تعرف على 3 من أساسيات التصميم للجسور
تعرف على 3 من أساسيات التصميم للجسور
الجسور هي عبارة عن هياكِل ممتدةً أفقيًا بين الدعامات، وتتمثل وظيفتها الأساسية في حمل الأحمال الرأسية، وهناك مشكلات هندسية عديدة متأصلة في كل أنواع الجسور، لذلك فإن أساسيات التصميم للجسور تهتم بحلِّ هذه المُشكلات، لتكوين جسر قوي قادر على حمل ما سيطرأ عليه من أحمال.
أولًا: أنواع الجسور
1. جسر الشعاع Beam bridge
يعتبر جسر الشعاع أبسط أنواع الجسور، وأكثرها شيوعًا، تبدأ أساسيات التصميم للجسور من نوع الشعاع، بصب قواعد خرسانية للرصيف والدعامات، وعندما تكون التربة ضعيفة يتم دفع أكوام خشبية أو فولاذية لدعم القواعد، ثم بعد تصلب الأعمدة الخرسانية والدعامات بشكل كافٍ، يبدأ تشييد البنية الفوقية الخرسانية أو الفولاذية.
في كثير من الأحيان ستجد حزمًا أخرى موضوعة بين الحزم الرئيسية، مما يوفر دعمًا واستقرارًا إضافيين، ستكون المنطقة التي يسير فوقها الأشخاص أو المركبات عبارة عن سطح بسيط، يتم وضعه عموديًا عبر الحزم الأساسية، غالبًا ما يشار إلى هذا على أنه هيكل مدعوم.
لا يوجد في أساسيات الجسور من نوع الشعاع انتقال للضغط كالذي نراه في هياكل الجسور المقوسة والأنواع الأخرى.
2. جسر التروس Truss bridge
يُعدُّ جسر التروس أحد أقدم الجسور، فهو موجود منذ قرون، كما أنه شائع البناء ويتميز بجمال بارز. تتمركزُ أساسيات التصميم للجسور من نوع التروس، في وجود هيكلٍ من الأضلاع المتصلة التي تُشكل وحدات مثلثة تُعرف بالجمالون في تصميم عالي الكفاءة وبسيط للغاية.
هناك مجموعة من الأشكال المختلفة لجسر الجمالون البسيط، ولكنها تشتمل جميعها على أقسام مثلثة، إن دور هذه الأضلاع المثلثية مهم، لأنها تمتص التوتر والضغط بشكل فعال لإنشاء بنية قادرة على استيعاب الأحمال الديناميكية، يضمن هذا المزيج من التوتر والضغط الحفاظ على بنية الجسر، وتبقى منطقة السطح ثابتةً حتى في الرياح القوية نسبيًا.
كما يتم استخدام الجمالون في أساسيات الجسور من نوع التروس، لأنه هيكلٌ صلب ينقلُ الحمل من نقطة واحدة على الجسر إلى منطقة أوسع بكثير، يُمكن لجسور التروس عبور مسافات أطول من جسور العوارض الأساسية.
3. جسر الكابول Cantilever bridge
تعتبر جسور الكابول أو الجسور الناتئة إحدى الجسور التي لا تزال قائمة حتى يومنا هذا، وعندما تم تصميم أوّل جسر كابول، كان يُنظر إليه على أنه اختراق هندسي كبير، إذ أن أساسيات التصميم للجسور الكابول، تقوم على استخدام عوارض أو دعامات الكابول البسيطة المصنوعة من الخرسانة سابقة الإجهاد أو الفولاذ الإنشائي الممتدة أفقيًا.
عندما تفكر في أن الحزم الأفقية المكونة للذراع الكابولي مدعومة من جانب واحد على الأطراف، ربما تشعر بالخطر بعض الشيء ولكن الجسور الناتئة آمنة جدًّا، إذ يمتدُّ ذراعا الكابول من الأطراف إلى وسط الجسر دون وجود دعم مباشر تحتهما، ولكن يتم دعم حمل الجسر من خلال دُعامة قطرية مع عوارض أفقية بدلاً من الدعامة الرأسية النموذجية.
4. جسر القوس Arch bridge
تتشابه أساسيات التصميم للجسور المقوسة رغم أنواعها المختلفة، إذ يحتوي كل جسر على دعامات تُستخدم لدعم هيكل القوس المنحني أسفل الجسر، وترتبط أطراف الهيكل القوسي بوتر سفلي، ليتم نقل الضغط الجانبي الناتج عن امتداد القوس إلى الدعامات.
من الضروري أن تظل دعامات الجسر صلبة وسليمة وقائمة على أُسس جيدة، لتستطيع تحمل جميع الأحمال من المشاة وحتى السكك الحديدية الثقيلة، سترى العديد من الجسور المقوسة المزخرفة بالطوب والتي تعد جزءًا لا يتجزأ من أساسيات الجسور المقوسة، ويمكن أن يمتد الجسر لمسافة طويلة ويحوي على العديد من الأقواس.
5. الجسر المعلّق Suspension bridge
يبدو هيكل الجسر المعلق النمطي بسيطًا، ولكن أساسيات التصميم للجسور المعلقة فعالة للغاية، إذ يعتبر سطح الجسر هو العنصر الحامل للهيكل، ويتم تثبيته في مكانه بواسطة حمالات عمودية تدعم الكابلات، تمتد كابلات التعليق إلى ما وراء كل جانب من جوانب الجسر، ويتم تثبيتها بإحكام في الأرض.
يعتمد تركيب الكابلات على حجم الجسر، كما يتم تركيب عدد من الأبراج لربطِ الكابلات المعلقة، فيتحول الحمل الذي يطرأ على الجسر إلى توتر عبر كابلات التعليق التي تُعد من أساسيات الجسور المعلقة وجزءًا لا يتجزأ من الهيكل، ورُبما تتسبب كابلات التعليق في حركة طفيفة للجسر في الظروف الجوية الصعبة.
6. جسر القوس المربوط Tied-arch bridge
يُعدُّ جسر القوس المربوط تصميمًا رائعًا، وتشتمل أساسيات التصميم للجسور المقوسة المربوطة، على وجود هيكل مقوس – عادة ما يكون معدنًا – مدعومًا بروابط رأسية بين القوس والسطح، ترتبط أطراف الهيكل القوسي بوتر سفلي، ويتم ترجمة الضغط الهابط من الهيكل المقوس إلى سطح الجسر إلى توتر بواسطة الروابط الرأسية.
يفترض الكثير من الناس أن الدعامات تضمن بقاء الجسر المقوس والهيكل المقوس في مكانه، ولكن الوتر المعزز هو الذي يربط أطراف كل طرف من نهاية القوس، أفضل مثال على ذلك هو الوتر الذي يمتص الضغط ويحافظ على تلامسِ جانبي القوس حتى يستوي في النهاية.
7. جسور مثبّتة بالكابلات Cable-stayed bridge
تعتمد أساسيات التصميم للجسور المعلقة بالكابلات على الأبراج، التي تمثل العنصر الحامل للهيكل، يتم توصيل الكابلات من الأبراج إلى السطح أدناه، إما مباشرة من أعلى البرج أو عند نقاط مختلفة من عمود البرج.
عند اتصال الكابلات في نقاط مختلفة من العمود، يؤدي ذلك إلى إنشاء نمط يُشبه شكل المروحة، وهذه هي الميزة التي يربطها العديد من الأشخاص بالجسور المثبتة بالكابلات.
يميل هذا النوع من الهياكل، إلى استخدامه لمسافات أكبر من تلك التي تم تحقيقها باستخدام تصميم جسر الكابول، ولكنها أقل من مسافة الجسر المعلق، تتمثل إحدى المشكلات الرئيسية في هذا النوع من الجسور في أن الاتصال المركزي للكابلات يمكن أن يضع ضغطًا أفقيًا على سطح الجسر، لذلك يجب تعزيز هيكل السطح لتحمل هذه الضغوط المستمرة.
استخدام الأنيميشن في التصميم المعماري للجسور، يُسهل على المهندسين تحقيق عناصر المشروع إلكترونيًا وفهمها، قبل تنفيذها على أرض الواقع، يمكنك التسجيل في دبلومة الأنيميشن المعماري الشاملة على موقع طريق الجرافيك للتعرف عليها أكثر.
إخترنا لك من أفضل الدبلومات والدورات
دبلوم التصميم الداخلي والديكور و الإظهار المعماري الشامل
ثانيًا: أساسيات التصميم للجسور
رغم اختلاف أنواع الجسور إلا أن هناك أساسيات مشتركة في تصميمها وبنائها، تتمثّلُ في الآتي:
1. المواد المستخدمة
كانت المواد الأربعة المستخدمة في أساسيات التصميم للجسور هي الخشب والحجر والحديد والخرسانة، استُخدم الخشب في بناء الجسور الصغيرة التي تحمل أوزانًا خفيفة، مثل جسور المُشاة، ولكن بعد ظهور الفولاذ؛ بات له دور كبير في بناء الجسور الحديثة.
يُستخدم الفولاذ في صناعة الخرسانة المسلحة، وأصبحت الجسور الحديثة قائمة على الفولاذ والخرسانة المسلحة والخرسانة سابقة الإجهاد، وقد يدمج بعض المهندسين اليوم عوارض وأقواس خشبية مُغلفة في أساسيات الجسور الحديثة.
أما الحجر فهو قوي في الانضغاط ولكنه ضعيفٌ في تحمل التوتر الواقع على الجسر، لذلك فإن الاستخدام الأساسي له يتم في الأقواس والأرصفة والدعائم.
2. حمولة الجسر
الوظيفة الأساسية للجسر هي حمل الأحمال المرورية، مثل الشاحنات الثقيلة والسيارات والقطارات أو المُشاة، لذلك فإن تقدير حمولة حركة المرور على مسافات قصيرة تُعتبر من أساسيات التصميم للجسور.
من الممكن تحقيق أقصى حملٍ يُمكِن تصوّره، أي على مسافات تقل عن 30 مترًا، فربما تعبُر أربع شاحنات ثقيلة في نفس الوقت، اثنتان في كل اتجاه، أما على مسافات أطول من ألف متر أو أكثر، يكون الحد الأقصى للحمل الذي يمكن تصوره احتمالًا بعيدًا، لذلك يستخدم المهندسون الأحمال المحتملة كأساس للتصميم.
يجب أن يكون للهيكل بعض الوزن، من أجل حمل حركة المرور، يكون وزن حمولة الجسر عادة أقل من الأحمال المارة عليه، ومع ذلك قد تجد أن حمل الجسر أكبر من الأحمال الحية المارة عليه، ولكن مع زيادة طولِ المسافات يُصبح تصميم النماذج التي تقلل حمل الجسر أكثر أهمية.
بشكل عام، يتِم استخدام العوارض والدعامات والأقواس في الجسور ذات المسافات القصيرة، بينما تستخدم المسافات الطويلة أشكال الكابول والكابلات والتعليق، ومع زيادة طول المسافات تزداد أهمية الأسئلة المتعلقة بالشكل والمواد المستخدمة، وقد تطورت الأشكال الجديدة لتوفير مسافات أطول مع مزيد من القوة ومع مواد أقل.
3. قوى الطبيعة
الوزن الميت للجسر والوزن الحي للأحمال المارّة هو في الأساس أحمال رأسية، في حين أن قوى الطبيعة وما تسببه من حمل على الجسور قد تكون عمودية أو أفقية، إذ تسبب الرياح مثلًا في حملين مهمين، أحدهما يسمى ثابتًا والآخر ديناميكيًا.
حمل الرياح الثابت هو الضغط الأفقي الذي يحاول دفع الجسر جانبيًا، يؤدي هذا الحمل الديناميكي إلى ظهور حركة عمودية، فتحدث تذبذبات في أي اتجاه، وهذه التذبذبات هي اهتزازات يمكن أن تتسبب في فشل الجسر، وإذا كان السطح نحيفًا ولم يتم تشكيله ودعمه بشكل صحيح، فقد يتعرض لحركات رأسية أو التوائية خطيرة.
لحلُّ هذه المشاكل، فإن أساسيات التصميم تتضمّنُ التقليل من تمدد وتقلص مواد الجسر بسبب الحرارة والبرودة، من خلال استخدام وصلات التمدد في السطح جنبًا إلى جنب مع المحامل في الدعامات وأعلى الأرصفة.
تسمح المحامل للجسر بالتفاعل مع درجات الحرارة المتفاوتة دون التسبب في إجهاد ضار للمادة، يُصمم المهندسون في الأقواس أحيانًا مُفصلات لتقليل الضغوط التي تُسببها درجة الحرارة.
يجب أن تتحمل الجسور الحديثة أيضًا الكوارث الطبيعية مثل: الأعاصير المدارية والزلازل، وأفضل ما يمكن أن يقاوم الزلازل هو الهياكل التي تحمل ثقلاً خفيفًا قدر الإمكان، لأن القوى الأفقية التي تنشأ من التسارع الأرضي تتناسب مع وزن الهيكل، كلما زاد وزن الهيكل زادت القوة المؤثرة عليه أثناء الزلزال.
أما بالنسبة للأعاصير، فمن الأفضل أن تكون أساسيات الجسور مُصمَّمة بشكل ديناميكي هوائي، يحتوي على القليل من المواد الصلبة التي تواجه الرياح، بحيث يمكن أن تمر عبر الجسر أو حوله دون أن تتسبب في حدوث ذبذبات خطيرة تؤثر على الجسر.
تُمثِّلُ الجسور جانبًا مهمًا من حياتنا اليومية، فنحن نستخدمها أثناء القيادة أو المشي أو السفر بالقطار، وقد تطورت أساسيات التصميم للجسور على مدار السنين، لنصل في النهاية إلى أنواع مختلفة وآمنة من الجسور، وللتعرُّف على كيفية الإخراج النهائي للمشاريع المعمارية بما فيها الجسور، يمكنك الاطلاع على دورة الفوتوشوب المعماري والبوست برودكشن.
سجل بياناتك ليصلك كل جديد ومفيد
سجل بياناتك الأن
كن دائما اول المستفيدين بكل جديد ومفيد
الردود