Innovative Bridge Design Handbook Construction, Rehabilitation and Maintenance

با وجود مصالح جدید، روش های اجرایی خلاقانه و تحقیق در دیگر زمینه های جدید علمی و مهندسی (مثل مهندسی هوا فضا، مهندسی مواد و مواردی از این دست)، مهندسی پل بالاترین زمینه فکری را در بین زمینه های مختلف سازه ای ارائه می دهد. به علاوه، با افزایش تقاضا برای ساخت زیرساخت های جدید یا مقاوم سازی سازه های موجود در سراسر جهان، تمایل به کار در زمینه مهندسی پل نیز، از هر دو جنبه اقتصادی و سیاسی، گسترش قابل توجهی یافته است.
کتاب راهنمای طراحی نوآورانه پل ها، ساخت، بازسازی و نگهداری نقطه اوج 10 سال کار چالش برانگیزی است که نویسنده هنگامی که دریافت هنوز کار جامعی در ادبیات فنی، از جمله نظری، طراحی، ساخت، تحقیق و توسعه و خلاقیت، بر روی پل های نوع جدید انجام نگرفته، آن را آغاز کرد. من هیچ راهنمای قابلی را با مطالب مفید در بازار مشاهده نکردم، چرا که این راهنماها معمولا شامل مطالب بسیار زیادی هستند و پاسخی دقیق به سوالات موجود مربوط به تجربه هر روزه در نظریه و اجرای مهندسی پل و طراحی ارائه نمی دهند. من متوجه شدم که باید کتاب مرجع جدیدی ارائه بدهم که با مسائل جدیدی که ممکن است به وجود بیاید، به روز شود که به ویرایش اول این کتاب انجامید.

در ابتدا سعی داشتم با توجه به صرف چند سال تحقیق در کتاب ها و مقالات در خلال دوره های دکترا و پسا دکترا به تنهایی کتابی در این موضوع بنویسم. سپس متوجه شدم که بسیاری از همکارانم، از جمله مهندسان و اعضای هیئت علمی از سراسر جهان، همین ایده را داشتند و به دنبال نوشتن کتابی در مورد مهندسی پل و طراحی خلاقانه آن بودند. نه دفترچه راهنما، بلکه کتاب مرجعی که در آن دانشجویان، اعضای هیئت علمی و مهندسان بتوانند مطالب مفیدی در مورد موضوعات مهندسی پل نه فقط از دیدگاه دانشگاهی بلکه شامل تحقیق و کار در صنعت ارائه دهند. آماده سازی این کتاب با ارتباطات فراوانی که بین دیگر نویسندگان و من صورت گرفته بسیار فشرده انجام گرفته است.

پس از 5 سال، ما متوجه شدیم که پیشرفت های بسیار زیادی در مهندسی پل و سازه انجام شده که نیاز به ارائه ویرایش دوم احساس شد.

امیدوارم که این کار نهایی، در ابراز تفکرات و اهداف ما موفق بوده باشد. تمامی فصل ها در کتاب راهنمای طراحی نوآورانه پل ها، ساخت، بازسازی و نگهداری به وسیله متخصصان زمینه های خود، یعنی مهندسان و اعضای هیئت علمی که به طور بی نقصی در مورد یافته های خود تحقیق کرده اند، نوشته و ارائه شده است. اگر به دنبال بهترین کتاب راهنمای طراحی و تحقیق در این زمینه هستید، می توانید هر چیزی که نیاز است در مورد طراحی پل ها، مهندسی، ساخت و ساز و تحقیق و توسعه بدانید را در این کتاب بیابید.

این کتاب یک کتاب معمولی نیست چرا که هر فصل آن دانش موجود حاضر، تاریخچه آن و مسائل مورد انتظار در آینده را در هر موضوعی شرح می دهد. اغلب فصل ها تحقیق و نوآوری ها را با توجه به هر موضوع یا سمت و سوی تحقیقات و چیزی که بازار دیکته می کند توضیح می دهد. گاهی اوقات این دو جنبه با هم اتفاق می افتند و در دیگر شرایط اصلا این طور نیست. من شخصا هر کدام از مشارکت کنندگان را از بین افراد برجسته در زمینه تخصصی خود در سراسر جهان انتخاب کرده ام و کتاب حاضر را جمع آوری نموده ام.

مطالب کتاب راهنمای طراحی نوآورانه پل ها، ساخت، بازسازی و نگهداری جمعا در 34 فصل گرد آورده شده است که در ادامه توضیحاتی در مورد برخی از فصل های آن ارائه خواهد شد.

فصل 2: بار بر روی پل

در این فصل، مطالب مربوط به بارگذاری ها ارائه شده است که شامل مدل ها و مقادیر بارهای مربوط به ترافیک راه، فعالیت های عابرین، ترافیک ریلی، اثرات دینامیکی و سانتریفیوژی، ترمزگیری و شتاب گرفتن وسایل نقلیه می شود. بارهای اعمال شده ای که در آیین نامه ها و استانداردها تعریف شده اند با قصد استفاده برای طراحی پل های جدید، از جمله پایه پل، تکیه گاه، دیوار روزده، دیوار جانبی، دیوار پهلویی و پی ها استفاده می شوند. در جایی که بارهای ترافیکی کاهش یافته را می توان در حین ارزیابی سازه ای استفاده و در محدودیت های ترافیکی جدید برای پرهیز از مقاوم سازی پل و یا ساخت مجدد آن به کار برد، کماکان پرسش های بدون پاسخی وجود دارد.

فصل 5: نظریه سازه ای پل و مدلسازی آن

مهندسی پل و فرآیند طراحی آن با تعدادی آیین نامه درگیر است که همگی بی شک بر پایه نظریه تحلیل سازه استوار است. این فصل با جذاب ترین جنبه های تحلیل سازه ای پل ها سروکار دارد. سپس، بر نظریه روش اجزای محدود (FEM) و کاربرد آن در پل ها برای تاکید اهمیت این ابزار طراحی تمرکز می کند که معمولا توسط مهندسان پل در کاربردهای هر روزه شان استفاده می شود.

فصل 11: پل های فولادی و کامپوزیتی

پل های فولادی یک راه حل طراحی هستند که می توانند تمام ظرفیت های لازم را کنترل کنند. مزیت های پل های فولادی شامل پی کوچک آن ها، ساخت سریع و موثر آن به دلیل صنعتی بودن کار، سادگی تخریب و استفاده دوباره از مصالح آن، کنترل بیشتر بر اعضای آن، سازه های فرعی و اتصالات و سبکی آنها در مقایسه با پل های کلاسیک بتنی می شود. برای دهانه های کوچک و متوسط، عمدتا از شاه تیر و سازه خرپا می توان استفاده نمود. شاه تیر تجاری یا ساخته شده با ورق با روسازه ساخته شده از عرشه های بتن مسلح کامپوزیتی، راه حلی هستند که برای پل های با دهانه 30 تا 100 متر به طور گسترده استفاده می شوند. شاه تیرهای ساخته شده با پروفیل قوطی، برای دهانه های بزرگتر از 100 متر به دلیل سختی پیچشی بهبود یافته و رفتار آیرودینامیکی آن مناسب ترند. برای دهانه های بزرگتر از 250 متر، عرشه متعامدی که بر روی یک شاه تیر قوطی قرار گرفته راه حلی عملی است. همچنین، پل های با سازه خرپایی نیز به عنوان راه حلی عملی و اقتصادی، مخصوصا برای پل های ریلی به کار گرفته می شوند.

فصل 14: پل های قوسی

پل های قوسی را می توان به عنوان اعضای سازه ای با قوس قائم و تحت فشار محوری در دهانه کانال ها، راه ها یا راه آهن ها تعریف کرد. پل های قوسی را می توان بر اساس شکل قوس آن ها به سه دسته طبقه بندی کرد: پل با عرشه قوسی، پل میان گذر قوسی و پل نیمه میان گذر قوسی. مشخصه های اصلی شناسایی یک پل قوسی، دهانه مشخص، بالا آمدگی قوس طراحی و نسبت بالا آمدگی به دهانه هستند.

فصل 18: پل های متحرک

توضیحی کوتاه از انواع پل های متحرک:

پل بالابری

پل بالابری برای دهانه های بزرگ مفیدند ولی فاصله آزاد آن ها به وسیله برج بالابرنده محدود شده است که حتی زمانی که پل بسته است، بر محیط اثر زیادی می گذارند. کابل هایی که پل و وزنه تعادل را به هم متصل می کنند، ممکن است دچار ساییدگی شوند.

پل گردان

پل های گردان نیز برای دهانه های بزرگ مفیدند و فاصله آزاد را هم محدود نمی کنند. معایب پل گردان شامل موارد زیر می شود:

• زمانی که باز می شوند، در طول دهانه اصلی خود، خاکریز را اشغال می کنند.
• به دلایل هندسی، امکان داشتن پل های مجزا برای راه آهن و بزرگراه در فاصله نزدیک به هم وجود ندارد.

پل باسکولی

پل های باسکولی ممکن است یک باله و یا دو باله باشند و همچنین برای دهانه های بزرگ بدون محدود کردن فاصله آزاد مناسب هستند. اتصال دو باله ممکن است فقط نیروی برشی و یا نیروی برشی و لنگر خمشی منتقل کنند. برای ارتفاع های زیاد بالاتر از آب، وزنه تعادل ممکن است به بازوی پشتی به عنوان جسم آویخته متصل شود.

پل موازنه

پل های موازنه حالت اولیه و ساده شده پل های باسکولی بوده که به احتمال زیاد قدیمی ترین نوع پل متحرک هستند. در مقایسه با پل های باسکولی، به دلیل داشتن پایه های ساده و پتانسیل معماری بالا مزیت هایی دارند ولی فقط برای دهانه های نسبتا کوتاه قابل استفاده هستند.

فصل 25: پی پل

این فصل ملاحظات مختلف طراحی ژئوتکنیکی مربوط به برنامه ریزی، طراحی و ساخت پل های سنتی و جدید را به مهندسان پل توضیح می دهد. همچنین این فصل، اهمیت نقشی که متخصصان ژئوتکنیک در توسعه بهینه ترین طرح پی بازی می کنند را تقویت می کند. این فصل قصد ارائه راهنمای طراحی مشخص و جزء به جزء طراحی و ساخت مهندسی ژئوتکنیکی را ندارد. در عوض، الزامات طراحی و مرور خدماتی که متخصصان ژئوتکنیک برای آماده شدن برای پروژه های عظیم پل سازی به آن نیاز دارند ارائه شده است.

فصل 30: تجهیزات ساخت پل

روش ساختی که برای پل اتخاذ می شود، به مشخصات هندسی سازه، طرح پل، ارتفاع و نوع عرشه، ارتفاع پایه ها، بافت جغرافیایی، طول پل و دهانه و یکنواختی دهانه ها همچین مسائل لجستیکی مثل در دسترس بودن مصالح و تجهیزات، مشخصات زمین، بافت پل (دره عمیق، عبور از آبراه یا جاده، زمین نامحدود یا مناطق شهری، دسترسی راحت، اندازه فضای موجود و …)، هزینه کارکنان، طراحان و پیمانکاران، در دسترس بودن محل و مواردی از این دست بستگی دارد. در این فصل، روش های جایگزین تجهیزات ساخت پل به همراه روش های پیشرفته مورد استفاده در ساخت دهانه های با طول متوسط تا بلند که معمولا به صورت بتنی ساخته می شوند ارائه شده است. انتخاب تجهیزات ساخت پل با انواع عرشه های بتنی پل مرتبط است که هرکدام باید در شرایط مختلف استفاده شوند.

انواع پل ها را می توان به دو قسمت ساخت درجا و پیش ساخته تقسیم کرد:

• دال صلب یا متخلخل درجا، اجرا شده بر روی سیستم داربست متحرک یا مجموعه ای تیرها و شاه تیرها
• تیرچه دوقلو درجا، اجرا شده بر روی داربست متحرک/ تیرها یا با استفاده از جرثقیل دروازه ای متحرک
• شاه تیر قوطی دهانه به دهانه درجا، اجرا شده بر روی داربست متحرک/ تیرها یا با استفاده از جرثقیل دروازه ای متحرک
• تیر طره متعادل درجا، مقاطع قوطی کوتاه اجرا شده با استفاده از سیستم متحرک قالب بندی

موارد پیش ساخته به شرح زیر است:

• تیر پیش ساخته استاندارد، تیرهای T، Y یا U معکوس نصب شده با جرثقیل برجی
• تیر پیش ساخته سفارشی، تیرهای T، I یا U نصب شده با جرثقیل برجی یا با سیستم جرثقیل دروازه ای
• شاه تیر قوطی قطعه ای پیش ساخته، قطعات کوتاه نصب شده با جرثقیل برجی یا جرثقیل دروازه ای
• شاه تیر قوطی پیش ساخته در کل دهانه، نصب شده به صورت دهانه به دهانه با جرثقیل دروازه ای
• شاه تیر قوطی با اجرای تدریجی، نصب شده با استفاده از تجهیزات لغزشی
• پیش ساخته مدولار، قطعات پوسته کوتاه نصب شده بر جرثقیل دروازه ای/ تیرها یا اجرای آن در محل.