انواع الجسور

 انواع الجسور

1-   جسر القوس Arch Bridge

كوبري القوس arch هو من اقدم انواع الكباري ولديها قوة مقاومة طبيعية كبيرة وهي تقوم بنقل الاحمال سواء الحية او الميته ومن ظمنها وزن الجسر عبر منحني القوس الي الدعائم في كل نهاية وهي التي تحمي القوس من التمدد والانفراج.

                        كوبري النهر الجديد

      عملية بناء كباري الارش تحتاج لافكار ماكرة فمثلا

     يمكن بناء منحني القوس spans عن طريق صبها او تركيبها حسب طريقة بنائها من الاطراف الي الوسط بواسطة

      دعمها بواسطة بناء السقالات تحتها حتي تلتقي في المنتصف وتدعم نفسها بنفسها.

كيف تقوم الدعائم في arch بعملية الاسناد؟؟

قم باخذ مسطرة بطول 30 سم مثلا وقم بثنيها برقة حتي يتكون منحن القوس arch لديك ثم قم بالضغط علي القوس المتكون لديك من منتصفة

لاحظ ما سوف يحدث لنهايات القوس...!!!

 قم بوضع مجموعة من الكتب في كل نهاية للارش . الآن ما يحدث ؟ لاحظ كيف أكوام الكتب تعمل كدعائم, تبقي نهايات القوس من التمدد والانفراج.

 

 عندها تكون الدعائم بحمل وزن الارش ووزن المركبات التي تمر من فوقة لهذا يصبح كل جزء من منحنى الارش تحت قوي الضغط compression

لذلك يجب ان تكون مواد البناء المنشأ منها الارش مواد قوية تحت قوي الضغط compression

  

احد اقدم واشهر الامثلة علي هذه النوعية قام ببناءة الرومان من الاحجار بني قبل الميلاد هي قناة باونت دو جأرد قرب     ميس î إن, فرنسا

        قناة باونت دو جارد فرنسا

واليوم بوجود مواد البناء مثل الحديد الصلب والاسمنت المسلح اصبح من الممكن بناء الارش بمسافات اطول واشكال اجمل (مثلا كوبري النهر الجديد في ولاية وست فرجينيا بمسافة 1700 قدم )

وعادة كباري الارش تكون مسافاتها بين (200- 800 ) قدم.

     كوبري النهر الجديد

عملية بناء كباري الارش تحتاج لافكار ماكرة فمثلا

يمكن بناء منحني القوس spans عن طريق صبها او تركيبها حسب طريقة بنائها من الاطراف الي الوسط بواسطة دعمها بواسطة بناء السقالات تحتها حتي تلتقي في المنتصف وتدعم نفسها بنفسها

   

                              

   وهناك طريقة اخري وهي بواسطة دعمها ورفعها بواسطة الكوابل وهذة الطريقة تستخدم في حالات انشاء الارش

   اذا كان يقام فوق احدى الانهر او كان فوق طريق كثيف المرور حتي لايتم تعطيل حركة السير وهي من احدي الطرق الجديدة                                                                            المبتكرة في هذا المجال وهي طريقة الكنتيليفر .

 

   ومن احدث كباري الارش ثورية في التصميم هو كوبري أثر ناتشيز في فرانكلين, تينسي امريكا الذي فُتِحَ إلى المرور          في عام 1994   حيث يعتمد تصميمة علي الخرسانة مسبقة التصنيع pre-cast concrete

وان توزيع الحمل لديه علي الاعمدة جانبيا وقد نال العديد من الجوائز علي روعة التصميم والفكرة الجديدة فيه.

               

                                                       

2-    جسر الشعاع (العارضة او الكمرة ) Beam Bridge

         

    جسر العارضة أو الشعاع هوا أسهل وارخص أنواع الجسور طبقا لكريج فينلاي فينلاي / هندسة ماكناري، "Craig Finley of Finley/McNary Engineering    وهم يعتبرون المرجع في عالمِ الجسرَ."

   في شكله العام يعتبر جسر العارضة عبارة عن كمرة أفقية مدعومة من طرفيها بالركائز التي تنقل بدورها وزن الكمرة

   ( الجسر) إلي الأساسات

الكمرة أو الشعاع نفسها يجب أن تكون قوية ولا تنحني تحت وزنها الذاتي ووزن العبور عليها.

عندما يؤثر او يضغط حمل ما لأسفل علي الكمرة ، الحافة العليا من الكمرة تضغط معا وتصبح تحت تأثير ضغط    (compression) والحافة السفلى تصبح تحت تأثير شد (tension ) .

ماذا يحدث عندما يضغط حمل علي جسر الشعاع (الكمرة)؟؟

                                    

  خوذ قطعة مستوية من ممحاة أو قطعة إسفنج وقم بشقها شق صغير في منتصفها من الاعلي والأسفل ، قم بتصميم جسر  الشعاع عن طريق تلك الممحاة او الاسفنجة التي سوف تقوم بدور العارضة وقم بإسنادها علي مجموعة من الكتب عند طرفيها كانها ركائز هذا الجسر .

قم بالضغط لأسفل في منتصف هذا الجسر .

ماذا يحدث للشق الاعلي والشق الأسفل ؟؟؟!!

لاحظ الشق الاعلي كيف في الكمرة كيف تتضايق تحت تأثير الضغط بينما الشق الأسفل يتوسع ويتباعد تحت تأثير الشد .

المادة المثالية التي تستخدم في إنشاء جسر الكمرة هي الخرسانة مسبقة الجهد Pre-stressed concrete حيث تعتبر الخرسانة مادة لديها مقاومة جيدة لقوى الضغط وتغمر فيها حديد التسلح في الأسفل حيث يعتبر الفولاذ مادة لديها مقومة جيدة لقوي الشد . وتعتبر الخرسانة مسبقة الجهد من المواد القليلة، قليلة الكلفة في مواد البناء عامة.

لكن حتى أفضل المواد لايمكن ان تعطي مسافة اكبر من مسافته المحددة في طوله.

الجسور التي تكون بعيدة عن مساندها تعتبر اضعف من غيرها كنتيجة .

كباري الشعاع(الكمرة) نادرا ما تصل إلي 250 قدم كحد أقصى ذلك لايعني انها لا تستعمل لعبور مسافات طويلة ، فقط يجب تكون عدة جسور مربوطة معا كسلسلة بما يعرف في لغة الهندسة ب "continuous span." مدي مستمر .

  في الحقيقة أطول جسر في العالم هوا جسر شعاعي ذو مدى مستمر continuous span beam bridge

 بطول 24  ميل تقريبا يقطع بحيرة Ponchartrain Causeway consists في ولاية لويزيانا الأمريكية.

   

  

      وهو يتكون من طريقين متوازيين أكمل بنائه عام 1956 وهوا يتكون من 2243 قنطرة متصلة

     كسلسلة بمعني انه يتكون من 2243 جسر شعاع متصلات مع بعض .

الكوبري المعلّق ( Suspension Bridge)

     جسر البوابة الذهبية في سان فرانسيسكو من اشهر الجسور المعلقة.

     

يمكن أن نلخص وصفنا للكباري المعلقة عند رؤيتها لها ،خفيفة الوزن ،جميلة ،قوية، فالكباري المعلّقة يمكن أن تصل مسافات من 2,000 إلى 7,000 قدم - وهي أطول بكثير من أيّ نوع كوبري آخر . وهي أيضا تعتبر الأغلى من حيث التكلفة والإنشاء من أي نوع من الكباري الاخري. والكوبري المعلق من اسمه يعبر عن وصفه حيث اغلب اجزاء الطريق معلقة بالكوابل الرئيسية (main cables)حيث تمتد هذه الكوابل الرئيسية من بداية الجسر إلي نهايته ،هذه الكوابل الرئيسية تكون ممتدة فوق الأبراج او أعمدة الجسر وتكون مشدودة عند نهايتي الجسر بواسطة أساس تثبيت أو المراسي (anchorages).

اساس تثبيت الكوابل (anchorages)

                

صورة لعملية انشاء اساسات التثبيت Anchorage construction

صورة لعملية شد الكوابل عند اساسات التثبيت

وتمكن الأبراج أو أعمدة الكوبري المعلق الكوابل الرئيسية من أن تلتف وتمتد إلي مسافات طويلة

 حيث معظم وزن الكوبري يُحْمَل بالكابلات إلى المراسي او أساس التثبيت (anchorages)

التي تُثَبَّت أي الكوابل الرئيسية ، إمّا في صخر متين صلب أو في قوالب خرسانيّة ضّخمة .

 داخل أساسات التثبيت,تنشر الكابلات فوق منطقة كبيرة لتوزيع الحمل بالتّساوي و لمنع الكابلات

من التّحرّر أو الانقطاع .

   ماهي فكرة عمل أساسات التثبيت المراسي(anchorages) ؟

 أولا: قم بربط عقدتين من الحبل حول أعلى كتابين ذو غلافين صلبين ومن نفس الحجم ثم اربط حبل أخر بين العقديتن حتّى يتدلّى على نحو غير محكم بين الكتابين ، ثم اضغط علي الحبل الثالث من منتصفه شاهد ما يحدث ؟

  

ثانيا: قم بوضع كتابين واقفين علي بعد حوالي 10 بوصة ثم قم بوضع كومة كتيب ثقيلة عند طرف الكتابين الواقفين ثم احضر حبل وقم بتثبيته من عند كومة الكتب ثم مرر الحبل فوق الكتابين الواقفين إلي الجهة الاخري ثم قم بوضع كومة كتب اخري علي الجهة الاخري وقم بثبت طرف الحبل أيضا في هذه الجهة ويمكنك ان تترك الحبل يتدلى بعض الشئ أي ان لا يكون مشدودا تماما .اضغط مرة ثانية علي منتصف الحبل بين الكتابيين الواقفين . شاهد ما يحدث ؟ لاحظ أيضا كيف قامت أكوام الكتب بعملية تثبيت الكوبري حيث أكوام الكتب هنا كأنها أساسات التثبيت (anchorages).

                              

ربطة او مجموعة كوابل جسر اكاشي الرئيسية

   

                                 

   

  كان جسر همبرHumber bridge في انجلترا يعتبر أطول جسر بمسافة محمولة علي الكوابل حيث كانت المسافة 4.623 قدم لكن الان الرقم العالمي من نصيب الجسر الياباني ذو تكلفة 706 بليون دولار جسر اكاشي كايكوAkashi Kaikyo Bridge الذي تم افتتاحه عام 1998 والذي يصل بين جزيرتي هنشو و وشيكوكو Honshu and Shikoku والذي تصل المسافة الوسطية المحمولة فيه الي6.527 قدم .

جسر همبرHumber bridge

                                           

ولابقاء الكباري المعلقة مستقرة لانها في الاساس تعتبر خفيفة ومرنة قام المهندسون باضافة الات شبيه بالبندول علي الابراج لكي تمنعها من التارجح وايضا قامو باضافة مايسمي بالزعنفة المستقرة عند مركز المنشا مثل التي توجد تحت السفن لمقاومة قوة الرياح خصوصا رياح الاعاصير ذلك ان قوي الرياح تعتبر من اخطر القوى المؤثر علي هذا المنشا الا وهو الكباري المعلقة والتي ادت الي انهيار كوبري تاكوما واشنطن بسبب قوي الرياح بعد افتتاحة باربعة اشهر

حيث افتتح كوبري مضيق تاكوما واشنطن عام 1940 وكان وقتها يعتبر اطول ثالث كوبري معلق في العالم ،حيث لقب وقتها من السكان المحليين بما معناه الجري مسرعا علي فرس "Galloping Gertie," نسبة الي سلوكة مع الرياح حيث لم يكن يتمايل جانبيا فقط بل كان يتموج عموديا ايضا وكان هذا التمايل يلاحظ مع هبوب رياح بسيطة وهادئة نسبيا . ذلك التموج جعل سائقي السيارات اللذين يمرون علي هذا الكوبري يبلغون عن هذه التموجات والتمايلات حيث انهم ابلغو ان السيارات التي تمر علي هذا الجسر تختفي وتظهر من اثر تلك التموجات التي تحصل للجسر وجرت عدة محاولات لتثبيت الجسر بواسطة مثبتات هيدرولكية ومجموعة من الكابلات لكن تلك المحاولات باءت بالفشل الذريع

وفي السابع من شهر نوفمبر عام 1940 أي بعد اربع اشهر من افتتاح جسر مضيق تاكوما واشنطن انهار الجسر بفعل رياح بسرعة 42 ميل/ساعة مع انه كان مصمما لان يتحمل قوة رياح اسرع من 120 ميل/ساعة.       

صور لجسر مضيق تاكوما لاهتزازة وتمايلة وانهياره بعد ذلك

                                         

                                                                                             

  هذا الانهيار والفشل سبب صدمة كبيرة للمجتمع الهندسي واصبح السؤال المطروح

هو كيف ان منشا بطول اكبر من نصف ميل ويزن عشرات الآلاف من الأطنان

ان ينهار بسبب رياح خفيفة نسبيا وحركة بسيطة نسبيا ان وان تؤثر عليه

هذا التاثير القوي تجعله ينهار

ولكي يجد المهندسون الاجابة علي هذا السؤال بداؤ بتطبيق علم ديناميكية الهواء aerodynamics في تصميم الجسور ومازال الخبراء التقنييون يختلفون علي سبب انهيار هذا الجسر لكن اغلبهم يتفق علي ان ظاهرة شبيه بظاهرة الرنين هي السبب هذه الظاهر ة هي شبيه بالظاهرة التي تحدث عن صوت اله موسيقية تؤدي الي تحطم الزجاج

الان اصبح اختبار نفق الرياح مهما جدا والزامي في تصميمات الجسور واصبح من اساسيات علم تصميم الجسور .

وبالنسبة لجسر مضيق تاكوما واشنطن تم البد في اعادة بناءه في عام 1949 واصبح الجسر الجديد اعرض وايضا تم دعمه تحت طول طريقة بجمالون trusses واسطوانات مجوفة من المنتصف كل ذلك تم اضافة الي التصميم لمقاومة قوي الرياح has deep stiffening trusses under the roadway and even sports a slender gap down the middle

                                                               

الجسر المدعوم او المزود بالكوابل(Cable-Stayed Bridge)

                            

  قد تبدو الجسور المدعومة بكوابل شبيهة للجسور المعلقة الطريق فيهما

 محمول بكوابل وكلاهما له أبراج ولكن طريقة الدعم و توزيع الأحمال

 من الطريق مختلفة تماما

الاختلاف هو في طريقة اتصال الكوابل مع الأبراج ففي الأبراج المعلقة الكوابل تمتد بحرية خلال الأبراج ناقلة قوة الأحمال الي المراسي anchorage عند نهايتي الجسر أما الجسور المدعومة بكوابل مثبتة في الأبراج وهي التي تأخذ الأحمال وحدها .

* يمكن تثبيت الكوابل علي الطريق بعدة تشكيلات منها نموذج الإشعاع النصف قطري حيث تمتد الكوابل من عدة نقاط علي الطريق الي نقطة واحدة في اعلي البرج

                          

  وايضا نموذج الإشعاع المتوازي حيث تثبت الكوابل في ارتفاعات مختلفة علي طول  البرج بحيث تمتد موازية لبعضها

                  

   كيف يعمل دعم الكوابل؟

قف ومد ذراعيك أفقيا علي كل جانب تخيل أذرعك هما الكوبري وراسك هو البرج في الوسط في هذه الوضعية عضلاتك هي التي دعمت أذرعك

حاول عمل فكرة دعم الكوابل لدعم أذرعك ، خذ قطعة حبل بطول خمسة أقدام ودع زميلك يقوم بربط نهايتي الحبل الي كل من مرفقيك ثم قم بوضع وسط الحبل فوق راسك ، الحبل هنا عمل وضيفة الدعم بالكوابل وقام بحمل مرفقيك

اجعل زميلك يقوم بربط قطعة حبل ثانية بطول 6 أقدام تقريبا إلي كل معصم وضع الحبل علي راسك

لديك الآن كابلي دعم لذراعيك في مرفقيك ومعصميك .

أين تشعر الآن بقوة الضغط ؟

لاحظ كيف أن كوابل الدعم تنقل القوة من الجسر (ذراعيك ) إلي البرج (راسك) أي نقل محصلة القوى من الجسر إلي البرج..

قف و امسك أسلحتك بالخارج أفقيًّا في كلّ جانب . تخيّل أن أذرعك كوبري, و رأسك برج في الوسط . في هذا الوضع, عضلاتك دعمت أذرعك .

بالرغم من ان الجسور المدعومة بكوابل فكرتها مبتكرة إلا أن الفكرة ليست حديثة حيث انه وجد رسم تخطيطي لهذه الفكرة في كتاب أسمة Machinae Novae منشور في عام 1595م إلا أن المهندسين لم يبدأو في استخدام هذه الفكرة الا في قرننا الحالي

تمت البداية باستخدام هذه الفكرة بعد الحرب العالمية الثانية في أوروبا في إعادة بناء الجسور المدمرة وخصوصا الجسور التي لم يطل التدمير أساساتها.(قواعدها) حيث كان الحديد الصلب نادرا وقتها.

وبدأت في الولايات المتحدة إقامة الكباري المدعومة بالكوابل حديثا حيث كانت حدثا ثوريا هناك ولاقت أعجابا شديدا .

 

رسم توضيحي لجسر مزود بكوابل في مدينة سيدني

متوسط الطول الحر medium length spans لهذا النوع من الجسور بين 500 الي 2800 قدم .

الجسر العالي يربط بين السويد والدنمارك يعتبر اطول جسر في العالم لهذا النوع

وقد أصبحت الجسور المدعومة بكوابل الاختيار الأول لدى المهندسين وبالمقارنة بالجسور المعلقة فالجسور المدعومة بكوابل تستهلك كمية اقل من الكوابل ويمكن ان يُبنى بأجزاء متطابقة من خرسانة مسبقة الصب identical pre-cast concrete sections وأسرع في البناء.

وتكون النتيجة لدينا جسر اقتصادي في التكلفة وذو شكل جمالي منقطع النظير.

                       كوبري Sunshine Skyway

في عام 1988 فاز كوبري Sunshine Skyway في تامبا فلوريدا بجائزة التصميم الرئاسية من المنحة الوطنية للفنون حيث طلي باللون الأصفر ليكون متوافقا مع بيئته البحرية في منطقته وهو احد الجسور الاولى التي ثبتت كوابله في منتصف طريقه علي عكس الشائع في تصميم هذا النوع من الجسور والتي غالبا ما تكون كوابله مثبته علي أطرافه علي الرغم بان الخيارات الشائعة اقل تكلفة إلا أن مسئولي المدينة اعتمدوا طريقة تثبيت الكوابل في المنتصف حتى يمكن الاستمتاع بمنظر الخليج والجمال الطبيعي للمنطقة.