مهندسی رودخانه در پل سازی

مهندسی رودخانه در پل سازی

مقدمه

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 ومشخصات هندسی پایه هاوتکیه گاههای پل حائزاهمیت هستند که متأسفانه در کشورمان به مسائل فوق الذکر توجه کمتری می گردد این مقال نگاهی اجمالی به نقش مهندسی رودخانه و اهمیت بکارگیری آن در طراحی پلها دارد. 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: 1- عدم برآورد صحیح سیلاب طراحی (Flood Design) و کم بودن ظرفیت عبور سیلاب از دهانه پلها 2- جانمایی (Layout ) نامناسب پلها بدون توجه به مسائل ریخت شناسی (Morphology) رودخانه 3- بر آورد نادرست از عمق شالوده (براساس معیارهای سازه ای و ژئوتکنیکی) بدون توجه به مسأله فرسایش آبشستگی 4- فراهم نکردن تمهیدات لازم برای عبور مناسب جریان از سازه پلها 5- 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 جریان و طول و مشخصات آنرا محاسبه نمود در این حالت با توجه به اهمیت پروژه پلسازی می توان از مدلهای فیزیکی جهت تعیین مشخصات آن استفاده نمود. در طراحی پلها عوامل هیدرولیکی بسیار زیاد و پیچیده ای در رابطه با اندرکنش سازه پل و رودخانه نظیر ظرفیت آبگذری ،آبشستگی و فرسایش پایداری بازه رودخانه و نیروهای موثر جریان بر پایه ها و تکیه گاهها وجوددارند. طراحی پلها بادر نظر گرفتن اصول مهندسی رودخانه که یکی از عوامل تعین کننده می باشد ممکن است در بسیاری از موارد طراحی سازه ای پل را تحت الشعاع قرارداده و حتی باعث تغییر سیستم باربری سازه پل گردد. در طراحی و ساخت پلها انتخاب جانمایی طول، ارتفاع، شکل تکیه گاهها و پایه هاوعمق شالوده بر اساس مطالعات هیدرولیک جریان و ریخت شناسی در بازه مورد نظر انجام می گردد.

دستورالعمل های فنی اسکلت فلزی

بنام خداوند جان و خرد

دستورالعمل های فنی اسکلت فلزی فولادهاي ساختماني

دستورالعمل های فنی اسکلت فلزی فولادهاي ساختماني مورد استفاده فولادهاي مورد بحث در اين قسمت عبارتند از ورق ( تير ورق ) كه بايد از زنگزدگي و نواقصي كه به مقاومت و يا شكل ظاهري آنها لطمه مي‌زند، عاري باشند. استفاده از قطعات زنگ زده و پوسته پوسته شده، مجاز نيست، مگر اينكه به وسيله ماسه‌پاشي يا برس زني كاملاً تميز گردند، در اين حالت نيز چنانچه سطح مقطع ها ضعيف شده باشد، سطح واقعي ضعيف شده بايد در محاسبات منظور گردد. هرگاه كارفرما به منظور حصول اطمينان از ويژگيهاي مصالح فولادي مصرف شده كه به علت مرور زمان و تأثير عوامل جوي ممكن است ويژگيهاي خود را از دست داده باشند و همچنين مصالح فولادي پاي كار كه به علل گوناگون مدتي در فضاي باز باقي مانده‌اند، بررسي مشخصات فولادهاي مورد مصرف را ضروري تشخيص دهد، مي‌تواند از هر 10 تن فولاد به تعداد كافي نمونه انتخاب و انجام آزمايشهاي زير را در مورد آنها خواستار گردد: الف: آزمايش مقاومت كششي و ازدياد طول نسبي ب: آزمايش خمشي سرد پ: آزمايش خمشي بر اثر ضربه ت: آزمايش تركيب شيميايي فولاد گزارش آزمايشهاي انجام شده توسط كارخانه سازنده و يا آزمايشهاي مورد تأييد كارفرما بر روي مصالح فوق بايد صحت ويژگيهاي مكانيكي فولادها را در انطباق با آنچه در ASTM-A6 يا روشهاي مشابه و متداول آمده است، تأييد نمايد. كارفرما مخير است نتايج آزمايشهاي انجام شده در كارخانه توليد كننده فولاد را پذيرفته و سپس تقاضاي بازديد محصولات قبل از ارسال آنها از كارخانه را نموده و يا درخواست انجام آزمايشهاي مورد نظر را در حضور نماينده خود در كارخانه بنمايد. بازديد از فولاد ساختماني قبل از حمل به كارگاه از وظايف و اختيارات كارفرما مي‌باشد. قطعات فولادي اتصالات برشي بايد با مشخصات داده شده در نشريه شماره 228 با عنوان ”آيين‌نامه جوشكاري ساختماني ايران“ و يا مشخصات مندرج در بندهاي 429 و 430 ”آيين‌نامه جوش در اجراي ساختمانها“ D-69 و AWS مطابقت داشته باشند. كارخانه سازنده اين قطعات بايد مدارك دال بر انطباق ويژگيهاي اين قطعات را با مشخصات مذكور ارائه دهد. نكات مورد توجه در ساخت قطعات اسكلت 1- كليه فولادهاي ساختماني مصرفي بايد معادل با استاندارد ASTM A-33 (ST-37 ) با مقاومت ارتجاعي حداقل 2400 كيلوگرم بر سانتي متر مربع باشد . 2- پيمانكار بايد قبل از شروع برش و ساخت قطعات كليه ابعاد و طول قطعات فولادي را كنترل و تائيد نموده و هرگونه اشكالي را در اين مورد با كارفرما حل و فصل نمايد . 3- كليه فولادهاي ساختماني مصرفي و اتصالات آنها بايد پس از ساخت با 2 دست ضد زنگ مورد تائيد كارفرما پوشيده شوند . 4- سوراخ كردن اجزاي فلزي باربر فلزي مگر با اجازه مهندس محاسب مجاز نخواهد بود . 5- كليه جوشكاريها بايد با الكترود AWS-E–60 يا معادل آن انجام شود . معادل ايراني اين الكترودها 23AK و AMA 1537A خواهد بود . محلهاي جوشكاري بايد قبل از انجام جوشكاري كاملا" تميز شوند . 6- طول و ابعاد جوشها بايد دقيقا" مطابق مشخصات نقشه ها باشد . از ابعاد بزرگتر جوش اگر با مشخصات AWS هماهنگ باشد ، مي توان استفاده نمود . جوشهاي شياري بايد جوشهاي كاملا" نفوذي باشند . 7- حداقل ضخامت بعد جوش در محلهائيكه در نقشه سازه مشخص نشده برابر D=0.7 t مي باشد كه t عبارتست از نازكترين ضخامت صفحه اتصال و يا t در پروفيل هاي نورد شده ضخامت بال لبه پروفيل مي باشد . 8- درز و پخ ورقها بايد مطابق جزئيات اجرايي در نقشه ها و يا جزئيات استاندارد تيپ انجام شود . 9- بعد از هر پاس جوشكاري روباره حاصل از جوش توسط گل زنهاي دستي برداشته شده و سپس پاس بعدي شروع شود . 10- الكترودهاي مرطوب كم هيدروژن ( خشكه) قبل از مصرف در كوره با حرارت 250 درجه سانتيگراد به مدت 2 ساعت خشك شوند . 11- قبل از جوشكاري تمام جوش درزها در پروفيل ها و ورقها و همچنين الكترودهاي مصرفي بايد عاري از هرگونه زنگ زدگي ، روغن ، رنگ و ساير عوامل موثر در كاهش كيفيت جوش باشند . 12- در كليه تيرهاي لانه زنبوري در محل اتصال حداقل دوچشمه از تيرهاي لانه زنبوري در هر طرف اتصال با ورق تقويت جان پر گردد . 13- برش با شعله لبه‌هاي حاصل از برش با شعله كه در آينده تحت تنشهاي كششي بزرگ قرار خواهند گرفت، بايد كاملاً يكنواخت و عاري از ناهمواريهاي بيش از 5 ميليمتر باشند. ناهمواريها و زخمهاي بيش از 5 ميليمتر را بايد با سنگ زدن و در صورت لزوم تعميركاري توسط جوش هموار كرد، همچنين لبه‌هاي بريده شده توسط شعله كه مورد جوشكاري قرار خواهند گرفت، بايد تا حد امكان عاري از ناهمواري و بريدگي باشند. سوراخهايي كه به منظور دسترسي و تسهيل جوشكاري تعبيه مي‌شوند، بايد امكان ديد كامل را فراهم ساخته و داراي فراخي كافي باشند، اين سوراخها و نيز قسمتهاي بريده شده بال در انتهاي تيرها، بايد به صورتي كاملاً يكنواخت، با انحناي ملايم و بدون گوشه‌هاي تيز و زايد تعبيه شوند. در نيمرخهاي سنگين و مقاطع مركبي كه از مصالح به ضخامت بيش از 50 ميليمتر ساخته مي‌شوند، بايد لبه‌هاي بريده شده يا سوراخهاي دسترسي را كه توسط شعله بريده مي‌شوند، با سنگ زدن به صورت فلز صاف و براق درآورد. اگر قسمتهاي منحني بريده شده در تير يا سوراخ (به شرح بالا)، توسط عمل مته كردن و يا سوهان زدن شكل گرفته باشند، به سنگ زدن و صاف كردن نياز نيست. همچنين در نيمرخهاي سنگين و قطعات ساخته شده با جوش به ضخامت بيش از 50 ميليمتر، بايد پيش‌گرم كردن تا دماي حداقل 65 درجه سلسيوس قبل از برش انجام شود. 14- جوشكاري جوشكاري بايد توسط جوشكاران ماهر طبق نقشه و كاملاً مطابق با ابعاد مشخص شده انجام گردد. چنانچه كارفرما لازم بداند، بايد جوشكار داراي گواهينامه معتبر جوشكاري بوده، يا قبل از انجام كار توسط كارفرما از وي آزمون مهارت به عمل آيد. روش جوشكاري، مهارت جوشكار، ظاهر كار، خواص جوش و روشهايي كه براي تصحيح جوش و جوشكاري معيوب به كار مي‌رود، بايد مطابق با مقررات جوشكاري مندرج در نشريات 20 تا 24 و 288 دفتر تدوين ضوابط و معيارهاي فني سازمان مديريت و برنامه‌ريزي كشور باشد. در جوشكاري بايد ضوابط زير در نظر گرفته شود : 14-1- قبل از جوشكاري بايد سطوح مورد نظر از مواد زايد (گردوخاك، زنگزدگي، رنگ و غيره) كاملاً پاك شود. به طور كلي جوشكاري در دماهاي زير صفر درجه سلسيوس به ويژه در جريان باد، ممنوع است. در صورتي كه جريان هوا يكنواخت و ثابت باشد و بتوان سطوح مجاور محل جوشكاري را به شعاع حداقل 10 سانتيمتر با وسايل مناسب به نحوي گرم كرد كه گرماي آن با دست كاملاً محسوس باشد و اين دما در تمام مدت جوشكاري حفظ شود، مي‌توان در هواي تا منهاي 5 درجه سلسيوس جوشكاري كرد. در صورتي كه اين شرايط را بتوان در هواي پايين‌تر از منهاي 5 درجه سلسيوس، تأمين و حفظ نمود، مي‌توان در هواي تا 18 درجه زير صفر با احتياط، به جوشكاري ادامه داد. در دماهاي پايين‌تر از منهاي 18 درجه سلسيوس، جوشكاري مطلقاً ممنوع است. 14-2- چنانچه در نقشه‌هاي اجرايي مشخص نشده باشد، شدت جريان و نوع الكترودها بايد طوري انتخاب شود كه جوش كامل و داراي نفوذ كافي بوده و قطعات مورد اتصال به قدر كافي ذوب شوند. سطح جوش بايد عاري از شيار، قسمتهاي برآمده، سوختگي و گودافتادگي باشد. 14-3- چنانچه جوشكاري در بيش از يك گذر انجام مي‌شود، قبل از برداشتن پوسته هر گذر و پاك كردن آن با برس سيمي نبايد گذر بعدي جوش شروع شود. 14-4- بين قطعاتي كه مستقيماً به طريق جوش گوشه به هم جوش مي‌شوند، نبايد درزي بيش از 2 ميليمتر موجود باشد. جوشكاري بايد به نحوي انجام گيرد كه قطعات مربوط از شكل اصلي خارج نشده و درزها دچار تابيدگي و اعوجاج نشوند. رواداري اعضاي جوشكاري شده، مطابق جدول (ب) زير خواهد بود. 14-5- اتصال ورقها به يكديگر از نوع كاملا" نفوذي است . پس از جوشكاري طرف اول ، بايد طرف دوم را كاملا" سنگ زد و سپس جوشكاري نمود . لبه پخ بايد كاملا" تميز باشد . 14-6- اتصال ورقهاي زيرسري و روسري گيرداري بصورت نفوذي است و زاويه پخ سازي 45 درجه است . 14-7- طول جوشها به شرح زير است : الف – ستونها 100% ورقها به يكديگر ( سراسري) 100% طول نبشيها و ورقهاي محل اتصال تير به ستون ها 100% طول لچكي ها و قوطي ها در محل اتصال ستون به ستون ب- تيرها 50% طول بال تير در نجاورت يكديگر 80% طول ورقهاي تقويتي پلها 100% محيط ورقهاي تقويتي جان لانه زنبوري 14-8- استفاده از دينام و ركتيفاير توصيه مي شود.

ادامه نوشته