نشریه شماره ۱۳۹
احداث شبکههای راههای ارتباطی و توسعه صنعت حمل و نقل، از مهمترین عوامل پیشرفت اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی هر کشور است. معمولاً در مسیر هر قطعه راه یا راه آهن، متناسب با شرایط منطقه تعدادی پل ساخته میشود که هزینه هر واحد طول آنها دهها برابر طول مشابه راه یا راه آهن متصل به آنهاست. از این رو مطالعه دقیق رفتار پلها در برابر انواع بارهای وارده از اهمیتی ویژه برخوردار است. در کشورهای مختلف با پارهای مطالعات تحلیلی و به کارگیری قواعد آمار و احتمالات، مجموعهای از بارهای استاندارد که اثر آنها معادل بحرانیترین حالتهای ترافیک واقعی است تعیین و پلهای مختلف برای این بارها طراحی میشوند. اولین بار در سال ۱۳۶۳ هیاتی متشکل از نمایندگان وزرات راه و سازمان مدیریت و برنامه ریزی، آیین نامههای راه سازی کشورهای مختلف را مورد بررسی قرار داد. و در نهایت با استفاده از آیین نامههای کشور سوئیس نشریه شماره ۱۱،شامل انواع بارهای استاندارد برای محاسبه پلها را تدوین و ارائه کرد. در ایران استاندارد خاصی برای طراحی خطوط و از آن جمله پل های راه آهن صورت نگرفته بود. از این رو راه آهن دولتی ایران با استفاده از استانداردهای اروپایی اقدام به تدوین نشریه شماره ۱۳۹ برای طراحی پلهای راه آهن نمود. نشریه شماره ۱۳۹ شامل دو بخش بارگذاری پلهای راه و بارگذاری پلهای راه آهن بود و در سال ۱۳۷۴ با دستورالعمل تدوین آن ابلاغ شد. ویرایش کنونی نشریه شماره ۱۳۹ در واقع نسخه اصلی اصلاح شده ویرایش قبلی سال ۱۳۷۴ است.
بارهای محاسباتی در نشریه شماره ۱۳۹
بارهای محاسباتی در طراحی پلها به شرح زیر تعریف میشوند.
- بارهای دایمی
- بارهای بهرهبرداری و هر گونه اثر مربوط به آنها مانند اثر ضربه، ترمز و نیروی گریز از مرکز
- بارهای وارد بر پیاده رو
- اثر باد
- اثر تغییرات دما
- اثر غوطه وری و جریان آب
- اثر تغییر شکلهای تابع زمان مصالح
- اثر نشست یا کوتاه شدن پایهها
- اثر زمین لرزه
- ترکیبات بارگذاری
ضرایب بار و تنشهای مجاز محاسباتی، از روی آیین نامههای آشتو یا اورکد (EURO CODE) تعیین میشوند. اما احتمال همزمانی و ترکیبات بارگذاری به شرح زیر میتوانند در محاسبات منظور شود.
گروه یک: مجموعهای از بارهای شامل بار مرده، اثر جریان آب، اثر کاهش وزن ناشی از غوطهوری، تغییر شکلهای تابع زمان مصالح (جمع شدگی و ورافتگی) نشست پایهها و فشار خاک.
گروه دو: شامل گروه یک + بارهای بهرهبرداری همراه با اثر ضربه، اثر ترمز و گریز از مرکز
گروه سه (الف) : شامل گروه یک + اثر باد
گروه سه (ب) : شامل گروه دو + اثر باد
گروه چهار (الف) : شامل گروه یک + اثر تغییر دما
گروه چهار (ب) : شامل گروه دو + اثر تغییر دما
گروه پنج : شامل گروه یک + اثر زمین لرزه
گروه شش : شامل گروه یک + بارهای ویژه
وزن اجزای باربر و غیر باربر روی عرشه پل
این بار شامل وزن اجزای باربر و غیر باربر تشکیل دهنده پل است. مقصود از اجزای باربر قطعاتی است که نقش سازهای داشته باشند، و منظور از اجزای غیر باربر قسمتهایی از قبیل پیاده روها، عایق کاری و روکش آسفالت سطح سواره رو، روکشهای آتی، جان پناهها، لولهها، مجاری عبور کابلها و سایر تجهیزات شهری که به پل نصب میشوند، میباشند.
شرایط بارگذاری پلها در نشریه شماره ۱۳۹
آزمایش بارگذاری پلها باید قبل از شروع بهرهبرداری انجام شود. حداقل سن سازههای بتنی هنگام آزمایش باید ۹۰ روز باشد. بارهای مورد استفاده در آزمایش بارگذاری شامل تعدادی کامیون یا بارهای دیگر است. که روی سطوح سواره رو قرار داده میشوند. روی سطوح پیاده روها باری اعمال نمیشود. کامیونهای یاد شده به تعداد کافی و در امتدادهای طولی و عرضی طوری قرار میگیرند که در پل حداکثر سه چهارم اثر بارهای سواره رو بر اساس این آیین نامه با اعمال ضریب ضربه ایجاد شود.
قبل از شروع آزمایشها باید سطح روی پل در وسط دهانه و روی پایهها تراز یابی شود. بعد از اعمال بارها نیز این کار مطابق برنامه زمان بندی پیش بینی شده انجام میشود. در پلهای که یک دهانه بارگذاری روی کل دهانه انجام میگیرد و در پل های چند دهانه ابتدا بارگذاری، دهانه به دهانه و سپس در دو دهانه مجاور هر تکیه گاه اعمال میشود. در پلهای قوسی در مرحله اول بارگذاری روی نصف طول قوس و در مرحله دوم روی نیمه دیگر در مرحله سوم روی تمامی قوس و در مرحله چهارم روی نیمه میانی قوس صورت میگیرد. در پلهای معلق و سایر پلهای استثنایی باید برنامه ویژه ای برای بارگذاری تنظیم شود.
اثر خاک روی پلهای زیر خاکی
مقدار بار مرده بر پلهایی که در عمق قابل ملاحظهای نسبت به سطح راه قرار میگیرند به عواملی چون مشخصات هندسی پل، روش اجرا، عمق و مشخصات ژئوتکنیکی خاک بستگی دارد. در حالت کلی توصیه میشود با انتخاب مناسب مشخصات خاکریز دوط رف پل مثلاً استفاده از مخلوط درشت دانه و قلوه سنگ و متراکم کردن آن قبل از اجرای عرشه، امکان کاهش بار مرده موثر بر پل فراهم شود.
اگر وزن ستون خاک موجود روی عرشه پل با W نشان داده شود مقدار کل بار مره موثر از رابطه P=K.W قابل محاسبه است. ضریب K به میزان و جهت جابهجایی خاک دو طرف پل نسبت به ستون خاک موجود درروی پل بستگی داشته و غالباً بین ۰/۷ تا ۱/۶ تغییر میکند.
نیروی گریز از مرکز
در نقاطی که تمام یا قسمتی از خط روی پل در قوس افقی قرار گیرد، لازم است اثر نیروی گریز از مرکز (خازج از محوری بین خط و محور پل و نیز شیب عرضی) در محاسبات وارد شود. نیروی گریز از مرکز بر اساس حداکثر سرعت (V) متناسب با وضعیت هندسی خط محاسبه میشود.
در محاسبه نیروی گریز از مرکز ضریب ضربه دخالت داده نمیشود اما نیروی گریز از مرکز با نیروی ناشی از حرکت جانبی معادل ۱۰۰ کیلونیوتن به طور همزمان عمل میکند. بار ناشی از نیروی گریز از مرکز باید همیشه با بار قائم مربوطه ترکیب شود.
بارگذاری سکوها
سکوهایی که محل عبور وسایل نقلیه جادهای نیستند باید برای بار زنده گسترده ای معادل ۵ کیلونیوتن بر متر مربع محاسبه شود. به این بار گسترده یکنواخت باید بار متمرکزی معادل ۲۰ کیلونیوتن در بحرانیترین وضعیت اضافه شود. سکوهایی که برای عبور وسایل نقلیه جادهای مورد استفاده قرار میگیرند باید مطابق مقررات مربوط به پلهای جاده محاسبه شوند.
بارگذاری نرده پلها
نرده پیادهروهای عموم یبرای بار افقی یکنواخت به میزان ۸۰۰ نیوتن بر متر، و نرده سایر پیادهروها برای بار افقی یکنواختی به میزان ۴۰۰ نیوتن بر متر که در بالاترین عضو افقی نرده اعمال خواهد شد، محاسبه میشوند. عضو فوقانی نردهها در پیادهروهای عمومی به صورت مجزا برای نیروی قائم یکنواختی به میزان ۸۰۰ نیوتن بر متر نیز محاسبه میشود.
اثر جمع شدگی و خزش بتن
اثر جمع شدگی و خزش بتن باید در طراحی مورد توجه قرار گیرد. برای منظور کردن این اثر باید به آیین نامههای مربوط به بتن آرمه و بتن پیش تنیده مراجعه شود.
روش محاسبه بار مرده وارد بر پلهای زیر خاکی
به طور کلی مقدار بار مرده موثر بر این پلها به عوامل زیر بستگی دارد.
- ترتیب اجرای پل و خاکریزهای دو طرف آن
- مشخصات ژئوتکنیکی خاک روی پل و اطراف آن (مشخصات وزنی، حجمی و تراکم پذیری)
- موقعیت و مشخصات هندسی پل (عمق پل از سطح راه، طول دهانه، ارتفاع و ابعاد اجزای پل)
- بر اساس روشهای محاسباتی موجود، نیروی قائم کل وارد بر پلهای زیر خاکی شامل دو بخش است.
- وزن ستونی از خاک که مستقیماً روی عرشه پل قرار دارد.
نیروی اصطکاک وارد بر دیواره ستون خاکریز که در جهت بالا یا پایین اثر میکند. در شرایطی که عمق خاکریز روی عرشه نسبت به دهانه پل کم باشد میتوان از اصطکاک موثر بر دیواره ستون خاکریز صرف نظر کرد. در حال که در خراک ریزهای مرتفع اثر این اصطکاک میتواند باعث افزایش یا کاهش بار مرده وارد بر پل شود. مقدار اختلاف نشست لایههای خاک روی پل و خاکریز مجاور و نیز ضریب اصطکاک نسبی خاک، مشخص کننده مقدار نیروی اضافی است. بنابراین در مورد فشار خاک وارد بر پلهای زیر خاکی ممکن است دو حالت متمایز وجود داشته باشد.
فهرست مطالب نشریه شماره ۱۳۹
محدوده کاربرد بارهای مندرج در بخش اول برای طرح و محاسبه انواع پلهای راه و بخش دوم برای طرح و محاسبه انواع پلهای راه آهن به کار میروند.
بخش اول- بارگذاری پلهای راه
- بارهای دایمی
- بارهای بهرهبرداری
- اثر باد، جریان آب و غوطه وری
- آثار دما و تغییرات آن، جمع شدگی و خزش بتن، نشست پایهها و تغییر شکل دستگاههای تکیه گاهی
- اثر زمین لرزه
- نرده و جان پناه
- آزمایش بارگذاری
بخش دوم- بارگذاری پلهای راه آهن
- بارهای دایمی
- بارهای بهرهبرداری
- اثر باد، جریان آب و غوطه وری
- آثار دما و تغییرات آن، جمع شدگی و خزش بتن، نشست پایهها و تغییر شکل دستگاههای تکیه گاهی
- اثر زمین لرزه
- آزمایش بارگذاری