ایجاد گذرگاه ها و پلها برای عبور از دره ها و رودخانه ها از قدیمی ترین فعالیتهای بشر است. پلهای قدیمی معمولا از مصالح موجود در طبیعت مثل چوب و سنگ والیاف گیاهی به صورت معلق یا با تیرهای حمال ساخته شده اند.
تعریف پل
پل یک سازه است که برای عبور از موانع فیزیکی از جمله رودخانه ها و دره ها استفاده می شود.پلهای متحرک نیز جهت عبور کشتیها و قایقهای بلند از زیر آنها ساخته شده است.
تاریخچه پل
ایجاد گذرگاهها و پلها برای عبور از دره ها و رودخانه ها از قدیمی ترین فعالیتهای بشر است. پلهای قدیمی معمولا از مصالح موجود در طبیعت مثل چوب و سنگ والیاف گیاهی به صورت معلق یا با تیرهای حمال ساخته شده اند.پلهای معلق از کابلهایی از جنس الیاف گیاهی که از دو طرف به تخته سنگها و درختها بسته شده و پلهای با تیر حمال از تیرهای چوبی که روی آنها با مصالح سنگی پوشیده می شد، ساخته شده اند. ساخت پلهای سنگی به دوران قبل از رومیها بر می گردد که در خاور میانه و چین پلهای زیادی بدین شکل برپا شده است. در اروپا نیز اولین پلهای طاقی را ۸۰۰ سال قبل از میلاد مسیح، برای عبور از رودخانه ها از جنس مصالح سنگی ساخته اند. اغلب پلهای ساخته شده توسط رومیها از طاقهای سنگی دایره شکل با پایه های ضخیم تشکیل یافته است.در ایران نیز ساختن پلهای کوچک وبزرگ از زمانهای بسیار قدیم رواج داشته و پلهایی نظیر سی و سه پل، پل خواجو و پل کرخه بیش از ۴۰۰ سال عمر دارند. از قرن یازدهم به بعد روشهای ساختن پلها پیشرفت قابل توجهی نمود و به تدریج استفاده از دستگاههای فشاری از مصالح سنگی و آجر با ملاتهای مختلف و دستگاههای خمشی از چوب متداول گردیده و تا اوایل قرن بیستم ادامه یافت. شروع قرن بیستم همراه با استفاده وسیع از پلهای فلزی و سپس پلهای بتن مسلح می باشد. از اوایل قرن نوزدهم ساخت پلهای معلق، قوسی یا با تیر حمال از آهن آغاز شد. اولین پل معلق از آهن در سال ۱۷۹۶ به دهانه ۲۱ متر در آمریکا ساخته شد، همچنین در سال ۱۸۵۰ یکی از مهمترین پلهای با تیر حمال از جنس آهن متشکل از دو دهانه ۱۴۰ متر و دو دهانه ۷۰ متری در انگلستان ساخته شد.
طویل ترین پل معلق به طول
طویل ترین پل معلق به طول تقریبی ۷ کیلومتر در سانفرانسیسکو ساخته و بزرگترین دهانه معلق به طول تقریبی ۱۴۰۰ متر در انگلیس (روی رودخانه هامبر) طراحی شده اند. در سالهای اخیر طرح پلهای ترکه ای فلزی (با کابل مستقیم) نیز برای دهانه های بزرگ مورد توجه قرار گرفته و بعد از نخستین پل که در سال ۱۹۵۵ به دهانه ۱۸۳ متر در سوئد ساخته شده، پلهای زیادی اجرا شده است.
طبقه بندی پل ها از نقطه نظر مصالح تشکیل دهنده:
▪ پل های چوبی:
این پلها معمولا" به شکل قوسی، با تیرهای مشبک و یا تیرهای حمال ساخته شده و در حال حاضر استفاده از آنهابه صورت موقتی می باشد.
▪ پلهای سنگی:
با توجه به مقاومت مناسب فشاری مصالح سنگی، بسیاری از پلهای طاقی از این مصالح ساخته شده اند.نظر به کمبود افراد سنگ کار و زمان نسبتا طولانی لازم برای تهیه مصالح و اجرای سازه، امروزه استفاده از این پلها محدود می باشد.
▪ پلهای بتنی:
در بسیاری از پلهای طاقی شکل، در حال حاضر از بتن، با توجه به مقاومت فشاری مطلوب آن به جای سنگ استفاده می شود.
-پلهای طاقی:
این پلهای معمولاً از مصالح سنگی یا از بتن ساخته شده و از طاقهای متوالی که هر یک قسمتی از یک قوس دایره یا بیضی می باشد تشکیل شده اند.
حدفاصل طاق تا کف پل با مصالح سنگی یا خاکریز پر شده سپس یک لایه ملات ماسه سیمان و یک قشر قیروگونی باضخامت کافی برای جلوگیری از نفوذ آب قرار می دهند.برای تهیه مصالح سنگی با ابعاد معین که در پلهای طاقی به کار می روند و همچنین برای استفاده از این مصالح در ساختن پل احتیاج به افراد متخصص در این زمینه می باشد که با توجه به کمبود این افراد و استفاده وسیع از انواع دیگر پلها، امروزه کمتر از پلهای طاقی استفاده می شود البته نظربه کمبود فولادو سیمان در ایران باید سعی نمود در نقاطی که معادن سنگ مناسب موجود است تا حد امکان از این نوع پل استفاده شود.در یک طاق دایره ای (قوس نیم دایره ای کامل) انحنای سطح تحتانی طاق به پایه ها ختم و خط مماس در این نقطه خطی قائم است در حالات دیگر خطوط مماس شیبدار می باشند.مصالح پرکننده بین سطح جاده و سطح فوقانی طاق رامصالح روبناگویند.فاصله افقی بین پایه ها که موازی محور سازه است را دهانه ارتفاع طاق را خیز و نسبت خیز به دهانه را افتادگی طاق می نامند.برای پلهای کوچک و بزرگ با افتادگی زیاد، ساده ترین راه حل اجرائی عبارت از ساختن دو دیوار موازی پیشانی در دو طرف و پرنمودن بین آنها با مصالح سبک است مصالح پرکننده فوق باید کاملاً متراکم شده تا تحت تاثیر سربارهای وارده نشست ننمایند اما دانه بندی آنها باید طوری تنظیم شود که به آب اجازه نفوذ و رسیدن به قشرعایق کاری روی سطح طاق جهت تخلیه را بدهد ضخامت دیوارهای پیشانی بین 80 تا120 سانتی متر خواهد بود و نمای آنها را می توان تا سطح تحتانی طاق رسانید که در این حالت با توجه به لزوم تولید قطعات سنگ با اندازه های مختلف قیمت تمام شده افزایش خواهد یافت.در پلهای بزرگ طاقی با افتادگی متوسط وجود خاکریز بین طاق و سطح جاده باعث افزایش بار روی سطح طاق و افزایش حجم مصالح سنگی لازم می شود بدین جهت سعی می شود با ایجاد طاقهای فرعی در جهات طولی و عرضی از وزن مزبور کاسته شود.طاقهای فرعی معمولاً برای پلهائی با دهانه بیش از 15 متر و قوسهای با افتادگی کم و با دهانه بیش از 20 متر پیش بینی می شوند روی دیوارهای پیشانی یک قسمت از سنگ یا بتن و یا بتن مسلح با ارتفاع بیش از 2/0 تا 6/0 و عرض بین 8/0 تا 5/1 متر ساخته می شود که رون آن قرنیزقرارمی گیرد.
انواع مختلف پلهای طاقی:
ساده ترین فرم مورد استفاده حالت یک طاق منفرد است که برای دهانه های بین 8 تا 40 متر مورد استفاده قرار می گیرد برای دهانه های بزرگتر (بین 40تا 100 متر ) معمولا پلها را از دو قسمت مجزا می سازند به عبارت دیگر این پلهااز دو پل جداگانه موازی که در قسمت فوقانی بایک دال بتن مسلح به هم متصل می شوند تشکیل یافته اند این راه حل مزایای زیادی دارد از جمله قطعات سنگ تحت تنش نزدیک به تنش مجاز آن کار می کنند و حجم مصالح مصرفی کاهش می یابد همچنین چوب بست های لازم سبک تر بوده و می توانند برای دومین قطعه نیز به کار روند.
▪ پلهای بتن مسلح:
با توجه به روش اجرا و نحوه بتن ریزی، پلهای بتن مصلح را می توان از مقاطع مختلف و با اشکال دلخواه ساخت. با وجود این استفاده از مقاطع ساده در جهت کاهش بهای قالب بندی همواره مورد نظر است.در بعضی از حالات استفاده از سیستم پیش ساختگی باعث حذف اجزاء نگهدارنده قالبها و در نتیجه صرفه جوئی قابل ملاحظه می شود.
▪ پلهای بتن پیش تنیده:
با پیشرفت این تکنیک، به تدریج در دامنه وسیعی از ابنیه فنی،پلهای بتن پیش تنیده جایگزین پلهای فلزی و پلهای بتن مسلح شده اند. بدین ترتیب با صرف هزینه کمتر، پلهای با دهانه بزرگ ساخته می شوند. از طرف دیگر استفاده از این مصالح امکان به کارگیری تکنیک های جدید پل سازی را می دهد.
▪ پلهای فلزی:
این پلها به اشکال مختلف، با تیرهای حمال معمولی یا تیرهای مشبک فولادی، با قوس یا قالبهای فلزی، نورد شده از ورق و المانهای اتصالی ساخته شده اند. در ساخت این پلها گاهی نیز از آلیاژهای سبک یا مقطع مرکب استفاده می گردد. استفاده از فولاد در ساخت پلهای فلزی از قرن گذشته شروع و با عنایت به مقاومت کششی و فشاری مطلوب این مصالح در سطح وسیع متداول گردید.باتوجه به فزونی بهای تولید، معمولاً نیمرخهای فولادی دارای ضخامت ناچیز بوده و در نتیجه علاوه بر مسئله زنگ زدن و خوردگی، خطر بروز ناپایداری های الاستیک نیز همواره موجود می باشد، از طرف دیگر نظر به اینکه با افزایش طول دهانه وزن مرده پلها به سرعت افزایش می یابد.
▪ پوشش پلهای فلزی :
پوشش پلهای فلزی را می توان از چوب مصالح سنگی بتن مسلح و یا از ورقهای فلزی انتخاب نمود. استفاده از چوب برای پوشش پلها در زمانهای بسیار قدیم رایج بوده اما امروزه به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد.
همچنین در طرحهای جدید از پوشش مصالح سنگی نیز به علت وزن زیاد آن، کمتر استفاده می شود در این راه حل تیرهای حمال طولی پل بوسیله قوسهائی از آجر و مصالح سنگی به هم متصل می شوند.
▪ پوشش بتن مسلح:
این پوشش از یک دال بتن مسلح که روی تیرچه های طولی و تیرهای عرضی پل تکیه نموده تشکیل یافته است.پوشش بتن مسلح مقاومت و صلبیت لازم را به سازه داده و از نظر اجرائی نیز آسان و بسیار متداول می باشد.
▪ پوشش فلزی:
یک نوع از این پوششها از یک سری صفحات فلزی که بوسیله بتن مسلح پوشیده شده و روی بال فوقانی تیرچه طولی جوش شده اند تشکیل شده است ضخامت کل حاصله معمولاً ضعیف (بین ۱۰تا ۲۰ سانتی متر ) است. یکی دیگر از انواع پوششهای فلزی متداول دال ارتوتروپ است این پوشش از یک صفحه فلزی که در جهت عمودی بوسیله ورقهای ساده یا جعبه ای تقویت شده تشکیل یافته است، صفحه فلزی نقش بال فوقانی تیرها رابه عهده داشته و ضمن شرکت در مقاومت خمشی بارهای موضعی حاصل از چرخ وسائل نقلیه رانیز تحمل می کند. ضخامت آن معمولاً حدود ۱۲ میلی متر (برای جان جعبه ای )تا ۱۴ میلی متر(برای جان ساده)می باشد. دال ارتوتروپ در مجموع روی اجزاء اصلی پل (تیرهای طولی و عرضی )تکیه نموده است.
طبقه بندی پلهای فلزی:
پلهای فلزی را می توان با توجه به نوع سیستم باربر به شرح زیرطبقه بندی نمود:
پل باتیرهای حمال
پل قوسی
پل با کابلهای باربر
پل با تیرهای حمال
این پلها از متداول ترین انواع مورد استفاده برای دهانه های متوسط (تا۲۵۰ متر)می باشند . تیرهای حمال معمولا به صورت شبکه های فلزی مقاطع جعبه ای یا تیرهای مرکب تو پر ساخته شده و تغییر شکل بسیار محدودی خواهند داشت. شبکه های فلزی معمولآ سبک بوده اما با توجه به خصوصیات ظاهری آنها ،کمتر در مناطق شهری مورد استفاده قرار می گیرند.
در حالت کلی این پلها را نیز می توان به شرح زیر تفکیک نمود:
▪ پل با تیرهای حمال جانبی :
در این حالت تیرهای حمال جانبی معمولآ از شبکه های فلزی تشکیل شده و اجزاء اصلی باربر تابلیه می باشند. در شرایطی که عرض پل محدود باشد ( کمتر از۱۴ متر ) می توان از این سیتستم استفاده نمود.
▪ پل با تیر های حمال تحتانی:
در این حالت تیرهای حمال عمومآاز نوع تیرهای مرکب با جان تو پر ( که از چند ورق فلز با اتصال پیج پرچ یا جوش تشکیل شده اند ) می باشند. تیرهای حمال با ارتفاع ثابت یا متغیر ساخته شده و در نتیجه ضمن حصول منظره مناسب صرفه جوئی مهمی نیز در مصرف مصالح خواهد شد. همچنین در بعضی شرایط می توان سبستم متشکل از تیرها یا حمال تحتانی را با یک مقطع جعبه ای جایگزین نمود.
▪ پل قوسی
پل قوسی، پلی است با تکیه گاه های انتهائی در هر طرف، که شکلی نیم دایره مانند دارد. پلی که از رشته ای از قوسها تشکیل شده باشد، پل دره ای نامیده می شود. پل قوسی ابتدا توسط یونانی ها و از سنگ ساخته شد. بعدها، رومیان باستان از ملات در پل های قوسی خود استفاده کردند. با توجه به اصول مقاومت مصالح، شعاع قوس وابعاد این پلها را طوری انتخاب می کنند که بارهای قائم وارده تبدیل به یک نیروی فشاری در امتداد قوس شود. بنا براین در مناطقی با کیفیت خاک مناسب،می توان دهانه های بزرگ ( تا حدود۵۰۰متر) را با پلهای قوسی طی نمود.
پل با کابلهای باربر:
این پلها را نیز می توان به دو گروه عمده تقسیم نمود:
پل ترکه ای
پل معلق
▪ پل ترکه ای:
در این پلها،تابلیه به صورت یک صفحه صلب از یک طرف روی پایه های کناری (کوله ها) و دو پایه بلند میانی و از طرف دیگر به طور الاستیک روی کابلهای مورب تکیه نموده است. این کابلها در تمام طول پل گسترش می بابند بار وارده را به پایه های بلند میانی منتقل می نمایند. کابلهای ذکر شده را می توان در دو صفحه قائم و به طور موازی در دو طرف تابلیه قرار داده و یا در جهت عرضی نیز به طور مورب و در امتداد محورطولی پل به پایه میانی متصل نمود.همچنین در بعضی شرایط می توان از یک مجموعه کابل که در امتداد محور طولی پل قرار می گیرند استفاده نمود.
پایه های میانی پل به شکل I ، A یا H طرح شده و معمولآ از فولاد یا بتن مسلح می باشد،پلهای ترکه ای به تعداد زیاد و تا دهانه ۵۰۰ متر ساخته شده اند.
▪ پل معلق:
در این پلها نیز تابلیه به صورت یک صفحه صلب روی پایه های کناری و میانی تکیه نموده است.
نگهداری پل
با توجه به مخارج سنگین انجام شده برای اجرای ابنیه بتنی،مسئله نگهداری دقیق این سازه ها در برابر آب و باد دو یخبندان از اهمیت خاصی بر خوردار است.
در مناطقی که بستر رودخانه سست بوده و در اثر طغیان آب امکان شسته شدن داشته باشد باید وضعیت آن را در اطراف پل بعد از طغیانهای مختلف مورد برسی قرار داد تا با تدابیر مختلف از خالی شدن خاک اطراف پی ها و در نتیجه تخریب پایه ها جلوگیری شود. لایه عایق کاری و آسفالت کف جاده باید طوری انجام شود که از نفوذ و باقی ماندن آب در جسم پل جلوگیری شود. بعد از پایان ساختمان پل و قبل از تحت سرویس قرار گرفتن،المانهای مختلف آنرا باید به دقت مورد بازدید قرار داد تا مشخص شود تحت بارهای دائمی و دستگاههای ساخت،تغییر شکل ها و ترک های پیش بینی نشده در آن ایجاد نشده باشد، همچنین بعد از آزمون بار گذاری که تحت شدید ترین بارگذاری ممکنه در طول دوره سرویس قرار می گیرد، باید کلیه تغییر شکلهای ایجاد شده و فلش مقاطع بحرانی، ترک های احتمالی، نشست پایه ها، تغییر فرم دستگاههای تکیه گاهی و اتصالات مختلف به دقت مورد برسی قرار گیرند. در طول دوره بهره برداری نیز در زمانهای مشخص باید قسمتهای مختلف پل مورد بازدید قرار گیرند به عنوان مثال:در پلهای فلزی که احتمال از بین رفتن اتصالات پیچ و جوش، زنگ زدن المانها و خوردگی آنها و بروز نا پایداریهای الاسیتک موجود است. این بازدیدها باید به طور مداوم و حداقل هر پنج سال یکبار انجام شده و برای جلو گیری از تخریب قطعات، آنها را با مواد مناسب پوشانید. همجنین در مورد پلهای بتن پیش تنیده شده وضع دستگاههای مهارتی و کشش کابلها مورد بررسی قرار گرفته و با انجام عمل تزریق به نحو مناسب، از زنگ زدگی کابلها جلوگیری به عمل آید. از عبور سربارهای غیر مجاز که در طرح ومحاسبه قطعات پل در نظر گرفته نشده اند،اکیدآ جلوگیری شود.