چگونه مهندسان امروز پل گلدن گیت را می سازند؟

از زمان افتتاح پل گلدن گیت در 27 مه 1937 ، این یک نماد نمادین برای چشم انداز آمریکا است.

تا سال 1870 ، مردم به لزوم ساختن پلی واقع در تنگه گلدن گیت برای اتصال شهر سانفرانسیسکو به شهرستان مارین پی بردند. با این حال ، نیم قرن دیگر بود که مهندس سازه جوزف اشتراوس طرح پل خود را ارائه داد. این طرح ها تکامل یافت و پروژه نهایی به عنوان یک پل معلق تصویب شد که در نهایت به طول انجامید بیش از چهار سال برای ساختن .

هنگامی که پل گلدن گیت بالا رفت ، این طولانی ترین پل معلق در جهان بود - کابل ها راه بین دو برج را نگه داشته اند ، و هیچ پشتیبانی میانی ندارند. و این تنظیمات دارای تعدادی چالش ذاتی بود. تقریباً هزینه دارد 37 میلیون دلار آمریکا به هنگام؛ هزینه ساخت همین سازه امروز حدود یک میلیارد دلار است. بنابراین چگونه طراحی در طول 80 سال گذشته ادامه داشته است - و آیا اگر امروز کار را از ابتدا شروع می کردیم ، کارهای مختلفی انجام می دادیم؟

شماتیک پل معلق. کابل های پشتیبانی کننده قرمز نیروها را از کابل های معلق سیاه به برج ها و لنگرهای آبی منتقل می کنند.گفتگو

طولانی ترین پل معلق جهان

پل گلدن گیت یک پل معلق است ، به این معنی که برای عبور از مسافت طولانی و بدون هیچ گونه پشتیبانی میانی ، به کابل ها و سیستم تعلیق های تحت تنش همراه با برج های تحت فشار متکی است. عرشه راه از آویزهای عمودی آویزان است که به دو کابل اصلی متصل می شوند که بین برج ها و لنگرهای انتهایی قرار دارند. این تعلیق ها نیروها و وزن خود را به کابل های نگهدارنده منتقل شده در برج ها و روی زمین جامد منتقل می کنند. یک پل معلق ساده بافته شده.ماجراهای Rutahsa

اولین پل ها از این نوع احتمالاً دو صخره را با طناب های انعطاف پذیر برای عبور از یک دره یا رودخانه بهم متصل کرده است. صدها سال پیش ، این طناب ها از الیاف گیاهی ساخته شده بودند. بعداً زنجیرهای آهنی آمدند. پل بروکلین در شهر نیویورک ، که در سال 1883 افتتاح شد ، اولین کسی بود که از کابل های فولادی استفاده کرد ، که پس از آن استاندارد شد.

برج ها به احتمال زیاد به صورت یک صخره ساده در هر طرف یک دره شروع می شدند. سرانجام مهندسان از پایه های عظیم سنگی یا فولادی استفاده کردند. به عنوان مثال پل طلایی دروازه با یک پایه در هر انتها و دو برج پشتیبانی می شود که روی پایه های تعبیه شده در کف دریا قرار گرفته است.

دو کابل پشتیبانی از Golden Gate Bridge تنها چیزی است که از زمان باز شدن پل برای عبور و مرور در سال 1937 تغییر نکرده است. هر کابل اصلی توسط 27،572 سیم فولادی با ضخامت تقریبی مداد تشکیل شده است. خدمه ساختمانی تقریباً معلق بودند 80000 مایل کابل سیم از یک طرف پل به طرف دیگر.

ساخت یک کابل ضخیم و بلند به صورت یک قطعه و بدون نقص برای انجام این کار تقریباً غیرممکن است. و مهمتر اینکه ، اگر یک کابل بزرگ پل را بالا نگه داشته و اتفاقی برای آن افتاده باشد ، یک خرابی فاجعه بار رخ می دهد. اعتماد به سیم های کوچکتر به این معنی است که هرگونه خرابی کندتر خواهد بود و برای هدایت فاجعه زمان باقی می ماند.

از آنجا که مردم برای اولین بار در مورد یک پل در خلیج سانفرانسیسکو تعمق کردند ، نگرانی زیادی در مورد توانایی این سازه در برابر باد شدید محل ، آبهای آشفته و نیروهای احتمالی زلزله وجود دارد. سانفرانسیسکو در تقاطع دو قرار دارد صفحات تکتونیکی فعال - بدیهی است هیچ کس نمی خواست که زمین را لرزاند ، که در حال حاضر به اطراف منتقل شده است روزانه 112000 وسیله نقلیه .

برای جلوگیری از این مشکل ، سازندگان برای جذب انرژی حاصل از باد یا نیروهای لرزه ای ، کمک فنرها را در هر انتهای پل قرار داده اند. این میراگرهای ارتعاشی که به طور ویژه طراحی شده اند ، سیلندرهایی با قطر متر هستند که از یک هسته سربی پوشانده شده از لاستیک ساخته شده اند. آنها در مکان های استراتژیک قرار می گیرند ، انرژی را جذب می کنند که در غیر این صورت می تواند باعث فروپاشی پل شود.

نگه داشتن آن در شکل خوب

خرد متعارف نشان می دهد که یک پروژه زیربنایی به زودی پس از افتتاح انجام می شود. اما نگه داشتن پل گلدن گیت به شکل نوک تیز نیاز به نگهداری مداوم دقیق دارد. برای 80 سال ، خدمه اختصاصی نگهداری سرویس دهی به پل ، رنگ آمیزی مجدد و جایگزینی قطعات خورده یا خراب در صورت لزوم.

این کار باید با رعایت استانداردهای دقیق انجام شود. به عنوان مثال ، هرگاه از هزاران پیچ و مهره ای که تمام قطعات مختلف پل را به هم متصل می کند ، نیاز به تعویض داشته باشد ، بیش از دو قطعه به طور هم زمان خارج نمی شوند تا پل در برابر بادهای شدید یا نیروهای زلزله ایمن بماند.

مسائل مربوط به نگهداری ساختاری نیز وجود دارد. به دلیل گذشت زمان و تغییر دما در حال انجام ، کابل ها و سیستم های تعلیق کشیده یا منقبض می شوند و نیاز به بررسی و بازنگری دوره ای دارند. از این نوع تنظیم به عنوان تنظیم نام برده می شود و شبیه به این است که یک نوازنده بهترین ساز را برای یک صدا می کشد.

اگر امروز آن را بسازیم چه تغییری می کند؟

به دلیل عظیم هزینه های نگهداری ، برخی افراد پیشنهاد کرده اند که پل گلدن گیت را به گونه ای بازسازی کنید که صورتحساب های نگهداری و بهره برداری مداوم را محدود کند. با کنار گذاشتن امکان سنجی سیاسی ، مهندسان چگونه می خواهند این پل را از ابتدا بسازند؟

با گذشت زمان ، محققان مواد سبک تری تولید کردند. استفاده از پلیمرهای تقویت شده با الیاف (FRP) به جای فولاد یا بتن راهی برای کاهش وزن سازه ای به این بزرگی است. این خود وزنی معمولاً مسئول استفاده از 70 تا 80 درصد مقاومت خود است - این حداکثر باری است که می تواند قبل از شکست تحمل کند. با کاهش آن ، ساختار پل به مقاومت کمتری نیاز دارد ، و گزینه های ارزان تر و راحت تری را فراهم می کند.

به عنوان مثال ، طراحان شروع به استفاده از مواد تقویت شده کامپوزیت فیبر (FRP) در پلهایی مانند پل مارکت استریت در ویرجینیا غربی کرده اند. FRP از رزین پلاستیکی برای اتصال فیبرهای شیشه یا کربن به یکدیگر استفاده می کند که به مواد استحکام می بخشد. چهار برابر سبک تر از بتن ، FRP ها پنج تا شش برابر قوی تر هستند.

احتمالاً اولین هدف یک طراح برای تغییر در Golden Gate Bridge ، ترکیب کابل ها باشد. فولادی که در حال حاضر استفاده می شود ، خورنده است ، چهار برابر سنگین تر از مواد جدید است و می تواند در محیط های سخت و رطوبت و دما خراب شود - دقیقاً مانند مواردی که در این مکان با آن روبرو می شود. کابل های کربن بی اثر تر هستند و در حال حاضر در سراسر جهان مورد استفاده قرار می گیرند.

در یک پل کابلی ، کابل ها مستقیماً از عرشه به برج ها متصل می شوند.گفتگو

این مواد سبک تر از فولاد همچنین می توانند در سایر عناصر پل مانند جاده ترافیکی مورد استفاده قرار گیرند. استفاده از عرشه پلاستیکی کامپوزیت می تواند وزن خود را به اندازه 5 برابر کاهش دهد. این امر مهندسان را قادر می سازد تا یک پل کابلی و نه پل معلق را طراحی و احداث کنند. مزیت در اینجا توانایی از بین بردن سیستم های تعلیق است. در یک پل کابلی نیروها مستقیماً از روی عرشه به کابل ها به برج ها منتقل می شوند. اولین پل کابلی بزرگراه با کابل های CFRP پل استورک سوئیس است که در سال 1996 افتتاح شد.

یک پل کابلی می تواند دهانه طولانی تری نسبت به یک پل معلق داشته باشد ، بنابراین ساختار آن بین تکیه گاه ها و ساحل می تواند ساده تر باشد. همچنین ساخت برج های نزدیک به ساحل ، جایی که بستر آب کم عمق تر است ، می تواند یکی از مشکلات اصلی هنگام ساخت پل گلدن گیت را برای اولین بار به وجود آورد: کار بر روی پایه های برج در آبهای عمیق بسیار دشوار و گران است با جریانهای قوی

همچنین می توان با طراحی جدید به سیستم میرایی رسیدگی کرد. میراگرهای مبتنی بر هسته سربی که در ساخت Golden Gate استفاده شده اند ، می توانند با فناوری های جدیدتری جایگزین شوند که توانایی مقاومت در برابر باد ، ترافیک و نیروهای لرزه ای را دارند. این پیشرفت اطمینان حاصل می کند که از خرابی مانند خرابی پل تاکوما باریک - وقتی باد پل را به طرفین منفجر می کند ، می پیچد و فرو می ریزد - جلوگیری می شود.

با تمام آنچه گفته شد ، پل گلدن گیت هنوز هم خوب کار می کند. حتی با سایر گزینه های ممکن و ارزان تر ، هیچ کس واقعاً در تلاش برای جایگزینی نماد Art Deco و کار بین المللی رنگ نارنجی معروف در جهان نیست. پل گلدن گیت از نزدیک تحت نظارت قرار می گیرد تا اطمینان حاصل شود از شدت تنش ناشی از ترافیک ، باد و بارهای لرزه ای فراتر نمی رود. ما می توانیم منتظر حداقل 80 سال دیگر از این شاهکار مهندسی باشیم.

هوتا گانگرائو استاد مهندسی عمران و محیط زیست در است دانشگاه ویرجینیا غربی و ماریا مارتینز د لاهیدالگا د لورنزو یک دستیار تحقیقاتی تحصیلات تکمیلی در دانشگاه ویرجینیا غربی . این مقاله در اصل در گفتگو . دفعات بازدید: مقاله اصلی .