آشنایی با نحوه ساخت پل کابلی و معلق و انواع آن ها

در بخش دوم نحوه ساخت پل ها، همانطور که وعده داده بودیم، به نحوه ساخت پل کابلی و معلق با انواع این نوع پل ها می پردازیم. بنابراین با ما همراه باشید.

پیشنهاد مطالعه بخش اول : تشریح کامل روش های ساخت پل به همراه تصویر

5- ساخت پل کابلی

1-5 ساخت پل های ترکه ای

مراحل اجراء پل های ترکه ای از انواع پل کابلی را می توان در گام های زیر خلاصه کرد:

• پی های پل بصورت شمع اجرا شده سپس پایه روی آن آرماتور بندی ، قالب گذاری و بتن ریزی می شود (شکل های 49 تا 51).

شکل 49- پی های ساخته شده از شمع در پل کابلی ترکه ای

شکل 50 – آرماتوربندی پایه ها در پل کابلی ترکه ای

شکل 51 – قالب بندی و بتن ریزی پایه ها در پل کابلی ترکه ای

• آرماتوربندی و قالب بندی برج ها – قالب ها معمولاً از نوع پیش رونده هستند (شکل های 52 و 53).

شکل 52 – آرماتوربندی برج ها

شکل 53 – استفاده از قالب پیش رونده

• اجرای عرشه: پل های ترکه ای از انواع پل کابلی عموماً با قالب لغزنده در عرشه ( شاریو ) به صورت پیش رونده از دو طرف اجرا می گردند. در این روش اخرین قطعه، قطعه وسط خواهد بود. این مرحله شامل اجرای کابل ها نیز می باشد.

شکل 54 – استفاده از قالب لغزنده برای ساخت عرشه

شکل 55 –  ساخت عرشه به صورت طره ای از دو طرف پایه ها

2-5 ساخت و ساز پل های معلق

ساخت پل کابلی معلق شامل ساخت متوالی سه بخش عمده برج های اصلی، لنگرگاه ها و روسازه می باشد.

1-2-5 ساخت برج های اصلی

در پل های معلق برج های اصلی به عنوان تکیه گاه کابل های اصلی و سازه های معلق هستند. کنترل درستی جهت شفت های برج اصلی برای اینکه ستون وار (عمودی وار) بایستند از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در طول مدت ساخت از آنجایی که برج ها به صورت کنسولی هستند به راحتی در اثر باد دچار ارتعاش می شوند بنابراین اقدامات لازم برای جلوگیری از این کار باید انجام شود. برای آماده سازی ساخت فونداسیون برج ها، زمین را تا رسیدن به سنگ سخت می کنند. بعضی از پل ها طوری طراحی شده اند که برج های آن ها در خشکی ساخته می شود و کار ساخت را آسان می کند. اگر برج در داخل آب واقع شود، ساخت و ساز آن با فرو بردن یک صندوقچه ( استوانه فولادی و بتنی که در حقیقت مانند سد دایره ای است) به زیر آب شروع می شود. آب داخل صندوقچه را خالی می کنند که به کارگران اجازه کندن فونداسیون در محل بدون آب را می دهد. زمانی که حفاری کامل شد؛ فونداسیون برج بتنی ایجاد می شود و بتن ریزی آن انجام می شود.

شکل 56 – ساخت شالوده برج های اصلی پل معلق آکاشیکایو در داخل آب

جزئیات ساخت هر پل کابلی منحصر به فرد و متفاوت است. نمونه های اخیر از ساخت برج فولادی پل اکاشیکایو و برج بتنی پل تسینگما در زیر شرح داده شده است.

1-1-2-5 برج های فولادی

برج های فولادی به طور معمول از سلول هایی یا مقاطع جعبه ای با دنده های سخت کننده صفحه ای تشکیل شده است. برای اولین بار در پل های جاده چهارم (اسکاتلند) ، پل 25 de Abril(فرانسه)، پل کانمون، اکثر پل های هانشو-شیکوکو استفاده شده اند. که بعداً در پل های سِوِرن، بوسفر، سلطان محمود فاتح، و پل های کورشیما کایکو به کار برده شدند. برای نصب برج های فولادی، از شناور جراثقال، و جرثقیل حرکت کننده استفاده می شود. در شکل 57 ساخت برج پل اکاشیکایو با استفاده از جراثقال نشان داده شده است. برج پل اکاشی کایو 297 متر ارتفاع داشت.

شکل 57 – ساخت برج اصلی پل آکاشی کایو

سطح مقطع آن از سه سلول با نبشی های کوتاه (گوشه دار) که در شکل 59 نشان داده شده است درست شده است. شفت (محور) های عمودی به 30 بخش تقسیم شده اند. این بخش ها که به صورت پیش ساخته بودند با قایق به سایت منتقل می شدند. صفحه زیرین و اولین مقطع با استفاده از جرثقیل شناور ایجاد شد. در ادامه با استفاده از یک جراثقالی که بر روی برج شمع ها ایجاد شده بود ساخت و ساز ادامه یافت. یکی از نکات مهم در طراحی این برج ها ارتفاع 297 متری آنها است که تقریباً با برج معروف توکیو برابری می کند و در نتیجه به شدت تحت تأثیر نیروی باد قرار می گیرد. برای حل این مشکل مهندسین مقطع عرضی این برج ها را به شکل صلیب طراحی کرده اند و برای کاهش اثرات پیچشی نیروی باد از میراگر های TMDو AMD استفاده کردند. این میراگر ها هر کدام 10 تن وزن دارند و 20 عدد از آنها در قطعات هفدهم – هجدهم و بیست و یکم از 30 قطعه اصلی قرار گرفته اند.

شکل 58 – استفاده از میراگر پاندولی در پایه ها جهت کاهش حرکت جانبی

شکل 59 – انواع سطح مقطع شفت برج ها

2-1-2-5 برج های بتنی

برج های پل تسینگما با ارتفاع 206 متر، با مقطع عرضی 6 متر، و در جهت طولی به صورت مخروطی (باریک شونده) با سطح مقطع 18 متر در پایین و 9 متر در بالا درست شده است. محورهای مرکزی برجها توخالی هستند. هر کدام از برج های اصلی به صورت پیوسته و با عملیات شبانه روزی با استفاده از دو جراثقال و بالابر بتنی ساخته شدند که در شکل 60 نشان داده شده است.

شکل 60 – ساخت برج بتنی پل تسینگ ما

2-2-5 ساخت مهارگاه

مهارگاه ها سازه هایی هستند که کابل های برج ها در آن ها مهار می شوند. آن ها بلوك های بتنی بزرگی هستند که به صخره های سخت متصل می شوند. در طول ساخت مهارگاه ها، میله های چشمی قوی ای eyebar (میله های فولادی با سوراخ گرد در انتهای آن) در بتن تعبیه می شود. زین اسبی هاspray saddle در جلو مهارگاه نصب می شوند، که هر کدام کابل ها را در جایی که به صورت گره هستند مهار می کنند هر کدام از گره ها به صورت رشته ای در می آید و در داخل eyebar ها محکم مهار می شوند.

شکل 61 – تقسیم کابل ها به صورت رشته ای و مهار آنها در بتن

3-2-5 نصب کابل ها

هنگامی که برج ها و مهارگاه ها تکمیل شد، یک خط راهنمای  ( pilot line) قوی در طول مسیر نهایی کابل ها از یک مهارگاه در مقابل به برج، تا مهارگاه دیگر کشیده می شود. روش های مختلفی برای اجرای جاگذاری خط راهنما وجود دارد. به عنوان مثال در پل آبشار نیاگارا روبلینگ پیشنهاد داد که به اولین جوانی که با استفاده از کایت در طول تنگه پرواز کند و خط راهنما را وصل کند پاداش 10 دلاری خواهد داد. امروزه ممکن است از یک هلیکوپتر استفاده شود. یا خط راهنما با استفاده از یک قایق در طول مسیر قرار داده شود و سپس تا محل مورد نظر بالا برده شود. در پل معلق Siduhe در چین نیز، به وسیله پرتاب موشک، کابل ها را از یک پایه به پایه دیگر نصب کردند. برای این منظور آنها کابل هایی به طول 975 متر را به موشک می بستند و با شلیک دقیق موشک، کابل را به پایه دیگر نصب می کردند.

شکل 62 – استفاده از موشک برای نصب کابل در پل معلق Siduhe

یک راه موقت ( catwalk) در طول مسیر پل، در زیر خط راهنما، در حدود 1 متر ساخته می شود، تا کارگران بتوانند کابل ها را نصب کنند.

برای شروع ریسیدن کابل ها، یک قرقره بزرگ از رشته ها در مهارگاه نصب می شود. انتهای آزاد رشته ها به دور Strand shoe حلقه زده می شود (یک ناودانی (شیار فلزی) که به یک میله ی چشمی eyebar متصل شده است). بین قرقره و Strand shoe، رشته ها در اطراف چرخ نخ ریسی که بر روی خط راهنما قرار دارد حلقه شده اند. این چرخ، سیم را در طول پل حمل می کند و در مهارگاه مقابل در حول Strand shoe حلقه می زند. سپس چرخ به مهارگاه اول بر می گردد تا سیم دیگری را در محل خود قرار دهد. این فرایند آنقدر تکرار می شود تا یک گروه از رشته سیم های طراحی شده ایجاد شود (بین 125 رشته تا بیشتر از 400 رشته متغیر است).

شکل 63 – اتصال کابل های آویز به کابل اصلی

شکل 64 – نصب بست ها بر روی کابل های اصلی در عرشه موقت

در طول نخ ریسی، کارگران بر روی عرشه موقت می ایستند تا از باز شدن آرام و هرگونه پیچ خوردن سیم مطمئن شوند. هنگامی که بسته ها (کلاف) به اندازه ی کافی ضخیم شدند، نوار یا تسمه سیم بر روی کابل های عمودی در محل های مشخص شده بر روی کابل های اصلی نصب می شوند، هنگامی که کابل های عمودی به کابل اصلی وصل شدند، سازه روسازه باید از هر دو طرف تکیه گاه برجها به صورت دقیق ساخته شود تا در تمامی زمان ها، نیروها به طور مساوی به برج ها منتقل شود و تعادل حفظ شود.

1-3-2-5 روش چرخان (نخ ریسی) هوایی

روش چرخان هوایی (روش AS) برای کابل های سیم موازی توسط جان ای اختراع شد. روبلینگ (مهندس آمریکایی که در آلمان به دنیا آمد و پل بروکلین را ساخت) برای اولین بار در پل آبشار نیگارا با طول دهانه مرکزی246 متر، که در سال 1855 میلادی کامل شد به کار برد. او از این فن در پل بروکلین، جایی که سیم های فولادی برای اولین بار استفاده شد به کار برد. اکثر پل های ساخته شده در ایالات متحده از زمان گسترش روش AS روبلینگ، از کابل های سیم موازی استفاده کرده اند. در مقابل، در اروپا از کابل های رشته ای در ساخت پل جاده چهارم که در سال 1966 ساخته شده بود استفاده کرده اند.

به طور معمول در روش AS، سیم های مخصوصی در شرایط free- hang آویزان می شوند و هر سیم به طور جداگانه از وسط خم می شود تا تمام سیم ها طول مساوی داشته باشند. که در اصطلاح به این روش کنترل آویز گفته می شود، کیفیت کابل ها و طول مدت ساخت احتمالاً تحت تأثیر شرایط محیط کاری، از جمله شرایط باد و دسترسی به تجهیزات کابل های آویزان قرار گیرد. این امر نیز به تعداد زیادی نیروی کار برای تنظیم کردن آویزها نیازمند است.

شکل 65 – مراحل روش چرخان هوایی

روش جدید که به روش کنترل تنش معروف است در ژاپن توسعه یافته است در شکل 66 نشان داده شده است. این ایده، تنش را در سیم ها در طول چرخش کابل ها ثابت نگه می دارد تا یک طول یکنواخت از سیم بدست آید. این روش در پل های هیرادو، شیموتسویی-ستو ، بسفر 2 و کمربند بزرگ شرق استفاده شده است.

شکل 66 – مراحل روش کنترل تنش

شکل 67 – استفاده از روش چرخان هوایی در پل شیموتسویی – ستو و پل سیدوهه

5-2-3-2  روش پیش ساختگی رشته سیم های موازی

در حدود سال 1965، روش پیش ساختگی کابل های سیم موازی گسترش یافت تا نیاز قطع کار برای کابل های آویزان در محل کار در روش AS برطرف شود. روش رشته سیم های موازی پیش ساخته (روش PS ) برای اولین بار در پل New Port به کار برده شد.

4-2-5 سازه های معلق

روش های مختلفی برای احداث سازهای معلق وجود دارد. عموماً آن ها با توجه به نوع سازه و شرایط طبیعی محلی و شرایط اجتماعی توسعه می یابد.

1-4-2-5 روش های اتصال بلوک های شاهتیرها

اتصال بین شاهتیر های سخت کننده ممکن است با استفاده از یکی از دو روش زیر انجام شود.

1-1-4-2-5 روش تمام مفصلی

در این روش تا زمانی که تمام مقطع تیرها در سر جای خود قرار بگیرند به صورت اتصال ضعیف به هم وصل می شوند. این روش باعث تحلیل ساده و آسان رفتار شاهتیرها در زمان ساخت را فراهم می کند. هرگونه تقویت موقت اعضا معمولاً غیر ضروری است. اگر چه بدست آوردن پایداری آیرودینامیکی سخت است مگر اینکه سازه ها نیروهای باد را به مفصل ها منتقل کنند که از این روش در پل کوروشیما کایکو به عنوان نمونه استفاده شده است.

2-1-4-2-5 روش اتصال صلب

در این روش همه ی مفصل ها بلافاصله کامل می شوند و هر بلوك در سر جای خود نصب می شود. در این روش شاهتیرها صاف و صلب هستند، و پایداری آیرودینامیکی خوبی را ایجاد می کند و دقت ساخت و ساز بالاست. اگرچه بعضی مواقع تقویت موقت شاهتیرها و Hanger rope ها برای مقاومت در برابر تنش های بیش از حد عبور و مرور و یا کنترل عملکرد در برابر تنش های بیش از حد، لازم است.

2-4-2-5 روش های نصب (جاگذاری) شاهتیرها

شاهتیر های سخت کننده معمولاً با استفاده از روش مقاطع شاهتیر ها (Girder-Section Method) یا به طور طره ای از طریق برج ها یا مهارگاه ها در جای خود قرار داده می شوند.

Girder-Section Method 1-2-4-2-5

پس از نصب آویزها نوبت به نصب عرشه می رسد. عرشه در تکه هایی جدا از هم و در کارگاهی در کنار محل احداث پل ساخته می شوند و در روی پل به همدیگر با استفاده از پیچ متصل می شوند تا عرشه یکپارچه ای را ایجاد نمایند. در جدیدترین روشها از یک جرثقیل متحرك که بر روی کابل های اصلی حرکت می کند برای نصب عرشه استفاده می شود که به جای آن می توان از دیگر ابزارها نظیر جرثقیل های شناور نیز استفاده کرد. مهمترین مسئله در نصب عرشه حفظ تعادل کابل ها و پایه ها می باشد و به همین خاطر عرشه را یا از وسط دهانه و بصورت یکسان از هر سمت به طرف پایه ها می سازند و یا از کنار پایه ها به سمت وسط دهانه شروع به ساخت می کنند. حالت روش girder-section با آویز های متصل در شکل 68 نشان داده شده است.

شکل 68- نصب عرشه با استفاده از روش Girder-section

2-2-4-2-5 روش طره ای  Cantilevering method

نمونه اخیر برای روش طره ای شاهتیر های پل آکاشی کایکو بود که در شکل 69 نشان داده شده است. قطعات پیش ساخته شاهتیر های خرپایی سخت کننده با گسترش شاهتیر های سخت کننده به عنوان طره در برج ها و لنگرگاه ها نصب می شدند. این روش ایجاد اختلال در ترافیک های دریایی را که در روش Girder Section وجود داشت برطرف می کرد.

شکل 69- نصب عرشه با استفاده از روش طره ای در پل آکاشی کایکو

5-2-5 اندازه گیری کارگاهی

بعد از اتمام ساخت عرشه، روی آن را با لایه مناسبی می پوشانند و سپس خطوط برق و روشنایی و تابلوهای ایمنی و … را نصب می کنند تا بعد از آزمایش بارگذاری و تایید مجوز بهره برداری پل آماده سرویس دهی شود.

1-5-2-5 آزمایش بارگذاری

هدف اصلی آزمون بارگذاری تایید ایمنی رفتار استاتیکی و دینامیکی پل است. آزمایش بارگذاری استاتیکی بر روی پل های واکاتو، کانمون و رئیس جمهور موبوتو سسی-سکو با استفاده از وسایل نقلیه سنگین بر روی پل انجام شد. روش های بررسی رفتار دینامیکی شامل: آزمایش های ارتعاش و اندازه گیری میکرو نوسانات (نوسانات خیلی کوچک) که توسط باد آرام ایجاد می شود است. آزمایش های گذشته بر اساس اندازه گیری پاسخ در اثر ارتعاش اجباری بود. ویژگی های دینامیکی پل کابلی مانند: میرایی سازه، فرکانس طبیعی و مد ارتعاش با استفاده از آزمایش ارتعاش بدست می آید. از آنجایی که برآورد میزان میرایی سازه با استفاده از تئوری مشکل است بنابراین مقدار آن با استفاده از اندازه گیری واقعی باید تعیین شود. نمونه هایی از داده های اندازه گیری میرایی سازه که از طریق آزمون ارتعاش به دست آمده در جدول 1 نشان داده شده است.

جدول 1 – میرایی به دست آمده از طریق آزمون ارتعاش

6-2-5 مشاهدات کارگاهی (میدانی)

مشاهدات میدانی به منظور بررسی بعضی ویژگی های رفتاری پل ها مانند پایداری دینامیکی و مقاومت در برابر زلزله است که برای تایید ایمنی پل است. برای جمع آوری اطلاعات لازم برای صدور مجوز تایید، ابزارهای اندازه گیری گوناگونی در پل های معلق نصب می شود. نمونه هایی از ابزار های اندازه گیری در شکل 70 نشان داده شده است.

شکل 70 – جاگذاری وسایل اندازه گیری در پل آکاشی کایو

یک بادنما و بادسنج که برای اندازه گیری شرایط بادهای محلی و لرزه نگار برای مشاهده فعالیت های لرزه ای، که برای جمع آوری اطلاعات در شرایط طبیعی است. شتاب نگاشت و زلزله نگار (اندازه گیری سرعت جابجایی ها) برای اندازه گیری پاسخ دینامیکی سازه تحت بار های باد و زلزله نصب شده است. در انتهای عرشه وسایلی برای اندازه گیری آهنگ (میزان تغییرات) پاسخ دینامیکی در اثر بارهای ترافیکی وجود دارد.

منبع:

• روش های ساخت پل از مجید برقیان (دانشگاه تبریز گروه سازه)