در اینجا با این اصطلاحات علمی و مهندسی آشنا می شوید. برای کامل شدن آنها با ما همکاری نمایید:

پل‌های کابلی و کامپوزیتی

تاریخچه پل کابلی

پل کابلی و نحوه عملکرد آن 

طبقه بندی پل های کابلی

مزایای و تفاوت های پل کابلی

مهار کابلی چگونه کار می کند؟

تاریخچه پل کابلی

با اینکه به نظر می رسد پل های کابلی به آینده چشم دوخته اند، ایده آن ها مسیر طولانی را پیموده است. اولین طرح شناخته شده از یک پل کابلی در کتابی به نام "ماشین های نووا" - منتشر شده در سال 1595 - آورده شده ولی این ایده تا قرن حاضر که مهندسان شروع به استفاده از پل های کابلی نمودند؛ مورد استقبال واقع نشده بود. در جنگ جهانی دوم که فولاد کمیاب بود، این طرح برای بازسازی پل های بمباران شد که هنوز فوندانسیون هایشان پابرجاست، کامل بود. با اینکه از احداث پل های کابلی در آمریکا دیری نمی گذرد، واکنش ها در این مورد بسیار مثبت بوده است.

پل کابلی و نحوه عملکرد آن

یک پل کابلی نوعی، یک تیر حمال(عرشه پل) پیوسته با یک یا چند برج بنا شده بالای پایه های پل در وسط دهانه است. از این برج ها، کابل ها به صورت اریب به سمت پایین (معمولا هر دو طرف) کشیده شده و تیر حمال(عرشه پل) را نگه می دارد.

کابل های فولادی بی نهایت قوی و در عین حال بسیار انعطاف پذیر هستند. کابل ها بسیار مقرون به صرفه می باشند چون سبب ساخت سازه ای سبکتر و باریکتر شده که در عین حال قادر به پل زدن بین مصافت های بیشتری است.اگرچه تنها تعداد کمی از آن ها برای نگه داشتن کل پل قوی هستند، انعطاف پذیریشان آن ها را در مقابل نیرو هایی که به ندرت در نظر گرفته می شوند مانند باد؛ ضعیف می نماید.

برای پل های کابلی با دهانه های طولانی به خاطر تضمین ثبات و پایداری کابل ها و پل در مقابل باد، می بایست مطالعات دقیقی انجام شود. وزن سبکتر پل یک وضع نامساعد در بادهای سهمگین و یک مزیت در مقابل زلزله محسوب می شود. نشست غیر هم سطح فوندانسیون ها که به مرور زمان یا  طی یک زلزله روی می دهد، می تواند پل کابلی را دچار آسیب کند. پس باید در طراحی فوندانسیون ها دقت به عمل آورد.

ظاهر مدرن و در عین حال ساده پل کابلی آن را به یک شاخص واضح و جذاب تبدیل کرده است. خصوصیات منحصر به فرد کابل ها و به طور کلی سازه، طراحی پل را بسیار پیچیده مینماید. برای دهانه های طولانی تر، جایی که باد و نوسانات باید مورد توجه قرار گیرند؛ محاسبات بی نهایت پیچیده اند و عملا بدون کمک کامپیوتر و آنالیز کامپیوتری غیر ممکن می باشند. علاوه بر این ساخت پل کیده ای مشکل می باشد. اتصالات، برج ها، تیر های حمال و مسیر کابل ها سازه های پیچیده ای هستند که مستلزم ساخت دقیق می باشند.

طبقه بندی پل های کابلی

طبقه بندی واضحی برای پل های کابلی وجود ندارد. به هر حال آن ها می توانند توسط تعداد دهانه ها، برج ها و کابل ها و همچنین نوع تیر های حمال از یکدیگر تمیز داده شوند.

تنوع بسیاری در تعداد و نوع برج ها و همچنین تعداد و چینش کابل ها وجود دارد. برج های نوعی به صورت تکی، دوتایی، دروازه ای و یا حتی برج های A شکل استفاده شده اند.

علاوه بر این چینش کابل ها به طور عمده ای متفاوت می باشند. بعضی اقسام دارای چینش تکی، چنگی(موازی)، پنکه ای(شعاعی) و ستاره ای هستند. در بعضی موارد تنها کابل های یک طرف برج به عرشه وصل می شوند و طرف دیگر روی یک فندانسیون یا وزنه برابری لنگر می اندازند.

مزایای و تفاوت های پل کابلی  

برای طول متوسط دهانه ها (150 تا 850 متر) پل کابلی سریعترین انتخاب مناسب برای یک پل می باشد. نتیجه یک پل مقرون به صرفه است که زیبایی آن غیر قابل انکار است. همچنین پل کابلی بهترین پل برای طول دهانه بین پلهای بازویی و معلق می باشد. در این محدوده طول دهانه، یک پل معلق مقدار بسیار بیشتری کابل نیاز خواهد داشت و این در حالی است که یک پل بازویی کامل، به طور قابل ملاحضه ای به مصالح بیشتر نیاز دارد که آن را به مقدار چشمگیری سنگین تر می نماید.

ممکن است به نظر برسد پل کابلی شبیه پل معلق است. با اینکه هر دو دارای عرشه هستند که از کابل ها آویزانند و هر دو دارای برج هستند؛ ولی این دو پل بار عرشه را به طرق بسیار متفاوتی نگه می دارند. این اختلافات در چگونگی اتصال کابل ها به برج می باشد. در پل معلق کابل ها آزادانه از این سر تا آن سر دو برج کشیده شده اند و انتقال بار به تکیه گاه های واقع در هر انتها صورت می گیرد. در پل کابلی، کابل ها در حالی که به برج ها متصلند به تنهایی بار را تحمل می کنند. در مقایسه با پل های معلق، پل کابلی به کابل کمتری نیاز دارد، می توان آن را از قطعات بتن پیش ساخته مشابه ساخت و همچنین احداث آن سریع تر است.

مهار کابلی چگونه کار می کند؟

بایستید و دستان خود را به صورت افقی در هر طرف دراز کنید. فرض کنید آن ها پل هستند و سرتان نیز برجی در وسط آن است. در این موقعیت ماهیچه های شما دستانتان را نگاه می دارد. سعی کنید یک مهار کابلی برای نگه داشتن دستانتان بسازید. یک تکه طناب به طول حدودی 150 سانتیمتر بردارید. از یک دستیار بخواهید هر یک از دو انتهای طناب را به هر یک از آرنج هایتان ببندد. سپس وسط طناب را روی سر خود قرار دهید. اینک طناب مانند یک مهار کابلی عمل می کند و آرنج هایتان را بالا نگه می دارد. از دستیارتان بخواهید تکه طناب دیگری به طول حدودی 180 سانتی متر را این بار به مچهایتان ببندد. طناب دوم را روی سرتا ن قرار دهید. حالا شما صاحب دو مهار کابلی هستید. فشردگی و فشار نیرو را در کجا احساس می کنید؟ ببینید مهار کابلی چگونه بار پل (دست هایتان) را به برج ( سر شما) منتقل می کند!

پل‌های کامپوزیتی

پروفیل‌های کامپوزیتی که به روش پالتروژن تهیه می‌شوند، کاربرد فراوانی در ساخت پل‌ها دارند. پل‌های کامپوزیتی حاصل، در مقایسه با پل­های مشابه از جنس بتن و فولاد، از سبکی، طول عمر و سرعت نصب بیشتری برخوردارند و هزینه نصب کمتری دارند. متن فوق که برگرفته از شماره‌های1، 3 و 4 مجله کامپوزیت است به معرفی این کاربرد کامپوزیت‌ها می‌پردازد.

یکی از وسیع­‌ترین کاربردهای محصولات پالتروژنی در ساختمان، تولید سازه‌های باربر است. ساخت پل­ها و زیرسازه‌ها با پروفیل‌های پالتروژنی به­شدت مورد توجه مهندسین آمریکایی و اروپایی قرار گرفته است. عمر مفید بالا و کاهش هزینه‌های نگهداری پل در طول دوره کاری، دلیل استقبال از کامپوزیت‌ها در ساخت پل­ها می‌باشد. سازه‌های بزرگی که توسط تیرهای فولادی ساخته شده‌اند در طول عمرشان چندین بار رنگ‌آمیزی می‌شوند. تعمیر و نگهداری و رنگ‌آمیزی این تیرهای فولادی به­ویژه در پل­های قدیمی بلند که دسترسی به آنها مشکل است، بسیار پرهزینه می‌باشد.

سطوح پل­های کامپوزیتی نیز از پانل‌های کامپوزیتی ساخته می‌شوند. استفاده از پانل­های کامپوزیتی روشی مناسب برای کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری این سازه‌هاست. این پانل­ها از روش­هایی همچون لایه­چینی دستی و پالتروژن ساخته می‌شوند و با طول عمر بالا و استحکام بیشتر، جایگزین ایده‌آلی برای مشابه فولادی خود هستند. سطوح پل‌های کامپوزیتی بصورت طول‌های پیوسته توسط فرآیند پالتروژن طراحی و تولید می‌گردند.

این قطعات متناسب با احتیاج مصرف­کننده می‌تواند در سایزهای مختلفی بریده شود تا با ابعاد پل موردنظر سازگار باشند. پل‌های کامپوزیتی اکنون به­عنوان پل‌های دایمی برای راه­های اصلی بسیاری از کشورهای پیشرفته بکار گرفته می‌شوند. این پل­ها به­میزان قابل قبولی اهداف موردنظر طراحان را برآورده ساخته­اند.

نخستین نمونه این پل‌ها در ایالات متحده آمریکا طراحی و تست شدند و اولین نمونه آن در روستایی در ویرجینیای غربی نصب شد. نصب پل­ها در ویرجینیای غربی ثابت کردند که کامپوزیت‌ها بطور عملی برای ساخت پل­های هوایی بسیار مفید هستند. این یک مرحله مهم در توسعه پل‌هایی بود که با کامپوزیت‌ها ساخته شده‌اند.

نمونه دیگری از پل‌های کامپوزیتی، یک پل در دانمارک است که  در آن از پروفیل­های پالتروژنی‌ استفاده شد. این پل با 40 متر طول و 3 متر عرض جهت عبور عابرین پیاده، دوچرخه‌ها و موتور سیکلت­ها طراحی شده و بر روی خط راه‌آهن احداث گردیده است. پل مذکور می‌تواند بارهای معادل   kg/m2_500 را تحمل کند و این استحکام بوسیله یک سطح کامپوزیتی که تنها 12 تن وزن دارد مهیا می‌شود. در حالی که سطوح پل­های بتونی و فولادی که بتوانند همین میزان استحکام را داشته باشند به­ترتیب دارای وزن­های 90 و 28 تن خواهند بود. ارتفاع این پل 18.5 متر است. تیرها و پانل‌هایی که در ساخت این پل بکارگرفته شده‌اند از پروفیل‌های پالتروژنی ساخته می‌شوند. برج­ها و بخش‌های دیگر بصورت پیش‌ساخته نهایی در محل پل نصب می‌شوند. به­دلیل سبکی وزن کامپوزیت­ها، نصب پل تنها 18 ساعت طول ­کشید و مزاحمت و آشفتگی در ترافیک ریل­ها به کمترین حد ممکن رسید.

در فیلادفیای آمریکا با استفاده از کامپوزیت‌ها، نوعی پل‌ کابلی طراحی شده­ است که توانایی جمع شدن دارد. اجزای کامپوزیتی پل‌ها نسبت به مشابه فولادی خود، علاوه بر سبک‌تر بودن، از مشخصات مکانیکی بهتری نیز برخوردار است و به آسانی و بدون نیاز به تجهیزات سنگین یا کارکنان زیاد نصب می‌شوند. این پل‌ها در مکان‌هایی مانند پارک ملی ایسلند و یا گلدن­گیت مورد استفاده قرار گرفته‌اند. اکنون ساخت پل‌های عبور وسایل نقلیه به­شکل یک کار مرسوم تجاری در آمریکای شمالی و اروپا رونق گرفته است.

هم‌اکنون در ساخت بسیاری از پل­ها تماماً از کامپوزیت‌ها استفاده می‌شود. یکی از موارد کاربرد کامپوزیت‌های سبک، در ساخت پل‌های رودخانه‌ها و مسیرهای آبی است که در انگلستان و سایر کشورهای اروپایی مورد استقبال فراوان واقع شده است. این پل­ها برای عبور قایق‌ها هستند و حمل­و­­نقل و نصب آنها در نقاط دورافتاده و پست، بدون نیاز به تجهیزات بالابر سنگین ممکن می‌باشد. سطح کامپوزیتی، 6 تا 7 برابر سطح بتون آرمه ظرفیت تحمل بار را دارد و این در حالی است که تنها 20 درصد وزن آنرا داراست. طول عمر آنها نسبت به مشابه فولادی و بتنی چندین برابر است. کامپوزیت­ها در طول دوره سرما منقبض نمی‌شوند و مانند آهن در محیط مرطوب زنگ نمی‌زنند و در محیط دریا دچار خوردگی نمی‌شوند. سطوح کامپوزیتی برای جایگزین کردن با سطوح قدیمی و سنتی در پل‌ها بسیار مورد استقبال قرار گرفته‌اند، چرا که دارای ساختار بهتر و بی­عیب‌تری می‌باشند. این جایگزینی می‌تواند در زمان کوتاهی انجام شود و کمترین مزاحمت را برای ترافیک و حمل­و­نقل ایجاد نماید.

توانایی استفاده از کامپوزیت‌ها در ساخت سازه‌های پیش‌ساخته و سبک‌وزن باعث می‌شود که هزینه بنای سازه بشدت کاهش یابد. سازه‌های کامپوزیتی سبک­وزن می‌توانند در چند ساعت نصب شوند. در عوض روزها و هفته‌ها وقت لازم است تا پل‌های متداول آهنی و بتنی به شکل سنتی مرسوم نصب گردند. وزن سبک سطوح کامپوزیتی، همچنین قابلیت تحمل بار بالاتر را برای پل فراهم می‌آورد. کامپوزیت‌ها می‌توانند با مقاومت بالایی که در برابر خوردگی و خستگی از خود نشان می‌دهند، هزینه‌های مربوط به تعمیر و نگهداری خود را به حداقل برسانند.