حتماً پل‌های مختلفی را دیده‌اید یا از روی آن‌ها عبور کرده‌اید؛ پل چوبی، فلزی، سنگی، بتنی و ... . عبور از روی کدام‌یک احساس امنیت بیشتری برای شما داشته است؟
آیا تابه‌حال پلی که در ساختش از تیرآهن استفاده شده باشد را دیده‌اید؟ می‌دانید تاریخچه کاربرد تیرآهن در پل‌سازی به چه زمانی بازمی‌گردد؟ یا شاید بخواهید در مورد چالش‌های کاربرد تیرآهن در پل‌سازی و تأثیر آن روی قیمت نهایی سازه اطلاعاتی کسب کنید.
در این مقاله درباره این موضوعات با شما صحبت خواهیم کرد.
ساخت پل یکی از مهم‌ترین کاربردهای تیرآهن به شمار می‌رود. جالب است بدانید تاریخچه به کار بردن تیرآهن در پل‌سازی به زمان باستان بازمی‌گردد. در آن زمان بشر از یک تنه درخت که درواقع یک تیر چوبی محسوب می‌شد برای عبور از یک سوی رودخانه سمت دیگر استفاده می‌کرد.
با پیشرفت تمدن، بشر توانست روش‌های بهتری را در پل‌سازی کشف کند که مبتنی بر استفاده از سنگ، ملات و سایر مصالح ساختمانی برای ساخت پل‌های طویل‌تر و با مقاومت بالاتر بود.
کاربرد تیرآهن در پل‌سازی نباید نادیده گرفته شود. ساده‌ترین راه ساخت پل همین روش است که هم مستحکم است و هم مقرون‌به‌صرفه.
این سازه از یک تیرآهن افقی تشکیل شده که در دو انتهای خود توسط پایه‌هایی که وزن پل و ترافیک وسایل نقلیه را تحمل می‌کنند، پشتیبانی می‌شود.
اصول طراحی پل چه صاف باشد، چه محدب یا مقعر به میزان تحمل بار این سازه بستگی دارد. این پایه‌های یک پل هستند که وظیفه تحمل این بار را دارند.
اگر در ساخت پل از تیرآهن استفاده شود، نیروهای فشاری و کششی وارد شده بر آن به تیرآهن وارد می‌شوند. به همین دلیل برای مقاومت در برابر خم شدن و پیچ خوردن به دلیل بارهای زیاد روی پل، استفاده از یک تیرآهن قوی ضروری است.
اگر یک خط خیالی در مرکز تیرآهن تصور کنید، قسمت بالایی این خط فشرده شده و قسمت پایینی کشیده خواهد شد و خود این خط را «محور خنثی» می‌نامند. هرچه تکیه‌گاه‌های پل از این خط دورتر باشند، آن پل از استحکام کمتری برخوردار است.
درواقع وقتی ترافیک روی پل حرکت می‌کند، بار واردشده بر تیرآهن به پایه‌ها منتقل می‌شود. در این میان قسمت بالای پل تحت فشار بوده و کوتاه می‌شود؛ درحالی‌که قسمت پایینی، تحت تنش کشیده و طولانی می‌شود.
در ساخت پل با استفاده از تیرآهن از خرپا نیز استفاده می‌شود. درواقع خرپاهای ساخته‌شده از فولاد برای پشتیبانی از تیرآهن استفاده شده و نیروهای فشاری و کششی وارد بر تیرآهن را پراکنده می‌کنند.
برای استفاده از تیرآهن در پل‌سازی این نکات را درنظر بگیرید:
1. برای بالا بردن ایمنی پل‌های ساخته‌شده از تیرآهن، باید میزان خمش را محاسبه کنید.
2. باید توزیع تنش روی عناصر مختلف پل را مورد تجزیه و تحلیل قرار دهید تا از استحکام پل اطمینان حاصل نمایید.
3. دو سر تیرآهن‌های به‌کاررفته در پل‌سازی باید توسط پایه نگه داشته شوند تا ظرفیت تحمل بار پل افزایش یابد.
4. قوطی‌ها برای تحمل بارهای پیچشی مناسب‌ترند؛ اما قیمت تیرآهن مقرون‌به‌صرفه‌تر بوده و فرآیند ساخت نیز ساده‌تر است. به همین دلیل توصیه می‌شود برای ساخت پل از تیرآهن‌هایی که بال آن‌ها با ورق تقویت‌شده استفاده کنید.
5. دهانه پل به وزن تیر و مقاومت مواد مورداستفاده در ساخت آن بستگی خواهد داشت. هرچه پل ساختار ضخیم‌تری داشته باشد، ظرفیت آن در نگه‌داشتن بارها افزایش می‌یابد. البته اگر وزن تیرها زیاد باشد، احتمال دارد پل دچار خمش شود. خوشبختانه این مسئله نیز با پیشرفت تکنولوژی بهبود بخشیده شده است. در حال حاضر پل‌های ساخته‌شده از تیرآهن از موادی محکم، سبک و بادوام تشکیل می‌شوند.
این مواد شامل بتن اصلاح‌شده و مواد کامپوزیتی بوده که با الیاف، فولاد و مواد پیش‌تنیده تقویت شده‌اند و ویژگی‌های عملیاتی خوبی دارند. این مصالح برای ساخت پل بسیار مناسب‌اند؛ زیرا می‌توانند علاوه بر نیروهای کششی، تنش‌های فشاری بالایی را نیز تحمل کنند. کشش سنگ و بتن غیرمسلح پایین بوده و به همین دلیل برای پل‌هایی که تنها قرار است بار کمتری را تحمل کنند از این مصالح استفاده می‌شود.
خب از مزایای کاربرد تیرآهن در پل‌سازی که بگذریم، به محدودیت‌ها و چالش‌های آن می‌رسیم:
1. یکی از مهم‌ترین محدودیت‌های کاربرد تیرآهن در پل‌سازی، عدم امکان ساخت پل‌های با دهانه بزرگ است. اگر قرار باشد دهانه پل عریض‌تر شود، باید از تیرآهن‌های بلندتری استفاده کرد که این موضوع به معنی فشار و بار اضافی است. البته با استفاده از تیرآهن هاش می‌توان دهانه‌های بزرگ‌تری نسبت به تیرآهن‌های معمولی داشت.
بیشتر بخوانید: تیرآهن معمولی را انتخاب کنید یا تیرآهن هاش؟
2. بهتر است در پل‌سازی برای مسیرهای طولانی از تیرآهن استفاده نکنید، مگر اینکه چندین پل به یکدیگر متصل شوند. البته با این کار زمان ساخت پروژه را نیز افزایش می‌دهید.
3. پل‌های ساخته‌شده از تیرآهن به‌خوبی نمی‌توانند نیروهای افقی را تحمل کنند. به همین دلیل معمولاً کاربرد تیرآهن در پل‌سازی با طاق‌های قوسی و خرپاهای عدسی شکل صورت می‌گیرد تا پل ساخته‌شده بتواند نیروهای افقی را نیز تحمل کند.
4. متأسفانه پل‌های ساخته‌شده از تیرآهن با گذر زمان نشست می‌کنند. این امر به دلیل عدم انتقال وزن بار ترافیک ایجاد می‌شود.
5. طول عمر بیشتر پل‌های ساخته‌شده از تیرآهن، 50 سال یا کمتر است و به‌سرعت فرسوده می‌شوند. تعمیر و نگهداری مداوم می‌تواند تا حدودی از فرسودگی آن‌ها بکاهد، اما از سوی دیگر این کار باعث افزایش هزینه‌ها نیز خواهد شد.
6. نکته مهم دیگر انعطاف‌پذیری کم تیرآهن است که می‌تواند در پل‌سازی مشکل‌آفرین شود. درصورتی‌که بادهای جانبی شدیدی وجود داشته باشد، می‌تواند سازه را به‌طور مداوم تحت تأثیر قرار دهد.
اگر قرار باشد پل فلزی بسازید، قسمت زیادی از مقاطع مورداستفاده در آن تیرآهن است؛ بنابراین هزینه تمام‌شده این پل را نمی‌توان بدون در نظر گرفتن قیمت تیرآهن محاسبه کرد. قیمت روز تیرآهن نیز به قیمت آهن در سطح ملی و بین‌المللی، نوسانات نرخ ارز و میزان عرضه و تقاضا بستگی دارد.
در حال حاضر بسیاری از مراکز دولتی و انجمن‌های صنعتی به دنبال بهبود مواد و تکنیک‌های کاربرد تیرآهن در پل‌سازی هستند. هرچه بتوان مقاطعی با عملکرد بالاتر تولید کرد، می‌توان معایب بیشتری را برطرف نمود که در حال حاضر به‌عنوان یک چالش در کاربرد تیرآهن در پل‌سازی محسوب می‌شوند.
منبع : آسرون
