أساسيات الجسر

أنواع الجسور:

• جسر الشعاع.

• الجسر المقوس.

• الجسر المعلق.

أكبر فرق بين الثلاثة هو المسافات التي يمكنهم قطعها في واحدة امتداد، حيث أن الامتداد هو المسافة بين الدعامتين للجسر، سواء كانت أعمدة، أبراج أو جدار، أو جسر شعاع حديث، على سبيل المثال من المرجح أن يمتد مسافة تصل إلى 200 قدم (60 مترًا)، في حين أن القوس الحديث يمكن أن يمتد بأمان حتى 800 أو 1000 قدم (240 إلى 300 م).

ذروة تكنولوجيا الجسور:

الجسر المعلق خو ذروة تكنولوجيا الجسور وهو قادر على الامتداد حتى 7000 قدم (2100 م)، ما يسمح للجسر المقوس بامتداد مسافات أكبر من جسر الشعاع أو الجسر المعلق، حيث يمتد سبعة أضعاف المسافة من الجسر المقوس، يكمن في كيفية تعامل كل نوع جسر مع قوتين مهمتين تسمى الضغط والشد.

أهمية قوة الضغط والشد:

حيث أن الضغط هو القوة التي تعمل على ضغط أو تقصير الشيء، والشد هو القوة التي تعمل على توسيع أو إطالة الشيء الذي يعمل على أساسه، الزنبرك هو مثال يومي بسيط على الضغط والشد، حيث عندما نضغط لأسفل أو دفع طرفي الربيع معًا، نضغطه بقوة (الضغط يقصر الزنبرك)، وعندما ننسحب أو نفصل الطرفين، فإننا نخلق الشد في الزنبرك، (قوة الشد تطيل الزنبرك).

الضغط والشد موجودان في جميع الجسور، وهي مهمة تصميم الجسر للتعامل مع هذه القوى دون الالتواء أو الانكسار، الالتواء هو ما يحدث عندما تتغلب قوة الضغط على قدرة الكائن على التعامل مع الضغط، والانجذاب هو ما يحدث عندما تتغلب قوة الشد على قدرة الجسم على ذلك التعامل مع الشد.

أن أفضل طريقة للتعامل مع هذه القوى هو تبديدها، حيث أن تبديد القوة هو نشرها على مساحة أكبر، يجب أن تتحمل البقعة وطأة القوة المركزة عليها، ونقل القوة يعني، نقلها من منطقة ضعف إلى منطقة قوة، وهي منطقة مصممة للتعامل مع القوة، ان الجسر المقوس هو مثال جيد على التبديد، في حين أن الجسر المعلق جيد جدا من ناحية نقب الاحمال.

الجسر المقوس:

الجسر المقوس هو هيكل نصف دائري مع دعامات في كل طرف، حيث أن تصميم القوس نصف الدائرة يحول الوزن بشكل طبيعي من سطح الجسر إلى الدعامات، كما أن الجسور المقوسة تكون تحت الضغط دائمًا، ويتم دفع قوة الضغط إلى الخارج على طول منحنى القوس باتجاه الدعامات.

الشد في القوس لا يكاد يذكر، المنحنى الطبيعي للقوس وقدرته على تبديد القوة إلى الخارج يقلل بشكل كبير من آثار الشد على الجانب السفلي من المنحنى، أي كلما زادت درجة الانحناء (كلما كبر نصف دائرة القوس) ومع ذلك، زادت تأثيرات الشد على الجانب السفلي، كما ذكرنا للتو فإن شكل القوس نفسه هو كل ما هو مطلوب بشكل فعال تبديد الوزن من وسط السطح إلى الدعامات، كما هو الحال مع الشعاع، القوة الطبيعية للقوس ستتجاوز حدود الحجم في النهاية.

جسر الشعاع أو جسر الحزمة هو في الأساس هيكل أفقي صلب يرتكز على دعامتين، أحدهما عند كل نهاية، يتم دعم وزن الجسر وأي حركة مرور عليه بشكل مباشر بواسطة أرصف، الوزن ينتقل مباشرة إلى الأسفل، تتجلى قوة الانضغاط في الجانب العلوي من سطح جسر الشعاع (أو الطريق)، هذا يتسبب في تقصير الجزء العلوي من السطح.

تستخدم العديد من جسور العارضة التي نجدها على جسور الطرق السريعة عوارض خرسانية أو فولاذية؛ وذلك للتعامل مع الحمل، كما أن حجم الشعاع وخاصة ارتفاع الشعاع يتحكم في المسافة التي يمكن أن تمتد الحزمة فيها. يضيف المصممون عملًا شبكيًا داعمًا أو تروسًا إلى جسر الشعاع، هذا الدعم يضيف الجمالون صلابة للحزمة الموجودة، مما يزيد بشكل كبير من قدرتها على تبديد الضغط والتوت، أي بمجرد أن تبدأ الحزمة في الانضغاط، تتبدد القوة من خلال الجمالون.

على الرغم من الإضافة البارعة للجمالون، فإن جسر الشعاع لا يزال محدودًا في المسافة، مع زيادة المسافة، يجب أيضًا زيادة حجم الجمالون، حتى لا يتم ذلك ويصل إلى نقطة يكون فيها وزن الجسر كبيرًا جدًا بحيث لا يستطيع الجمالون تحمله عليه.

يتعرض الجزء العلوي من الحزمة لأكبر قدر من الانضغاط، ويواجه الجزء السفلي من الحزمة، حيث يواجه معظم الشد، كما يواجه منتصف الشعاع القليل جدًا ضغط أو شد، إذا تم تصميم الشعاع بحيث يكون هناك المزيد من المواد أعلى وأسفل، وأقل في الوسط، وسيكون أكثر قدرة على التعامل مع قوات الضغط والشد.