عنوان مقاله : مقاوم سازی پل های بتنی

مقاوم سازی پل های بتنیسایت ساختمان مرجع صنعت ساختمان sakhtemoon.com
مقاوم سازی پل ھای بتنی
خلاصه مقاله
پلھا سازه ھای حساسی ھستند زیرا ھر گونه صدمه به آنھا باعث خسارات مالی و جانی در
ھنگام زلزله و بعد آن می شود . با توجه به وقوع زمین لرزه ھای متعدد و آسیب دیدگی سازه ھا
به ویژه شریان ھای حیاتی، به کارگیری انواع روش ھای مقاوم سازی و بھسازی لرزه ای در چند
دھه اخیر توسعه ای روز افزون یافته است. قبل از انجام مراحل مقاوم سازی، مطالعه بر روی
سازه اھمیت بالایی دارد که در این بین پل ھا به عنوان سازه ھایی استراتژیک و مھم، اھمیتی
دو چندان دارند. عدم تخریب پل و خارج نشدن از بھره برداری پس از یک زمین لرزه شدید از
بسیاری تلفات جانی و اقتصادی پس از حادثه خواھد کاست. در این راستا و برای طراحی ایمنی
پل ھا لازم بود که آسیب ھای پل و دلایل این آسیب ھا شناخته شوند. این مقاله به بحث و
بررسی پیرامون انواع پل ھا، ساختارشان و ھمچنین روشھای جدید مقاوم سازی آنھا پرداخته
است.
تاریخچه پل
پل یک سازه است که برای عبور از موانع فیزیکی از جمله رودخانه ھا و دره ھا استفاده می
شود. پلھای متحرک نیز جھت عبور کشتیھا و قایق ھای بلند از زیر آنھا ساخته شده است.
ایجاد گذرگاه ھا و پل ھا برای عبور از دره ھا و رودخانه ھا از قدیمی ترین فعالیتھای بشر است.
پلھای قدیمی معمولا از مصالح موجود در طبیعت مثل چوب و سنگ والیاف گیاھی به صورت
معلق یا با تیرھای حمال ساخته شده اند. پل ھای معلق از کابل ھایی از جنس الیاف گیاھی که
از دو طرف به تخته سنگ ھا و درخت ھا بسته شده و پل ھای با تیر حمال از تیرھای چوبی که
روی آنھا با مصالح سنگی پوشیده می شد، ساخته شده اند. ساخت پل ھای سنگی به دوران
قبل از رومی ھا بر می گردد که در خاور میانه و چین پل ھای زیادی بدین شکل برپا شده است.
در اروپا نیز اولین پل ھای طاقی را ٨٠٠ سال قبل از میلاد مسیح، برای عبور از رودخانه ھا از
جنس مصالح سنگی ساخته اند. اغلب پل ھای ساخته شده توسط رومی ھا از طاق ھای
سنگی دایره شکل با پایه ھای ضخیم تشکیل یافته است. در ایران نیز ساختن پل ھای کوچک
وبزرگ از زمان ھای بسیار قدیم رواج داشته و پل ھایی نظیر سی و سه پل، پل خواجو و پل
کرخه بیش از ٤٠٠ سال عمر دارند. از قرن یازدھم به بعد روش ھای ساختن پل ھا پیشرفت قابل
توجھی نمود و به تدریج استفاده از دستگاه ھای فشاری از مصالح سنگی و آجر با ملات ھای
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
سایت ساختمان مرجع صنعت ساختمان sakhtemoon.com
مختلف و دستگاه ھای خمشی از چوب متداول گردیده و تا اوایل قرن بیستم ادامه یافت. شروع
قرن بیستم ھمراه با استفاده وسیع از پل ھای فلزی و سپس پل ھای بتن مسلح می باشد. از
اوایل قرن نوزدھم ساخت پل ھای معلق، قوسی یا با تیر حمال از آھن آغاز شد. اولین پل معلق
از آھن در سال ١٧٩٦ به دھانه ٢١ متر در آمریکا ساخته شد، ھمچنین در سال ١٨٥٠ یکی از
مھمترین پل ھای با تیر حمال از جنس آھن متشکل از دو دھانه ١٤٠ متر و دو دھانه ٧٠ متری در
انگلستان ساخته شد.
انواع پل
١ - پلھای چوبی: این پلھا معمولا" به شکل قوسی، با تیرھای مشبک و یا تیرھای حمال ساخته
شده و در حال حاضر استفاده از آنھابه صورت موقتی می باشد.
٢ - پلھای سنگی: با توجه به مقاومت مناسب فشاری مصالح سنگی، بسیاری از پلھای طاقی
از این مصالح ساخته شده اند.نظر به کمبود افراد سنگ کار و زمان نسبتا طولانی لازم برای تھیه
مصالح و اجرای سازه، امروزه استفاده از این پلھا محدود می باشد.
٣ - پلھای بتنی: در بسیاری از پلھای طاقی شکل، در حال حاضر از بتن، با توجه به مقاومت
فشاری مطلوب آن به جای سنگ استفاده می شود.
١- پلھای بتن مسلح: با توجه به روش اجرا و نحوه بتن ریزی، پلھای بتن مصلح را می توان از -٣
مقاطع مختلف و با اشکال دلخواه ساخت. با وجود این استفاده از مقاطع ساده در جھت کاھش
بھای قالب بندی ھمواره مورد نظر است.در بعضی از حالات استفاده از سیستم پیش ساختگی
باعث حذف اجزاء نگھدارنده قالبھا و در نتیجه صرفه جوئی قابل ملاحظه می شود.
٢- پلھای بتن پیش تنیده: با پیشرفت این تکنیک، به تدریج در دامنه وسیعی از ابنیه -٣
فنی،پلھای بتن پیش تنیده جایگزین پلھای فلزی و پلھای بتن مسلح شده اند. بدین ترتیب با
صرف ھزینه کمتر، پلھای با دھانه بزرگ ساخته می شوند. از طرف دیگر استفاده از این مصالح
امکان به کارگیری تکنیک ھای جدید پل سازی را می دھد.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
سایت ساختمان مرجع صنعت ساختمان sakhtemoon.com
٤ - پلھای فلزی: این پلھا به اشکال مختلف، با تیرھای حمال معمولی یا تیرھای مشبک فولادی،
با قوس یا قالبھای فلزی، نورد شده از ورق و المانھای اتصالی ساخته شده اند. در ساخت این
پلھا گاھی نیز از آلیاژھای سبک یا مقطع مرکب استفاده می گردد. استفاده از فولاد در ساخت
پلھای فلزی از قرن گذشته شروع و با عنایت به مقاومت کششی و فشاری مطلوب این مصالح
در سطح وسیع متداول گردید.باتوجه به فزونی بھای تولید، معمولاً نیمرخھای فولادی دارای
ضخامت ناچیز بوده و در نتیجه علاوه بر مسئله زنگ زدن و خوردگی، خطر بروز ناپایداری ھای
الاستیک نیز ھمواره موجود می باشد. پلھای فلزی را می توان با توجه به نوع سیستم باربر به
شرح زیرطبقه بندی نمود: پل باتیرھای حمال، پل قوسی، پل با کابلھای باربر
١- پل با تیرھای حمال : این پلھا از متداول ترین انواع مورد استفاده برای دھانه ھای متوسط -٤
(تا ٢٥٠ متر)می باشند . تیرھای حمال معمولا به صورت شبکه ھای فلزی مقاطع جعبه ای یا
تیرھای مرکب تو پر ساخته شده و تغییر شکل بسیار محدودی خواھند داشت. شبکه ھای فلزی
معمولآ سبک بوده اما با توجه به خصوصیات ظاھری آنھا ،کمتر در مناطق شھری مورد استفاده
قرار می گیرند.در حالت کلی این پلھا را نیز می توان به شرح زیر تفکیک نمود:
٢- پل با تیرھای حمال جانبی : در این حالت تیرھای حمال جانبی معمولآ از شبکه ھای فلزی -٤
تشکیل شده و اجزاء اصلی باربر تابلیه می باشند. در شرایطی که عرض پل محدود باشد ( کمتر
از ١٤ متر ) می توان از این سیتستم استفاده نمود.
٣- پل با تیر ھای حمال تحتانی: در این حالت تیرھای حمال عمومآاز نوع تیرھای مرکب با جان -٤
تو پر ( که از چند ورق فلز با اتصال پیج پرچ یا جوش تشکیل شده اند ) می باشند. تیرھای حمال
با ارتفاع ثابت یا متغیر ساخته شده و در نتیجه ضمن حصول منظره مناسب صرفه جوئی مھمی
نیز در مصرف مصالح خواھد شد. ھمچنین در بعضی شرایط می توان سبستم متشکل از تیرھا یا
حمال تحتانی را با یک مقطع جعبه ای جایگزین نمود.
٥ - پل قوسی : پل قوسی، پلی است با تکیه گاه ھای انتھائی در ھر طرف، که شکلی نیم
دایره مانند دارد. پلی که از رشته ای از قوسھا تشکیل شده باشد، پل دره ای نامیده می شود.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
سایت ساختمان مرجع صنعت ساختمان sakhtemoon.com
پل قوسی ابتدا توسط یونانی ھا و از سنگ ساخته شد. بعدھا، رومیان باستان از ملات در پل
ھای قوسی خود استفاده کردند. با توجه به اصول مقاومت مصالح، شعاع قوس وابعاد این پلھا را
طوری انتخاب می کنند که بارھای قائم وارده تبدیل به یک نیروی فشاری در امتداد قوس شود.
بنا براین در مناطقی با کیفیت خاک مناسب،می توان دھانه ھای بزرگ ( تا حدود ٥٠٠ متر) را با
پلھای قوسی طی نمود.
٦- پل ترکه ای: در این پلھا،تابلیه به صورت یک صفحه صلب از یک طرف روی پایه ھای کناری
(کوله ھا) و دو پایه بلند میانی و از طرف دیگر به طور الاستیک روی کابلھای مورب تکیه نموده
است. این کابلھا در تمام طول پل گسترش می بابند بار وارده را به پایه ھای بلند میانی منتقل
می نمایند. کابلھای ذکر شده را می توان در دو صفحه قائم و به طور موازی در دو طرف تابلیه قرار
داده و یا در جھت عرضی نیز به طور مورب و در امتداد محورطولی پل به پایه میانی متصل نمود.
ھمچنین در بعضی شرایط می توان از یک مجموعه کابل که در امتداد محور طولی پل قرار می
طرح شده و معمولآ از فولاد یا بتن H یا A ،I گیرند استفاده نمود. پایه ھای میانی پل به شکل
٧ - پل - مسلح می باشد،پلھای ترکه ای به تعداد زیاد و تا دھانه ٥٠٠ متر ساخته شده اند. ٣
معلق: در این پلھا نیز تابلیه به صورت یک صفحه صلب روی پایه ھای کناری و میانی تکیه نموده
است .
نگھداری پل
با توجه به مخارج سنگین انجام شده برای اجرای ابنیه بتنی،مسئله نگھداری دقیق این سازه ھا
در برابر آب و باد دو یخبندان از اھمیت 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 طغیانھای مختلف مورد برسی قرار داد تا با تدابیر مختلف از خالی شدن خاک اطراف پی ھا
و در نتیجه تخریب پایه ھا 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،المانھای مختلف آنرا باید به دقت مورد بازدید قرار داد تا مشخص شود
تحت بارھای دائمی و دستگاھھای ساخت،تغییر شکل ھا و ترک ھای پیش بینی نشده در آن
ایجاد نشده باشد، ھمچنین بعد از آزمون بار گذاری که تحت شدید ترین بارگذاری ممکنه در طول
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
سایت ساختمان مرجع صنعت ساختمان sakhtemoon.com
دوره سرویس قرار می گیرد، باید کلیه تغییر شکلھای ایجاد شده و فلش مقاطع بحرانی، ترک
ھای احتمالی، نشست پایه ھا، تغییر فرم دستگاھھای تکیه گاھی و اتصالات مختلف به دقت
مورد برسی قرار گیرند. در طول دوره بھره برداری نیز در زمانھای مشخص باید قسمتھای مختلف
پل مورد بازدید قرار گیرند به عنوان مثال:در پلھای فلزی که احتمال از بین رفتن اتصالات پیچ و
جوش، زنگ زدن المانھا و خوردگی آنھا و بروز نا پایداریھای الاسیتک موجود است. این بازدیدھا
باید به طور مداوم و حداقل ھر پنج سال یکبار انجام شده و برای جلو گیری از تخریب قطعات، آنھا
را با مواد مناسب پوشانید. ھمجنین در مورد پلھای بتن پیش تنیده شده وضع دستگاھھای
مھارتی و کشش کابلھا مورد بررسی قرار گرفته و با انجام عمل تزریق به نحو مناسب، از زنگ
زدگی کابلھا جلوگیری به عمل آید.
تعیین طول پلھا
به دلیل ملاحظات اقتصادی وسازه ای تاحد ممکن طول پلھا را کوتاه در نظر می گیرند اما باید
دانست که شکل ھندسی 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 ھا
می گردد این موضوع در ھنگام 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 ھای پایدار رودخانه، بازه ھایی ھستند که
تغییرات چندانی در طول یک یا چند سال نداشته باشند از مفھوم بازه پایدار برای تعیین عرض
تعادل رودخانه ھا استفاده می گردد عرض تعادل با استفاده از مفاھیم روابط تجربی رژیم روش
نیروی برکنش و مفھوم توان جریان استخراج می گردد. روابط رژیم بر اساس معادلات تجربی بین
دبی جریان آب و رسوب عمق عرض و شیب رودخانه ھا با بستر شنی نشان می دھد.
تعیین ارتفاع پل ھا
محدودیت ھای سازه ای و اقتصادی خاکریزھاو جاده ھای طرفین مسائل کشتیرانی و قایقھای
تفریحی و ظرفیت آبگذری مھمترین 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 دھد این مقدار جریان به
ھندسه مقطع پل و تکیه گاه ھا شکل پایه ھای پل عرض تنگ شده رودخانه و ارتفاع پل بستگی
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
سایت ساختمان مرجع صنعت ساختمان sakhtemoon.com
دارد. با تعیین عرض تعادل رودخانه (یا ھمان طول پل ) دبی سیلاب طراحی برای محل و شکل
مقطع پل و پایه ھای آن و ارتفاع پل محاسبه می گردد دبی سیلاب طراحی بر اساس اھمیت
سازه از نظر ارتباطات تجارت و ھمچنین ریسک شکست و وارد آمدن خسارت انتخاب می گردد.
اغلب دبی طراحی عبور سیلاب برای پلھا را با دوره برگشت ٥٠ ساله بطور خلاصه می توان گفت
برای شرایطی که سطح شالوده بالای بستر باشد، سرعت و اندازه گردابھا 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 گردابھای 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 گردابھای 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 ھیچگونه تاثیری در سیستم ایجاد شده توسط پایه
ندارد. انتخاب عمق شالوده پایه ھا و به ھمین ترتیب برای تکیه گاه ھا با در نظر گرفتن حداکثر
آبشستگی و موارد فوق الذکر در مورد پایه ھای مستطیلی صورت می گیرد.
شیوه ھای نوین مقاوم سازی
برای مقاوم سازی قطعات تیرھایی که در معرض بارگذاری مضاعف قرار دارند و یا برای تقویت
عملکرد قطعات مقاوم سازی نشده می توان به جای استفاده از سیستم ھای معمولی مقاوم
استفاده TYFO سازی مانند اتصال ورقه فلزی و شاتکریت از سیستم ھای نوینی مانند سیستم
کرد. تیرھایی که در معرض آسیب دیدگی قرار دارند به واسطه فرسایش یا اثر تخریبی دیگر می
توانند با این سیستم مرمت سازی شوند. زمانی که به واسطه تقویت خمشی تیرک مقاوم
سازی می شود، برای معرفی شکل جدید برش و جلوگیری از شکست برش ترد شدگی دقت
زیادی باید صورت گیرد. تطابق پذیری این امکان را فراھم می سازد تا تیرک ھا برای در اختیار
داشتن توان برشی افزوده و انعطاف پذیری بیشتر دورپیچی شوند، در برخی موارد برای اضافه
نمودن سختی و کاھش انحراف ھا این سیستم ھا می توانند موثر واقع شوند. سیستم ھای
تا به امروز روی سازه ھای زیادی نصب شده اند. مھاربندی (انکوریج) مکانیکی برای حصول TYFO
اطمینان از انعطاف پذیری بلند مدت قطعات اتصالی بسیار مھم است. انکورھای سیستم نقش
انتقال فشارھای کششی بین سطح و ورقه کامپوزیتی را دارند بدین ترتیب انعطاف پذیری بلند
مدت قطعه تضمین می شود. استفاده از انکوریج (مھاربندی) مقدار درخواست اتصال بیشتر و
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
سایت ساختمان مرجع صنعت ساختمان sakhtemoon.com
برای ارزیابی ASTM توان کششی بتن را کاھش می دھد. از دستورالعمل ھای آزمایش
خصوصیات اتصال سطح بتن قبل از بھره گیری از سیستم کامپوزیتی می توان استفاده کرد. این
سیستم باعث افزایش توان برشی و انعطاف پذیری گونه ھای مختلف قطعات ساختمانی می
شوند.
شیوه ھای نصب
TYFO - آماده سازی سطح برای اتصال استفاده از لایه رویی اپوکسی
- نصب الیاف یا انکورھای معمولی در محل ھای بحرانی
در پروژه Fib wrap - استفاده از کامپوزیت
TYFO - استفاده از سیستم نھایی
موارد استفاده از تیرک
SEH - مقاوم سازی و تعمیر تیر سر آزاد اسکله ھا با کامپوزیت شیشه ای
و کامپوزیت ھای شیشه ای SEH شکل آسیب دیده با کامپوزیت کربن I - مرمت سازی تیر
SEH
- استفاده از کامپوزیت در محل ھای اتصال ستون- تیر
موارد استفاده در کلاھک پوششی ستون اسکله
TYFO SEH در حدود ھزار پروژه اتصال تیر-ستون در کالیفرنیا اجرا شد که در آن از سیستم
استفاده شده است. بر اساس طراحی انجام شده این کار ھم سبب افزایش ظرفیت برشی
می شود و ھم اتصال را محصور می کند. به عنوان بخشی از طراحی بولتھای میانی استفاده
مقاوم سازی در برابر آتش) به عنوان سیستمی برای بدست )TYFO FCF شد، به عبارت دیگر
آوردن نسبت مقاومت لازم در مقابل آتش برای الیاف استفاده گردید.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com