جسور البناء والمواد

 ما هي جسور البناء والمواد؟

نظرًا للعدد الكبير من المتغيرات في التصميم المفاهيمي لهيكل الجسر، فلا توجد صيغة خاصة لتحديد أفضل خيار للجسر، حيث تلعب العديد من المتغيرات دورًا من خبرة المهندسين والمعماريين إلى الاحتياجات المحددة للمكان، مثل التضاريس وخصائص التربة وتوافر المواد.

هناك عدة نماذج لوصف العملية العامة لتصميم وبناء وتشغيل وصيانة الجسر بطريقة عامة، وهذه العمليات هي:

 المدخلات:

يتم وضع جميع المعلومات المطلوبة لبدء عملية تصميم أي جسور في هذه الفئة ويمكن تصنيفها على أنها عامة وشخصية، وتشير المعلومات العامة إلى جميع المراجع الموجودة مثل الكتب والمجلات والمنشورات والبرامج المتاحة في الصناعة، حيث يجب أن تتضمن هذه المراجع جميع الموضوعات المتعلقة بالجسور مثل خصائص المواد وعملية البناء والتصميم المعماري والتصميم الإنشائي، وتشير المعلومات الشخصية إلى الخبرة المكتسبة من قبل المهندسين المعماريين والشركات المتخصصة في صناعة البناء والتشييد.

لوائح البناء:

تندرج جميع القواعد والقيود المفروضة على عملية الإنشاء والتصميم ضمن هذه الفئة، التفاصيل مثل الميزانية وإرشادات العميل ولوائح البناء والمواد المسموح بها هي بعض القواعد المعمول بها.

الإخراج ومعالجة المعلومات:

يتم وضع جميع المعلومات التي تتم معالجتها لتكون قادرًا على بناء أي جسر في هذه الفئة ويمكن تقسيمها إلى وصف وتبرير النتائج، يشير الوصف إلى جميع الرسومات، بما في ذلك الهندسة المعمارية والإنشائية والمرافق والطرق، يشير التبرير إلى جميع المعلومات الفنية التي تدعم الرسومات، من الهندسة الإنشائية إلى الميزانيات.

إجراءات التصميم:

في الجزء المركزي من المخطط الانسيابي، توجد عملية تصميم الجسر، حيث تتفاعل بيانات الإدخال واللوائح والنتائج معًا، يتضمن تصميم الجسر خيال المهندسين والمعماريين لحل بيان المشكلة، واستخدام المعرفة السابقة لتحديد أفضل خيار هندسي وتبرير الحل بالحسابات المطلوبة.

وتنطبق عملية المخطط الانسيابي على أي نوع من الجسور ويمكن أن تكون بسيطة أو معقدة حسب الحاجة، إذا كنا نريد تطويرًا ناجحًا لأي جسر، فيجب أن يكون هناك توازن بين المتغيرات الموضحة في الشكل التالي.

هناك نقطة أخرى تتعلق بعملية تصميم الجسر وهي اختيار المادة والهندسة المناسبة، ووفقًا للجدول يتم عرض نوع الجسر الموصى به باستخدام متغيرات اختيار الهندسة والمواد والمدى:

عند تنفيذ الهيكل والتصميم للجسر المقترح، يمكننا إيجاد الحجم الأدنى للبلاطة الخرسانية والعوارض الخرسانية، بالنظر إلى البلاطة الخرسانية، فإن السماكة لدعم 100 متر من الامتداد تتطلب عمقًا كبيرًا في البلاطة، وبالتالي ستكون هناك حاجة إلى كمية كبيرة من المواد الخرسانية، لذلك إذا استخدمنا العوارض، فإن كمية المواد ستكون أقل.

اعتمادًا على نطاق وهندسة المشروع، سيكون أفضل خيار اقتصادي لاختيار الجسر هو الاستخدام الفعال لكل من الخواص الميكانيكية للمواد، وعلاقة الإجهاد والانفعال وخصائص الموقع.

 الجسور الفولاذية:

من ضمن الجسور الفولاذية، الأشكال الهندسية الأكثر شيوعًا هي:

• الجمالون المستقيم، الجمالون الهندسي المتغير أو الجمالون على شكل قوس.

• جسور مثبتة بالكابلات.

• الجسور المعلقة.

• جسور مدعومة بعوارض.

يظهر جسر الجمالون الفولاذي، مع الجمالون المستقيم في مركز الامتداد والارتفاع المتغير بالقرب من دعامات العمود، يحدث الارتفاع المتزايد على الجمالون بالقرب من الأعمدة بسبب زيادة الضغط المحوري في كل عضو من أعضاء الجمالون، الأساس والرسوم ولوح الفحص مصنوعان من الخرسانة المسلحة يمكن أن تكون الأعمدة من الصلب أو الخرسانة المسلحة، حسب خصائص الموقع.

الجسور الخرسانية:

يمكن تصنيف الجسور الخرسانية على أنها أدناه أو مباشرة على الهيكل الرئيسي، وفقًا لمعهد الخرسانة الأمريكي (ACI)، هناك العديد من المزايا للمواد الخرسانية مقارنة بالفولاذ الإنشائي، بما في ذلك قدرتها على دعم ضغوط الضغط وتوافرها في صناعة البناء، يتم تنفيذ ضغوط التوتر بواسطة التعزيز، مما يجعل مادة هيكلية مركبة.

ضمن الجسور الخرسانية المسلحة والمسبقة الإجهاد وما بعد الإجهاد، يمكننا أن نجد الأشكال الهندسية التالية:

• الخرسانة على شكل قوس أسفل السطح الرئيسي.

• جسور مثبتة بالكابلات، حيث يستخدم الهيكل بأكمله الخرسانة باستثناء الموترات.

• جسور مدعومة بعوارض.

أحيانا يظهر الجسر الخرساني على شكل قوس، والذي يتكون من عنصر على شكل قوس أسفل كل الهيكل، ويدعم الأرصفة والسطح الرئيسي، يعمل العنصر الخرساني على شكل قوس بشكل أساسي عن طريق الضغط بسبب انحناءه مع الاستفادة من قدرة المواد، حيث تعمل الأرصفة كضغط على الانثناء والضغط ويعمل السطح الرئيسي كضغط القص والانحناء.

جسور خرسانية ذات أطوال متوسطة:

السمة الرئيسية للعوارض الخرسانية سابقة الإجهاد ضد العوارض الخرسانية المسلحة، ببساطة هي زيادة طول الامتداد دون الحاجة إلى زيادة ارتفاع العارضة، والاستفادة من القصور الذاتي الفعال وتوفير صلابة أكبر للجسر، كما يستخدم هذا النوع الهندسي على نطاق واسع لبناء الجسور عبر المدن أو الطرق السريعة أو الطرق بين الولايات.

وفقًا للجدول التالي هناك مجموعة متنوعة من العوارض الموصى بها، مع الأخذ في الاعتبار الخرسانة سابقة الصب سابقة الإجهاد أو المصبوبة في مكانها بعد الإجهاد مع أشكال هندسية مقطعية مختلفة، مع مراعاة الامتداد الواضح للتغطية والخصائص الميكانيكية للمواد.

كل إجراء بناء له فوائده الخاصة، على سبيل المثال تتميز العوارض مسبقة الصنع مسبقة الإجهاد باستهلاك وقت أقل للتثبيت والحد الأدنى من الأطر لاستخدامها مقارنةً بالعوارض المصبوبة في مكانها بعد الإجهاد أو الألواح المصبوبة في المكان، ولكن يمكن إجراء مقطع عرضي بسيط فقط، من ناحية أخرى يمكن أن تحتوي العوارض المصبوبة في المكان على أي هندسة مقطعية مرغوبة، وهي قابلة للتكيف ومطلوبة بشكل شائع في أي مشروع.

مواد أخرى مستخدمة في بناء الجسور الهندسية:

تستخدم معظم الجسور الفولاذ الإنشائي والخرسانة كمواد رئيسية، ومع ذلك هناك مواد أخرى يمكن أن تساعد في استكمال الهيكل، اعتمادًا على بعض الميزات:

• جسور خشبية، تُستخدم لممرات المشاة الصغيرة أو حيث تكون أطوال الامتدادات قصيرة والأحمال منخفضة.

• الفولاذ المقاوم للصدأ، حيث يحل محل أجزاء الصلب الكربوني من الجسر، مما يزيد من مقاومة الرطوبة والعوامل البيئية.

• ألياف الكربون، تستخدم كعملية إعادة تأهيل وتحسين قدرة العناصر الهيكلية الموجودة.