สะพานทอดข้ามภูเขา แม่น้ำ และหุบเขา เชื่อมต่อเมืองและพื้นที่ชนบทในฐานะจุดเชื่อมต่อที่สำคัญในเครือข่ายการขนส่งสมัยใหม่ แต่สิ่งใดที่ทำให้ยักษ์เหล็กเหล่านี้ตั้งตระหง่านอย่างมั่นคงต่อลมและสภาพอากาศ? คำตอบอยู่ที่ระบบรองรับที่มักถูกมองข้ามแต่มีความสำคัญอย่างยิ่ง ซึ่งเป็นผู้พิทักษ์ที่เงียบสงบที่รับประกันความปลอดภัยของผู้เดินทางทุกคน
ในฐานะส่วนประกอบเสริมที่ขาดไม่ได้ของโครงสร้างสะพาน ระบบรองรับมีบทบาทสำคัญหลายประการ:
ตามหน้าที่และลักษณะโครงสร้าง ระบบรองรับแบ่งออกเป็นสามประเภทหลัก:
ส่วนใหญ่ป้องกันการโก่งงอไปด้านข้างของหน้าแปลนอัด การค้ำยันระนาบมักประกอบด้วยสมาชิกแนวทแยงที่เชื่อมต่อหน้าแปลนอัดของคานหลักเพื่อสร้างโครงสร้างทรัสระนาบ การกำหนดค่านี้ต้านทานการเคลื่อนที่ด้านข้างได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยการลดความยาวคลื่นครึ่งหนึ่งของการโก่งงอลงเป็นช่วงการค้ำยัน
ในสะพานคอมโพสิตเหล็ก-คอนกรีต การค้ำยันระนาบมักจะติดตั้งเหนือหน้าแปลนด้านบนและรวมเข้ากับการหล่อพื้นสะพาน แม้ว่าสิ่งนี้จะช่วยลดการบำรุงรักษาและรักษาสุนทรียภาพที่สะอาดตา แต่การออกแบบสมัยใหม่กลับหลีกเลี่ยงวิธีนี้มากขึ้นเนื่องจากขัดแย้งกับแบบหล่อพื้นสะพานถาวร เมื่อไม่ได้หล่อด้วยพื้นสะพาน การค้ำยันระนาบต้องมีการตรวจสอบประสิทธิภาพในระยะยาว
โดยทั่วไปจะจัดเรียงระหว่างคู่คาน การค้ำยันแบบบิดช่วยให้สามารถผลิตสำเร็จรูปจากโรงงานเพื่อการประกอบในสถานที่ได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งแตกต่างจากการค้ำยันระนาบ จะไม่จำกัดการเคลื่อนที่ของหน้าแปลนโดยตรง แต่จะช่วยเพิ่มความเสถียรโดยการจำกัดการบิดของคานโดยรวมผ่านการเชื่อมต่อที่แข็งที่ระดับหน้าแปลน
แม้ว่าจะมีประสิทธิภาพน้อยกว่าการค้ำยันระนาบในการเพิ่มความแข็งแรงในการดัดให้สูงสุด การค้ำยันแบบบิดมีข้อได้เปรียบในด้านประสิทธิภาพในการก่อสร้างและการกระจายน้ำหนักบรรทุกจากการชน/ลมได้ดีกว่า การค้ำยันแบบบิดส่วนใหญ่ยังคงติดตั้งถาวรแม้ว่าจะทำหน้าที่ชั่วคราวแล้วก็ตาม
เมื่อหน้าแปลนอัดขาดการยับยั้งด้านข้างโดยตรง (เช่น อยู่ห่างจากพื้นสะพาน) การค้ำยันแบบ U-frame ซึ่งประกอบด้วยคานขวางและตัวเสริม จะให้การรองรับด้านข้างที่ยืดหยุ่นได้ ความแข็งแกร่งของมันพิสูจน์แล้วว่ามีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการโก่งงอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสะพานรถไฟแบบ half-through และบริเวณโมเมนต์ลบของคานคอมโพสิต
ประสิทธิภาพของ U-frame ขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของพื้นสะพานใกล้กับหน้าแปลนแรงดึง หากไม่มีพื้นสะพาน จะทำหน้าที่เป็นการยับยั้งการบิดมากกว่าการรองรับด้านข้าง
การรับประกันความปลอดภัยของสะพานต้องมีการออกแบบระบบรองรับอย่างพิถีพิถันผ่านขั้นตอนเหล่านี้:
การวิเคราะห์การโก่งงอวิกฤตแบบยืดหยุ่นผ่านการสร้างแบบจำลองด้วยไฟไนต์เอลิเมนต์ช่วยในการคำนวณความต้านทานการโก่งงอของคาน วิธีการแบบง่ายโดยใช้อุปมาอุปมัยคาน-สปริงจะกำหนดความแข็งแรงในการดัดออกแบบเมื่อรองรับมีความแข็งแกร่งเพียงพอที่จะป้องกันการโก่งงอระหว่างการรองรับ
การค้ำยันระนาบ: ออกแบบสำหรับเงื่อนไขที่เป็นเหล็กเท่านั้นโดยใช้วิธีการ PD 6695-2 ซึ่งต้องมีการตรวจสอบความแข็งแกร่งผ่านการสร้างแบบจำลอง 2 มิติของการโก่งงอไปด้านข้างในกรณีที่เลวร้ายที่สุด
การค้ำยันแบบบิด: ออกแบบสำหรับขั้นตอนที่เป็นเหล็กเท่านั้นโดยใช้วิธีการ PD 6695-2 ที่รวมแนวคิดความยาวคลื่นครึ่งหนึ่งของการโก่งงอ โดยมีพารามิเตอร์ที่ได้จากแบบจำลองกริดที่จำลองสถานการณ์การบรรทุกต่างๆ
การค้ำยันแบบ U-frame: ออกแบบสำหรับโครงสร้างที่เสร็จสมบูรณ์ตามวิธีการ EN 1993-2 ซึ่งการคำนวณความแข็งแกร่งคำนึงถึงผลกระทบของความยืดหยุ่นในการเชื่อมต่อต่อประสิทธิภาพของข้อจำกัด
โดยทั่วไปแล้ว การค้ำยันแบบบิดมีประสิทธิภาพเหนือกว่าการค้ำยันด้านข้าง การค้ำยันแบบ K เหมาะสำหรับคานลึกในสะพานหลายคาน ในขณะที่ส่วนช่องทำงานได้ดีกว่าสำหรับคานตื้น คานขวางที่มีความลึกคงที่เหมาะสมกว่าในสะพานพื้นสะพานแบบคางหมู
การค้ำยันกลางทำงานได้ดีที่สุดในแนวตั้งฉากกับคาน สำหรับมุมเอียง ≤20° การรองรับแบริ่งสามารถจัดแนวกับตอม่อได้ เกินกว่านี้ จำเป็นต้องมีการเพิ่มเป็นสองเท่าในแนวตั้งฉาก
การค้ำยันส่วนใหญ่ทำหน้าที่ชั่วคราวในระหว่างการวางคอนกรีต แต่บ่อยครั้งยังคงอยู่ถาวรเนื่องจากความยากลำบากในการถอดและข้อกำหนดในการรื้อถอนในอนาคต
การเชื่อมต่อแบบทนต่อการเลื่อนด้วยสลักเกลียวเป็นหลักสำหรับการประกอบภาคสนามที่สะดวก แม้ว่าคานจำนวนมากจะมาถึงการค้ำยันล่วงหน้าเป็นคู่เพื่อการติดตั้งในทันที
สะพานทอดข้ามภูเขา แม่น้ำ และหุบเขา เชื่อมต่อเมืองและพื้นที่ชนบทในฐานะจุดเชื่อมต่อที่สำคัญในเครือข่ายการขนส่งสมัยใหม่ แต่สิ่งใดที่ทำให้ยักษ์เหล็กเหล่านี้ตั้งตระหง่านอย่างมั่นคงต่อลมและสภาพอากาศ? คำตอบอยู่ที่ระบบรองรับที่มักถูกมองข้ามแต่มีความสำคัญอย่างยิ่ง ซึ่งเป็นผู้พิทักษ์ที่เงียบสงบที่รับประกันความปลอดภัยของผู้เดินทางทุกคน
ในฐานะส่วนประกอบเสริมที่ขาดไม่ได้ของโครงสร้างสะพาน ระบบรองรับมีบทบาทสำคัญหลายประการ:
ตามหน้าที่และลักษณะโครงสร้าง ระบบรองรับแบ่งออกเป็นสามประเภทหลัก:
ส่วนใหญ่ป้องกันการโก่งงอไปด้านข้างของหน้าแปลนอัด การค้ำยันระนาบมักประกอบด้วยสมาชิกแนวทแยงที่เชื่อมต่อหน้าแปลนอัดของคานหลักเพื่อสร้างโครงสร้างทรัสระนาบ การกำหนดค่านี้ต้านทานการเคลื่อนที่ด้านข้างได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยการลดความยาวคลื่นครึ่งหนึ่งของการโก่งงอลงเป็นช่วงการค้ำยัน
ในสะพานคอมโพสิตเหล็ก-คอนกรีต การค้ำยันระนาบมักจะติดตั้งเหนือหน้าแปลนด้านบนและรวมเข้ากับการหล่อพื้นสะพาน แม้ว่าสิ่งนี้จะช่วยลดการบำรุงรักษาและรักษาสุนทรียภาพที่สะอาดตา แต่การออกแบบสมัยใหม่กลับหลีกเลี่ยงวิธีนี้มากขึ้นเนื่องจากขัดแย้งกับแบบหล่อพื้นสะพานถาวร เมื่อไม่ได้หล่อด้วยพื้นสะพาน การค้ำยันระนาบต้องมีการตรวจสอบประสิทธิภาพในระยะยาว
โดยทั่วไปจะจัดเรียงระหว่างคู่คาน การค้ำยันแบบบิดช่วยให้สามารถผลิตสำเร็จรูปจากโรงงานเพื่อการประกอบในสถานที่ได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งแตกต่างจากการค้ำยันระนาบ จะไม่จำกัดการเคลื่อนที่ของหน้าแปลนโดยตรง แต่จะช่วยเพิ่มความเสถียรโดยการจำกัดการบิดของคานโดยรวมผ่านการเชื่อมต่อที่แข็งที่ระดับหน้าแปลน
แม้ว่าจะมีประสิทธิภาพน้อยกว่าการค้ำยันระนาบในการเพิ่มความแข็งแรงในการดัดให้สูงสุด การค้ำยันแบบบิดมีข้อได้เปรียบในด้านประสิทธิภาพในการก่อสร้างและการกระจายน้ำหนักบรรทุกจากการชน/ลมได้ดีกว่า การค้ำยันแบบบิดส่วนใหญ่ยังคงติดตั้งถาวรแม้ว่าจะทำหน้าที่ชั่วคราวแล้วก็ตาม
เมื่อหน้าแปลนอัดขาดการยับยั้งด้านข้างโดยตรง (เช่น อยู่ห่างจากพื้นสะพาน) การค้ำยันแบบ U-frame ซึ่งประกอบด้วยคานขวางและตัวเสริม จะให้การรองรับด้านข้างที่ยืดหยุ่นได้ ความแข็งแกร่งของมันพิสูจน์แล้วว่ามีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการโก่งงอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสะพานรถไฟแบบ half-through และบริเวณโมเมนต์ลบของคานคอมโพสิต
ประสิทธิภาพของ U-frame ขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของพื้นสะพานใกล้กับหน้าแปลนแรงดึง หากไม่มีพื้นสะพาน จะทำหน้าที่เป็นการยับยั้งการบิดมากกว่าการรองรับด้านข้าง
การรับประกันความปลอดภัยของสะพานต้องมีการออกแบบระบบรองรับอย่างพิถีพิถันผ่านขั้นตอนเหล่านี้:
การวิเคราะห์การโก่งงอวิกฤตแบบยืดหยุ่นผ่านการสร้างแบบจำลองด้วยไฟไนต์เอลิเมนต์ช่วยในการคำนวณความต้านทานการโก่งงอของคาน วิธีการแบบง่ายโดยใช้อุปมาอุปมัยคาน-สปริงจะกำหนดความแข็งแรงในการดัดออกแบบเมื่อรองรับมีความแข็งแกร่งเพียงพอที่จะป้องกันการโก่งงอระหว่างการรองรับ
การค้ำยันระนาบ: ออกแบบสำหรับเงื่อนไขที่เป็นเหล็กเท่านั้นโดยใช้วิธีการ PD 6695-2 ซึ่งต้องมีการตรวจสอบความแข็งแกร่งผ่านการสร้างแบบจำลอง 2 มิติของการโก่งงอไปด้านข้างในกรณีที่เลวร้ายที่สุด
การค้ำยันแบบบิด: ออกแบบสำหรับขั้นตอนที่เป็นเหล็กเท่านั้นโดยใช้วิธีการ PD 6695-2 ที่รวมแนวคิดความยาวคลื่นครึ่งหนึ่งของการโก่งงอ โดยมีพารามิเตอร์ที่ได้จากแบบจำลองกริดที่จำลองสถานการณ์การบรรทุกต่างๆ
การค้ำยันแบบ U-frame: ออกแบบสำหรับโครงสร้างที่เสร็จสมบูรณ์ตามวิธีการ EN 1993-2 ซึ่งการคำนวณความแข็งแกร่งคำนึงถึงผลกระทบของความยืดหยุ่นในการเชื่อมต่อต่อประสิทธิภาพของข้อจำกัด
โดยทั่วไปแล้ว การค้ำยันแบบบิดมีประสิทธิภาพเหนือกว่าการค้ำยันด้านข้าง การค้ำยันแบบ K เหมาะสำหรับคานลึกในสะพานหลายคาน ในขณะที่ส่วนช่องทำงานได้ดีกว่าสำหรับคานตื้น คานขวางที่มีความลึกคงที่เหมาะสมกว่าในสะพานพื้นสะพานแบบคางหมู
การค้ำยันกลางทำงานได้ดีที่สุดในแนวตั้งฉากกับคาน สำหรับมุมเอียง ≤20° การรองรับแบริ่งสามารถจัดแนวกับตอม่อได้ เกินกว่านี้ จำเป็นต้องมีการเพิ่มเป็นสองเท่าในแนวตั้งฉาก
การค้ำยันส่วนใหญ่ทำหน้าที่ชั่วคราวในระหว่างการวางคอนกรีต แต่บ่อยครั้งยังคงอยู่ถาวรเนื่องจากความยากลำบากในการถอดและข้อกำหนดในการรื้อถอนในอนาคต
การเชื่อมต่อแบบทนต่อการเลื่อนด้วยสลักเกลียวเป็นหลักสำหรับการประกอบภาคสนามที่สะดวก แม้ว่าคานจำนวนมากจะมาถึงการค้ำยันล่วงหน้าเป็นคู่เพื่อการติดตั้งในทันที
