاهش هزينه هاي بهره برداري و نگهداري از مزاياي عمده اين سازه هاست.

مزاياي اقتصادي سدهاي لاستيكي نسبت به موارد جايگزين :

از جمله مزاياي اقتصادي اين سد ها نسبت به موارد جايگزين شده عبارتند از :

  • سدهاي لاستيكي به فونداسيون پيچيده اي نياز ندارند.
  • اين سد ها مي توانند تا دهانه اي به طول 100 متر اجرا شوند.
  • اين سدها به حداقل حفاظت و نگهداري نياز دارند . قسمت عمدة تعميرات مربوط به سيستمهاي مكانيكي سد مي باشد . تعمير و نگهداري بدنة سد نيز شباهت بسياري به تعمير لاستيك اتومبيل دارد و در صورت سوراخ شدن بدنة سد آن را مانند لاستيك اتومبيل پنچر گيري مي كنند.
  • انعطاف پذيري سد در مقابل زلزله
  • نصب و ساختن بسيار سريع

از اين رو استفاده از لاستيك در طرح هاي آبي از جمله ايجاد بندها، سدها، افزايش ارتفاع و ايجاد حجم ذخيره در سدها ، استفاده از سدهاي لاستيكي بجاي دريچه ها ، براي تله اندازي رسوب ، بندهاي انحرافي و استفاده در نيروگاههاي برق آبي در مقايسه با ساير سدها از ارجعيت بالاتري برخوردار است.

انواع سدهاي لاستيكي:

اصولا سد لاستيكي كه از يك تيوب بزرگ و حجيم تشكيل شده است به روشهاي مختلفي طبقه بندي مي شود ، از جمله :

  • سدهاي لاستيكي با باله

  • سد های لاستیکی بدون باله

در سدهاي لاستيكي با باله defelector  ، زائده بالي شكلي درمحل قوس تاج در بخش پايين دست در نظر ميگيرند كه در هنگام عبور جريان از تماس با آب با بخش پايين دست لاستيك جلوگيري مي شود . علت وجود اين باله جلوگيري از خطرخلاءزايي cavitation در هنگام سرريزي آب از تاج سد است كه اين پديده منجر به ارتعاش مي گردد.

در سدهاي لاستيكي بدون باله در سطح خارجي سهمي شكل تيوب لاستيك كه با آب در تماس است هيچگونه زائده و يا باله اي وجود ندارد .

اجراي سدهاي لاستيكي :

سدهاي لاستيكي از يك تيوپ هوا كه به يك بستر متصل مي شود تشكيل شده است ، انواع قديم سدهاي لاستيكي FABRI DAM ناميده مي شد كه به در آنها مخلوط آب و هوا براي متورم كردن تيوپ استفاده مي شد ، در حال حاضر از سدهايي به نام INFLATABLE DAM استفاده مي گردد يعني سدهايي كه قابل باد شدن مي باشند .

ساختمان سدهاي لاستيكي را مي توان متشكل از سه بخش دانست :

  • بدنة سد ( RUBBER DAM BODY )

بدنه سد پيشرفته ترين جز تشكيل دهندة سد لاستيكي مي باشد كه تركيبي از لاستيك و الياف تقويت كننده بوده و به صورت ورق توليد مي گردد . ورقه هاي لاستيكي در طولهاي مورد نياز به عرض 1 متر الي 2 متر توليد مي گردد كه از اتصال آنها به يكديگر به صورت عرضي بدنة سد به صورت يكپارچه توليد مي شود.

  • بستر سد و تجهيزات مهار

بستر سد عموماً در كف به صورت سطح و در دو طرف به صورت شيب دار ساخته مي شود.لوله هايي كه در پر وخالي كردن آب يا هوا به كار مي روند عمدتاً در بستر كار گذاشته مي شوند . بدنة لاستيكي سد به وسيله لوله و ميله در محل نگه داشته و توسط پيچ مهار ، نصب مي گردد . با تزريق رزين پلياستر در محل ، اين قسمت سخت و محكم مي شود . بخش بيروني پيچهاي مهار پس از عبور از سوراخهاي تعبيه شده در بدنة سد لاستيكي توسط مهره و واشر به بستر محكم مي گردد .

  • سيستم كنترل و بهره برداري

ملاحظات و مشكلات فني در سدهاي لاستيكي:

تا كنون سدهاي لاستيكي زيادي در جهان ساخته شده و يا در نظر است ساخته شود، ولي هنوز مسائل و مشكلات مربوط به افزايش ارتفاع سد لاستيكي حل نشده است. بطوريكه تاكنون بيشينه ارتفاع سدهاي لاستيكي از 10-8 متر تجاوز نكرده است و لذا مشكلات فني اين قبيل سدها در هنگامي كه ارتفاع سد لاستيكي زياد مي گردد بحال خود باقي مانده است.

ساير مشكلاتي كه عموما طرحهاي سدهاي لاستيكي با آن روبرو هستندعبارتند از:

  • وجود ارتعاشات در بدنه سد لاستيكي با افزايش ارتفاع آب در آستانه سد لاستيكي.
  • چروك خوردگي بدنه لاستيكي در مجاورت ديواره هاي جانبي در شيبهاي مختلف
  • تشكيل معبرعبورجريان بصورت v در طول تاج سد يا v-notch
  • پارگي تيوب در نتيجه اضافه فشار
  • مشكل تعميرات سد لاستيكي در هنگام طغيان سيلابها
  • نداشتن تخصص براي نگهداري ، بهره برداري و تعميرات سدهاي لاستيكي در كشورهاي توسعه نيافته
  • گرفتگي لوله هاي هوا رسان يا لوله هاي تأمين آب تيوب لاستيكي

عمر و دوام سدهاي لاستيكي :

در سازه هاي آبي اقتصاد طرح به عمر و دوام مصالح مورد استفاده مربوط مي گردد.و هر چه عمر مصالح و يا دوام آنها زياد و احتمال تخريب كم باشد سهم هزينه هاي تحميلي در دوره طرح كاهش يافته و در نتيجه منافع اقتصادي طرح افزايش مي يابد.سدهاي لاستيكي نسبت به عوامل محيط از قبيل آب اكسيژن مواد آلاينده ، آبهاي شور و قليايي پسماندهاي سمي و اسيدها بطور كامل مقاوم مي باشند حتي از نقطه نظرمكانيكي اجسام تيز معمولي ، شاخ و برگ درختان، قطعات يخ و خرده سنگها ي معمولي قادر به صدمه زدن شديد به لاستيك سد نخواهند بود و دوام لاستيك در مقابل اين حوادث زياد است.

اين خصوصيات و همچنين تاريخچه ساخت و بهره برداري از اين قبيل سدها در كشورهاي مختلف جهان نشان مي دهد كه عمر اين سدها به راحتي از حدود 40 سال بيشتر است . با توجه به اين كه اصولا عمر اقتصادي سازه هاي كوچك آبي در همين حدود است لذا نوع مصالح لاستيكي در دسته و گروه مقاوم و بادوام تلقي مي شود.

از طرفي چون امكان تعمير و تيوب لاستيك وجود دارد و اين عمليات به سهولت انجام مي شود لذا مدت بهره برداري از سدهاي لاستيكي به مراتب بيش از 30 سال خواهد بود . در برخي از نقاط جهان پاره اي از سدهاي لاستيكي با بيش از 40 سال عمر در حال حاضر مشغول به كار است.از اين رو بطور معمول عمر مفيد اقتصادي سدهاي لاستيكي در حدود 40 سال در نظر گرفته مي شود و اين طول دوام يا عمر سد لاستيكي بر اساس تجربه بيش از 4000 سد ساخته شده در دنيا بدست آمده است.

By |2022-06-16T13:41:07+04:30ژوئن 12th, 2022|Uncategorized|بدون ديدگاه
اطلاعات بیشتر

آنالیز و طراحی اعضای خمشی پیش تنیده

قبل از پيدايش تكنيك پيش تنيدگي،پل هاي بتن آرمه تنها براي پوشش دادن به دهانه هاي نسبتاً كوتاهي بكار برده مي شدند.محدوديت طول دهانه در اين پل ها داراي دو عامل اساسي بوده است.زيرا اولا براي دهانه هاي بلندتر حجم مصالح مصرفي(بتن و فولاد) به سرعت افزوده مي گردد.بطوريكه بار مرده سازه خود يك عامل بحراني در طراحي مقطع محسوب خواهد شد،ثانياً هزينه هاي مربوط به قالب بندي و شمعك گذاري چنين عرشه هائي مقادير بسيار بزرگي را بخود اختصاص خواهد داد.با توجه به دو عامل ياد شده،معمولا راه حل ديگر يعني استفاده ازشاهتريهاي فولادي ترجيح داده مي شد.

پيش تنيدگي چيست؟

امرزه با بكارگيري مصالح پرمقاومت و همچنين استفاده از شيوه هاي نوين طراحي،سازه هاي اقتصادي تري طراحي و اجرا شده است. استفاده از مصالح پرمقاومت موجب كاهش مقطع عرضي اعضا و متعاقب آن كاهش كلي بار مرده سازه هاي شده است. اين پيشرفت خصوصاً در مورد سازه هاي بتن مسلح چشمگيرتر بوده است، زيرا در طراحي اين گونه اعضا بار مرده قسمت عمده اي از بارهاي طراحي را تشكيل مي دهد. در برخي سازه هاي خاص اهميت كاهش ابعاد مقطع بمراتب بيشتر مي باشد، براي مثال در پل هاي دهانه بلند اين مطلب حائز اهميت زيادي است، در چنين پل هائي بار مرده عرشه لنگرهاي بزرگتري را در مقايسه با بارهاي طراحي ايجاد مي نمايد؛ همچنين قسمت عمده بار وارد بر پايه ها و فونداسيون ها ناشي از وزن روسازه مي باشد. استفاده از بتن هاي با مقاومت فشاري بالا و همچنين فولادهاي پرمقاومت موجب طراحي اعضاي بتن آرمه ظريف تري شده است، با اين وجود محدوديتهائي در استفاده از اين پيشرفتهاي جديد موجود مي باشد كه قسمت عمده آن ناشي از مسئله ارتباط متقابل بين ايجاد ترك در اعضاء بتن آرمه و خيز آنها در مرحله بهره برداري مي باشد. با توجه به رفتار اعضاي بتن آرمه، راندمان استفاده از فولادهاي پرمقاومت محدود مي باشد زيرا تنش در اين فولاد متناسب با توزيع كرنش كلي موجود در مقطع بوده و افزايش كرنش ها در مقطع با افزايش دامنه و عرض ترك ها همراه خواهد بود. اين ترك ها از دو جنبه مطلوب نمي باشند، اول آنكه در محيط هائي كه بتن در مجاورت عوامل فرسايش دنهده شيميائي است وجود ترك ها موجب خوردگي شديد آرماتورها خواهد گرديد. از جنبه ديگر گسترش ترك ها كاهش سختي خمش عضو را بدنبال داشته و خيز عضو را خواهد افزود. چنين اعضائي از نظر سرويس دهي، مطلوب نخواهند بود.

اين ويژگيهاي نامطلوب در اعضاي بتن آرمه معمولي، با ابداع شيوه پيش تنيدگي اصلاح شده است. يك عضو پيش تنيده بتن آرمه عضوي است كه تنش هائي از قبل در آن قرار داده شده باشد، اين تنش ها در تمامي طول عمر عضو با آن همراه است. فلسفه اين تنش هاي از پيش قرار داده شده، مقابله يا مخالفت با تنش هاي ناشي از بارهاي بهره برداري و حتي المقدور خنثي كردن اثر آنها مي باشد. بتن ماهياتاً عضوي فشاري است و مي توان مقاومت كششي آن را ناچيز دانسته و از آن صرفنظر نمود، پيش تنيدگي در واقع عضو را تحت نوعي فشار اوليه قرار مي دهد، بصورتيكه نتيجه آن كاهش تنش هاي كششي در مقطع به حد مجاز و يا اساساً حذف آنها خواهد بود. بدين صورت ترك خوردگي تحت بارهاي بهره برداري منتفي خواهد گرديد.

فولاد و بتن مورد مصرف در صنعت پيش تنيدگي؟

تاندون هاي پيش تنيدگي مي توانند متشكل از سيم ها،كابل ها و يا ميلگردها باشند. در صنعت پيش تنيدگي كابل هاي 7 سيمه متداول تر بوده و مشخصات آنها مطابق با استانداردهاي ASTM A416 مي باشد.

ميلگردها و سيم هاي پيش تنيدگي كمتر بعنوان فولادهاي اصلي در اعضاي پيش تنيده بكار برده مي شوند و مشخصات آنها را مي توان در استانداردهاي ASTM A421 و ASTM A722 جستجو نمود.

________________________________________

بتن مورد استفاده براي سازه هاي پيش تنيده اصولاً، داراي مقاومت فشاري بالاتري نسبت به اعضاي بتن آرمه معمولي مي باشد. حدود مقاومت فشاري براي نمونه 28 روزه استوانه اي استاندارد ASTM براي اعضاي پيش تنيده در حدود 280 تا 560 kg/cm2 است، در صورتيكه براي اعضاي معمولي بتن آرمه حدود اين مقاومت مشخصه، در محدوده 210 تا 280 kg/cm2 مي باشد. استفاده از بتن با مقاومت بالا در اعضاي پيش تنيده مي تواند داراي مزاياي مختلفي باشد. كه برخي از آنها به قرار زير است:

  •  عمده ترين مزيت بتن پيش تنيده پوشش دادن به دهانه هاي بزرگ مي باشد، در چنين دهانه هائي بار مرده بخش عمده اي از بارهاي طراحي را تشكيل مي دهد. با بكارگيري مقاومت بالاتر مي توان اعضاي ظريف تري طراحي نموده و به طرح اقتصادي تري دست يافت.
  • در اعضاي پس كشيده در محل مهاري هاي تاندون ها، تنش هاي لهيدگي در زير صفحات مهاري بسيار بالا مي باشد. براي جبران اين مسئله بايد سطح صفحات مهاري را افزود و يا مقاومت عضو را بالاتر بدست آورد، بعلت موارد ذكر شده در بند قبل معمولا راه حل دوم انتخاب مي گردد.
  •  استفاده از صنعت پيش ساختگي, براي توليد قطعات پيش تنيده رواج زيادي دارد, بدين لحاظ مي‌توان از مزيت ايجاد بتن با مقاومت بالا در اين صنعت استفاده نمود.

شيوه‌هاي مختلف پيش تنيدگي

– شيوه پيش کشيدگي (Pretensiong system)

– شيوه پس کشيدگي (Post-tensioning System)

اعضاي پس کشيده مي‌توانند بصورت يکپارچه توليد شده و يا بصورت قطعه‌اي بتن ريزي شوند. ساخته شدن يک عضو پيش کشيده (به اختصار) شامل مراحل زير است:

  • ابتدا قالب عضو آماده شده و تاندون‌هاي پيش تنيدگي در طول قالب، در مسير طراحي شده قرار مي‌گيرند، پس از آن تاندون‌ها تا حد مورد نياز تحت کشش واقع مي‌شوند, (نيروي اعمالي از طرف جک‌ها به تاندون‌ها را نيروي جک زند 1 ناميده و آنرا با Pj نمايش مي‌دهيم).
  • تاندون‌هاي کشيده شده در مرحله قبل از هر دو سو در دو تکيه‌گاه ثابت مهار مي‌شوند.
  • بتن‌ريزي عضو انجام شده و پس از آن مرحله عمل آوردن بتن 2 صورت مي‌پذيرد.
  • پس از رسيدن مقاومت بتن به حد مورد نياز و بوجود آمدن چسبندگي و اتصال کافي بين تاندون‌ها و بتن ريخته شده, گيره‌ها آزاد مي‌گردد و نيروي موجود در فولادهاي تحت کشش, به بتن انتقال داده مي‌شود، (مقاومت فشاري بتن در مرحلة انتقال نيروي پيش تنيدگي را با  نمايش مي‌دهيم).

در اين شيوه بمنظور جلوگيري از آسيب ديدن قالب‌ها, معمولاً قبل از مرحله چهارم قالب‌ها باز شده‌اند. با رسيدن مقاومت عضو  به  مي‌توان آن را براي تحمل بارهاي مورد نظر به محل نهائي برده و نصب نمود.

با توجه به توضيحات فوق قابل پيش بيني است که شکل دادن به تاندون‌ها در اين شيوه دشورا خواهد بود، بنابراين تاندون‌هاي پيش کشيدگي اغلب داراي مسيرهاي ساده‌تري مي‌باشند. در شکل زیر مسيرهاي متداول‌ تاندون‌ها براي اين شيوه آمده است. در اين شکل ها مرکز ثقل مجموعة تاندون‌ها با C.G.S نمايش داده شده است.

ساخته شدن يک عضو پس کشيده (به اختصار) شامل مراحل زير است:

  • ابتدا در داخل قالب عضو، فولادهاي معمولي جاي داده مي‌شوند. پس از آن غلاف‌هاي 1 توخالي در مسيرهاي پيش بيني شده براي تاندون‌ها قرار گرفته و به آرماتورهاي معمولي مهار مي‌شوند تا در هنگام بتن ريزي جابجا نگردند. اين غلاف‌ها پس از سخت شدن بتن فضاي کافي جهت عبور تاندون‌ها, در مسيرهاي مورد نظر را تأمين مي‌کنند.
  • بتن ريزي عضو انجام شده و پس از آن مرحلة عمل آوردن بتن صورت مي‌پذيرد.
  • پس از رسيدن مقاومت بتن به حد مورد نياز  فولادهاي پيش تنيدگي موجود در درون غلاف‌ها کشيده شده و نيروي بوجود آمده در آنها توسط گيره‌هاي مخصوص مهار مي‌گردد. اين گيره‌ها نيروي اعمالي را به صفحات مهاري انتقال داده آنها نيز نيرو را در سطح بتن توزيع مي‌نمايند.
  • براي آنکه اتصال کامل‌تري بين بتن و تاندون‌هاي پيش تنيدگي ايجاد گردد, معمولاً در اين مرحله دو غاب سيمان 2 تحت فشار زياد به درون غلاف‌ها تزريق مي‌شود.

با توجه به روش توليد اعضاي پيش کشيده، اين اعضا تنها براي دهانه‌هاي ساده قابل استفاده خواهند بود. در صورت تمايل به اتصال بين اعضاي پيش کشيده و يکسره کردن دهانه‌هاي مجاور، بايد از شيوة پس کشيدگي کمک گرفت. در شکل زیر نمونه‌اي از اشتراک اين دو شيوه براي ايجاد دهانه‌هائي يکسره نمايش داده شده است. همانگونه که در شکل مشاهده مي‌گردد شاهتيرهاي پيش ساخته پيش کشيده در محل تکيه‌گاه‌ها با کمک تاندون‌هاي پس کشيدگي اتصال داده شده‌اند و مي‌توانند در اين نقاط لنگر منفي را نيز تحمل نمايند.

تغييرات کرنش در بتن

  • کرنش‌هاي آني: که در اثر رفتار ارتجاعي بتن، بي‌درنگ با بارگذاري ايجاد مي‌گردند.
  • کرنش‌هاي دراز مدت : که در اثر استمرار بارگذاري، تغييرات شرايط رطوبتي و تغييرات دما ايجاد مي‌گردند.

خزش در بتن

فرض کنيد مطابق شکل يک نمونة استوانه‌اي بتني در لحظة t0 تحت تنش ثابت  قرار داده شده باشد و در طول زمان شرايط رطوبتي و دمائي بتن و محيط اطراف آن ثابت نگاه داشته شود.

شکل الف: نمونة تحت تنش ثابت با شرايط رطوبتي و دمائي ثابت                                     ب: دياگرام تغييرات تنش در طول زمان،                                              پ: دياگرام تغييرات کرنش در طول زمان.

جمع شدگي بتن

علاوه بر کرنش‌هاي ناشي از بارگذاري عضو و اثرات دراز مدت اين بارگذاري، کرنش‌هاي ناشي از جمع شدگي نيز حائز اهميت مي‌باشند. مفهوم جمع‌شدگي بتن که به آن افت يا آبرفتگي هم مي‌گويند، کاهش حجم بتن در اثر کاهش آب موجود در مخلوط بتن مي‌باشد. اين کاهش آب مي‌تواند ناشي از تبخير آب اختلاط و يا در نتيجة فرآيند هيدراسيون در بتن باشد. براي اعضاي بتني غيرمسلح که در ارتباط با اعضاي ديگر نباشند اين تغييرات حجمي فاقد اهميت است اما در اعضاي پيش تنيده اين پديده عوارضي را بدنبال خواهد داشت.

عوامل موثر بر جمع شدگي عبارتند از:

  •  با افزايش حجم سنگدانه‌ها در مخلوط بتن و يا استفاده از سنگدانه‌هاي درشت‌تر، جمع‌شدگي کاهش خواهد يافت، (زيرا مشابه با پديدة خزش، در اين مورد هم منشاء جمع شدگي را بايد در خمير سيمان جستجو کرد).
  •  کاهش نسبت وزني آب به سيمان در مخلوط بتن موجب کاهش جمع شدگي خواهد بود.
  • با افزايش رطوبت نسبي محيط، جمع‌شدگي کاهش خواهد يافت. هر گاه محيط اطراف بقدري مرطوب باشد که بتن مقداري آب جذب کند حجم عضو افزايش خواهد يافت، اين پديده را که عکس پديدة قبلي است تورم بتن مي‌نامند.
  • وجود آرماتورهاي معمولي در عضو، جمع شدگي را کاهش خواهد يافت.
  • وجود ناخالصي‌ها در سنگدانه‌هاي بتن و استفاده از بسياري از مواد افزودني (چاشني‌ها)، جمع‌شدگي را شدت خواهد بخشيد.

عوامل ناشي از جمع شدگي عبارتند از:

  • جمع شدگي بتن در تراز C.G.S، موجب کاهش يافتن مقداري از تنش‌هاي پيش تنيدگي در درون تاندون‌ها خواهد گرديد.
  • در سازه‌هاي معين پيش تنيده (با توجه به فرض يکنواختي جمع شدگي در مقاطع عضو) اين پديده اثر مستقيمي برخيز تيرها نخواهد گذاشت و تنها بصورت غيرمستقيم با تغيير دادن نيروي پيش‌تنيدگي برخيز تيرها اثر خواهد نمود.

تغييرات تنش در فولادهاي پيش تنيدگي

فولاد بعنوان ايده‌آل‌ترين مصالح ارتجاعي، در محدودة تنش‌هاي مجاز رفتاري ارتجاعي و خطي از خود نشان مي‌دهد. بنابراين چنين بنظر مي‌رسد که با مشخص بودن نيروي اعمالي از طرف جک (Pj)، و همچنين با فرض آنکه مجموعة بارهاي وارد بر عضو باندازه‌اي نباشند که در بتن ايجاد ترک‌هاي خمشي نمايند، مي‌توان با کمک موارد ذکر شده، تنش‌هاي موجود در تاندون‌ها را محاسبه نمود.

  • تاندون‌هاي چسبيده: تاندون‌هائي هستند که در تمامي طول خود داراي چسبندگي و اتصال کامل با بتن اطراف مي‌باشند.
  • تاندون‌هاي نچسبيده: تاندون‌هائي هستند که تنها بواسطة اتصال در نواحي محدودي، نيروي پيش تنيدگي را به بتن انتقال مي‌دهند.

بعنوان مثال در شيوة پس کشيدگي، قبل از تزريق دوغاب سيمان تاندون‌ها از نوع نچسبيده مي‌باشند، اما پس از آن به تاندون‌هاي چسبيده تبديل مي‌گردند.

اتلاف‌هاي نيروي پيش تنيدگي

  • اتلاف‌هاي ناشي از سرخوردن تاندون‌ها در گيره‌هاي مهاري
  •  اتلاف‌هاي اصطکاکي، ناشي از وجود انحناء‌هاي عمدي يا غيرعمدي در مسير تاندون‌هاي پس کشيدگي
  • اتلاف‌هاي ناشي از کوتاه شدن الاستيک بتن
  • اتلاف‌هاي ناشي از خزش در بتن
  • اتلاف‌هاي ناشي از جمع شدگي بتن
  • اتلاف‌هاي ناشي از وادادگي در تاندون‌هاي پيش تنيدگي

تغييرات در تنش فولادهاي پيش تنيدگي در اثر افزايش تدريجي بارها

با توجه به مباحث بخش‌هاي قبل مي‌توان نتيجه گرفت که با اندازه‌گيري نيروي اعمالي از طرف جک‌ها، مقدار fsj قابل محاسبه مي‌باشد و با محاسبة اتلاف‌هاي پيش تنيدگي در هر مقطع از عضو مي‌توان fse را تعيين نمود. در مرحلة بهره‌برداري از عضو که شامل اعمال بارهاي مردة اضافي و بارهاي زنده مي‌باشد، تنش موثر موجود در تاندون‌ها تنها تغييراتي بسيار جزئي خواهد نمود که در محاسبات عملاً از آنها صرفنظر مي‌نماييم. اين پديده دقيقاً مخالف رفتار اعضاي بتن آرمة معمولي مي‌باشد. زيرا در آنها افزايش بارهاي خارجي با افزايش تنش موجود در آرماتورها جبران خواهد گرديد. اما در اينجا اين سوال مطرح است که در اعضاي پيش تنيده افزايش بارهاي خارجي چگونه جبران مي‌شود؟

براي پاسخ دادن به اين سوال، تير پيش تنيدة موجود در شکل زیر را مورد توجه قرار مي‌دهيم. کلية بارهاي اعمالي به اين عضو با W نمايش داده شده است. فرض مي‌کنيم رفتار عضو کاملاً ارتجاعي بوده و موارد ذکر شده در بخش قبل برقرار باشد.

مقطع غيرمشخصي از اين عضو را مورد بررسي قرار داده، و نيروي پيش تنيدگي موجود در آن را با P نمايش مي‌دهيم. با فرض w=0 توزيع تنش‌هاي فشاري در مقطع مورد بررسي مطابق شکل خواهد بود، در اين شکل برآيند تنش‌هاي فشاري مقطع بتني با c نمايش داده شده است و با توجه به اصول استاتيک P=-C مي‌باشد. بعبارت ديگر اين دو نيرو در اين حالت کاملاً اثر يکديگر را خنثي مي‌نمايند.

آنالیز و طراحی اعضای خمشی پیش تنیده

اعضای پیش تنیدة مورد توجه در این رساله، اعضائی هستند که به صورت عناصر خمشی در عرشة پل های بتن آرمه بکار برده می شوند. بنابراین قبل از پرداختن به نحوة تحلیل و طراحی آنها به آشنایی با انواع بارهای اعمالی به آنها می پردازیم.

انواع بارهای اعمالی به سازة پل ها

در طول عمر مفید یک پل نیروهای مختلفی به آن اعمال خواهد گردید. بعضی از این نیروها ناشی از وزن اجزاء دائمی پل می باشند، برخی دیگر از این نیروها مرتبط به فلسفة طراحی پل بوده و بر اساس آنکه پل برای عبور وسایل نقلیه، یا عابر پیاده و یا کانال طراحی شده باشد انتخاب می گردند. عوامل طبیعی نظیر وزش باد، زمین لرزه، جریان آب و فشار خاک نیز سایر نیروهای محتملی هستند که سازة پل و همچنین هر یک از اجزاء آن بتنهایی، باید قادر به تحمل بحرانی ترکیب آنها باشند. در بخش سوم از آئین نامه AASHTO تمامی این بارها معرفی و همچنین نحوة ترکیب آنها نیز مشخص گردیده است.

روش های مختلف طراحی اعضای پیش تنیده

دو روش عمدة طراحی سازه های بتن آرمه عبارتند از:

  • روش تنش های مجاز (Working Stress Design)
  • روش مقاومت نهایی (Ultimate Stress Design)

اگر چه روش اول دارای سابقة طولانی تری می باشد اما امروزه عملاً برای ساختمان های معمولی کاربردی ندارد. در مقابل روش دوم در بین مهندسین محاسب رواج زیادی داشته و در آئین نامه بتن آمریکا جانشین روش اول گردیده است. علی رغم مطلب فوق در طراحی برخی از سازه های خاص نظیر سازه های هیدرولیکی که در آنها مسئله نشت آب بسیار اساسی است، روش دوم هنوز محتاطانه بکار گرفته می شود و در اینگونه موارد غالب طراحان روش اول را ترجیح می دهند.

By |2022-06-09T15:45:08+04:30آوریل 30th, 2022|Uncategorized|بدون ديدگاه
اطلاعات بیشتر

برخورد تونل مترو با سفره آبهاي زيرزميني در دشت تهران

به دلايل تاريخي شناخته شده اكثر شهرهاي بزرگ از جمله تهران بر روي زمينهاي نرم بنا شده اند. پيشرفت زمان و رشد فزاينده جمعيت اين شهرها نيز لزوم احداث فضاهاي زيرزميني جهت تاسيسات و ارتباطات شهري را امري اجتناب ناپذير شمرده است. لذا مهندسين طراح بايد با توجه به وضعيت زمين شناسي مهندسي منطقه ، سازه هاي سطحي ، حجم ترافيك ، سطح قيمتها ، كيفيت و كميت نيروي انساني ، زمان مجاز كار و … روش منطبق با شرايط مزبور انتخاب و يا احتمالا“ ابداع نمايند.

گرچه در سطح شهر تهران موانع طبيعي مانند رودخانه وجود ندارد كه آن نيز بر مشكلات موجود بيفزايد ، ولي وجود تعداد زيادي قنات دائر و باير ، چاههاي دفع فاضلاب و بالا آمدن سطح آبهاي زيرزميني از جنوب تا مركز شهر تهران ، كار اجرائي طرح را پيچيده تر كرده است.

بطور كلي راه حل هاي جلوگيري از نفوذ آب به داخل سازه ها در دو بخش كلي انجام شده:

  • تخليه آب بمنظور آماده سازي محل جهت احداث ساختمانهاي پيش بيني شده.
  • جلوگيري از نفوذ آب به داخل سازه هاي ساخته شده و آماده نمودن تاسيسات جهت بهره برداري مطابق با آئين نامه هاي  موجود.

شناخت وضعيت زمين شناسي و آبهاي زيرزميني در دشتهاي جنوب تهران

كلياتي در مورد وضعيت زمين شناسي مهندسي دشت هاي جنوب تهران :

منطقه تهران در پهنه اي بين دو وادي كوه و كوير (دامنه جنوبي البرز و دشتهاي شهريار و ورامين) واقع شده و حد طبيعي فضاي آن از دو طرف ديگر بوسيله دو رودخانه جاجرود و كرج مشخص مي شود. اين در رودخانه در نزديكي ورامين به يكديگر ملحق شده و به سوي درياچه فصلي واقع در كوير نمك جاري شوند.

شكل 1 – فضاي جغرافيايي تهران

در يك مقطع شمالي و جنوبي از پهنه تهران،پنج بخش مشاهده مي شود:

شكل 2

  • دامنه كوهستان شميرانات با شيب 10 تا 15 درصد
  • از تجريش تا تپه هاي عباس آباد با شيب 3 تا 5 درصد
  • از عباس آباد تا خيابان انقلاب
  • از انقلاب تا نزديكي ري با شيب 2 درصد
  • از ري تا ورامين با شيب بسيار ملايم 1 درصد كه تا كناره كوير ادامه مي يابد.

در يك نگرش كلي ، وضعيت رسوبات آبرفتي تهران از جنوب به سمت شمال به صورت زير است :

قسمت اعظم جنوب تهران را رسوبات ريز دانه رس و سيلت تشكيل داده (ML – CL) كه در اعماق مختلف داراي لايه هايي از شن و ماسه با ضخامتهاي متفاوت مي باشند. البته در قسمتهاي جنوبي تر گهگاه به رس با پلاستيسيته بالا (CH) نيز برخورد شده است عمده اين خاكها از نوع پيش تحكيم يافته مي باشند. در اين خاكها مواد گچي و آهكي به صورت پراكنده ديده شده است . اين امر موجب مشكل بودن حفاري دستي گرديده بطوريكه در حوالي بهشت زهرا گاها“ از قلم و چكش جهت كندن استفاده مي شود.

از جنوب به سمت شمال بر ميزان درشت دانه ها افزوده شده به نحوي كه درحوالي قورخانه،عمده خاك از شن ريز و ماسه به همراه مقدار كمي سيلت و رس تشكيل شده و در مناطق شمالي تر،قلوه سنگ و شن درشت نيز در بين روسوبات يافت مي شود.

بطور كلي خاكهاي نواحي مركزي و شمالي تهران عمدتا“ شن و ريگ همراه با مقداري مواد ريز دانه و آهكي بوده كه همين امر موجب مقاومت بالاي آن شده است اين مقدار ريز دانه باعث نامگذاري هاي مختلفي براي اين خاكها در طبقه بندي خاك (GW – GC – GP) گرديده است. در شكل 3 برش عرضي ، شمالي – جنوبي از شهر تهران ملاحظه مي شود.

شكل 3

وضعيت آبهاي زيرزميني در دشتهاي جنوب تهران:

جريان آب بداخل تونل

بطور كلي مساله آب زيرزميني در احداث تونل در مناطق شمالي و مركزي تهران وجود نداشته مگرآنكه در شمال به چينه هاي با تراوايي كم و در مركز به قناتهاي فعال برخورد شود كه آنهم بطور موضعي بوده و باعايق نمودن آن بخش از تونل و يا منحرف ساختن قنات رفع خواهد شد.

اما در جنوب تهران بعلت سيلتي و رسي بودن خاكها و وجود خاكهاي دستي احتمالي در مسير تونل و با توجه به بالا بودن سطح آب،ضروري است كه سطح آب زيرزميني پايين انداخته شود كه اين امر در حال حاضر توسط سازمان آب تهران با بكارگيري چندين چاه پمپاژ بطور شبانه روزي در مسير چهار راه گلوبندك تا خيابان شوش انجام مي گيرد.البته سازمان آب تهران در نظر دارد تا با احداث حدود 40 كيلومتر كانال و سيفون، آب اين منطقه را بطرف جنوب غربي (حوالي پشت فرودگاه مهر آباد) هدايت و مشكل اين منطقه را بطور اصولي حل نمايد. بدين ترتيب زمينهاي جنوب غربي تهران نيز از خطر خشك شدن رهايي خواهند يافت.

نفوذ آب به سازه هاي متروي تهران عمدتا“ از منابع به شرح زير ميباشد :

  • نزولات جوي و آبهاي سطحي
  • آبهاي زيرزميني
  • قنات و كانالهاي جمع آوري آبهاي سطحي
  • نشت آب از شبكه لوله كشي آب تهران
  • نشت آب از فاضلاب ها و آب نماها

روشهاي حفاري متداول در حفر تونلهاي متروي تهران

بطور كلي تونل هاي متروي تهران به سه روش حفاري با سپر ، روش ايراني (روش جديد اتريشي اصلاح شده) و روش ترانشه باز اجرا مي شود.

  • روش ترانشه باز معمولا“ در نقاطي كه مسير مترو كاملا“ در زير امتداد يك خيابان و يا يك منطقه غير مسكوني است اجرا مي شود در اين روش ابتدا خاكبرداري از سطح تا عمق راديه تونل انجام سپس تونل با مقطع نعل اسبي و يا چهارگوش ساخته شده و پس از اجراي لايه آب بندي،خاكريزي تا سطح اوليه صورت مي گيرد.
  • روش حفاري با سپر معمولا“ در بخشهاي مركزي و پرترافيك شهر اجرا مي شود در اين روش حفاري به صورت دايره اي به قطر 9 متر انجام شده وبراي نصب قطعات بتني از 18 جك در پايين و 12 جك در بالا استفاده مي شود. سپس در پشت قطعات بتني ، عمل تزريق با فشار حدود پنج اتمسفر انجام ميگيرد. طول دستگاه 65 متر،وزن آن 650 تن و زاويه چرخش بيل 360 درجه ميباشد.
  • در روش ايراني يا روش جديد اتريشي اصلاح شده ابتدا بخش فوقاني تونل در هر وهله 8/0 تا 2/1 متر پيشروي كرده سپس يك شبكه توري فلزي پيرامون بخش حفاري شده پهن مي شود. در مرحله بعد يك قاب فلزي سه تكه در پيشاني كار نصب و با چند مهار طولي به قاب قبلي متصل مي شود. سپس مجددا“ يك شبكه توري ديگر بر روي قاب گسترده شده و در نهايت با اجراي شاتكريت در بين دو شبكه حفاظت موقت تكميل ميگردد. در بخش تحتاني كه با فاصله اي نسبتا“ زياد حدود 200 متر از بخش فوقاني انجام مي شود ( اين تفاوت اصلي اين روش با روش جديد اتريشي است چرا كه معمولا“ در روش اتريشي اين فاصله بسياركم است) طول هر وهله حفاري حدود 3 تا4 متر بوده اما قابها درست در زير قابهاي فوقاني نصب شده و به آنها جوش داده مي شوند تا در پايان يك حلقه بسته را دور تا دور تونل تشكيل دهند.

گسيختگيها و فرو ريزشها در روش جديد اتريشي:

در تونلهاي اجرا شده به روش جديد اتريشي كه پيشروي حفاري بخش فوقاني در دوره هاي حدودا“يك متري انجام و اجراي كامل حفاظ موقت با تاخير زماني حدودا“ هشت ساعت بعد از حفاري صورت ميگيرد، غالبا“ ريزشهاي كره اي يا گنبدي شكلي با ارتفاع متوسط حدود 50 سانتيمتر رخ مي دهد. در تونلهايي كه با ماشين حفار بطور تمام مقطع اجرا ميشوند نيز ريزشهاي گوه اي شكل در تاج تونل در سينه كار به ابعاد حدودا“ 50 سانتيمتر رخ مي دهد.

شكل 4- ابعاد مقطع و مراحل حفاري تونل به روش جديد اتريشي اجرا شده در تونلهاي مترو

براي ساخت تونل در محدوده شهري دو گزينه وجود دارد : روش حفر و پوشش و روش تونلزني

  • روش حفر و پوشش :كه اقتصادي ترين روش براي ساخت تونل است مي تواند بدون مشكل ژئوتكنيكي خاصي مورد استفاده قرار گيرد.احداث تونل به اين روش دربرخي از مسيرها بسته به نوع خاك منطقه و شرايط زمين مستلزم استفاده از فنوني مانند: ايجاد ديوار ديافراگمي،خشك اندازي و تزريق دوغاب ميباشد.استفاده از روش حفر و پوشش ( COVER & CUT ) در صورتيكه مشكل عبور از لايه هاي فاقد چسبندگي آبدار وجود نداشته باشد،راهكار عملي و ارزاني بوده ، بدون نياز به ماشين آلات و تجهيزات خاص قابل اجرا مي باشد.

در شكل هاي 6 و 7 چگونگي ساخت تونل با روش حفر و پوشش در مناطق با سطح ايستايي (به ترتيب) پائين و بالا نشان داده شده است.

شكل 5

شكل 6

  • روش تونلزني : كه راهكاري گرانتر ميباشد،مزيت ايجاد مزاحمت حداقل را بر محيط زيست و زندگي شهري دارد. تونلزني در سازندهاي سنگي،داراي برون زد در بخش هاي جزيي شهر، مي تواند با روش سنتي و با بكارگيري ماشين تونلزني كله گاوي صورت گيرد. در حاليكه، براي تونلزني در سازندهاي آبرفتي نرم،بويژه در رسوبات بدون چسبندگي آبدار،بكارگرفتن ماشين تونلزني سپر تعادل فشار خاك و يا گلاب بهترين راهكار عملي می باشد

حفر تونل با روش هاي سنتي

  • سازندهاي سنگي
  • سازندهاي آبرفتي

تونلزني با ماشين

  • سازندهاي سنگي
  • سازندهاي آبرفتي

روشهاي عايق بندي ( ايزولاسيون ) تونلهاي مترو در برابر نفوذ آب :

روش سگمنت گذاري و تزريق پشت سگمنت (Grouting)

هدف از انجام عمل تزريق:

به طور كلي عمل تزريق با دو هدف اساسي انجام ميشود.

  •  محكم كاري و ايجاد اطمينان از نظر ايمني براي مثال در سدهايي كه براي كنترل آب زده ميشود فشار قائم بسيار بالايي از طرف آب موجود در پشت سد به ديواره سد وارد ميشود و يا در تونلهاي معادن زيرزميني و نيز در تونلهاي مترو فشار لايه هاي بالايي زمين به قسمتهاي سقف و ديواره تونل وارد ميشود كه در صورت عدم محكم كاري و تامين ايمني ممكن است خسارات جاني و مالي جبران ناپذيري به بار آورد.

با انجام عمل تزريق هم فضاي خالي پشت سگمنتها پر ميشود و هم با نفوذ دوغاب در لايه هاي آبرفتي كه در اثر حفاري دچار به هم خوردگي در ساختارشان شده اند باعث استحكام لايه هاي آبرفتي پشت سگمنتها ميشود.

  • عايق بندي تونل در برابر نفوذ آب حاصل از برف و باران . وقتي دوغاب از گمانه ها تزريق ميشود و در فضاهاي خالي پخش شود به صورت عايقي از ورود آب به داخل تونل جلوگيري ميشود.

كاربردهاي تزريق درچه مواردي است:

همانطور كه در بالا گفته شد موارد استفاده از تزريق در سدها و تونلهاي مترو و در برخي از تونلهاي معادن زيرزميني است.

انواع تزريق از نظر ساختار ديواره داخلي تونل:

پوشش نگهدارنده داخلي تونل مترو ممكن است سگمنتي باشد و يا به صورت Lining اجراء شود در روش دوم ديواره داخلي تونل بعد از حفاري ، آرماتوربندي و قالب بندي ميشود و سپس با بتن پر ميشود و ليكن اجراي اين روش مستلزم صرف زمان زيادي ميباشد. در نهايت براي كار تزريق ، ساختار سگمنتي يا آرماتوري ديواره تونل فرق چنداني نمي كند.

تعريف سگمنت و كليد و طرز قرارگيري آنها در يك حلقه يا رينگ:

سگمنت در واقع قطعات بتن پيش ساخته اي است كه به دليل سهولت كار از آن استفاده ميشود به اين صورت كه بتون را در قالبهاي مخصوص ميريزند و پس از خشك شدن و سفت شدن آنها را در داخل تونلها با بولتهايي به هم وصل مي كنند و به اين طريق ديواره يا در واقع پوشش نگهدارنده داخلي تونل ساخته ميشود.طرز وصل كردن اين سگمنتها به يكديگر در داخل تونل به اين شكل است كه در قسمتهاي انتهايي اين سگمنتها سوراخهايي تعبيه شده است كه پيچهايي با ضخامت بالا داخلي انها قرار مي گيرد و توسط مهره هايي سفت و محكم بسته ميشوند.

توضيح ميكسرها و همزنها و كارشان :

راي آماده سازي و تهيه دوغاب از دستگاهاي ميكسر و همزن استفاده ميشود.روش كار چنين است كه ابتدا آب و سيمان و روان كننده با نسبتهاي تعيين شده در طرح داخل ميكسر ريخته ميشود و احيانا“ در صورت نياز مقداري هم ماسه همراه با آنها داخل ميكسر ريخته ميشود. در انتهاي ميكسر در قسمت پائين آن پره اي وجود دارد كه در حال چرخش است و باعث مخلوط شدن آب و مصالح خشك ميشود. بعد اين مخلوط وارد دستگاه همزن ميشود كه در آنجا يك ميله همراه با پره هايش از بالا نصب شده است كه در داخل ظرف همزن مي چرخد و باعث ميشود كه سيمان و احيانا“ ماسه به طور كامل در آب مخلوط شوند و يك مخلوط يك دست كه غلظت درتمام نقاط آن يكسان است بدست آيد كه دوغاب ناميده ميشود ، ضمن اينكه اينكار از ته نشين شدن سيمـان و مصـالـح در داخـل ظرف همزن جلوگيري مي كند. سپس دوغاب از همزن خارج مي شودو مراحل بعدي را تا تزريق به داخل گمانه طي مي كندكه در بخشهاي بعدي به آنها توجه خواهد شد.

پمپهاي توليد فشار و پمپهاي فشار شكن و توضيح كار آنها

پمپهاي ايجاد فشار يكي از اعضاي سيستم انتقال دوغاب به گمانه است كه توسط آن دوغاب از دستگاه همزن بيرون كشيده ميشود و پس از عبور از خود پمپ با فشار معيني در مسير شلنگهاي انتقال ، پمپاژ ميشود. اساس كار اين پمپ سليندرهايي است كه در آن قرار دارند و با حركت مداوم پيستون در داخل اين سليندرها فشار لازم به دوغاب وارد ميشود. تعداد اين سليندرها معمولا“ 2 يا 3 عدد است.چون كار پمپاژ دوغاب به وسيله اين پمپها (بعضي از اين پمپها) مدام قطع و وصل ميشود و تناوبي است لازم است كه يك كپسول فشار شكن در سر راه ، بعد از پمپ توليد فشار قرار گيرد تا اين فشار را يكنواخت نمايد و در واقع دوغاب با يك فشار ثابت انتقال پيدا كند. البته در مورد پمپهاي ايجاد فشار قديمي اين موضوع صدق مي كند ولي پمپ هاي جديدتر كه در حال حاضر توليد ميشوند هر دو اين كارها را با هم انجام مي دهند و نيازي به پمپ فشارشكن نيست و خود پمپ توليد فشار دوغاب را با فشار ثابتي پمپاژ مي كند.

تعريف اصطلاح خورند در كارهاي تزريق:

در تمام كارهاي تزريقي چه تزريق تونلهاي مترو و معدن و چه تزريق در سدها تعريف يكساني براي اصطلاح خورند وجود دارند و آن هم عبارتند از مقدار حجم دوغاب در زمان معين كه در هر مرحله اي از تزريق بتوان به داخل گمانه يا محل مخصوص حفاري شده فرستاد و تزريق كرد در تونلها دوغاب به داخل گمانه تزريق ميشود ولي در سدها در راستاي ديواره سد از دو طرف حفاري مي كنند و دوغاب را به داخل آن تزريق مي كنند كه به هر حال به حجم دوغاب مصرفي در يك زمان معين در اين تزريقها خورند گويند و اگر مصرف دوغاب يك گمانه زياد باشد مي گويند خورند بالا است و بر عكس اگر مصرف دوغاب كم باشد مي گويند خورند پائين است.

حداكثر زماني كه ميتوان كار را به طور موقت تعطيل كرد:

دلايلي كه مي تواند باعث تعطيلي و توقف موقت كار تزريق شود عبارتند از : قطع برق براي مدت كوتاه ، گرفتگي در سيستم انتقال به هر دليل ، نشتي و بيرون زدگي دوغاب در قسمتي در آنجا تزريق انجام ميشود ، ايجاد هر گونه اشكال و خرابي در سيستم دستگاههاي همزن ، ميكسر و پمپ ، آسيب ديدگي يكي از افراد گروه تزريق و …

مسئله مهمي كه در اين بخش به آن توجه شده است اين است كه به هر دليلي از دلايل ذكر شده در بالا كار تزريق موقتا“ متوقف شود ، زمان توقف به قدري باشد كه دوغاب موجود در ميكسر و همزن خودش را نگيرد سفت نشود و قابل استفاده براي كار تزريق باقي بماند.

بر حسب آئين نامه بتن ايران ( آبا ) از مدت زمان 45 دقيقه به بعد گيرش بتن آغاز ميشود. بنابر اين به هر يك از دلايل بالا كه كار متوقف شود بايد ظرف مدت حداكثر 45 دقيقه هر گونه اشكال ايجاد شده بر طرف شود و كار تزريق دو باره ادامه پيدا كند. در غير اين صورت به اصطلاح گيرش و سفت شدن بتن شروع ميشود و اين بتن ديگر قابليت استفاده جهت كار تزريق را از دست مي دهد.

انجام تست آب در انتهاي كار براي اطمينان از عايق بندي تونل :

در انتها ، كه همه كارهاي لازم جهت عايق بندي تونل در برابر نفوذ آب به داخل آن بر روي آن انجام شد، يعني بعد از تزريق در سه مرحله و نيز استفاده از Penetron براي اطمينان كامل از صحت عايق بندي تونل،  روي آن يك تست آب انجام مي دهند كه به اين تست آب آزمايشهاي لوژن و لوفران نيز گفته ميشود. براي انجام اين تست ، روش كار چنين است كه ابتدا يك گمانه در قسمت تاج تونل و در فواصل مشخص شده در طرح و با عمق معين شده در طرح ، حفاري مي كنند ( مانند گمانه زني در مراحل سه گانه تزريق ) و سپس همانند انجام كار تزريق عمل مي كنند ، فقط با اين تفاوت كه در اينجا به جاي تزريق دوغاب ، آب را به داخل گمانه هاي حفاري شده تزريق مي كنند. وقتي آب با فشار به داخل گمانه پمپاژ ميشود ، در صورتي كه در قسمتي از ديواره تونل عايق بندي كامل نباشد و حفره يا درز كوچكي وجود داشته باشد ، آب از آن قسمت شروع به نشت كردن و بيرون زدن مي كند. به اين شكل ايرادات كار عايق بندي تونل نمايان ميگردد. و مهندسين ناظر مستقر در داخل تونل مترو به دقت اين محلهاي بيرون زدگي آب را تشخيص داده و نشتي موجود در آن قسمت از ديواره تونل را با استفاده از روشهايـي كـه گفتـه شد بر طرف مي كنند.

بنابراين پس از انجام مرحله تست آب و بر طرف كردن نشتي هاي احتمالي ، درصد خطاي كار عايق بندي تونل مترو به حداقل مي رسد. اگر مهندسان اين چنين پروژه هاي تشخيص دهند كه قسمتهايي از تونل مترو در تماس مستقيم و يا بسيار نزديك ، با آبهاي موجود در سطح ايستابي آن منطقه است، و خطر نفوذ و نشتي آب در آن بخشها از تونل بيشتر است ، مي توانند براي افزايش اطمينان از كار ، تست آب را براي بار دوم هم انجام دهند. با افزايش مراتب انجام تست آب درصد خطاي عايق بندي تونل به صفر ميل مي كند.

By |2022-06-11T10:39:08+04:30آوریل 27th, 2022|Uncategorized|بدون ديدگاه
اطلاعات بیشتر

سازه های باز شونده و جمع شونده

    سازه‌هاي فضايي را مي‌توان به عنوان برگي بر گرفته از طبيعت دانست، فرم‌هاي طبيعي از صلبيت فوق العاده اي برخوردارند واز حداقل مصالح براي حداكثر استفاده سازه اي بهره مي‌گيرند. سبكي و نصب سريع، چند منظوره بودن، تنوع در شكل و طرح عدم  نياز به نيروي زياد در مراحل نصب و برچيدن، سهولت حمل ونقل، قابليت استفاده در ابعاد ودهانه‌هاي مختلف و … از جمله عواملي مي‌باشند كه استفاده روز افزون اين نوع سازه‌ها را در دنياي علم و فن آوري توجيه پذير مي‌سازند.

تعريف سازه‌هاي فضايي باز شونده و جمع شونده

   يك سازه باز و جمع شونده تشكيل شده است از قطعات پيش ساخته يا المان‌هايي كه مي‌توانند باز و بسته شوند و در حالت‌هاي از پيش تعيين شده قرار بگريند ضمن اين كه توانايي تحمل بار را نيز دارند.

موارد كاربرد سازه‌هاي فضايي باز شونده و جمع شونده

   براي اين كه كاربردهاي مختلف اين نوع سازه‌ها را بررسي ‌كنيم ابتدا بايد موارد نياز و همچنين مزاياي آنها در مقايسه با انواع سازه‌ها مورد مطالعه قرار بگيرد و سپس كاربردهاي مختلف آنها ذكر شود.

موارد نياز به سازه‌هاي باز شونده و جمع شونده

   سازه‌هاي باز شونده و جمع شونده زير مجموعه اي از آن دسته از سازه‌ها هستند كه به سرعت و سهولت قابل نصب بوده و مي‌توان آنها را به راحتي براي استفاده مجدد جمع آوري كرد نياز به چنين سازه‌هايي از زمان‌هاي قديم وجود داشته است. يعني از هنگامي‌كه قبايل چادر نشين براي يافتن مرتع و چراگاههاي بهتر از جايي به جايي ديگر نقل مكان مي‌كردند سازه‌هاي كوچك وسبك و متراكم شده اي مانند سياه چادرها، خيمه سرخ پوستان و چادر كروي عشاير چنين نيازي را بر آورده مي‌كردند، اكثر اين سازه‌ها با وصل كردن ميله‌هاي راست ساده در روي زمين به يكديگر نصب شده و با پارچه‌ها ي سخت پوشيده مي‌شوند. باز كردن و نصب آنها براي ابعاد متوسط هر چند .وقت زيادي نمي‌گرفت اما به هر حال وقت گير بود، مخصوصا در شرايط نامساعد آب وهوايي مشكل آفرين مي‌نمود.

مزاياي سازه‌هاي فضايي باز شونده و جمع شونده

   مي‌توان بر اساس نحوه ساخت و استفاه مزاياي زير را براي اين نوع سازه‌ها ذكر كرد:

1- پيش ساخته بودن

2- سبك وكم حجم بودن

3- سهولت حمل ونقل

4- نصب سريع و آسان

5- عدم نياز به نيروي متخصص و تجهيزات كم براي نصب و برچيدن سازه

6- قابليت جمع آوري و انتقال و نصب مجدد

7- نوع در شكل و طراحي

8- قابليت استفاده در ابعاد وانداره‌هاي مختلف

9- چند منظوره بودن

موارد استفاده

   برخي از كاربردهاي مورد  انتظار براي اين نوع سازه‌ها عبارتند از:

1-  سرپناههاي اضطراري

2-  پل‌هاي اضطراري

3-  ساختمان‌ها در نقاط پرت و دور دست

4- گنبدها و يا چليك‌هاي كروي و سهموي ثابت و متحرك

5- پوشش‌هاي محافظتي موقت

6-  جرثقيل‌ها، پله‌ها، برج‌ها، و دكل‌هاي باز و جمع شونده

مكانيزم‌هاي مختلف در سازه‌هاي باز شونده و جمع شونده

   به طور كلي مي‌توان سازه‌هاي باز شونده و جمع شونده را از لحاظ مكانيزم و طرح اوليه به چند دسته تقسيم كرد كه در زير به آنها اشاره مي‌كنيم.

مكانيزم‌هاي چتري

   ايده  و طرح اين دسته از سازه‌ها بر اساس عملكرد چتر ساده باران مي‌باشد و شامل يك پايه ثابت و يا متحرك بوده كه گرد آ گرد آن گروهي از ميله‌ها وجود داشته و بوسيله لغزاندن يك گره در امتداد پايه به سمت بالاي آن باز مي‌شود البته سازه‌هاي چتري ديگري نيز وجود دارند كه با استفاده از مكانيزم‌هاي ديگر مانند مكانيزم المان قيچي سان (SLE)ساخته مي‌شوند كه به آنها مكانيزم چتري نمي‌گويند.

مكانيزم المان‌هاي تا شونده مفصلي (زانويي)

   اين مكانيزم شامل ميله‌هايي است كه وقتي مكانيزم باز مي‌شود مفصل‌هايي كه دو ميله را به هم متصل كرده اند طوري قفل مي‌شوند كه دو ميله مانند قطعه پيوسته منفرد عمل كند.

مكانيزم المان‌هاي قيچي سان

   اصول كار اين مكانيزم بر اساس عملكرد پانتو گراف مي‌باشد، براي استفاده سازه اي از اين مكانيزم بايد آن را محدود نمود تا قابليت باربري پيدا كنند و پايدار شود.

طرح گره‌ها و اتصالات و روش‌هاي باز و بسته كردن سازه

   يكي از مباحث مهم در طراحي سازه‌هاي فضايي مساله طراحي اتصالات و گره‌ها مي‌باشد در سازه‌هاي باز شونده و جمع شونده نيز طرح گره‌ها از قسمت‌هاي مهم طراحي سازه محسوب مي‌شود و نوع اتصالات انتخابي مي‌تواند اثر زيادي در عملكرد سازه و قابليت‌ها و محدوديت‌هاي آن داشته باشد.

مسئله ديگر در طرح سازه‌هاي باز و جمع شونده روش‌هاي مورد استفاده براي باز و بسته كردن سازه است براي اين كار مي‌توان از روش‌هاي مختلفي كه بعضا بر حسب محدوديت‌ها و شرايط خاص در نحوه استفاده از سازه انتخاب مي‌شوند استفاده كرد از جمله اين روش‌ها مي‌توان استفاده از جك‌هاي هيدروليكي يا دستي، استفاده از موتورهاي الكتريكي، استفاده از كابل و استفاده از وزن سازه و … را نام برد.

طراحي هندسي سازه هاي فضايي بازشونده وجمع شونده

   در اين قسمت اصول كلي و روابط هندسي و رياضي براي طراحي سازه‌هاي فضايي باز شونده و جمع شونده مورد بررسي قرار مي‌گيرد اين اصول و روابط مرهون تلاش دانشمندان بسياري همچون گنتس و كونتوپلو مي باشد، سپس به فرموله كردن آنها براي طراحي سيستماتيك انواع سازه‌هاي باز شونده و جمع شونده تخت و مسطح خواهيم پرداخت.

اصول كلي و روابط هندسي

  كار خود را با يك مجموعه ساده متشكل از دو المان قيچي سان نشان داده شده در شكل (2-1-1) شروع مي‌كنيم.

شكل (2-1-1) يك مكانيزم سازه بازشو متشكل از دو المان قيچي سان

  بنابراين چنانچه واحد شماره 1 را به همان صورت نشان داده شده ثابت نگه داريم، مفصل مياني واحد شماره 2 يعني نقطه p2 براي ارضا شرط سازگاري مي‌تواند در محل‌هاي مختلفي قرار گيرد و تنها شرط هندسي اين است كه بايد مجموع فواصل گره p2 تا نقاط R و S با مقدار ثابت L1+L/ 1  برابر باشد، همانطور كه مي‌دانيم مكان هندسي نقاطي كه مجموع فواصل آنها تا دو نقطه ثابت، مقداري مشخص باشد يك بيضي است كه آن دو نقطه ثابت كانون‌هاي اين بيضي هستند، بنابراين چنانچه در شكل a)2-1-2) نشان داده شده است نقطه p2 مي‌تواند هر نقطه اي از نقاط محيط بيضي به كانون‌هاي R و S باشد.

شكل (2-1-2 a،b) نمايش صوري شرايط سازگاري هندسي در المانهاي قيچي سان

شكل 2-1-2b  يك بيضي با پارامترهاي مربوطه را نشان مي‌دهد، براي طراحي هندسي سازه‌هاي باز شونده و جمع شونده در شكل‌هاي دلخواه و مورد نظر مي‌توان مانند شكل (2-1-3) از اصول گفته شده در مورد بيضي استفاده نمود و با المان‌هاي قيچي سان، شكل مورد نظر در حالت باز شده را ايجاد كرد. از اين مساله مي‌توان در حالت 3 بعدي نيز استفاده كرد وبجاي بيضي از بيضيگون استفاده نمود.

شكل (2-1-3) يك مجموعه بازشونده وجمع شونده با شكل فرضي دلخواه

طراحي هندسي در شبكه‌هاي فضايي تخت مشكل از واحدهاي چند ضلعي منتظم

   براي ساخت شبكه‌هاي فضايي تخت باز شونده و جمع شونده مي‌توان از بهم پيوستن واحدهاي چند ضلعي منتظم استفاده كرده و به طرحهايي با نقشهاي متنوع و زيبا دست يافت. در اينگونه شبكه‌ها از نقش‌هايي مي‌توان استفاده نموده كه در آن يك يا چند نوع چند ضلعي منتظم با اضلاع برابر بكار رفته باشند همچنين وجود اضلاع قطري در اين چند ضلع‌هاي منتظم مي‌تواند سبب ايجاد خود ايستايي در حالت باز شده وهمچنين افزايش سختي و مقاومت و پايداري سازه شود بنابراين اقطار چند ضلعي‌هاي مزبور نيز در طراحي اين سازه‌ها در نظر گرفته مي‌شوند حال چنانچه نقش‌هايي با خصوصيات فوق الذكر داشته باشيم مي‌توان المان‌هاي قيچي سان را جايگزين اضلاع و اقطار چند ضلعي‌هاي مزبور كرده و به شبكه‌هاي فضايي باز شونده و جمع شونده دست يافت، اگر بخواهيم فقط از يك نوع چند ضلعي متنظم با اعضاي قطري آنها استفاده كنيم فقط سه طرح قابل ايجاد خواهد بود كه هر يك متشكل از واحدهاي مثلث شكل يا مربع شكل و يا شش ضلعي خواهندبود.

رفتار سازه هاي باز شونده و جمع شونده در مرحله باز و بسته شدن

   اجزاي سازه‌هاي فضايي باز شونده و جمع شونده متشكل از المان‌هاي قيچي سان در مرحله باز و بسته شدن تحت تغيير شكل‌هاي داخلي و در نتيجه تنش‌هاي داخلي قرار مي‌گيرند، چنانچه اين تنش‌ها از حدود معيني بالاتر روند ممكن است سبب ايجاد مفاصل پلاستيك و خرابي سازه و يا نياز به نيروهاي زياد تر براي باز و بسته كردن سازه شوند. بنابراين مرحله باز و بسته شدن سازه بايد به عنوان يك بخش اساسي از طراحي اينگونه سازه‌ها مد نظر قرار گيرد، براي تعيين نيروهاي ايجاد شده در قسمت‌هاي مختلف يك سازه در اين مرحله به انجام يك آناليز غير خطي هندسي با تغيير شكل‌هاي بزرگ  نياز داريم و چنانچه اطلاعات دقيق تري از رفتار سازه و پارامتر‌هاي موثر بر آن در اين مرحله داشته باشيم مي‌توان قبل از انجام آناليز غير خطي و در مرحله طراحي هندسي، پارامترهاي مزبور را بگونه اي انتخاب كرد كه سازه رفتاري مطلوب و مورد  نظر ما داشته باشد.

تحليل و طراحي

براي طراحي سازه‌هاي فضايي باز شونده جمع شونده نيز به نتايج آناليز سازه نيازمنديم اما وجود گره‌هاي لولايي در ميان المان‌هاي قيچي سان يكي از مشكلات اساسي در آناليز سازه‌هاست، چنانچه مي‌دانيم در اكثر نرم افزارهاي آناليز سازه‌ها گره‌هاي قابل معرفي در سازه  يا مفصلي و يا صلب و يا فنري مي‌باشند در حاليكه در سازه‌هاي باز شونده وجمع شونده، گره‌هاي مياني المان‌هاي قيچي سان مانند اتصال لولاي يك قيچي عمل مي‌كند. اما چنانچه مي‌دانيم گاهي اوقات ممكن است با ترفندها و شگردهايي خاص و با استفاده از انعطاف پذيري برنامه كامپيوتري كاري را انجام دهيم كه در ظاهر امكان پذير نبوده است.

همان گونه كه مي‌دانيم سازه‌هاي باز شونده و جمع شونده از نوع سازه‌هاي فضايي بوده و تعداد المان‌ها و گره‌هاي آنها بعضا ممكن است بحدي زياد باشد كه برنامه‌هاي كامپيوتري معمول جوابگوي آن نباشد، دگرگوني‌هاي وسيعي كه توسط كامپيوتر در قلمرو و تحليل و طراحي و بهينه يابي سازه اي به وجود آمده است تا زماني كه همزمان با آنها در توليد داده‌هاي ورودي كه امري وقت گير، كسل كننده و مستعد خطاست، پيشرفتي حاصل نشود با يكديگر هماهنگ نخواهند شد.

روند طراحي سازه‌هاي باز شونده و جمع شونده

اصل اساس در طراحي اعضا سازه‌ها اينست كه چنانچه تنشها در هر نقطه اي از سازه به تنش‌هاي تسليم برسند، سازه به حد نهايي عملكرد خود رسيده است از اين رو از ضرايب اطمينان استفاده نموده و حد نهايي مجاز تنش‌هاي سازه را با تنش‌هاي مجاز براي اعضا مختلف مشخص مي‌كنند بنابراين بايد در طراحي اعضا ماكزيمم تنش‌هاي حاصله در هر يك از اعضا را كنترل نمود تا از حد تنش‌هاي مجاز براي آن عضو كمتر باشد، همچنين بايد براي اطمينان از پايداري، در محل‌هايي كه با نيروهاي فشاري در اعضا مواجه هستيم مساله كمانش كنترل شود. البته در برخي آيين نامه‌هاي طراحي اين كنترل‌ها بطور ضمني در ارائه تنش‌هاي مجاز و نسبتهاي لاغري مجاز انجام شده است.

By |2022-05-21T14:07:46+04:30آوریل 18th, 2022|Uncategorized|بدون ديدگاه
اطلاعات بیشتر

مطالعات فاز صفر هيدروليک و سازه پل رودخانه ای

مقدمه

محدوده مطالعاتي رودخانه و پل مطالعاتي در شکل ‏4‑1 و شکل ‏4‑2 نمايش داده شده است. پل موجود با ابعاد 2 دهانه 22 متر و پايه­ هاي مستطيلي با دماغه مدور به قطر 5/1 متر بوده و پل مطالعاتي به موازات اين پل و با فاصله کمي در بالادست آن قرار مي ­گيرد. بدليل نزديکي و فاصله کم، اين دو پل عملکرد هيدروليکي يکپارچه ­اي خواهند داشت. لذا در مدلسازی هيدروليکي بصورت يکپارچه در نظر گرفته شده­ اند.

E:Mohebzadeh ProjectsTaha ProjectsAhvaz-Andimeshk RailwayBridge km 694+960and 2WMS- Bridge km 694+960 Hydraulics3.jpg

شکل ‏4‑1:تصوير ماهواره ­اي محدوده پل کيلومتر 960+694 محور راه­ آهن

E:Mohebzadeh ProjectsTaha ProjectsAhvaz-Andimeshk RailwayBridge km 694+960and 2WMS- Bridge km 694+960 Hydraulics2.jpg

شکل ‏4‑2: تصوير ماهواره ­اي محدوده پل کيلومتر 960+694 محور راه ­آهن

E:Mohebzadeh ProjectsTaha ProjectsAhvaz-Andimeshk RailwayBridge km 694+960and 2WMS- Bridge km 694+960 Hydraulics1.jpg

شکل ‏4‑3: تصوير ماهواره­ اي محدوده پل کيلومتر 960+694 محور راه­ آهن

E:Mohebzadeh ProjectsTaha ProjectsAhvaz-Andimeshk RailwayBridge km 694+960and 2WMS- Bridge km 694+960 HydraulicsPlan- Linear.bmp

شکل ‏4‑4: مدل مفهومي پلان رودخانه محدوده مطالعاتي پل کيلومتر 960+694 در نرم­افزار WMS – نمايش توپوگرافي با خطوط ارتفاعي

E:Mohebzadeh ProjectsTaha ProjectsAhvaz-Andimeshk RailwayBridge km 694+960and 2WMS- Bridge km 694+960 HydraulicsPlan- Colorfill.bmp

شکل ‏4‑5: مدل مفهومي پلان رودخانه در محدوده مطالعاتي پل کيلومتر 960+694 در نرم­افزار WMS – نمايش توپوگرافي با طيف رنگي

مشخصات جريان در محدوده مطالعاتي

مقدمه

به علت اهميت محدوده مورد مطالعه، خطاهاي ناشي از استفاده از روش­ هاي دستي ممکن است قابل توجه باشد؛ لذا براي تعيين مشخصات و تحليل جريان، مدل­هاي نرم­افزاري WMS و HEC-RAS بکار رفته است که نتايج بدست آمده در ادامه ارائه شده است.

ضريب زبري مانينگ مقطع جريان در مقطع اصلي جريان، برابر با 035/0 و در سيلاب دشت دو طرف نيز، برابر با 035/0 در نظر گرفته شده است که بر اساس شرايط فيزيکي، هندسي و مورفولوژيک حاکم بر رودخانه در بازه مطالعاتي تعيين شده است.

شکل ‏4‑6: مدل مفهومي پلان رودخانه در محدوده مطالعاتي پل کيلومتر 960+694 در نرم­ افزار HEC-RAS

2-2-2- مشخصات هيدروليکي و آبشستگي واريانت 2 دهانه 22 متر


شکل ‏4‑7:مدل مفهومي سه ­بعدي رودخانه در محدوده مطالعاتي پل کيلومتر 960+694 در شرايط وقوع سيلاب طراحي 100 ساله در نرم­ افزار HEC-RAS – واريانت 2 دهانه 22 متر

شکل ‏4‑8: مدل مفهومي پروفيل رودخانه در محدوده مطالعاتي پل کيلومتر 960+694 در شرايط وقوع سيلاب طراحي 100 ساله در نرم­ افزار HEC-RAS – واريانت 2 دهانه 22 متر

شکل ‏4‑9: مشخصات جريان در شرايط وقوع دبي حداکثر لحظه­اي سيل 100 ساله در نماي بالادست کيلومتر 960+694 پل در نرم ­افزار HEC-RAS – واريانت 2 دهانه 22 متر

شکل ‏4‑10: مشخصات جريان در شرايط وقوع دبي حداکثر لحظه­اي سيل 100 ساله در نماي پايين ­دست پل کيلومتر 960+694 در نرم­ افزار HEC-RAS – واريانت 2 دهانه 22 متر


جدول ‏4‑1: مشخصات جريان دبي حداکثر لحظه­اي سيل 100 ساله رودخانه در محدوده مطالعاتي پل کيلومتر 960+694 – واريانت 2 دهانه 22 متر

جدول ‏4‑2: مشخصات آبشستگي پل کيلومتر 960+694 در شرايط وقوع دبي حداکثر لحظه­اي سيل 100 ساله در نرم افزار HEC-RAS – واريانت 2 دهانه 22 متر

فصل پنجم: مشخصات فنی

مقطع عرضي پل

عرض پل در محور جدید که به فاصله 8 متر از آکس پل موجود قرار دارد برابر با 60/5 متر می باشد. هم چنین در طرفین پل از قرنیز به عرض 40 سانتیمتر استفاده می گردد. در شکل 5 مقطع عرضی پل نشان داده شده است.

شکل ‏5‑1: مقطع عرضی پل

آيين نامه ها و استاندارد هاي مورد استفاده

آيين نامه هاي و استانداردهاي مورد استفاده در طراحي عبارتند از :

آيين نامه بارگذاري پل هاي راه و راه آهن – نشريه شماره 139 سازمان برنامه و بودجه

آيين نامه آشتو

آيين نامه طرح پل های راه و راه آهن در برابر زلزله – نشریه 463 سازمان برنامه و بودجه

خصوصیات مصالح

با مراجعه به آیین نامه بتن ایران، مخفف به “آبا” در رابطه با بخش های بتنی، و آئین نامه آمریکائی (AASHTO2002) و در رابطه با بخش های مختلف بتنی و فولادی پل ها و منظور نمودن مشخصه‌های قطعات بتنی و فولادی به شرح زیر، طراحی این بخش ها صورت می گیرد.

بتن مسلح

انواع بتن مورد استفاده در سازه پل و میلگرد لازم برای مسلح کردن آنها ، به ترتیب زیر معرفی می شوند.

الف- بتن ها، بسته به محل های مصرفشان، عبارتند از : (B400) ، (B350) ، (B300) و (B250)

ب- میلگرد مورد نیاز مسلح کردن بتن ، از نوع آجدار (AIII) با حد جاری شدن حداقل4000 کیلوگرم بر سانتی متر مربع، در نظر گرفته می شود.

فولاد

فولاد مصرفی از نوع فولاد ST37 با حد جاری شدن 2400 کیلوگرم بر سانتی متر مربع و فولاد ST52 با حد جاری شدن 3600 کیلوگرم بر سانتی متر مربع منظور می‌گردد.

کابل های مصرفی در تیر های پیش ساخته بتنی با مقاومت نهایی 18900 کیلو گرم بر سانتیمتر مربع و از نوع گرید270 و مطابق استاندارد ASTM A416 باشد.

بارگذاری

بار مرده

شامل وزن تمامي اجزاي باربر و غير باربر تشکيل دهنده مقطع عرشه و زیر سازه پل می باشد که شامل دو گروه بارهای مرده مرحله اول و بارهای مرده مرحله دوم مي شود. بار مرده مرحله اول ناشي از وزن تيرهاي طولي، دال عرشه بوده و بار مرده مرحله دوم ناشي از وزن دیافراگم ها و تیرهای عرضی، بالاست، ریل و تراورس، عايقکاري، قرنیز و نرده می باشد.

بار زنده

بر اساس نشریه شماره 139 برای ابنیه فنی راه آهن به جای بار حقیقی قطار، از بار فرضی معادل مطابق شکل 6 استفاده می شود که از آن به عنوان ” بارگذاری استاندارد ” یاد می شود. این بار شامل 4 بار متمرکز 25 تنی به فواصل 6/1 متر و بار گسترده 8 تن برمتر در ابتدا و انتها می باشد.

Train Load Model (1)

شکل ‏5‑2: بارگذاری استاندارد قطار ایران

فصل ششم: گزینه های مختلف پل

فصل ششم

گزینه های مختلف پل

کليات

برای پل مورد مطالعه گزینه های مختلفی برای زیرسازه و عرشه در نظر گرفته شده است. بررسی گزینه‌های مختلف پل عمدتاً با بررسی نوع مصالح عرشه، طول دهانه درنظر گرفته شده برای عرشه انجام‌ می‌گیرد.

مشخصات کلی پل اعم از عرشه، پایه و کوله

با توجه به مسايل اجرائي و شرايط محيطي محل احداث پل، امكان طراحي پل با مصالح بتني و فلزي امكان پذير مي باشد.

سیستم عرشه پل

در مورد عرشه پل تنوع بسیار زیادی وجود دارد که از نظر رفتار سازه‌ای، تحت بارهای وارده در دو حوزه مختلف طبقه‌بندی خواهند شد :

1) عرشه‌های نامعین استاتیکی که دارای دهانه‌های پیوسته بوده و دارای معایب و مزایای زیر هستند :

مزایا

اقتصادی‌تر و ظریف‌تر بودن عرشه پل به جهت توزیع لنگرهای عرشه در کل عرشه پل

ارائه کیفیت بهتر بهره‌‌برداری به جهت حذف درزهای انبساط

ارائه ضریب اطمینان بالاتر در برابر تخریب کلی سازه در برابر بارهای غیرمنتظره و لرزه‌ای

معایب

حساسیت سازه‌ پل در برابر انبساط و انقباض ناشی از تغییرات دما که موجب تنش زیاد در سازه پل خواهد شد.

حساسیت سازه ‌پل در برابر نشستهای احتمالی تکیه‌گاهی که باعث ایجاد تنش در سازه خواهد شد.

نیاز به دقت بالا در اجرای پل

2) عرشه‌های معین استاتیکی که دارای معایب و مزایای زیر هستند :

مزایا

حساس نبودن سازه در برابر انبساط و انقباض ناشی از تغییرات دما

حساس نبودن سازه در برابر نشستهای تکیه‌گاهی

عدم نیاز به دقت بالای اجرای پل به اندازه سازه‌های نامعین

معایب

ارائه کیفیت پایین بهره‌برداری به علت وجود درزهای انبساط

غیر اقتصادی‌تر بودن عرشه پل

ارائه ضریب اطمینان پایین‌تر در برابر تخریب کلی سازه در برابر بارهای غیرمنتظره و لرزه‌ای

عرشه هاي پل بتن مسلح معمولاً به صورت دال توپر يا مجوف و يا به صورت تير و دال بتني درجا ساخته مي شوند كه اين نوع عرشه ها با توجه به شكل تيرها، محل ساخت و نيز سيستم قالب­بندي داراي تنوع زيادي بوده و استفاده از آنها داراي محاسن فراواني مي­باشد كه از محاسن آن مي توان استفاده از پيش ساختگي و افزايش سرعت ساخت و در نتيجه كاهش هزينه اقتصادي، در دسترس بودن كليه مصالح لازم در نزديكي محل پروژه و عدم نياز به تخصص اجرايي بالا ذكر كرد.

مي توان با پيش تنيده كردن عرشه پل هاي بتني علاوه بر بهره بردن كامل از مقاومت فشاري بتن ابعاد مقاطع بتني را نيز كاهش داد. پيش تنيدگي بتن مي تواند به صورت پيش كشيدگي يا پس كشيدگي در عرشه پل هاي بتني اعمال گردد. اين پيش تنيدگي علاوه بر داشتن مقاطع ظريف با وزن كم و دهانه‌هاي بزرگتر تغيير شكل كمتري نيز نسبت به حالت بتن پيش ساخته مسلح داراست.

سازه فلزي نيز مي تواند به عنوان يك سيستم پيشنهادي ديگر از نظر جنس مصالح مطرح باشد كه به علت سرعت اجرا و ظريف بودن مقاطع و امكان پوشش دهانه‌هاي بزرگ به عنوان گزينه خوبي براي طرح سازه پل مطرح شود. اما اجراي سازه ­ي پل به صورت فلزي معايبي نيز داشته كه هزينه بالاي اجراي آن نسبت به گزينه‌هاي ديگر و هزينه بالاي نگهداري در زمان بهره برداري از جمله آنها مي باشند.

امكان پيش ساخته نمودن قسمت هاي اصلي سازه فلزي و كنترل كيفيت جوش ها و اتصالات در كارخانه و وزن كم حمل و مونتاژ سريع آن در محل پروژه نيز مي توان از ديگر مزاياي سازه فلزي برشمرد.

کوله و پایه پل

در پروژه هاي پلسازي عموماً به دليل هزينه كمتر در اجرا و عدم نياز به نگهداري پر هزينه، كوله ها و پايه‌ها از نوع بتني ساخته مي­شوند.

پايه هاي مياني مي­تواند به شكلهاي مختلف مانند تك ستون دايروي، چند ستون دايروي قابی شکل، ديواري شكل و غيره ساخته شوند. در برخي از موارد كه نياز به پيوستگي پايه با سيستم عرشه پل فلزي و قاب شدن كل مجموعه می باشد، مي­توان از پايه هاي فلزي نيز استفاده نمود.

كوله ها نيز مي تواند به صورت كوله وزني، كوله بسته و كوله باز طرح و محاسبه گردد. ديوارهاي كوله وزني عموماً به دليل وزن بالا و حجم زياد بتن مصرفي در آنها براي ارتفاعهاي كمتر از 4 متر استفاده مي­گردند. در سيستم كوله بسته، ديواره قائم كوله وظيفه مقابله با فشارهاي جانبي خاك و انتقال نيروهاي عرشه و جانبي خاك به فونداسيون را دارا می باشد. در اكثر موارد وجود دو ديوار برگشتي در پشت كوله وظيفه حفظ خاك پشت كوله و جلوگيري از ريزش آن را به طرفين برعهده دارد. در اين نوع كوله ها به دليل بهره بردن از مقاومت كششي آرماتورها ابعاد ديوار و فونداسيون بسيار كمتر از حالت وزني آن مي باشند.

در حالت كوله باز به دليل عبور خاك از بين ستون هاي كوله فشار جانبي خاك كمتري نسبت به حالت كوله بسته خواهيم داشت به اين ترتيب بسته به ارتفاع خاكريز قسمتي از دهانه پل توسط خاك پر مي شود. به دليل كاهش فشار جانبي خاك در اين حالت ابعاد كوچكتري براي كوله خواهيم داشت.

مشخصات کلي گزينه هاي پيشنهادي براي پل

با توجه به موارد ذکر شده در بالا در ادامه به بررسی گزینه‌های مطالعه شده پرداخته خواهد شد. در گزینه های ارائه شده از مدول های مختلفی متناسب با دهانه های پل موجود استفاده شده است که شامل دهانه های 75/21 متری با عرشه بتنی و فلزی دو سر ساده و عرشه فلزی سرتاسری، و دهانه 50/43 متری با عرشه فلزی دو سر ساده، می باشند.

واريانت اول ( پل با 2 دهانه 75/21 متری و عرشه شامل 4 تیر بتنی پیش ساخته I شکل و کوله بسته در طرفین)

در این گزینه تابلیه پل مرکب از 4 تیر بتنی پیش ساخته با مقطع I شکل و ارتفاع ثابت 70/1 متر و دال بتنی مسلح درجاریز به ضخامت متغیر 25 سانتیمتر در وسط و 30 سانتیمتر در کناره می­باشد‌ که با یکدیگر به صورت کامپوزیت عمل می‌نمایند. فاصله تیرهای طولی از یکدیگر برابر 20/1 متر و طول قسمت طره ای دال برابر 0/1 متر می­ باشد. سیستم سازه ای عرشه به صورت ایزواستاتیکی بوده به شکلی که شاه تیرهای طولی در محل تکیه گاه بر روی نشیمنگاه های الاستومری قرار می­ گیرند و رفتار مفصلی- غلطکی را دارا می باشد.

پایه های کناری در این گزینه از نوع کوله بسته و با ضخامت متغیر 1 متر در بالا و 5/1 متر در پایین و به ارتفاع 4/6 متر از روی فونداسیون تا نشیمنگاه تیر می باشد. کوله بر روی فونداسیون عمیق با سرشمع به ضخامت 20/1 متر و ابعاد 00/5 × 60/5 متر که برروی 4 شمع به قطر 100 سانتیمتر و عمق 30 متر می باشد، قرار دارد. پایه میانی بصورت تک پایه و متشکل از یک ستون لوبیایی شكل به ابعاد کلی 5/1 × 0/3 متر و ارتفاع 90/5 متر از روی فونداسیون تا سرستون می باشد. پایه میانی بر روی فونداسیون عمیق با سرشمع به ضخامت 20/1 متر و ابعاد 0/5 × 0/5 متر که برروی 4 شمع به قطر 100 سانتیمتر و عمق 30 متر می باشد، قرار دارند. این گزینه به لحاظ تعداد دهانه و طول دهانه کاملا مطابق با پل موجود می باشد.

مزایــــــا 1- عدم نیاز به چوب بست در زیر پل برای اجرای عرشه

2- عدم حساسیت زیاد پل به نشست‌های نامتقارن تکیه‌گاهی به دلیل سیستم معین استاتیکی عرشه پل

3- سهولت اجرای ساخت تیرهای بتنی مسلح از نظر عدم نیاز به استفاده از تجهیزات خاص جهت اجرای آن و تجربه فراوان پیمانکاران در ساخت این نوع تیرها
معا یـــب 1- امکان ایجاد ترک های کششی در تیرها نسبت به تیرهای بتنی پیش تنیده

2- وزن زیاد تیرها نسبت به گزینه‌ تیرهای فولادی

واريانت دوم ( پل با 2 دهانه 75/21 متری ساده و عرشه شامل 4 تیرورق فلزی I شکل )

در این گزینه تابلیه پل مرکب از 4 تیرورق فلزی با مقطع I شکل و ارتفاع ثابت 20/1 متر و دال بتنی مسلح درجاریز به ضخامت متغیر 25 سانتیمتر در وسط و 30 سانتیمتر در کناره می­باشد‌ که با یکدیگر به صورت کامپوزیت عمل می‌نمایند. نوع فولاد مصرفی در شاهتیرهای این گزینه فولاد ST37 می باشد. فاصله تیرهای طولی از یکدیگر برابر 20/1 متر و طول قسمت طره ای دال برابر 0/1 متر می­باشد. سیستم سازه ای عرشه به صورت ایزواستاتیکی و دو سرساده بوده به شکلی که شاهتیرهای طولی در محل تکیه گاه بر روی نشیمنگاه های الاستومری قرار می­گیرند و رفتار مفصلی- غلطکی را دارا می­باشد. در تابلیه از تیرهای عرضی به فاصله هر 5/6 متر استفاده می شود. این تیرها وظیفه توزیع بارهای زنده و جانبی و بالا بردن مقاومت عرشه‌ در برابر پیچش را دارند.

پایه های کناری در این گزینه از نوع کوله بسته و با ضخامت متغیر 1 متر در بالا و 5/1 متر در پایین و به ارتفاع 85/6 متر از روی فونداسیون تا نشیمنگاه تیر می باشد. کوله بر روی فونداسیون عمیق با سرشمع به ضخامت 20/1 متر و ابعاد 0/5 × 60/5 متر که برروی 4 شمع به قطر 100 سانتیمتر و عمق 30 متر می باشد، قرار دارد. پایه میانی بصورت تک پایه و متشکل از یک ستون لوبیایی شكل به ابعاد کلی 5/1 × 0/3 متر و ارتفاع 35/6 متر از روی فونداسیون تا سرستون می باشد. پایه میانی بر روی فونداسیون عمیق با سرشمع به ضخامت 20/1 متر و ابعاد 0/5 × 0/5 متر که برروی 4 شمع به قطر 100 سانتیمتر و عمق 25 متر می باشد، قرار دارند. این گزینه به لحاظ تعداد دهانه و طول دهانه کاملا مطابق با پل موجود می باشد.

مزایــــــا 1- سرعت و سهولت ساخت تیرهای فلزی از نظر عدم نیاز به استفاده از تجهیزات خاص جهت اجرای آنها و تجربه فراوان ساخت این نوع تیرها توسط پیمانکاران

2- به دلیل ظریف بودن مقاطع تیرهای طولی نسبت به گزینه های بتنی، بار مرده عرشه به مراتب کمتر شده که به اقتصادی شدن سیستم زیرسازه پل کمک خواهد کرد

3- عدم حساسیت زیاد پل به نشست‌های نامتقارن تکیه‌گاهی به دلیل سیستم معین استاتیکی عرشه پل

4- کنترل کیفیت ساخت حین اجرای بهتر نسبت به سازه های بتنی
معا یــــب 1- هزینه نگهداری در طول مدت بهره برداری

2- هزینه بالاتر ساخت نسبت به گزینه‌های بتنی

واريانت سوم ( پل با 2 دهانه 75/21 متری سرتاسری و عرشه شامل 4 تیرورق فلزی I شکل )

در این گزینه تابلیه پل مرکب از 4 تیرورق فلزی با مقطع I شکل و ارتفاع متغیر 0/1 متر در پایه های کناری و 20/1 متر در پایه میانی و دال بتنی مسلح درجاریز به ضخامت متغیر 25 سانتیمتر در وسط و 30 سانتیمتر در کناره می­باشد‌ که با یکدیگر به صورت کامپوزیت عمل می‌نمایند. نوع فولاد مصرفی در شاهتیرهای این گزینه فولاد ST37 می باشد. فاصله تیرهای طولی از یکدیگر برابر 20/1 متر و طول قسمت طره ای دال برابر 0/1 متر می­باشد. سیستم سازه ای عرشه به صورت نامعین و شاهتیرهای طولی در محل پایه میانی بصورت پیوسته اجرا می گردند. در تابلیه از تیرهای عرضی به فاصله هر 5/6 متر استفاده می شود. این تیرها وظیفه توزیع بارهای زنده و جانبی و بالا بردن مقاومت عرشه‌ در برابر پیچش را دارند.

پایه های کناری در این گزینه از نوع کوله بسته و با ضخامت متغیر 1 متر در بالا و 5/1 متر در پایین و به ارتفاع 05/7 متر از روی فونداسیون تا نشیمنگاه تیر می باشد. کوله بر روی فونداسیون عمیق با سرشمع به ضخامت 20/1 متر و ابعاد 0/5 × 60/5 متر که برروی 4 شمع به قطر 100 سانتیمتر و عمق 30 متر می باشد، قرار دارد. پایه میانی بصورت تک پایه و متشکل از یک ستون لوبیایی شكل به ابعاد کلی 5/1 × 0/3 متر و ارتفاع 45/6 متر از روی فونداسیون تا سرستون می باشد. پایه میانی بر روی فونداسیون عمیق با سرشمع به ضخامت 20/1 متر و ابعاد 0/5 × 0/5 متر که برروی 4 شمع به قطر 100 سانتیمتر و عمق 25 متر می باشد، قرار دارند. این گزینه به لحاظ تعداد دهانه و طول دهانه کاملا مطابق با پل موجود می باشد.

مزایــــــا 1- سرعت و سهولت ساخت تیرهای فلزی از نظر عدم نیاز به استفاده از تجهیزات خاص جهت اجرای آنها و تجربه فراوان ساخت این نوع تیرها توسط پیمانکاران

2- به دلیل ظریف بودن مقاطع تیرهای طولی نسبت به گزینه های بتنی، بار مرده عرشه به مراتب کمتر شده که به اقتصادی شدن سیستم زیرسازه پل کمک خواهد کرد

4- کنترل کیفیت ساخت حین اجرای بهتر نسبت به سازه های بتنی
معا یــــب 1- هزینه نگهداری در طول مدت بهره برداری

2- هزینه بالای ساخت نسبت به گزینه‌های بتنی

3- حساسیت پل به نشست‌های نامتقارن تکیه‌گاهی به دلیل سیستم معین استاتیکی عرشه پل

واريانت چهارم ( پل با 1 دهانه 5/43 متری و عرشه شامل 2 تیرورق فلزی جعبه ای)

در این گزینه تابلیه پل مرکب از دو تیرورق فلزی با مقطع جعبه ای با ارتفاع ثابت 8/1 متر و دال بتنی مسلح درجاریز به ضخامت متغیر 25 سانتیمتر در وسط و 30 سانتیمتر در کناره می­باشد‌ که با یکدیگر به صورت کامپوزیت عمل می‌نمایند. سیستم سازه ای عرشه به صورت ایزواستاتیکی بوده به شکلی که شاه تیرهای طولی در محل تکیه گاه بر روی نشیمنگاه های الاستومری قرار می گیرند و رفتار مفصلی- غلطکی را دارا می باشد. نوع فولاد مصرفی در شاه تیرهای این گزینه فولاد ST52 می باشد. لازم به ذکر است که شاه تیرهای طولی دارای بال پایین به عرض 50/1 متر و دو جان قائم به فاصله محور به محور 40/1 متر می باشند. در تابلیه از تیرهای عرضی به فاصله هر 8 متر استفاده می شود. این تیرها وظیفه توزیع بارهای زنده و جانبی و بالا بردن مقاومت عرشه‌ در برابر پیچش را دارند. در بالای مقطع تیرهای طولی جهت افزایش صلبیت مقطع تیر از مهاربندی ضربدری با زاویه 45 درجه در صفحه­ای موازی دال استفاده می­شود.

پایه های کناری در این گزینه از نوع کوله بسته و با ضخامت متغیر 1 متر در بالا و 5/1 متر در پایین و به ارتفاع 25/6 متر از روی فونداسیون تا نشیمنگاه تیر می باشد. کوله بر روی فونداسیون عمیق با سرشمع به ضخامت 50/1 متر و ابعاد 00/6 × 0/6 متر که برروی 4 شمع به قطر 100 سانتیمتر و عمق 35 متر می باشد، قرار دارد.

مزایــــــا 1- عدم حساسیت زیاد پل به نشست‌های نامتقارن تکیه‌گاهی به دلیل سیستم معین استاتیکی عرشه پل

2- کنترل کیفیت ساخت حین اجرای بهتر نسبت به سازه های بتنی

3- مقاومت پیچشی بالای این مقطع به نسبت با دیگر مقاطع و امکان استفاده از این مقطع در پلهای دارای قوس افقی در پلان
معا یــــــب 1- هزینه بالای نگهداری در طول مدت بهره برداری

2- نیاز داشتن به جرثقیل‌های بلند و سنگین جهت اجرا به دلیل وزن سنگین تیرها

3- هزینه بالای ساخت نسبت به گزینه‌های بتنی

4- دشواری ساخت مقطع تیرهای جعبه ای از نظر نیاز به استفاده از تجهیزات خاص و تجربه پیمانکار جهت اجرای آن
By |2021-05-13T01:07:16+04:30می 13th, 2021|Uncategorized|بدون ديدگاه
اطلاعات بیشتر
Go to Top