دانلود تحقیق پل ها

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 گدرگاهها وپلها 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 پل های 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 800 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 وپل کرخه بیش از 400 سال عمر دارند.

از قرن یازدهم به بعد روشهای ساختن پل ها 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 1796 به دهانه 21 متر در آمریکا ساخته شد، همچنین در سال 1850 یکی از مهمترین پلهای با تیر حمال از جنس آهن متشکل از دو دهانه 140 متر و دو دهانه 70 متری در انگلستان ساخته شد.

طویل ترین پل معلق به طول تقریبی 7 کیلومتر در سانفرانسیسکو ساخته و بزرگترین دهانه معلق به طول تقریبی 1400 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 1955 به دهانه 183 متر در سوئد ساخته شده، پلهای زیادی اجرا شده است.

طبقه بندی پلها: پلها را می توان ازنقطه نظرهای مختلف طبقه بندی نمود: مصالح تشکیل دهنده سیستم مقاومت مصالح نوع مقاطع باربر کاربرد آینده و فرم تقاطع بامعبر نوع تیرهای حمال همچنین ببینید پل نقال پل بالارو پل چرخان پل دو طبقه پل شناور قایقی پل قوسی پل متحرک پل معلق نگهداری پل مهندسی رودخانه در پل سازی پلها از جمله شاهرگهای حیاتی در مواقع بروز سوانح طبیعی هستند، بنابراین جزو سازه‌های مهم دسته‌بندی می‌شوند.

در نتیجه برای مقاوم‌سازی آنها در برابر زلزله باید از روش یا روشهایی استفاده کرد که مورد اعتماد، کارآ و تا حد امکان مقرون به صرفه باشند.

یکی از این روشها که از اوایل قرن حاضر مطرح و در این اواخر به آن توجه بیشتری شده است ، جدایش پلها توسط سیستم‌های لرزه جدایش (Seismis Isolation) می‌باشد.

پلها به دلیل خصوصیات ویژه خود، بستر مناسبی برای استفاده از این سیستم‌ها هستند.

در این راستا کارهای زیادی چه بصورت تئوری و چه بصورت عملی انجام شده است .

پس بهتر دیده شد که ابتدا رفتار دینامیکی پلها مورد مطالعه قرارگرفته، سپس به بررسی نحوه تاثیر سیستم‌های لرزه جدایش بر رفتار دینامیکی پلها در برابر زلزله پرداخته شود.

در پلهای جدایش یافته، حتی توسط بالشتک‌های الاستومری رایج، به علت تغییر محدوده پریودی، نیاز به آنالیز دینامیکی کاملا محسوس است .

در این راستا سعی گردیده تا ابتدا مدل مناسبی برای بیان رفتار دینامیکی پلها ارائه گردد.

پس از انتخاب مدل مناسب ، حالتهای مختلف قرارگیری جداینده‌ها در سازه پل، مورد بررسی.

قرار گرفته است .

به دلیل فرضیات ابتدایی مبنی بر رفتار خطی مصالح و نیز ساده‌سازی تحلیل جداینده‌ها، رفتار این اعضاء در مراحل اولیه بصورت خطی در نظر گرفته شد و تاثیر عواملی نظیر تغییر سختی عرشه، تغییر سختی پایه‌ها و تغییر سختی بالشتکهای الاستومری بر روی پلهای جدایش یافته و جدایش نیافته، مورد بررسی قرار گرفت .

پس از این مرحله با فرض رفتار غیرخطی جداینده‌ها در کنار رفتار خطی اعضای اصلی سازه، که از فرضیات اساسی بحث لرزه جدایش است ، مقایسه‌ای بین عملکرد جداینده‌های متفاوت انجام پذیرفت .

بدین ترتیب سه‌گونه کلی رفتار جداینده‌ها بصورت خطی (الاستومرها)، دو خطی (بالشتکهای سربی لاستیکی) و الاستوپلاستیک کامل (جداینده‌های اصطکاکی خالص) مدنظر قرار گرفته است .

در انتها به برخی روشهای طراحی سیستم‌های لرزه جدایش برای پلها که در مراجع علمی و آئین‌نامه‌ای موجود بوده‌اند، اشاره شده است .

با انجام مراحل بالا و مقایسه نتایج حاصل، موارد زیر قابل بیان است : 1 - معادل‌سازی در امر تحلیل سازه‌ها، بویژه پل‌ها، نقش بسیار مهمی را ایفا میکند.

2 - به دلیل اهمیت پلها به عنوان یکی از شریانهای حیاتی نیروهای امدادرسانی در مواقع بحران، آنالیز دینامیکی آنها، بخصوص پلهای دارای بالشتک‌های الاستومری توصیه می‌گردد.

3 - استفاده از سیستم‌های لرزه جدایش غیرخطی، نتایج مطلوبتری را نسبت به سیستم‌های لرزه جدایش خطی سبب می‌گردد که در این میان کاربرد بالشتکهای سربی لاستیکی، عملی‌تر به نظر می‌رسد.

4 - استفاده از سیستم‌های لرزه جدایش به عنوان یک گزینه مطرح برای طراحی پلها در برابر زلزله و نیز تقویت پلها موجود، قابل بیان است علل اصلی خرابی بسیاری از پلها قبل از پایان عمرشان، عدم توجه به معیارهای هیدرولیکی در طراحی، و اجراو نگهداری از آنهاست.

ظرفیت گذرسیلاب از پل پایداری بازه رودخانه در محل احداث پل هدایت جریان نیروهای هیدرو دینامیک جریان آبشستگی و فرسایش در اثر تنگ شدگی و یا ایجاد مانع عواملی هستند که در تعیین جانمایی طول ارتفاع و آرایش پایه و تکیه گاهها و مشخصات هندسی پایه هاوتکیه گاههای پل حائزاهمیت هستند که متأسفانه در کشورمان به مسائل فوق الذکر توجه کمتری می گردد این مقاله نگاهی اجمالی به نقش مهندسی رودخانه و اهمیت بکارگیری آن در طراحی پلها دارد.

علل اصلی خرابی بسیاری از پلها قبل از پایان عمرشان، عدم توجه به معیارهای هیدرولیکی در طراحی، و اجراو نگهداری از آنهاست.

علیرغم استفاده از مصالح و تکنولوژی پیشرفته و صرف هزینه های هنگفت در طراحی و ساخت پل ها هرساله شاهد شکست و یا تخریب پلهای زیادی در دنیاو در کشورمان در اثر وقوع سیلاب هستیم.

شکست و تخریب پلها علاوه بر خسارات مالی و گاهی هم جانی راه ارتباطی به نقاط سیل گیر و محتاج کمک رسانی را قطع می کند و خسارتها را دو چندان می نماید.

طبق بررسیهای انجام شده در اکثر موارد علت شکست پلها عبارتند از: عدم برآورد صحیح سیلاب طراحی (Flood Design) و کم بودن ظرفیت عبور سیلاب از دهانه پلها جانمایی (Layout ) نامناسب پلها بدون توجه به مسائل ریخت شناسی (Morphology) رودخانه بر آورد نادرست از عمق شالوده (براساس معیارهای سازه ای و ژئوتکنیکی) بدون توجه به مسأله فرسایش آبشستگی فراهم نکردن تمهیدات لازم برای عبور مناسب جریان از سازه پلها نقصان در حفاظت و نگهداری از پلها بر اساس آمار و اطلاعات جمع آوری شده از خسارات سیلاب در دوره زمانی سالهای 1331 تا 1375 افزایش تخریب پلها در اثر سیلاب چشمگیر بوده است.

آنچه که مسلم است یکی از عوامل اصلی این تخریبها عدم رعایت مسائل هیدرولیکی و مهندسی رودخانه در طراحی پلها در طی دهه گذشته ( که دوره توسعه سازندگی و پیشرفت بوده است) می باشد و شواهد نشان می دهد که در سالهای اخیر به این مساله توجه کافی نمی گردد.

مسلماً عواقب ناشی از عدم رعایت مسائل مهندسی رودخانه در پل سازی جزصرف هزینه های زیادو بی حاصل ثمری نخواهد داشت و لازم است در برنامه های مربوط به پلسازی معیارهای هیدرولیکی در مطالعات طراحی و اجرای پلهامورد توجه قرارگیرند.

تحقیقات انجام شده روی پلها نشان می دهد که علاوه بر عوامل سازه ای و ژئوتکنیکی که در محاسبه ابعاد پلها به کار می روند عوامل هیدرولیکی و اندرکنش سازه پل و رودخانه در تعیین جانمایی طول ارتفاع پایه و تکیه گاهها و حفاظت از پلها نقش اساسی دارند.

جانمایی و راستای قرارگیری پلها عبور جاده و یا خط راه آهن از روی رودخانه ها محدود به بازه های خاصی از رودخانه هاست که توسط مسیر کلی راه مشخص می گردد علاوه بر آن مسیر کلی راه راستای قرارگیری پل روی رودخانه را نیز تعیین می نماید در حد امکان از احداث پل در بازه های ناپایدار باید اجتناب نمود بازه های ناپایدار بازه هایی از رودخانه هستند که رودخانه در آنها فرسایشی و یا رسوبگذار است.

انتخاب راستای پل عمود بر راستای جریان از وارد آمدن نیروی بیشتر و مورب به تکیه گاهها و پایه های پل جلوگیری می کند همچنین طول پل کاهش می یابد که در کاهش هزینه های کلی طرح بسیار موثر است استفاده از عکسهای هوایی و توپوگرافی بامقیاس مناسب ( 1.50000 تا 1.20000) یکی از راههای مفید برای مطالعه جانمایی و تعیین بهترین مسیر عبور پل از روی رودخانه است.

تعیین طول پلها به دلیل ملاحظات اقتصادی وسازه ای تاحد ممکن طول پلها را کوتاه در نظر می گیرند اما باید دانست که شکل هندسی شرایط جریان در رودخانه پیوسته در حال تغییر است و کوتاه شده طول پل باعث تمرکز تنش جریان در محدوده احداث پل گردیده وموجب آبشستگی کف و کناره ها می گردد این موضوع در هنگام وقوع سیلاب به حالت بحرانی می رسد و ممکن است باعث تخریب پل گردد بنابر این طول پل باید طوری انتخاب شود که پایداری رودخانه در محدوده احداث پل حفظ گردد بر اساس تحقیقات انجام شده بازه های پایدار رودخانه، بازه هایی هستند که تغییرات چندانی در طول یک یا چند سال نداشته باشند از مفهوم بازه پایدار برای تعیین عرض تعادل رودخانه ها استفاده می گردد عرض تعادل با استفاده از مفاهیم روابط تجربی رژیم روش نیروی برکنش و مفهوم توان جریان استخراج می گردد.

روابط رژیم بر اساس معادلات تجربی بین دبی جریان آب و رسوب عمق عرض و شیب رودخانه ها با بستر شنی نشان می دهد.

تعیین ارتفاع پلها محدودیت های سازه ای و اقتصادی خاکریزهاو جاده های طرفین مسائل کشتیرانی و قایقهای تفریحی و ظرفیت آبگذری مهمترین عوامل تعیین کننده ارتفاع پل می باشند ظرفیت آبگذری پل به حداکثر دبی جریان گفته می شود که پل با اطمینان از خود عبور می دهد این مقدار جریان به هندسه مقطع پل و تکیه گاه ها شکل پایه های پل عرض تنگ شده رودخانه و ارتفاع پل بستگی دارد.

با تعیین عرض تعادل رودخانه (یا همان طول پل ) دبی سیلاب طراحی برای محل و شکل مقطع پل و پایه های آن و ارتفاع پل محاسبه می گردد دبی سیلاب طراحی بر اساس اهمیت سازه از نظر ارتباطات تجارت و همچنین ریسک شکست و وارد آمدن خسارت انتخاب می گردد.

اغلب دبی طراحی عبور سیلاب برای پلها را با دوره برگشت 50ساله بطور خلاصه می توان گفت برای شرایطی که سطح شالوده بالای بستر باشد، سرعت و اندازه گردابها بستگی به ابعاد و ارتفاع و عرض نسبی پایه نسبت به شالوده دارد یعنی اینکه در این حالت شالوده به عنوان یک عامل بازدارنده، خود باعث تشکیل گردابهای قویتری می گردد که با گرداب حاصل از پایه ترکیب شده و آبشستگی را تشدید می نماید.

در حالت دوم (سطح قانونی شالوده داخل حفره آبشستگی است)سیستم گردابهای ایجاد شده ضعیفتر از حالت اول می باشد و حتی در زماینکه سطح فوقانی شالوده به اندازه کافی به سمت بالا دست گسترش می یابد، گرداب ایجاد شده توسط پایه بر روی سطح شالوده هیچگونه تاثیری در سیستم ایجاد شده توسط پایه ندارد.

باتوجه به موارد فوق الذکر معادلات ارایه شده توسط ریچاردسون نیاز به بازبینی دارد.

انتخاب عمق شالوده پایه ها و به همین ترتیب برای تکیه گاهها با در نظر گرفتن حداکثر آبشستگی و موارد فوق الذکر در مورد پایه های مستطیلی صورت می گیرد.

هدایت جریان شکل نامنظم رودخانه ها در مقاطع عرضی و در طول ممکن است باعث تغییرات مکانی جریان در رودخانه گردد این موضوع برای احداث پلها و عبور جریان ازمقطع آنها نامطلوب است و باید به نحوی جریان در بالادست پل یکنواخت توزیع شده و به طرف سازه هدایت گردد.

این عمل توسط سازه طولی به نام دیوارهای هدایت جریان صورت می گیرد.

در بیشتر موارد مصالح مورد استفاده از رودخانه ای بوده و در قسمت سطحی و پیش بند از حفاظت های سنگچین استفاده می گردد گاهی شکل قرارگیری پل در مسیر رودخانه طوری است که به سادگی نمی توان جانمایی دیوارهای هدایت