پل

پل یک سازه است که برای عبور از موانع فیزیکی از جمله رودخانه ها و دره ها استفاده  می شود.پلهای متحرک نیز جهت عبور کشتیها و قایقهای بلند از زیر آنها ساخته شده است.

پل، به جاده، راه آهن و راه هایی گفته می شود که برای عبور از روی رودخانه ها، درّه ها و یا دیگر موانع ساخته می شود.

تاریخچه پل

ایجاد گذرگاهها وپلها برای عبور از دره ها و رودخانه ها از قدیمی ترین فعالیتهای بشر است.

پلهای قدیمی معمولا از مصالح موجود در طبیعت مثل چوب و سنگ والیاف گیاهی به صورت معلق یا با تیرهای حمال ساخته شده اند.پلهای معلق از کابلهایی از جنس الیاف گیاهی که از دو طرف به تخته سنگها و درختها بسته شده و پلهای با تیر حمال از تیرهای چوبی که روی آنها با مصالح سنگی پوشیده می شد، ساخته شده اند.

ساخت پلهای سنگی به دوران قبل از رومیها بر می گردد که در خاور میانه و چین پلهای زیادی بدین شکل برپا شده است. در اروپا نیز اولین پلهای طاقی را 800 سال قبل از میلاد مسیح، برای عبور از رودخانه ها از جنس مصالح سنگی ساخته اند.اغلب پلهای ساخته شده توسط رومیها از طاقهای سنگی دایره شکل با پایه های ضخیم تشکیل یافته است.در ایران نیز ساختن پلهای کوچک وبزرگ از زمانهای بسیار قدیم رواج داشته و پلهایی نظیر سی و سه پل، پل خواجو وپل کرخه بیش از 400 سال عمر دارند.

 
از قرن یازدهم به بعد روشهای ساختن پلها پیشرفت قابل توجهی نمود و به تدریج استفاده از دستگاههای فشاری از مصالح سنگی و آجر با ملاتهای مختلف و دستگاههای خمشی از چوب متداول گردیده و تا اوایل قرن بیستم ادامه یافت. شروع قرن بیستم همراه با استفاده وسیع از پلهای فلزی و سپس پلهای بتن مسلح می باشد.

از اوایل قرن نوزدهم ساخت پلهای معلق، قوسی یا با تیر حمال از آهن آغاز شد. اولین پل معلق از آهن در سال 1796 به دهانه 21 متر در آمریکا ساخته شد، همچنین در سال 1850 یکی از مهمترین پلهای با تیر حمال از جنس آهن متشکل از دو دهانه 140 متر و دو دهانه 70متری در انگلستان ساخته شد.

طویل ترین پل معلق به طول تقریبی 7 کیلومتر در سانفرانسیسکو ساخته و بزرگترین دهانه معلق به طول تقریبی 1400 متر در انگلیس (روی رودخانه هامبر) طراحی شده اند. در سالهای اخیر طرح پلهای ترکه ای فلزی (با کابل مستقیم) نیز برای دهانه های بزرگ مورد توجه قرار گرفته و بعد از نخستین پل که در سال 1955 به دهانه 183 متر در سوئد ساخته شده، پلهای زیادی اجرا شده است.

بزرگترین پل ایران

پل شهید کلانتری طولانی‌ترین پل ساخته‌شده در ایران (سه برابر طولانی‌ترین پل پیشین) به طول هزار و هفتصد و نه متر می‌باشد که بر روی دریاچه ارومیه ساخته شده‌است و فاصله میان دو شهر تبریز و ارومیه به 135 کیلومتر تغییر داده است. این پل در ۲۷ آبان سال ۱۳۸۷ به بهره‌برداری رسید.

نوع پل بكار رفته در يك مكان به نوع مانع موجود در آنجا بستگي دارد. معيار اصلي در تعيين نوع پل وسعت و گستردگي آن مانع مي باشد. چه مسافتي ميان طرفين مانع وجود دارد؟ اين مسئله, فاكتور اصلي در تعيين نوع پلي است كه قرار است در آن محل احداث شود.

اصول

سه نوع اصلی از پلها موجودند:

پل تيري

پل قوسي

پل معلق

تفاوت عمده ي اين سه پل در فاصله دهانه ي پل است. دهانه, فاصله اي است بين پايه هاي ابتدايي و انتهايي پل, اعم از اينكه آن ستون, ديوارهاي دره يا پل باشد. طول پل تيري مدرن امروزه از 200 پا (60متر) تجاوز نمي كند. در حالي كه يك پل قوسي مدرن به 800 تا 1000 پا (240 تا 300 متر) هم مي رسد. پل معلق نيز تا 7000 پا طول دارد.

چه عاملي سبب مي شود كه يك پل قوسي بتواند درازاي بيشتري نسبت به پل تيري داشته باشد؟ و يا يك معلق بتواند تقريباً تا 7 برابر طول پل قوسي را داشته باشد. جواب اين سوال زماني بدست مي آيد كه بدانيم چگونه انواع پلها از دو نيروي مهم فشاري و كششي تاثير مي پذيرند.

نيروي فشاري نيرويي است كه موجب فشرده شدن و يا كوتاه شدن چيزي كه بر روي آن عمل    مي كند مي شود.

نيروي كششي نيرويي است كه سبب افزايش طول و گسترش چيزي كه بر روي آن عمل مي كند, مي گردد.

در اين زمينه مي توان از فنر به عنوان يك مثال ساده نام برد. زماني كه آن را روي زمين فشار    مي دهيم و يا دو انتهاي آن را به هم نزديك مي كنيم, در واقع ما آن را متراكم مي سازيم. اين نيروي تراكم يا فشاري موجب كوتاه شدن طول فنر مي شود. و نيز اگر دو سر فنر را از يكديگر دور سازيم, نيروي كششي در فنر ايجادشده, طول فنر را افزايش مي دهد.

نيروي فشاري و كششي در همه پل ها وجود دارند و وظيفه طراح پل اين است كه اجازه ندهد اين نيروها موجب خمش و يا گسيختگي گردد. خمش زماني اتفاق مي افتد كه نيروي فشاري بر توانايي شئ در مقابله با فشردگي غلبه كند. بهترين روش در موقع رويارويي با اين نيروها خنثي سازي,پخش و يا انتقال آنهاست. پخش كردن نيرو يعني گسترش دادن نيرو به منطقه وسيع تري است چنانكه هيچ تك نقطه مجبور به متحمل شدن بخش عمده ي نيروي متمركز نباشد. انتقال نيرو به معني حركت نيرو از يك منطقه غير مستحكم به منطقه مستحكم است, ناحيه اي كه براي مقابله با نيرو طراحي شده و منظور گرديده است. يك پل قوسي مثال خوبي براي پراكندگي است حال آنكه پل معلق نمونه اي بارز از انتقال نيروست.

انواع پل‌

پل قوسی

پل فلزی

پل ترکه ای

پل بتنی مسطح

پل بازویی

پل هوایی

پل کابلی

پل نظامی

پل معلق

پل تشریفاتی

پل سواره‌رو

پل قوسی

پل قوسی

پل قوسی پلی است با تکیه گاه‌های انتهائی در هر طرف، که شکلی نیم دایره مانند دارد. پلی که از رشته‌ای از قوسها تشکیل شده باشد، پل دره‌ای نامیده می‌شود. پل قوسی ابتدا توسط یونانی‌ها و از سنگ ساخته شد. بعدها، مردم باستان از ملات در پل‌های قوسی خود استفاده کردند.

با توجه به اصول مقاومت مصالح، شعاع قوس وابعاد این پلها را طوری انتخاب می‌کنند که بارهای قائم وارده تبدیل به یک نیروی فشاری در امتداد قوس شود. بنا براین در مناطقی با کیفیت خاک مناسب، می توان دهانه‌های بزرگ (تا حدود ۵۰۰ متر) را با پلهای قوسی طی نمود.

پل ترکه ای

در این پلها،تابلیه به صورت یک صفحه صلب از یک طرف روی پایه های کناری (کوله ها) و دو پایه بلند میانی و از طرف دیگر به طور الاستیک روی کابلهای مورب تکیه نموده است. این کابلها در تمام طول پل گسترش می یابند بار وارده را به پایه های بلند میانی منتقل می نمایند. کابلهای ذکر شده را می توان در دو صفحه قائم و به طور موازی در دو طرف تابلیه قرار داده و یا در جهت عرضی نیز به طور مورب و در امتداد محورطولی پل به پایه میانی متصل نمود.

همچنین در بعضی شرایط می توان از یک مجموعه کابل که در امتداد محور طولی پل قرار می گیرند استفاده نمود.

پایه های میانی پل به شکل I ، A یا H طرح شده و معمولا از فولاد یا بتن مسلح می باشد،پلهای ترکه ای به تعداد زیاد و تا دهانه 500 متر ساخته شده اند.

پل‌های تشریفاتی

جهت زیباتر شدن، بعضی پلها با ارتفاع بیشتر از حد نیاز ساخته می‌شوند. این نوع پل که بیشتر در باغهای نمادین موجود در شرق آسیا ساخته شده است، پل ماه(Moon Bridge)نیز خوانده می‌شود(از آنجایی که این نوع پل یادآور چگونگی حرکت ماه در آسمان است). بعضی از این پل‌های موجود در این باغها ممکن است فقط روی یک سری بستر رودهای خشک که جربان آب سنگ ریزه‌های ته رود را شسته است گذر کنند. در قصرها اغلب این پلها بر روی آبراهای مصنوعی به عنوان سمبل یک مسیر خاص به یک مکان خیلی مهم یا یک مکان خیالی و فرضی ساخته شده اند. برای نمونه 5 پل در شهر ممنوعه در پکن(پایتخت چین) بر روی یک سری آبراه پر پیچ وخم ساخته شده اند که پل مرکزی تنها جهت عبور امپراطور، همسر امپراطور و فرزندانشان بوده است.

پلهاي تيري

يك پل تيري, اساساً يك سازه افقي مستحكم است كه بر روي دو پايه نصب شده است و اين  پايه ها, هر يك در انتهاي طرفين پل قرار دارند. وزن پل و هرگونه وزن اضافي ديگر كه بر روي پل اعمال مي شود, مستقيماً توسط پايه ها تحمل مي شوند.

بسياري از پلهاي تيري كه شما مي توانيد آنها را در بزرگراهها بيابيد, براي تحمل بار  از تيرهاي بتوني يا فولادي بهره مي گيرند. اندازه تير و بويژه ارتفاع تير بر حسب مسافتي كه تير دارد محاسبه مي شود.با افزايش ارتفاع تير, به مقدار مصالح بيشتري براي پراكنده كردن كشش مورد نياز است. طراحان پل براي ايجاد تير هاي بلند از شبكه هاي فلزي يا خرپا بهره مي گيرند. اين خرپا به تير استحكام داده و توانايي آن را در پخش كردن نيروي فشاري يا كششي افزايش مي دهد. زماني كه تير شروع به متراكم شدن مي كند, اين نيرو در ميان خرپا پخش مي شود. به غير از خلاقيت موجود در خرپا, پل تيري در ميزان طول خود محدود است. با افزايش طول آن اندازه خرپا نيز  مي بايست افزايش يابد تا زماني كه خرپا به نقطه مي رسد كه ديگر نمي تواند وزن خود را تحمل كند.

انواع پل هاي تيري

پل هاي تيري به سبك هاي بسيار زيادي ساخته  مي شود. نوع طراحي, مكان و چگونگي ساخت يك خرپا, تعيين كننده نوع يك خرپاست. در بدو انقلاب صنعتي, احداث پلهاي تيري در ايالات متحده با سرعت توسعه يافت. طراحان با طرحهاي نوين و سازه هاي مختلف و متعدد اين حرفه را رونق بخشيدند. پل هاي چوبي جاي خود را به پلهاي فلزي يا نيمه فلزي دادند. اين نمونه هاي متنوع از خرپا ها گامهاي موثري را در جهت پيشرفت در اين زمينه برداشت. يكي از ابتدايي ترين و مشهور ترين آنها خرپاي «هاو»1 بود كه در سال ١٨۴٠ توسط «ويليام هاو»2 طراحي و ابداع شد.

شهرت ابداع جديد وي در طرح خرپايش نبود, چرا كه مشابه طرح kingpost بود. چگونگي استفاده از تيرهاي آهني عمودي با مجموعه اي از تير هاي چوبي مورب  طرح او بود كه مورد توجه قرار گرفت. بسياري از پلهاي تيري امروزه هنوز از طرح هاو در خرپايشان استفاده مي كنند.

پل معلق پلي است كه توسط كابل ها (يا ريسمانها يا زنجيرها) در عرض رودخانه (يا در هر جايي كه مانع وجود داشته باشد) كشيده شده اند و عرشه توسط اين كابل ها معلق مانده است. پل هاي معلق مدرن دو برج در ميان پل دارند كه كابل ها آن را مي كشند. بنابراين برج ها بيشترين وزن جاده را تحمل مي كنند.

تقريباً همه پلهاي معلق به غير از كابل ها از يك سامانه خرپا نيز بر خوردارند كه در زير عرشه پل قرار گرفته است (Deck truss). اين سامانه موجب استحكام بيشتر عرشه و كاهش تمايل سطح جاده به نوسان و مواج شدن مي شود.

تاریخچه پل کابلی‎

                                    الگوی یک پل کابلی

با اینکه به نظر می‌رسد پل‌های کابلی به آینده چشم دوخته‌اند، ایده آن‌ها مسیر طولانی را پیموده‌است. اولین طرح شناخته شده از یک پل کابلی در کتابی به نام (ماشین‌های نووا)- منتشر شده در سال ۱۵۹۵ - آورده شده ولی این ایده تا قرن حاضر که مهندسان شروع به استفاده از پل‌های کابلی نمودند؛ مورد استقبال واقع نشده بود. در جنگ جهانی دوم که فولاد کمیاب بود، این طرح برای بازسازی پل‌های بمباران شد که هنوز فوندانسیون هایشان پابرجاست، کامل بود. با اینکه از احداث پل‌های کابلی در آمریکا دیری نمی‌گذرد، واکنش‌ها در این مورد بسیار مثبت بوده‌است.

پل کابلی و نحوه عملکرد آن

یک پل کابلی نوعی، یک تیر حمال(عرشه پل) پیوسته با یک یا چند برج بنا شده بالای پایه‌های پل در وسط دهانه‌است. از این برج‌ها، کابل‌ها به صورت اریب به سمت پایین (معمولاً هر دو طرف) کشیده شده و تیر حمال(عرشه پل) را نگه می‌دارد. کابل‌های فولادی بی نهایت قوی و در عین حال بسیار انعطاف پذیر هستند. کابل‌ها بسیار مقرون به صرفه می‌باشند چون سبب ساخت سازه‌ای سبکتر و باریکتر شده که در عین حال قادر به پل زدن بین مسافت‌های بیشتری است.اگرچه تنها تعداد کمی از آن‌ها برای نگه داشتن کل پل قوی هستند، انعطاف پذیریشان آن‌ها را در مقابل نیروهایی که به ندرت در نظر گرفته می‌شوند مانند باد؛ ضعیف می‌نماید. برای پل‌های کابلی با دهانه‌های طولانی به خاطر تضمین ثبات و پایداری کابل‌ها و پل در مقابل باد، می‌بایست مطالعات دقیقی انجام شود. وزن سبکتر پل یک وضع نامساعد در بادهای سهمگین و یک مزیت در مقابل زلزله محسوب می‌شود. نشست غیر هم سطح فوندانسیون‌ها که به مرور زمان یا طی یک زلزله روی می‌دهد، می‌تواند پل کابلی را دچار آسیب کند. پس باید در طراحی فوندانسیون‌ها دقت به عمل آورد. ظاهر مدرن و در عین حال ساده پل کابلی آن را به یک شاخص واضح و جذاب تبدیل کرده‌است. خصوصیات منحصر به فرد کابل‌ها و به طور کلی سازه، طراحی پل را بسیار پیچیده مینماید. برای دهانه‌های طولانی تر، جایی که باد و نوسانات باید مورد توجه قرار گیرند؛ محاسبات بی نهایت پیچیده‌اند و عملاً بدون کمک کامپیوتر و آنالیز کامپیوتری غیر ممکن می‌باشند.

طبقه‌بندی پل‌های کابلی

طبقه‌بندی واضحی برای پل‌های کابلی وجود ندارد. به هر حال آن‌ها می‌توانند توسط تعداد دهانه‌ها، برج‌ها و کابل‌ها و همچنین نوع تیرهای حمال از یکدیگر تمیز داده شوند. تنوع بسیاری در تعداد و نوع برج‌ها و همچنین تعداد و چینش کابل‌ها وجود دارد. برج‌های نوعی به صورت تکی، دوتایی، دروازه‌ای و یا حتی برج‌های A شکل استفاده شده‌اند. علاوه بر این چینش کابل‌ها به طور عمده‌ای متفاوت می‌باشند. بعضی اقسام دارای چینش تکی، چنگی(موازی)،پنکه ای (شعاعی) و ستاره‌ای هستند. در بعضی موارد تنها کابل‌های یک طرف برج به عرشه وصل می‌شوند و طرف دیگر روی یک فندانسیون یا وزنه برابری لنگر می‌اندازند.

                الگوی یک پل کابلی با چینش چنگی(موازی)

                     الگوی یک پل کابلی با چینش پنکه‌ای(شعاعی)

مزایای و تفاوت‌های پل کابلی

برای طول متوسط دهانه‌ها (۱۵۰ تا ۸۵۰ متر) پل کابلی سریعترین انتخاب مناسب برای یک پل می‌باشد. نتیجه یک پل مقرون به صرفه‌است که زیبایی آن غیر قابل انکار است. همچنین پل کابلی بهترین پل برای طول دهانه بین پلهای بازویی و معلق می‌باشد. در این محدوده طول دهانه، یک پل معلق مقدار بسیار بیشتری کابل نیاز خواهد داشت و این در حالی است که یک پل بازویی کامل، به طور قابل ملاحظه‌ای به مصالح بیشتر نیاز دارد که آن را به مقدار چشمگیری سنگین تر می‌نماید. ممکن است به نظر برسد پل کابلی شبیه پل معلق است. با اینکه هر دو دارای عرشه هستند که از کابل‌ها آویزانند و هر دو دارای برج هستند؛ ولی این دو پل بار عرشه را به طرق بسیار متفاوتی نگه می‌دارند. این اختلافات در چگونگی اتصال کابل‌ها به برج می‌باشد. در پل معلق کابل‌ها آزادانه از این سر تا آن سر دو برج کشیده شده‌اند و انتقال بار به تکیه گاه‌های واقع در هر انتها صورت می‌گیرد. در پل کابلی، کابل‌ها در حالی که به برج‌ها متصلند به تنهایی بار را تحمل می‌کنند. در مقایسه با پل‌های معلق، پل کابلی به کابل کمتری نیاز دارد، می‌توان آن را از قطعات بتن پیش ساخته مشابه ساخت و همچنین احداث آن سریع تر است.