إن جسور قوس البناء، التي لها تاريخ طويل جدًا، وجسور بارزة أكثر حداثة، مثل جسر ميناء سيدني في أستراليا وجسر تاين في إنجلترا، كلها أقواس دفع، وتعتمد على ضبط التحرك الأفقي من الأساسات، في كثير من الحالات، يكون هذا التقييد “الخارجي” غير ممكن أو عملي، ولكن يمكن استبداله برباط بين نهايات القوس، وبالتالي خلق “قوس مقيد”، توضح هذه المقالة ميزات وسلوك الهياكل المقوسة.
كيف يعمل القوس المقيد؟
ردود الفعل لجسر الدفع:
تعتمد أقواس الدفع على ضبط التحرك الأفقي من الأساسات، حيث يتم حل التفاعلات الرأسية والأفقية في قوة على طول أعضاء القوس المكون الأفقي ذو الحجم كبير.
سيكون هذا هو الحل الأكثر إرضاءً عندما يحمل القوس مادة أساس جيدة مثل الصخور المختصة، عادة ما يتم تثبيت نهايات الأقواس، ومع ذلك فإن الصخور ليست متاحة دائمًا، وبالتالي لن يكون القوس الدافع هو الحل الأكثر اقتصادية في هذه المواقع، حيث تؤدي التفاعلات الأفقية إلى أسس ثقيلة غير اقتصادية.
يقدم القوس المربوط حلاً عندما يكون من الممكن ترتيب أن يكون السطح في مثل هذا المستوى، بحيث يمكنه حمل القوة الأفقية كعضو رابط.
يشار أحيانًا إلى القوس المربوط باسم قوس الوتر:
من خلال دفع القوس عن طريق عضو التعادل، يقلل المتطلب الأساسي للبنية التحتية من حمل الأحمال الرأسية فقط، حيث يمكن ملاحظة أن أحد الطرفين سيظل بحاجة إلى ضبط طولي لحمل الرياح والفرملة والتسارع وقوى الانزلاق، وأن الطرف الآخر مسموح له بالتحرك طوليًا.
السلوك الهيكلي العام:
يمكن ملاحظة أن القوس المقيد هو مجرد شعاع مدعوم ببساطة، حيث يُثبَّت القوس طوليًا في أحد طرفيه، بينما يكون الطرف الآخر حرًا في التمدد أو الانكماش تحت درجات حرارة متفاوتة.
إذا تم وضع حمولة على السطح، يتم نقلها إلى القوس عبر علاقات، حيث أن الصلابة العامة للقوس أكبر من صلابة الانحناء للسطح، هذا يخلق قوة دفع في القوس، والتي يتم موازنتها بالتوتر في حزمة الربط، سوف يتشوه القوس لأسفل، وسيحاول فرد قدميه، لكن هذا محدود من خلال الاضطرار إلى تمديد عارضة الربط، ومن ثم ستكون هناك حركة خارجية في النهاية الحرة.
الأشكال الهيكلية ذات الصلة:
تحتوي معظم الجسور ذات الأقواس المقيدة على علاقات رأسية، على الرغم من أنه في بعض الجسور يتم ترتيب العلاقات بشكل متقاطع في هذه الحالة، كما هو الحال مع القوس المربوط مع الشماعات الرأسية، لا يمكن أن تعمل الشماعات إلا في حالة توتر، لكن الشماعات المتقاطعة ستنقل بعض القص الشامل على طول الامتداد، إذا زاد حجم الشماعات، وتم تثليثها، يصبح القوس المربوط عبارة عن تروس.
كدليل تقريبي، فإن الامتدادات النموذجية للأقواس المقيدة التي تحمل الطرق السريعة تتراوح بين 75 م إلى 250 م، وبالنسبة للسكك الحديدية، فإن المدى سيكون من 50 إلى 200 متر، كما هو الحال دائمًا، هناك استثناءات لهذه القواعد.
الجماليات:
شكل القوس المقيد هو شكل مفتوح للعديد من التفسيرات، ومع الخيال المفاهيمي الدقيق والاهتمام بالتفاصيل يمكن أن ينتج هياكل مذهلة وجميلة، يمكن إنشاء الجسور ذات الأقواس المقيدة بعضو واحد مقوس أو قوسين مستقلين أو قوسين متماسكين معًا، وفي الحالة الأخيرة، يمكن غالبًا إنشاء جسر أكثر رشاقة عن طريق إمالة الأقواس تجاه بعضها البعض، وهذا له ميزة هيكلية تتمثل في تقليل مدى قوس بين قوسين.
شكل القوس:
القوس المكافئ هو أفضل شكل للكفاءة الهيكلية لأنه تحت الحمل المنتظم، يجب أن تكون هناك قوى محورية في أعضاء القوس، ومع ذلك فإن وجود حزمة التعادل يساهم في صلابة النظام، وهذا يعني أن هناك بعض اللحظات، خاصة حول زنبركات القوس، سيكون للقوس الدائري دائمًا لحظات انحناء أكبر في أعضاء القوس.
خطوط النفوذ:
على الرغم من أن القوس المربوط هو في الأساس مجرد امتداد بسيط، إلا أن خطوط التأثير لبعض العناصر تستحق الدراسة، من الواضح أن الحد الأقصى من القوى المحورية يتم إنشاؤه عند تحميل النطاق بالكامل، ومع ذلك سيحدث الحد الأقصى للانحناء مع تحميل جزء فقط من الامتداد، يوجد خط تأثير نموذجي للانحناء في القوس.
حيث يمكن أن يكون سطح الجسر عبارة عن سطح تقويمي صلب أو خرساني، بشكل عام فإن أبسط وسائل الدعم لهذه هي سطح السلم مع العوارض المتقاطعة، حيث أن المشكلة الرئيسية في الخرسانة هي مشكلة تفاعلها مع التوتر الناتج عن عوارض الربط.
