پنج شنبه ۲۶ فروردین ۱۴۰۰
 

اخبار

طراحی و ساخت پل دریایی متحرک بر روی رودخانه بهمن‌شیر

| محمد ابراهیمی‌کیا، رئیس هیئت‌مدیره مهندسان مشاور پی‌آب‌هنگام | امیرحسین قربان‌پور، مدیرعامل مهندسان مشاور پی‌آب‌هنگام | رضا پیروالدین، مدیرعامل شرکت ساختمانی ژیان |
طراحی و ساخت پل دریایی متحرک بر روی رودخانه بهمن‌شیر
مقدمه
کاهش دبی رودخانه‌‌ی بهمن‌شیر و تاثیرپذیری آن از جریان‌‌های جزر‌و‌مدی سبب شده است که دبی جریان‌‌های جزرومدی خلیج فارس بر دبی رودخانه غالب شود. این پدیده منجر به شوری آب رودخانه بهمن‌شیر و به تبع آن شورشدن خاک زمین‌‌هایی که از این رودخانه به‌منظور آبیاری استفاده می‌کنند، می‌‌‌شود. برای جلوگیری از وقوع پدیده مذکور، استفاده از سد سلولی در محدوده پایین‌‌دست رودخانه بهمن‌شیر (سه راه حفار) مدنظر قرار گرفت. سد‌‌های سلولی با ایجاد اختلاف تراز بین جریان بالادست و جریان جزرومدی، امکان انتقال آب شور دریا به نواحی بالادست را سلب می‌‌کنند. بزرگ‌ترین چالشی که در صورت استفاده از سد سلولی در رودخانه بهمن‌شیر ایجاد می‌شود، انسداد رودخانه و سلب امکان تردد کشتی‌ها و شناورهایی است که در رودخانه بهمن‌شیر تردد می‌کنند، لذا احداث یک معبر کشتیرانی نیز در دستور کار قرار گرفت. از طرفی احداث یک پل بر روی سد سلولی، به‌نحوی که وسایل نقلیه و عابرین پیاده امکان تردد از روی رودخانه را داشته باشند نیز از اهداف پروژه بود. در این صورت، سازه پل، مانع تردد شناورها می‌‌شد که این امر لزوم متحرک‌بودن این پل را مشخص می‌‌‌کند.
به‌طور کلی پل‌‌های متحرک را می‌‌توان در سه گروه پل‌‌های متحرک باسکولی،1 پل‌‌های متحرک بالارونده2 و پل‌‌های متحرک چرخان3 دسته‌بندی کرد. پل‌‌های باسکولی به پل‌‌هایی اطلاق می‌‌شود که شامل یک المان متحرک هستند و حول یک خط افقی در نزدیکی مرکز گرانش خود می‌‌چرخند. در یک سوی محور گردش، یک وزنه قرار داده می‌‌شود که این وزنه تقریبا با وزن سازه در سوی دیگر محور در تعادل است. نمونه‌‌ای از پل‌‌های متحرک باسکولی در شکل 2 نشان داده شده است.
عملکرد پل‌‌های متحرک چرخان به‌نحوی است که یک دهانه از پل می‌‌تواند روی پایه‌‌ای که روی آن قرار دارد، حول محور قائم، چرخش داشته باشد. یک نمونه از این پل در شکل (3) نشان داده شده است. پل‌‌های بالارونده، پل‌‌هایی با تکیه‌‌گاه ساده هستند که دهانه متحرک آن‌‌ها قابلیت جابه‌جایی قائم دارد، به‌نحوی که ارتفاع آزاد قائم کافی برای تردد شناور از زیر آن فراهم شود. یک نمونه از پل‌‌های متحرک بالارونده در شکل (4) نشان داده شده است. هر  یک از انواع پل که به آن‌‌ها اشاره شد، دارای مزایا و معایبی هستند که بسته به شرایط خاص هر پروژه، استفاده از هر یک از آن‌‌ها مزایای بیشتری به همراه خواهد داشت. برای طراحی این پروژه در گام نخست، آخرین نسخه آیین‌نامه طراحی پل‌های متحرک که هیچ نسخه‌ای از آن در کشور موجود نبود، از مراجع بین‎المللی تهیه شد و در ادامه دستورالعمل‌های این آیین‌نامه با شرایط داخلی بومی‎سازی شد و درنهایت مراحل طراحی پل با عنایت به مفاد آیین‌نامه صورت پذیرفت. 
تعیین نوع پل متحرک در پروژه سد سلولی بهمن‌شیر
در پروژه سد سلولی واقع در پایین‌‌دست رودخانه بهمن‌شیر، مقایسه‌‌ای بر اساس 12 مورد از نقاط ضعف و قوت هر یک از انواع پل انجام شده است. مبنای این مقایسه، الزامات و نقطه‌نظراتی است که در آیین‌نامه طراحی پل‌های متحرکStandard Specification for moveable bridge,2007 بدان اشاره شده است. بر اساس این مقایسه پل‌‌های متحرک، پل متحرک باسکولی بهترین گزینه در پروژه مذکور تشخیص داده شد. 
 
تشریح سازوکار کلی پلِ باسکولی 
سازوکار کلی پل به‎نحوی است که عرشه پل به‌‌وسیله نیروی برون‎محوری که جک‌‌های هیدرولیکی به آن وارد می‌کنند، حول محور دوران چرخش داشته و باز و بسته می‌‌شود. برون‎محوری مذکور توسط قطعه‌‌ای موسوم به قطعه‌‌ی آچاری ایجاد می‌‌‌شود. برای بازکردن عرشه پل اگر لازم باشد تا تمام وزن عرشه توسط جک‌‌ها جابه‌جا شوند، نیاز به یک سیستم مکانیکی بسیار بزرگ و پرهزینه خواهد بود. درحالی‌که اتصال یک وزنه‌‌ی تعادل به انتهای عرشه، به‌نحوی که گشتاوری برای بازشدن عرشه ایجاد کند، می‌تواند عملیات بازشدن پل را به‌مراتب تسهیل کند، به‌نحوی که جک‌‌هایی با ظرفیت بسیار بهینه قادر به بازو‌بسته‌کردن پل خواهند بود. بنابراین با توجه با این سازو‌کار، پل متحرک رودخانه بهمن‌شیر شامل عرشه (خطوط تردد و وزنه‌‌ی تعادل)، بخش مکانیکی (جک‌های هیدرولیکی،4 محور دوران،5 و قطعه آچاری) و فونداسیون (شامل اتاق
باسکول) می‌‌شود. 
 
تشریح بخش‌های مختلف پل باسکولی
1 ـــ عرشه پل
پل متحرک رودخانه بهمن‌شیر دارای دو بازوی متحرک است که هریک از آن‌‌ها قابلیت بازشدن دارند، به‌نحوی که در زمان بسته‌بودن، تشکیل یک پل با دو خط عبور را می‌‌دهند و در زمان عبور شناور، هر خط عبور در خلاف جهت دیگری دوران یافته و شناور می‌‌تواند به مسیر خود ادامه دهد. عرض کلی پل برابر 10 هزار و 400 میلی‌متر است. با توجه به الزامات طراحی و مشخصات فنی، عرشه پل از نوع فلزی چهارعنصری انتخاب شده است. 
 
2 ـــ بخش مکانیکی
اجزای بخش مکانیکی شامل تکیه‌‌گاه چرخان6 (شکل 8)، جک‌های هیدرولیکی7 (شکل 6)، و قطعه آچاری می‌‌شود. مجموعه عملکرد این قطعات، امکان باز و بسته‌شدن به پل و نیز حفظ تعادل پل در زوایای مختلف بازشدگی را خواهد داد. مطابق الزامات قراردادی و نیز شرایط هندسی طرح، حداکثر زاویه بازشدگی پل 60 درجه است. 
اجزای تشکیل‎دهنده محور دوران، نحوه اتصال قطعه آچاری و محور دوران در شکل 7 نشان داده شده است. جزئیات قطعه آچاری در شکل 7 نشان داده شده است.
 
1 ـــ 2 ـــ محاسبه‌‌ی ظرفیت سیستم مکانیکی جک‌های هیدرولیکی (سروو موتور)
تعیین ظرفیت جک‌های هیدرولیکی تابع شرایط وزن سازه پل و نیز شرایط محیطی و بارهایی است که در آیین‌نامه‌ی طراحی پل‌های متحرک [1] بدان اشاره شده است. مراحل گام‌به‌گام محاسبه نیروی لازم برای بالابری پل به شرح ذیل است:
  گام اول: تعیین وزن سازه پل با کلیه ملحقات؛
  گام دوم: تعیین میزان نیروی لازم برای متعادل‌سازی وزن پل با رعایت ضوابط بند C.1.5.1 استاندارد طراحی پل‌های متحرک؛
  گام سوم: تعیین گشتاور نامتعادل ناشی از اصطکاک قطعات محور چرخش در حالت دینامیکی و استاتیک؛
  گام چهارم: تعیین گشتاور نامتعادل ناشی از بار باد در حالت باد بحرانی بر اساس الزامات بند 5.4.2 استاندارد طراحی پل‌های متحرک [1]؛
  گام پنجم: تعیین گشتاور نامتعادل ناشی از شتاب زلزله؛
  گام ششم: ترکیب مقادیر گشتاورهای نامتعادل فوق‌الذکر در سه حالت مختلف استاتیک، بار باد، و بار زلزله در زوایای مختلف؛
  گام هفتم: محاسبه ظرفیت جک‌ها با توجه به گشتاور نامتعادل‌کننده و طول بازوی اهرم اتصال جک؛
  درنهایت با توجه به الزام استاندارد و درنظرگرفتن ضریب افزایشی 30 درصد مطابق توصیه‌های استاندارد طراحی پل‌های متحرک [1]، مشخصات جک‌ها به شرح ذیل
تعیین شد.
 
ردیف شرح مقدار
1 ظرفیت فشاری جک 120 تن
2 ظرفیت کششی جک 90 تن
3 تعداد جک برای هر دهانه دو عدد
4 طول کورس جک 205 سانتی  متر
 
جدول 1 ـــ مشخصات جک‌های پل متحرک
 
2 ـــ 2 ـــ مشخصات تکیه‌‌گاه‌های چرخان(trunnion) 
یکی از مهم‎ترین بخش‌های مکانیکی پل متحرک، تکیه‌‌گاه‌‌های چرخان یا اصطلاحا  (trunnion) است. این تکیه‌گاه‌ها عملا نقطه اتصال پل به فونداسیون است و دوران پل، حول این تکیه‌گاه‌ها صورت می‌گیرد. الزامات متعدد فراوانی در طراحی این تکیه‌گاه‌ها موثر است که مهم‌ترین آن‌ها به شرح ذیل است:
  کنترل کفایت باربری تکیه‌‌گاه تحت شرایط بسته‎بودن پل و عبور ترافیک؛
  کنترل کفایت باربری تکیه‌‌گاه تحت زوایای مختلف بازشدگی پل؛ 
  کنترل کفایت باربری تکیه‌‌گاه تحت زوایای مختلف بازشدگی پل در زمان طوفان؛
  کنترل کفایت باربری تکیه‌‌گاه تحت زوایای مختلف بازشدگی پل در زمان زلزله.
 
شکل 8 ـــ تکیه‌گاه چرخان (trunnion)
 
 
3 ـــ 2 ـــ قطعه آچاری
این قطعه رابط بین جک و پل است و با اعمال برون‌محوری نیروی جک، باعث دوران پل حول محور چرخش خواهد شد. این قطعه با ایجاد خروج از محوریت به میزان دو متر برای نیروی جک، باعث ایجاد گشتاور چرخشی حول محور دوران خواهد شد. در طراحی قطعه آچاری، علاوه بر ضوابط تشدید بار بر اساس استاندارد آشتو [2]، نیروی جک‌ها بنا به توصیه استاندارد طراحی پل‎های متحرک [1]، به میزان صددرصد افزایش داده شده‎اند.
 
3 ـــ فونداسیون
فونداسیون پل متحرک، درون بدنه سد قرار دارد و متکی بر شمع است. با توجه به این‌‌که در زمان بازشدن پل، وزنه‌‌ی تعادل نیاز به فضای کافی برای چرخش دارد، درون فونداسیون باید فضای مناسب برای حرکت قسمت انتهایی پل وجود داشته باشد. در نتیجه فونداسیون پل متحرک، یک اتاقک بتنی مدفون در خاک است که تکیه‌‌گاه‌‌های پل و نیز عملگرها و جک‌‌های پل در آن قرار می‌‌گیرند. این سازه بتنی در معرض بار ناشی از فشار آب، فشار خاک، وزن پل، وزن سیستم تعادل، نیروی جک‌‌ها و نیز شرایط خاص ناشی از بارگذاری زلزله قرار دارد. از مهم‌ترین عوامل دیگر در طراحی اتاق باسکول، آب‌بند‌بودن این سازه است که این مهم با استفاده از طرح اختلاط مخصوص بتن آب‌بند و استفاده از نوارهای آب‌بندی در محل درزهای اجرایی انجام می‌پذیرد.
درنهایت پس از نصب پل، تجهیز اتاق کنترل، اتاق باسکول، سیستم‌های هیدرولیکی و تجهیزات مربوط به بالابری نصب می‌شوند. مراحل نصب و راه‌اندازی سیستم‌های هیدرولیکی و تجهیزات بالابری، زیر نظر کارشناسان مجرب و بر اساس دستورالعمل‌ها و مشخصات فنی و اجرایی شرکت سازنده جک و تجهیزات بالابری صورت می‌پذیرد. |
 
مراجع
 
1 ـــ “American Association of state Highway and Transportation (AASHTO), Standard Specification of moveable bridge.,” 2007.
2 ـــ “LRFD bridge design specification,” American association of state highway and transportation(AASHTO), 2010.
3 ـــ P. C. f. R. t. I. C. o. P. f. S. R. D. o. Building, “IRANIAN CODE OF PRACTICE FOR SEISMIC RESISTANT DESIGN OF BUILDINGS.Standard No.2800,” Building and Housing Research Center, 2013.
4 ـــ “Standard Loads for Bridges,” Bureau Of Technical Affairs and Standards-Islamic Republic of Iran, 2000.
 
 
1 ـــ Bascule Bridge
2 ـــ Vertical Lift Bridge
3 ـــ Swing bridge
4 ـــ Servo Motor
5 ـــ Trunnion
6 ـــ Trunnion
7ـــ Servo Motor
۲۶ اسفند ۱۳۹۹ ۱۱:۴۶