مطالعه‌ای بینش‌های کلیدی در مورد پایداری پشتیبانی فولادی پل را نشان می‌دهد

پل‌ها کوه‌ها، رودخانه‌ها و دره‌ها را در بر می‌گیرند و شهرها و مناطق روستایی را به عنوان گره‌های حیاتی در شبکه‌های حمل و نقل مدرن به هم متصل می‌کنند. اما چه چیزی این غول‌های فولادی را در برابر باد و هوا ثابت نگه می‌دارد؟ پاسخ در سیستم‌های پشتیبانی اغلب نادیده گرفته شده اما حیاتی آن‌ها نهفته است—نگهبانان خاموشی که ایمنی هر مسافر را تضمین می‌کنند.

سیستم‌های پشتیبانی به عنوان اجزای کمکی ضروری سازه‌های پل، نقش‌های حیاتی متعددی را ایفا می‌کنند:

• تثبیت ساخت و ساز: در طول ساخت پل، سیستم‌های پشتیبانی به عنوان چارچوب‌های محکم عمل می‌کنند و از کمانش جانبی تیرهای اصلی تحت وزن خود و فشار بتن مرطوب جلوگیری می‌کنند.
• توزیع بار: آن‌ها به طور هوشمندانه بارها را در بین تیرهای اصلی توزیع می‌کنند، و از انتقال متعادل نیرو اطمینان حاصل می‌کنند و از اضافه بار موضعی برای افزایش عمر مفید جلوگیری می‌کنند.
• مقاومت در برابر کمانش: برای فلنج‌های فشاری یا اعضای وتر مستعد کمانش جانبی، سیستم‌های پشتیبانی محدودیت‌های موثری را برای افزایش پایداری کلی سازه فراهم می‌کنند.

بر اساس عملکرد و ویژگی‌های ساختاری، سیستم‌های پشتیبانی به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

مهاربندی صفحه‌ای که در درجه اول از کمانش جانبی فلنج‌های فشاری جلوگیری می‌کند، معمولاً از اعضای قطری تشکیل شده است که فلنج فشاری یک تیر اصلی را به هم متصل می‌کنند تا سازه‌های خرپایی مسطح را تشکیل دهند. این پیکربندی به طور موثری در برابر حرکت جانبی مقاومت می‌کند و طول موج‌های کمانش را به فواصل مهاربندی کاهش می‌دهد.

در پل‌های مرکب فولادی-بتنی، مهاربندی صفحه‌ای معمولاً بالای فلنج‌های بالایی نصب می‌شود و با قالب‌بندی عرشه ادغام می‌شود. در حالی که این امر تعمیر و نگهداری را به حداقل می‌رساند و زیبایی‌شناسی تمیز را حفظ می‌کند، طرح‌های مدرن به طور فزاینده‌ای از این روش به دلیل تضاد با قالب‌بندی عرشه دائمی اجتناب می‌کنند. هنگامی که با عرشه ریخته نشود، مهاربندی صفحه‌ای به تأیید عملکرد طولانی‌مدت نیاز دارد.

مهاربندی پیچشی که معمولاً بین جفت تیرها چیده می‌شود، امکان پیش‌ساخت کارخانه‌ای را برای مونتاژ سریع در محل فراهم می‌کند. برخلاف مهاربندی صفحه‌ای، مستقیماً حرکت فلنج را محدود نمی‌کند، بلکه با محدود کردن پیچش کلی تیر از طریق اتصالات سفت در سطوح فلنج، پایداری را افزایش می‌دهد.

در حالی که برای به حداکثر رساندن مقاومت خمشی نسبت به مهاربندی صفحه‌ای کمتر مؤثر است، مهاربندی پیچشی مزایایی در راندمان ساخت و توزیع بهتر بارهای برخورد/باد ارائه می‌دهد. بیشتر مهاربندی‌های پیچشی حتی پس از خدمت به اهداف موقت، به طور دائم نصب می‌شوند.

هنگامی که فلنج‌های فشاری فاقد محدودیت جانبی مستقیم هستند (به عنوان مثال، دور از عرشه)، مهاربندی U-frame—شامل تیرهای متقاطع و سخت‌کننده‌ها—پشتیبانی جانبی انعطاف‌پذیری را فراهم می‌کند. سفتی آن به ویژه در برابر کمانش، به ویژه در پل‌های نیمه‌عبوری راه‌آهن و مناطق گشتاور منفی تیرهای مرکب، حیاتی است.

اثربخشی U-frame به وجود عرشه در نزدیکی فلنج‌های کششی بستگی دارد. بدون عرشه، به عنوان مهار پیچشی عمل می‌کند تا پشتیبانی جانبی.

اطمینان از ایمنی پل مستلزم طراحی دقیق سیستم پشتیبانی از طریق این مراحل است:

1. موقعیت‌یابی تکیه‌گاه‌های میانی: تعیین مکان‌ها و سفتی بهینه برای جلوگیری از کمانش بر اساس مکانیک تیر.
2. طراحی تکیه‌گاه میانی: شرح جزئیات مقاطع عرضی و اتصالات برای مقاومت در برابر بارهای پیش‌بینی شده.
3. طراحی تکیه‌گاه یاتاقان: مهندسی اتصالات قوی که بارهای روسازه را به پایه‌ها/تکیه‌گاه‌ها منتقل می‌کند.

تجزیه و تحلیل کمانش بحرانی الاستیک از طریق مدل‌سازی المان محدود به محاسبه مقاومت کمانش تیر کمک می‌کند. روش‌های ساده‌شده با استفاده از قیاس‌های تیر-فنر، مقاومت خمشی طراحی را زمانی تعیین می‌کنند که تکیه‌گاه‌ها به اندازه کافی سفت باشند تا از انحراف بین تکیه‌گاهی جلوگیری شود.

مهاربندی صفحه‌ای: طراحی شده برای شرایط فولادی فقط با استفاده از روش‌های PD 6695-2، نیازمند تأیید سفتی از طریق مدل‌سازی 2 بعدی بدترین انحرافات جانبی.

مهاربندی پیچشی: همچنین برای مراحل فولادی فقط با استفاده از روش‌های PD 6695-2 طراحی شده است که مفاهیم طول موج‌های کمانش را در خود جای داده است، با پارامترهایی که از مدل‌های شبکه‌ای شبیه‌سازی سناریوهای بارگذاری مختلف به دست آمده‌اند.

مهاربندی U-frame: طراحی شده برای سازه‌های تکمیل شده طبق روش‌های EN 1993-2، جایی که محاسبات سفتی اثرات انعطاف‌پذیری اتصال را بر اثربخشی محدودیت در نظر می‌گیرد.

مهاربندی پیچشی به طور کلی از مهاربندی جانبی بهتر عمل می‌کند. مهاربندی K برای تیرهای عمیق در پل‌های چند تیری مناسب است، در حالی که مقاطع کانالی برای تیرهای کم عمق بهتر عمل می‌کنند. تیرهای متقاطع با عمق ثابت در پل‌های عرشه ذوزنقه‌ای ترجیح داده می‌شوند.

مهاربندی میانی بهترین عملکرد را عمود بر تیرها دارد. برای اریب‌ها ≤20 درجه، تکیه‌گاه‌های یاتاقان می‌توانند با تکیه‌گاه‌ها هم‌تراز شوند. فراتر از این، دو برابر شدن عمود لازم است.

بیشتر مهاربندی‌ها در طول قرار دادن بتن نیازهای موقتی را برآورده می‌کنند، اما اغلب به دلیل مشکلات حذف و الزامات تخریب احتمالی آینده، به طور دائم باقی می‌مانند.

اتصالات مقاوم در برابر لغزش پیچ‌دار برای راحتی مونتاژ در محل غالب هستند، اگرچه بسیاری از تیرها به صورت جفت پیش‌مهاربندی شده برای نصب فوری می‌رسند.