خرپا

مقدمه:

علل اصلی خرابی بسیاری از پلها  قبل از پایان عمرشان، عدم توجه به معیارهای هیدرولیکی در طراحی، و اجراو نگهداری از آنهاست. ظرفیت گذرسیلاب از پل پایداری بازه رودخانه در محل احداث پل هدایت جریان نیروهای هیدرو دینامیک جریان آبشستگی و فرسایش در اثر تنگ شدگی و یا ایجاد مانع عواملی هستند که در تعیین جانمایی طول ارتفاع و آرایش پایه و تکیه گاهها و مشخصات هندسی پایه هاوتکیه گاههای پل حائزاهمیت هستند که متأسفانه در کشورمان به مسائل فوق الذکر توجه کمتری می گردد این مقاله نگاهی اجمالی به نقش مهندسی رودخانه و اهمیت بکارگیری آن در طراحی پلها دارد.

علیرغم استفاده از مصالح و تکنولوژی پیشرفته و صرف هزینه های هنگفت در طراحی و ساخت پل ها هرساله شاهد شکست و یا تخریب پلهای زیادی در دنیاو در کشورمان در اثر وقوع سیلاب هستیم. شکست و تخریب پلها علاوه بر خسارات مالی و گاهی هم جانی راه ارتباطی به نقاط سیل گیر و محتاج کمک رسانی را قطع می کند و خسارتها را دو چندان می نماید.

طبق بررسیهای انجام شده در اکثر موارد علت شکست پلها عبارتند از:

• عدم برآورد صحیح سیلاب طراحی (Flood Design) و کم بودن ظرفیت عبور سیلاب از دهانه پلها
• جانمایی (Layout ) نامناسب پلها بدون توجه به مسائل ریخت شناسی (Morphology) رودخانه
• بر آورد نادرست از عمق شالوده (براساس معیارهای سازه ای و ژئوتکنیکی) بدون توجه به مسأله فرسایش آبشستگی
• فراهم نکردن تمهیدات لازم برای عبور مناسب جریان از سازه پلها
• نقصان در حفاظت و نگهداری از پلها

بر اساس آمار و اطلاعات جمع آوری شده از خسارات سیلاب در دوره زمانی سالهای 1331 تا 1375 افزایش تخریب پلها در اثر سیلاب چشمگیر بوده است.
آنچه که مسلم است یکی از عوامل اصلی این تخریبها عدم رعایت مسائل هیدرولیکی و مهندسی رودخانه در طراحی پلها در طی دهه گذشته ( که دوره توسعه سازندگی و پیشرفت بوده است) می باشد و شواهد نشان می دهد که در سالهای اخیر به این مساله توجه کافی نمی گردد. مسلماً عواقب ناشی از عدم رعایت مسائل مهندسی رودخانه در پل سازی جزصرف هزینه های زیادو بی حاصل ثمری نخواهد داشت و لازم است در برنامه های مربوط به پلسازی معیارهای هیدرولیکی در مطالعات طراحی و اجرای پلهامورد توجه قرارگیرند.

تحقیقات انجام شده روی پلها نشان می دهد که علاوه بر عوامل سازه ای و ژئوتکنیکی که در محاسبه ابعاد پلها به کار می روند عوامل هیدرولیکی و اندرکنش سازه پل و رودخانه در تعیین جانمایی طول ارتفاع پایه و تکیه گاهها و حفاظت از پلها نقش اساسی دارند.

جانمایی و راستای قرارگیری پلها:

عبور جاده و یا خط راه آهن از روی رودخانه ها محدود به بازه های خاصی از رودخانه هاست که توسط مسیر کلی راه مشخص می گردد علاوه بر آن مسیر کلی راه راستای قرارگیری پل روی رودخانه را نیز تعیین می نماید در حد امکان از احداث پل در بازه های ناپایدار باید اجتناب نمود بازه های ناپایدار بازه هایی از رودخانه هستند که رودخانه در آنها فرسایشی و یا رسوبگذار است.

انتخاب راستای پل عمود بر راستای جریان از وارد آمدن نیروی بیشتر و مورب به تکیه گاهها و پایه های پل جلوگیری می کند همچنین طول پل کاهش می یابد که در کاهش هزینه های کلی طرح بسیار موثر است استفاده از عکسهای هوایی و توپوگرافی بامقیاس مناسب ( 1.50000 تا 1.20000) یکی از راههای مفید برای مطالعه جانمایی و تعیین بهترین مسیر عبور پل از روی رودخانه است.

تعیین طول پلها:

به دلیل ملاحظات اقتصادی وسازه ای تاحد ممکن طول پلها را کوتاه در نظر می گیرند اما باید دانست که شکل هندسی شرایط جریان در رودخانه پیوسته در حال تغییر است و کوتاه شده طول پل باعث تمرکز تنش جریان در محدوده احداث پل گردیده وموجب آبشستگی کف و کناره ها می گردد این موضوع در هنگام وقوع سیلاب به حالت بحرانی می رسد و ممکن است باعث تخریب پل گردد بنابر این طول پل باید طوری انتخاب شود که پایداری رودخانه در محدوده احداث پل حفظ گردد بر اساس تحقیقات انجام شده بازه های پایدار رودخانه، بازه هایی هستند که تغییرات چندانی در طول یک یا چند سال نداشته باشند از مفهوم بازه پایدار برای تعیین عرض تعادل رودخانه ها استفاده می گردد عرض تعادل با استفاده از مفاهیم روابط تجربی رژیم روش نیروی برکنش و مفهوم توان جریان استخراج می گردد. روابط رژیم بر اساس معادلات تجربی بین دبی جریان آب و رسوب عمق عرض و شیب رودخانه ها با بستر شنی نشان می دهد.

تعیین ارتفاع پلها:

محدودیت های سازه ای و اقتصادی خاکریزهاو
جاده های طرفین مسائل کشتیرانی و قایقهای تفریحی و ظرفیت آبگذری مهمترین عوامل تعیین کننده ارتفاع پل
می باشند ظرفیت آبگذری پل به حداکثر دبی جریان گفته می شود که پل با اطمینان از خود عبور می دهد این مقدار جریان به هندسه مقطع پل و تکیه گاه ها شکل پایه های پل عرض تنگ شده رودخانه و ارتفاع پل بستگی دارد. با تعیین عرض تعادل رودخانه (یا همان طول پل ) دبی سیلاب طراحی برای محل و شکل مقطع پل و پایه های آن و ارتفاع پل محاسبه
می گردد دبی سیلاب طراحی بر اساس اهمیت سازه از نظر ارتباطات تجارت و همچنین ریسک شکست و وارد آمدن خسارت انتخاب می گردد. اغلب دبی طراحی عبور سیلاب برای پلها را با دوره برگشت 50ساله بطور خلاصه می توان گفت برای شرایطی که سطح شالوده بالای بستر باشد، سرعت و اندازه گردابها بستگی به ابعاد و ارتفاع و عرض نسبی پایه نسبت به شالوده دارد یعنی اینکه در این حالت شالوده به عنوان یک عامل بازدارنده، خود باعث تشکیل گردابهای قویتری می گردد که با گرداب حاصل از پایه ترکیب شده و آبشستگی را تشدید می نماید.

در حالت دوم (سطح قانونی شالوده داخل حفره آبشستگی است)سیستم گردابهای ایجاد شده ضعیفتر از حالت اول می باشد و حتی در زماینکه سطح فوقانی شالوده به اندازه کافی به سمت بالا دست گسترش می یابد، گرداب ایجاد شده توسط پایه بر روی سطح شالوده هیچگونه تاثیری در سیستم ایجاد شده توسط پایه ندارد.

باتوجه به موارد فوق الذکر معادلات ارایه شده توسط ریچاردسون نیاز به بازبینی دارد.

انتخاب عمق شالوده پایه ها و به همین ترتیب برای
تکیه گاهها با در نظر گرفتن حداکثر آبشستگی و موارد فوق الذکر در مورد پایه های مستطیلی صورت می گیرد.

هدایت جریان:

شکل نامنظم رودخانه ها در مقاطع عرضی و در طول ممکن است باعث تغییرات مکانی جریان در رودخانه گردد این موضوع برای احداث پلها و عبور جریان ازمقطع آنها نامطلوب است و باید به نحوی جریان در بالادست پل یکنواخت توزیع شده و به طرف سازه هدایت گردد. این عمل توسط سازه طولی به نام دیوارهای هدایت جریان صورت می گیرد.

در بیشتر موارد مصالح مورد استفاده از رودخانه ای بوده و در قسمت سطحی و پیش بند از حفاظت های سنگچین استفاده می گردد گاهی شکل قرارگیری پل در مسیر رودخانه طوری است که به سادگی نمی توان جانمایی دیوارهای هدایت جریان و طول و مشخصات آنرا محاسبه نمود در این حالت با توجه به اهمیت پروژه پلسازی می توان از مدلهای فیزیکی جهت تعیین مشخصات آن استفاده نمود.

• در طراحی پلها عوامل هیدرولیکی بسیار زیاد و پیچیده ای در رابطه با اندرکنش سازه پل و رودخانه نظیر ظرفیت آبگذری ،آبشستگی و فرسایش پایداری بازه رودخانه و نیروهای موثر جریان بر پایه ها و تکیه گاهها وجوددارند.
• طراحی پلها بادر نظر گرفتن اصول مهندسی رودخانه که یکی از عوامل تعین کننده می باشد ممکن است در بسیاری از موارد طراحی سازه ای پل را تحت الشعاع قرارداده و حتی باعث تغییر سیستم باربری سازه پل گردد.
• در طراحی و ساخت پلها انتخاب جانمایی طول، ارتفاع، شکل تکیه گاهها و پایه هاوعمق شالوده بر اساس مطالعات هیدرولیک جریان و ریخت شناسی در بازه مورد نظر انجام می گردد.

مشخصات فنی پل و نحوه اجرای آن :

دهانه مياني و اصلي پل اول به صورت قوس از زير، با دهانه قوس 264=212 x81+91x متر، مركز تا مركز مفصل‌ها 252 متر و خيز قوس 42متر است، دو دهانه 21 متري پيوسته بر روي پايه‌هاي بتني در سمت راست و دو دهانه 12 و 18 متري پيوسته روي پايه‌هاي بتني در سمت چپ آن قرار دارد و طول كل عرشه 336 متر و عرض8/11 متر با دو خط عبور و دو پياده رو در طرفين اجرا شده كه از نظر طول دهانه قوسي كه تاكنون در كشور اجرا شده است منحصر به‌فرد مي‌باشد.

با توجه به دهانه بيش از 150متر پل و تأكيد آيين‌نامه‌ها و استانداردهاي جهاني، پل جهت بارهاي جانبي آناليز ديناميكي شده و طيف‌هاي زلزله ناقان و طبس مورد استفاده قرار گرفته است و حداكثر بازتاب‌هاي ديناميكي سازه از قبيل نيروهاي داخلي اعضاء، تغيير مكان‌ها و عكس‌العمل‌هاي تكيه‌گاهي به روش تحليل ديناميكي تاريخچه زماني انجام شد. برش پايه به‌دست آمده براي كل سازه از روش تحليل ديناميكي طيفي با برش پايه محاسبه شده بروش استاتيكي معادل مقايسه و بازتاب‌هاي محاسبه شده بر اساس روش‌هاي آيين‌نامه زلزله 2800‌ايران اصلا‌ح شده‌اند.

بزرگترين دهانه پل زير قوسي موجود در كشور قبلاً  پل قطور بوده است كه پل ارتباطي مسير راه آهن ايران- تركيه مي‌باشد. اين پل در حدود 30 سال پيش توسط يك شركت آمريكايي احداث گرديده است. با اتمام پروژه پل اول طرح كارون3، شركت ماشين‌سازي اراك طراح، سازنده و نصاب بزرگترين پل قوسي كشور و زير قوسي در خاورميانه شده است.

در نهايت پس از اتمام عمليات نصب و تكميل سازه منحني قوس پل به صورت سهمي و سيستم خرپايي با ارتفاع 8 متر و عرض 9 متر با مقاطع قوطي شكل مي‌باشد. چهار مقطع طولي خرپا توسط مهاربندي‌هاي افقي و عمودي به يكديگر متصل و در طرفين با چهار مفصل بر روي فونداسيون قرار مي‌گيرند به عبارت ديگر قوس به‌صورت دو مفصل طراحي شده است. عرشه پل به صورت تير مركب با چهار شاهتير طولي به دهانه‌هاي 12، 18و21 متري است كه به تيرهاي عرضي قاب شده و توسط ستون‌ها بر‌روي قوس متكي مي‌باشد. عرشه پل به صورت دال بتني مسلح روي تيرهاي فلزي مي‌باشد. دو درز انبساط تيپ 140 M با قابليت حركت  بعلاوه و منهاي 70 ميليمتر روي اولين پايه‌هاي بتني طرفين دهانه قوس قرار گرفته است كه عرشه قوس را از عرشه دهانه‌هاي كناري جدا مي‌سازد.

دو تيپ درز انبساط ساخت ماشين‌سازي اراك نيز دهانه‌هاي كناري را از كوله‌ها جدا مي‌سازد. ياتاقان‌هاي دهانه‌هاي كناري از نوع نئوپرين تيپ2 مي‌باشد و ياتاقان‌هاي عرشه قوس در طرفين و در محل درز انبساط به صورت غلطكي طراحي و ساخته شد. كه جابجايي افقي آن در امتداد عرشه به وسيله چرخ دنده و شانه‌هاي راهنما كنترل مي‌شود.

وزن كل قطعات فولادي پل شامل عرشه، ستون‌ها، خرپاي‌قوس‌و‌… حدود‌2500‌تن و جنس تمام مواد از نوع فولا‌د كورتن‌دار با مقاومت بالا مي‌باشد.

در طرح پل، بارگذاري مطابق با نشريه139‌سازمان مديريت و برنامه‌ريزي و آيين‌نامه زلزله 2800 و بارگذاري 519 ايران و طراحي عناصر فلزي پل مطابق با استاندارد‌96 AASHTO ‌صورت گرفته است. همچنين استاندارد شماره 10155 EN مطابق با DIN آلمان براي مواد كورتن‌دار، استانداردهاي‌6916، 6915،‌6914‌ DIN‌ جهت اتصالات و استاندارد‌5/1 ASWD جهت جوشكاري و نيز استاندارد ASTM   براي موارد متفرقه، ملاك عمل قرار گرفته است.

در گروه فلزي و سازه ماشين‌سازي اراك تيم مهندسي و طراحي تشكيل و طراحي در پاييز‌1380‌آغاز شد. طراحي اوليه پل اول با دهانه مياني204‌متر از نوع زير قوسي در مدت‌2‌ماه بر اساس داده‌ها و نقشه‌برداري انجام شده از طرف مشاور كارفرما، انجام و برآورد مواد شده و مواد مورد نياز سفارش‌گذاري شد و‌6 ماه پس از طراحي عمليات ساخت نيز با موارد رزرو شده موجود در شركت شروع شد.

اولين شوك پروژه فروردين ماه سال‌1381‌مبني بر اشتباه نقشه برداري و توقف كار عمليات طراحي و ساخت طي جلسه‌اي در تهران اعلا‌م شد. پس از ميخ‌كوبي مجدد و نقشه‌برداري در سايت دهانه اصلي و مياني پل اول به 264 متر تغيير يافت، حدود 50 متر دهانه نقشه‌برداري شده كوتاه گزارش داده شده بود. پس از دو ماه كار فشرده در دو شيفت كاري، تيم طراحي مجدداً طراحي و محاسبات اوليه گزينه مورد نظر را اصلا‌ح و روند طراحي و محاسبات پروژه بهبود يافت. در اين زمان مواد سفارش شده قبلي به گمرك رسيده بود و اين در حالي بود كه طبق محاسبات جديد علا‌وه بر مواد خريداري شده 600 تن مواد ديگر مورد نياز بود. طراحي با محدوديت‌هاي مواد موجود خريداري شده و سفارش كسري پيگيري شد. براي جلوگيري از تأخير در اجراي پروژه تصميم‌گيري شد كه از مواد رسيده براي اولويت‌هاي اول نصب استفاده شود و مواد سفارش شده جديد براي اولويت‌هاي انتها و آخري استفاده گردد. همزمان با ادامه فعاليت‌هاي طراحي و تهيه نقشه‌هاي ساخت و كنترلي، عمليات اوليه شامل قطعه‌زني، برشكاري، لبه‌سازي، خم‌كاري و سوراخ‌كاري جهت بيش از 000،360 ( سيصد و شصت هزار) قطعه پل در دو كارگاه عمليات اوليه 1‌و2‌و دو كارگاه كمكي و به دنبال آن ساخت پس از تأخير طولاني  مجدداً  آغاز شد و با توجه به توقف ايجاد شده و پر شدن ظرفيت كارگاه‌هاي پل‌سازي از پتانسيل كارگاه‌هاي تحت فشار، تجهيزات پروژه‌اي استفاده شد. علي‌رغم مشكلات فراوان كارگاهي و تجهيزاتي پنل‌هاي4ِ،‌2،‌1و‌5 در تجهيزات پروژه‌اي و پنل‌هاي 11، 10، 9، 8، 7، 6، 4، 3 در پل‌سازي به ترتيب اولويت شروع و پيش مونتاژهاي صفحه‌اي پنل‌ها نيز در كارگاه مذكور انجام شد.

عمليات ساخت عرشه پل اول نيز در كارگاه‌هاي سازه به همراه ديگر متعلقات پل موازات با سازه‌هاي پل‌سازي و تجهيزات پروژه‌اي ادامه داشت. جهت سادگي و تسريع در عمليات نصب اتصالات اعضاي اصلي به صورت تركيبي پيچ و مهره و جوش به طوري‌كه سه طرف قوطي‌ها اتصالات اصطكاكي پيچ  و مهره و بعد فوقاني آن به صورت جوش در محل طراحي شده بود.

اتصالات المان‌هاي I   شكل‌نيز به‌صورت اتصالات اصطكاكي پيچ و مهره‌اي در نظر گرفته شده بود. با وجود بيش از 000،80(هشتاد هزار) پيچ در طرح پل اول، عمليات سوراخ‌كاري و تجهيزات مورد نياز آن در مدت زمان معين در حالت‌هاي مختلف يكي از گلوگاه‌هاي پروژه در هنگام ساخت بود. براي رفع اين گلوگاه‌ها سوراخ‌كاري در سه شيفت كاري و با پنج دستگاه دريل پرتابل افقي و عمودي و چهار دريل ثابت پيگيري شد و به همت همكاران سخت‌كوش كارگاهي و مديريت گروه سازنده از مهرماه1381‌عمليات پيش مونتاژ قوس و عرشه به صورت جداگانه آغاز شد.  پيچيدگي اعضاي اصلي قوطي شكل درهنگام ساخت، انطباق اتصالات، خم اتصالات و جمع‌شدن گاز در داخل قوطي‌ها از مشكلات ديگر ساخت پروژه بود كه متأسفانه 4 مهرماه 1381 سه تن از همكاران كارگاهي در اثر انفجار يكي از قوطي‌هاي نيمه ساخت مجروح شدند.

جهت پيش‌مونتاژ نهايي پل به صورت خوابيده و كاهش عمليات پيش مونتاژ فضايي، پيش مونتاژهاي صفحه‌اي دو پنلي در كارگاه‌ها در نظر گرفته شد. در اين مرحله كليه اعضاي قطري سوراخ‌كاري شده و به پيش مونتاژ صفحه‌اي ارسال و پس از مونتاژ و خيزگيري اعضاي اصلي مطابق دياگرام كمبر پيش‌بيني شده و نقشه‌هاي كنترلي تهيه شده به اين مجموعه جوش شده و سوراخكاري اتصالات اصلي انجام شد. و نصف سوراخكاري اتصالات ابتدا و انتهاي دو پنل مونتاژ فضايي نهايي انجام مي‌شد.

به علت بزرگي و حجيم بودن سازه پل‌و محدوديت‌هاي سالن‌هاي كارگاه‌هاي شركت امكان عمليات پيش مونتاژ در آن‌ها وجود نداشت و پيش مونتاژ در فضاي باز انجام شد. عمليات پيش مونتاژ تيرهاي طولي به تيرهاي عرضي  و كنترل مهاربندهاي عرشه و سوراخ‌كاري اتصالات اصلي به‌صورت افقي و عمودي در فضاي باز بين سالن‌هاي شركت و با توجه به محدوديت‌هاي تجهيزات، عوامل محيطي و جوي حدود يكسال به طول انجاميد و قطعات اول اولويت نصب آبان ماه 1381‌جهت نصب به سايت ارسال شد.

با توجه به وسعت مورد نياز براي پيش مونتاژ قوس، مكاني به جز انبار محصول ماشين‌سازي اراك يافت نشد. اين مكان نقشه‌برداري شد كه از ابتدا تا انتها در طول‌264‌متر حدود‌5/3‌متر اختلا‌ف ارتفاع وجود داشت كه مي‌بايست با ساپورت‌هاي مناسب تراز مي‌شد. از آبان 1381 عمليات پيش مونتاژ قوس از سمت راست با توجه به اولويت‌هاي نصب آغاز شد. و با فراز و نشيب‌هاي فراوان پيگيري و عمليات پيش مونتاژ تحت نظارت و مديريت شركت به پيمانكار واگذار شد. فضاي مورد نياز ميخ‌كوبي و مثلث‌بندي شده و سازه‌هاي صفحه‌اي كه در كارگاه‌ها پيش مونتاژ و دمونتاژ شده بود در مسيرهاي تعيين شده ابتدا به صورت صفحه‌اي به دنبال هم پيش‌مونتاژ و منحني آن مطابق دياگرام كمبر نهايي به وسيله دوربين كنترل مي‌شد.

پس از مونتاژ صفحه زيرين صفحه فوقاني نيز روي آن مونتاژ و كنترل شده و پس از جداسازي صفحه فوقاني، اين مونتاژي‌ها با جرثقيل‌هاي موبايل در موقعيت خود روي سازه‌هاي پيش‌بيني شده استقرار و كنترل‌هاي لازم انجام مي‌شد. تمام اعضاي مهاري و تيرهاي عرضي قوس كه قبلا‌ً سوراخكاري شده بود درموقعيت خود قرار گرفته و جوش مي‌شدند. براي كنترل و پايداري لازم و ايمني سازه حدود 200  تن سازه موقت و ساپورت ساخته شد. عوامل جوي (سرماي شديد زمستان 1381، بارش‌هاي زمستاني، تغييرات دماي محيط در طي شبانه روز و ماه‌هاي مختلف سال) كابل‌هاي فشار قوي و عوامل محيطي ديگر را مي‌توان به‌عنوان دلايلي براي كندي پيش مونتاژ ذكر كرد. كه اين امر نيز به همت و تلاش تمامي همكاران و پيمانكار مربوطه در تير ماه 1382 به پايان رسيد. لازم به ذكر است كه از سمت راست عمليات دمونتاژ قوس با توجه به اولويت‌هاي نصب و نياز سايت انجام و قطعات به سايت ارسال شد.

طراحي اوليه جرثقيل‌هاي نصب پس از بررسي و نهايي شدن پل توسط تيم مهندسي گروه فلزي و سازه جهت طراحي نهايي سازه و مكانيسم‌هاي جرثقيل و خريد به گروه نصب و راه‌اندازي ارائه شد كه پس از مناقصه، گروه ماشين و مونتاژ ماشين‌سازي اراك جهت طراحي و ساخت انتخاب شد. و پس از طراحي نهايي مطابق آيين نامه ‌هاي AISC  و FEM   و ساخت سازه جرثقيل‌ها و خريد سيستم‌هاي مكانيكي و برقي، سازه جرثقيل‌ها توسط تيم مهندسي پروژه‌ها بازنگري شد و طرح نهايي بهينه شده در انبار محصول ماشين‌سازي اراك پيش مونتاژ و كنترل‌هاي لازم باربري انجام شد. و پس از صحت از كاركرد جرثقيل‌ها دمونتاژ آغاز و قطعات جراثقال به سايت ارسال شد. ظرفيت هر كدام از جرثقيل‌ها 20 تن به عبارتي دو بار 10 تن مي‌باشد و وزن هر دستگاه حدود 70 تن مي‌باشد. سازه جرثقيل‌ها طوري طراحي شده كه چرخ‌هاي آن هنگام باربرداري روي چهار ستون پل قرار گرفته و بارها از طريق ستون‌ها به قوس منتقل مي‌شود و اثرات نامطلوب انتقال بار از بين‌رفته يا كاهش يافته است. چهار ساپورت مفصلي جهت جلوگيري از واژگوني جراثقال در هنگام باربرداري و بارهاي جانبي د ر تيرهاي مياني عرشه پل تعبيه شده است. دو دستگاه گاري حمل قطعات وظيفه قطعه رساني از كوله‌ها به پشت جرثقيل‌ها را عهده‌دار بود.

نظر به صعب‌العبور بودن منطقه و عمق بسيار زياد و شيب طرفين دره و عدم امكان استفاده از پايه‌هاي موقت و روش‌هاي نصب متداول ديگر، نصب پل از اهميت بسزايي برخوردار بود. طرح ويژه روش نصب پل با طراحي سازه پل به صورت خودايستا و كنسول و استفاده از جرثقيل‌هاي دروازه‌اي ويژه كه در صفحه‌هاي قبل به آن اشاره شده است، از طرفين در نظر گرفته شد. بارهاي ناشي از وزن پل، جراثقال‌ها و بارهاي جانبي در مراحل نصب توسط سيستم خرپاي فضايي متشكل از عرشه پل، خرپاي قوس پل و مهارهاي قطري به كوله‌ها و پاتاق منتقل مي‌شد. تيرهاي طولي در انتهاي عرشه به كوله‌ها و كوله‌ها با سيستم انكريج و تزريق تا عمق 24 متر به صورت پس تنيده به كوه مهار شده بودند همچنين با همين روش اعضاي انتهاي خرپاي قوس به پاتاق و پاتاق نيز به كوه مهار شده بود.

گره‌هاي بحراني پل، به خصوص تكيه‌گاه‌هاي موقت نصب كه مي‌بايست نيروهايي با مقادير زياد و با نوسان بارگذاري را انتقال دهند، علاوه بر روش‌هاي كنترل شده با روش طراحي المان‌هاي محدود Finite Element   نيز مدل و آناليز تنش و كنترل شدند. به عنوان مثال مي‌توان محل اتصال كرد بالاي  قوس به فونداسيون و محل اتصال تيرهاي عرشه به كوله در طرفين پل كه در مراحل نصب با نيروي محوري كششي به ترتيب 812 تن و 454 تن نيرو و لنگر خمشي 66 تن- متر و 15 تن- متر و گرهِ محل اتصال اولين ستون فلزي به قوس را نام برد.

نصب دو تيپ ابزار دقيق بارسنج و جابجايي سنج درنقاط حساس فونداسيون‌ها امكان كنترل تغييرات وضعيت بارگذاري و جابجايي‌هاي ايجاد شده در عمق‌هاي12، 6 و 18 متري پي‌ها را نشان داده و پل در مراحل مختلف نصب تحت كنترل با ضريب ايمني مناسبي قرار داشت. عرشه‌هاي دهانه كناري به روش روان‌سازي در موقعيت خود قرار گرفت و جرثقيل‌هاي دروازه‌اي پس از مونتاژو ريل‌گذاري در روي پلت فرم‌هاي پيش‌بيني شده و تقويت عرشه روي پايه‌هاي بتني طرفين دهانه قوس كه جرثقيل بتواند روي كنسول قرار گيرد، روي تيرهاي عرشه نصب شده انتقال يافت و آماده نصب قوس شد.سازه جرثقيل‌ها طوري طراحي شده‌اند كه امكان نصب‌12‌متر سازه به صورت كنسول در جلوي خود را داشته باشد به عبارتي بتواند يك پانل شامل قطعات اصلي، اعضاي قطري، تيرهاي عرضي، مهاربندهاي قوس، مهارهاي قطري، ستون‌هاي انتهاي پنل، تير عرضي، تيرهاي طولي و مهاربندهاي عرشه را نصب كند و پس از تكميل يك پانل و ريل‌گذاري روي آن جرثقيل‌12‌متر به جلو حركت كرده و اين مراحل تا پايان نصب پانل‌10 از طرفين ادامه داشت.

عطف به توضيحات داده شده مشخص مي‌گردد كه در هر 10 مرحله نصب مشخصه‌هاي سازه خرپايي فضايي اشاره شده تغيير نموده و سازه‌اي جديد مي‌شود بنابراين تا اين مرحله از هر سمت10 سازه متفاوت و خود ايستا مي‌بايست آناليز و نتايج به دست آمده براي نيروهاي داخلي اعضاء عكس‌العمل‌هاي تكيه‌گاهي و تغيير مكان‌هاي هر مرحله با مراحل قبلي جمع‌بندي گردد.

نظر بر اين‌كه پارامترهاي هر كدام از مدل‌هاي سازه مراحل نصب تغيير نموده و مدل قبلي تحت بار تنش مي‌باشد، نتايج حاصل ا ز هر‌10‌مدل سازه را نمي‌توان با هم جمع نمود. در نتيجه حجم عمليات محاسباتي و كنترل‌هاي لازم بسيار بالا رفته و نياز به روش، راهكار مناسب، دقت و كنترل‌هاي فراوان  دارد تا همانند آنچه كه د رپروسه و ترتيب نصب قطعات انجام مي‌شود، محاسبات نيز در نظر گرفته شود. درهر‌10 مدل محاسباتي خرپاي نيم قوس به‌طور‌كامل وجود داشت ولي ستون‌ها، عرشه و مهارهاي قطري هر مدل مطابق با قطعات نصب شده بود و قسمت اضافه سازهِ خرپاي قوس بدون وزن مدل مي‌شد و در هر مدل وزن قسمت‌هاي مشترك با مدل مراحل قبل غير فعال و وزن قسمت نصب شدهِ جديد فعال و نتيجه آناليز حاصل با نتايج آناليز مرحله قبل جمع مي‌شد.

بازتاب‌هاي نيرويي جهت طراحي و كنترل اعضا و بازتاب‌هاي عكس‌العمل‌ها جهت طراحي و كنترل تكيه‌گاه‌ها و بازتاب‌هاي تغيير مكان‌ها قسمتي از دياگرام كمبر ساخت پل را تشكيل مي‌دهد.

نصب سازه پل به‌صورت خود ايستا و كنسول‌(تا طول يكصد‌و‌بيست و شش متر) از طرفين تا پانل مركزي با تمام مشكلا‌ت و مسايل خاص خود به‌صورت مستقل ادامه داشت. از آنجا كه در طول شبانه‌روز فاصله بين دو كنسول حدود 12‌سانتي‌متر، تراز ارتفاعي آن‌ها حدود 3 سانتي‌متر و تابيدگي دو مقطع انتهاي كنسول‌ها تقريباً تا 5 سانتي‌متر مي‌رسيد و همچنين تغييرات ذكر شده در هيچ دوره زماني ثابت نبود و در هر لحظه محسوس و قابل مشاهده بود، ارتباط و اتصال دو كنسول نياز  به محاسبات دقيق و تدابير ويژه‌اي داشت كه نتايج عواملي چون نحوه و تابش مستقيم‌آفتاب، دامنه تغييرات دما و باد بود و همچنين انحراف ناشي از هنگام ساخت و نصب از سوي ديگر باعث افزايش انحرافات مطرح شده مي‌شد. به‌عنوان مثال، انحراف از محور طولي پل براي هر دو كنسول به 25 سانتي‌متر مي‌رسيد.

طبق بررسي‌ها و محاسبات دقيق نتيجه‌گيري شد كه اتصال دو كنسول به همديگر الزاماً در يك دوره زماني بسيار كوتاه انجام شود بنابراين مي‌بايست هر دو سازه را به‌طور موقت با استفاده از مفصل‌هايي به هم متصل كرد. پس از طراحي و محاسبات مفصل‌هاي مورد نظر، اين اتصالات قطعه‌زني و در دو انتهاي قطعات پانل‌هاي 10 و مركزي مونتاژ، جوش و كنترل‌هاي لازم انجام شد و تا زماني كه پين‌هاي اتصالات در جاي خود قرار نمي‌گرفت آزادي حركات سازه دو كنسول د رمركز مهار نشده بود. براي نصب قطعات پانل مركزي يكي از جرثقيل‌ها روي پنل 10 قرار گرفت و كل قطعات پنل مركزي مونتاژ، جوش و كنترل‌هاي لازم انجام گرفت.

با اين وضعيت سازه پل از يك طرف به طول 126 متر و از طرف ديگر 138 متر كنسول بود.

پس از اصلاح انحرافات ايجاد شده با سيستم جكينگ، اتصالات مفصلي  موقت با توجه به محاسبات دقيق در زمان تعيين شده توسط پين‌ها قفل شدند. بلافاصله در ناحيه اتصالات موقت، اتصالات دائمي در سه طرف اعضاي اصلي قوطي شكل تكميل شد. چون اين اتصالات ظرفيت باربري لازم را داشتند، اتصالات موقت باز شده و باقيمانده اتصالات اصلي كامل شد. با اتصال سازه‌هاي دو كنسول و يكپارچه شدن آن‌ها سازه اصلي قوس تشكيل شد كه پارامترهاي سازه‌اي به‌طور كلي تغيير يافته و سيستم سازه‌اي از خرپاي فضايي كنسولي يك سرگيردار تبديل به يك قوس خرپايي بدون مفصل مي‌شود كه در تكيه‌گاه‌هاگيردار بوده و تحت تنش‌هاي حين مراحل نصب قرار گرفته است.

در اين مرحله نيز مدل‌هاي لازم و محاسبات ويژه و خاصي عطف به نكات مطرح شده در طراحي قوس‌هاي بدون مفصل انجام شد.

با بررسي اجمالي از مطالب فوق درمي‌يابيم كه سيستم سازه‌اي پل طي مراحل مختلف از شروع نصب تا راه اندازي تغييرات اساسي نموده است، يعني ابتدا 11خرپاي فضايي كنسول يك سرگيردار، سپس يك قوس تك مفصلي در راس و به‌دنبال آن يك قوس دو سرگيردار و نهايتاً به‌صورت يك قوس دو مفصلي مورد آناليز و طراحي قرار گرفت.

يكي ديگر از مراحل بسيار مهم، حساس و كليدي در طراحي و اجراي پل، مرحله آزادسازي تكيه‌گاه‌هاي موقت و مهارهاي قطري بين عرشه، قوس و ستون‌هاي فلزي پس از نصب و تكميل خرپاي قوس و قبل از نصب و اتصال اسكلت فلزي عرشه در پانل مركزي مي‌باشد، در صورتي كه به شكل اصولي و تحت كنترل اجرا نشود، ضربه‌ها و شوك‌هاي بسيار بالايي به پل وارد مي‌شود كه موجب بالارفتن تنش‌هاي موضعي در برخي  نقاط از سازه شده و با ايجاد گسيختگي باعث فرو ريختن پل مي‌شود.

آزاد سازي تكيه‌گاه‌هاي موقت را مي‌توان با در نظر گرفتن عواملي چون مكانيسم اجرا، تجهيزات و امكانات مورد نياز، نيروي انساني، سرعت كاهش نيرو از تكيه‌گاه‌ها و انتقال آن به سازه، آزادسازي تمام موانع و قيدهاي ايجاد شده در مراحل نصب، نظارت دقيق و بازديدهاي مداوم از نقاط بحراني سازه و تجزيه و تحليل آن و ادامه روند پيشرفت كار مورد بررسي و تحليل قرار داد. نحوه و توالي sequence   آزادسازي كل سيستم و موضعي در هر يك از تكيه‌گاه‌هاي موقت يكي از موارد فوق محسوب مي‌شوند كه بررسي و تحليل آن از اهميت بيشتري برخوردار است.

براي اين فعاليت مدل‌هاي متعددي تهيه و آناليز شد كه ترتيب آزادسازي از يك مكان شروع و تا پايان آن ادامه مي‌يافت و در هر مدل پس از آزادسازي قسمتي يا تمامي نيروها، افزايش و يا كاهش نيرو در نقاط ديگر سازه و تكيه‌هاي موقت مورد بررسي قرار مي‌گرفت و با جمع بندي نهايي بهترين گزينه حاصل شد.در اين گزينه ابتدا نيروهاي كردهاي Chord   بالايي يك سمت پل، در مرحله دوم نيروهاي كردهاي بالايي سمت ديگر پل، آن‌گاه نيروهاي تيرهاي انتهاي عرشه اتصال به كوله در يك سمت پل، سپس نيروهاي تيرهاي انتهاي عرشه اتصال به كوله در سمت ديگر پل آزاد و در مرحله پاياني مهارهاي قطري كه نيروهاي آن‌ها به شدت كاهش يافته بود آزاد و دمونتاژ شد.

در آزاد سازي نيروهاي كردهاي بالاي هر سمت نيز ابتدا نيروي انكرهاي كرد اول از مقدار‌120‌تن تا ميزان‌80 تن مطابق توالي نشان داده شد در نقشه‌هاي پس‌تنيدگي كاهش يافت و همين توالي براي كرد دوم تكرار شد و بقيه نيروهاي موجود در انكر كردها همانند توالي قبل و در دو مرحله تا به ميزان 40 تن و صفر كاهش يافته و رهاسازي اين مرحله به اتمام رسيد.

براي تيرهاي عرشه متصل به كوله در هر سمت نيروي انكرهاي هر تير در مرحله اول از 65 تن تا به ميزان 40 تن و در مرحله دوم تا 20تن و در مرحله سوم به صفر كاهش يافته و آزادسازي آن‌ها به اتمام مي‌رسد. در عرشه با توجه به جابجايي كه بين كوله و تيرها در مرحله آزادسازي به‌وجود ميآيد و نيرو‌گرفتن مجدد انكرها، حجم عمليات آزادسازي در هر سه مرحله به‌ويژه مرحله پاياني بالا مي‌رود.

در مدت يك هفته كليه عمليات آزادسازي به پايان رسيد و پس از نصب تيرها و مهاربندي‌هاي عرشه پنل مركزي، تعويض تكيه‌گاه‌هاي موقت عرشه دهانه‌هاي كناري طرفين پل با ياتاقان‌هاي دائمي(اصلي) و برش و تعبيه درز انبساط بين عرشه قوس و دهانه‌هاي كناري عمليات نصب سازه فلزي پل پايان يافته و سازه پل به‌صورت قوس خرپايي دو سر مفصل تبديل و آماده دال‌گذاري، آرماتوربندي و بتن‌ريزي عرشه شد.

زمان پيش‌بيني شده براي اجراي كامل پروژه شامل طراحي و مهندسي، تهيه و تدارك مواد، ساخت، پيش‌مونتاژ و نصب 20 ماهه بود، عليرغم مشكلات و تغييرات به‌وجود آمده در بخش مهندسي تامين مواد و ساخت تاخيرات ايجاد نشد و با همزمان نمودن اكثر فعاليت‌ها، عطف به توضيحات و تدابير اشاره شده در سرفصل‌هاي قبلي، قطعات مورد نياز در زمان‌هاي تعيين شده آماده و جهت نصب به سايت ارسال شد.

با توجه به اين‌كه در بخش نصب نمي‌توان برنامه زمان‌بندي مستقلي همانند فعاليت‌هاي طراحي، تأمين مواد و ساخت ارائه نمود از اين‌رو براي ارائه يك برنامه زمان‌بندي صحيح و مستقل از فعاليت‌هاي قبلي براي دوره نصب برنامه زمان‌بندي پيمانكار سيويل كه فعاليت‌هاي آن پيش‌نياز فعاليت‌هاي نصب سازه فلزي پروژه است مي بايستي با برنامه زمان‌بندي نصب قطعات فلزي پل هماهنگي داشته باشد. يكي از دلايل مهم تاخير‌در شروع  عمليات نصب و پيشرفت پروژه عدم تحويل جبهه‌هاي كاري براي شروع عمليات نصب بود.

عواملي از قبيل عدم تحويل همزمان جبهه‌هاي كاري طرفين پل، تداخل فعاليت‌هاي پيمانكارسيويل و پيمانكار نصب سازه در شروع، تازگي نوع كار و تجربه اول كه به دنبال آن زمان زيادي را در دورهاي اوليه نصب قطعات و تنظيمات لازم و همچنين در پانل مركزي گرفت، نياز به پرسنل آموزش ديده و متخصص كه توانايي كار در ارتفاع را داشته باشد و با سيستم هاي صخره‌نوردي بتواند به نقاط مختلف سازه دسترسي داشته و فعاليت‌هاي لازم را انجام دهد (پرسنل در حين كارآموزش ديدند)، ابهامات و مشكلات قراردادي، اشكال در تجهيزات نصب براي پانل‌هاي ابتدايي 1و 2‌وكوتاه بودن سيم بكسل‌ها، اشكال در سيستم برقي جرثقيل‌ها و اصلاح آن، دشواري و زمان بر بودن تأمين ابزارآلات نصب و لوازم يدكي آن‌ها، سقوط ابزارآلات و اتصالات،  تعداد زياد پيچ و مهره‌ها ونياز به ابزارآلات خاص براي مكان‌هاي مختلف در سازه، پوشش گالوانيزه به روش الكتريكي در اتصالات و حمل و نقل آن، محدوديت‌هاي جاده‌هاي دسترسي و پلت‌فرم‌ها كه باعث سختي جرثقيل‌ها و طولاني شدن آن و نياز به كشنده و هل‌دنده براي انتقال بار از جاده دسترسي، تغييرات در سيستم مهار به كوه واصلا‌ح سازه در سايت، تقويت گره‌ها در هنگام نصب، عدم وجود يك كميته فني متشكل از نمايندگاني از سازمان‌هاي ذيربط و مستقر در سايت كه تعهد و مسئوليت در قبال پروژه داشتند، پراكندگي در خدمات مشاوره‌اي، عدم هماهنگي بين پيمانكاران، مديريت نامتمركز و پراكنده، باعث تأخير و طولاني شدن مدت زمان پروژه شد. براي دستيابي به زمان برنامه‌ريزي شده كارفرما جهت بهره‌برداري پروژه سد و نيروگاه طرح كارون 3 كه هزينه بسيار بالايي براي آن صرف شده بود و در صورتي كه آبگيري سد در موعد مقرر انجام نمي‌پذيرفت به مدت يكسال بهره‌برداري سد به تعويق مي‌افتاد كه باعث راكد ماندن سرمايه صرف شده و  عدم توليد نيروي برق و سودآوري پروژه مي‌شد لذا بهره‌برداري از اين پل‌ها جهت حفظ و ارتباط جاده خوزستان- شهركرد يكي از عوامل اصلي امكان راه‌اندازي سد و نيروگاه آن بود به همين دليل عمليات نصب پل با افزودن شيفت كاري شبانه در طرفين پل تسريع شد.

طبقه بندي انواع پل ها:

*از نظر مصالح:

1. پل هاي بتن مسلح در جا
2. پل هاي بتن مسلح پيش ساخته
3. پل هاي با مصالح بنايي
4. پل هاي با مصالح بتن غير مصلح
5. پل هاي بتن پيش تنيده ،پيش كشيده
6. پل هاي بتن پيش تنيده ،پس كشيده
7. پل هاي مركب فولاد و بتن
8. پل هاي فولادي
9. پل هاي با سلير مصالح موجود (چوب ،الومنيوم)

*از نظر طول سازه:

1. كمتر از 8 متر(با دهانه كوچك)
2. بين 8 تا 50 متر(با دهانه متوسط)
3. بيشتر از 50 متر(با دهانه بزرگ)

*بر اساس شيوه ي ساخت:

1. اجراي طره اي
2. اجراي پيش ساختهچ
3. اجراي در جا با قالب بندي كامل

*بر اساس سيستم سازه اي:

1. پل هاي قوسي شكل :(براي دهانه بزرگ و متوسط)

در اين نوع پل ها مقداري از بار مرده بوسيله قوس و ما بقي توسط كف تحمل ميشود.

از بتن يا فولاد براي ساخت آن استفاده ميشود.

كف پل مي تواند بالا،وسط و يا پايين قوس باشد.

در اينجا تذكر اين نكته ظروري است كه در پل هاي با دهانه ي بزرگ قطر قوس زياد و عرض آن به نسبت قطرش كمتر است ،ولي در پل هاي با دهانه ي كوچك و متوسط قطر قوس به نسبت عرض آن كمتر است.

     2.پل هاي  تيرو شاهتير:

 متداول ترين نوع پل هابراي دهانه متوسط ها است.تكنولوژي ساخت آن ساده است.و سهولت در طراحي  دارد.

     3.پل هاي خرپايي:

خرپا سازه اي مشابه با تير است ولي اعضاي اصلي آن تحت تأثير تنش هاي محوري مي باشند.اعضاي خرپا به صورت مثلثي قرار گرفته اند.در پل هاي خرپايي به جاي استفاده از تير هاي اصلي (شاهتير)از خرپا استفاده مي شود كه وظيفه ي باربري مجموعه را بر عهده دارد.عرشه اين نوع پل ها مي تواند در بالاي خرپا قرار گيرد(عبور گاه از بالا)ودر روي بال پاييني باشد(عبور گاه از ميان).

خرپاهاي معمول كه در پل سازي از آنها بيشتر استفاده
 مي شود عبارتند از:خرپاي وارون،خرپاي بارگر،خرپاي k  و…..

     4.پل هاي صفحه اي: (براي دهانه كوتاه)

بصورت دال بتني بر روي پايه اجرا مي شود.پس از اجراي زير سازه ،دال بتني بر روي آن قرار مي گيرد .اين اتصال به دو صورت اتصال گير دار و اتصال ساده انجام
 مي شود.

دال بصورت يك سيستم خنثي عمل مي كند كه بار ناحيه فشاري توسط بتن و بار ناحيه ي كششي توسط فولاد تحمل مي شود.

     5.پل هاي خرپاي طره اي:

در اين سيستم  پل، شاهتيرهاي خرپايي ،تير هاي يكسره اي هستند كه در نقاط لنگر صفر بريده شده و با اتصال مفصلي به يكديگر متصل شده اند.در اين حالت از خاصيت پيوستگي براي كم كردن لنگر هاي حداكثر استفاده شده است.

اين عمل فقط در مورد بار مرده دقيقاًامكان دارد،اما در پل هاي با دهانه ي بزرگ كاهش لنگر بار هاي مرده صرفه جويي انجام مي دهد.

     6.پل هاي تركه اي:(پلهاي با دهانه 550 متر)

     7.پل هاي معلق:(با كابل سهمي)

تركيب آن عبارت است از دو عدد پايه بلند كه در دو طرف دهانه است.در دو دسته كابلي كه با عبور از بالاي
 پايه ها ،در دهانه به فرم سهمي آويزان است.در انتهاي
 كابل ها در تكيه گاه ثابتي كه معمولاً بلوكهاي بتني حجيمي هستند،مهار مي گردند و عرشه پل بوسيله تعدادي آويزان قائم از كابل هاي مذكور آويخته مي شود.

محاسبه ي كابل بوسيله ي قوانين استاتيك مربوط به كابل هاي سهمي امكان پذير است.

     8.پل هاي قابي : (پل هاي با شبكه فولادي)

تركيب مثل سيستم تير و شاهتير است ولي در آنها اتصالات بين تير هاي عرضي و شاهتير ها تقريباًمفصلي فرض مي شود ولي در اين سيستم ،اتصالات صلب هستند.همچنين در آنها ارتفاع تير هاي عرضي از تير هاي طولي خيلي كمتر است در حاليكه در پل هاي قابي ارتفاع بين تير هاي عرضي و طولي تقريباً مساوي است.

سيستم از نظر استاتيكي نا معين است.و توسط
 روش هاي تحليلي با حدس اوليه و روش تقريب قابل تحليل است.

خرپا به سازه هایی گفته می شه که در اون ها بجای اینکه مثلا یک پل بصورت یک پارچه ساخته بشه از یک سری عضو هایی ساخته می شه که همون کار رو می کنن.
فواید این کار یکی سبکی سازه هست و یکی دیگه ارزون تر تموم شدن سازه.اکثرا خرپا ها از تعداد زیادی میله ی باریک که به هم مفصل میشن ساخته میشه (به خاطر زیاد بودن اعضا هم گویا به اون نام خرپا دادن)این اعضا به خاطر باریک بودن عضو دو نیرویی هستند و در نتیجه تحلیل سازه کار آسونی خواهد بود.

 1- خرپا Truss 

خرپا سازه ای است که برای تحمل بارها و جلوگيری از حرکت طراحی می شود. اجزا يااعضای خرپا از قطعات لاغر
 ( باريک )، مستقيم تشکيل شده اند که در انتهای خود به يکديگر متصل می شوند و گره ها را به وجود می آورند . در صورتی که اين گره ها به صورت اتصالات فاقد اصطکاک ، در نظد گرفته شوند. و اگر وزن ععضو ، ناچيز ( قابل
 اغماض ) در مقايسه با نيروهايی که در گره ها منتقل
می شوند ، عضو را می توان دو نيرويی(  two-force member ) در نظر گرفت. اين بدان معنی است که تنها نيروهای مؤثر به عضو، نيروهای وارد بر گره های اتصال می باشد و اين نيروها در راستای محور اعضاء منتقل ميشوند . اعضای مستقيم يا تحت اثر کشش يا فشار بوده و تحت اثر خمش يا پيجش نمی باشند.

 در نتيجه ،اين امر امکان  طرح سازه های خيلی سبک متشکل از اعضای لاغر ، طويل  ( دراز)  بوجود می آيد. در صورتی که عضو توسط نيروهای گره کشيده شوند ، عضو تحت کشش خواهد بود و اگر نيروهای گره به عضوفشار آورد، عضو تحت فشار می باشد. يک عضو تحت کشش از طرف لولای    pin)  ( واقع در گره ، کشيده می شود
 ( تمايل به دور شدن از گره را دارد ) و يک عضو تحت
 فشار ، به سمت لولا فشار می آورد ( تمايل به  نزديک شدن به گره را دارد ) . خرپاها ممکن است صفحه ای (مسطح) باشند يعنی تمامی اعضای خرپا در يک صفحه قرار داشته باشند  يا اين که ممکن است خرپا فضايی باشد يعنی اعضای خرپا در يک صفحه تکی قرار نداشته باشند و قادر به تحمل بارها درهر جهتی باشد .  يک خرپای صفحه ای (plane truss  ) در شکل الف و يک خرپای فضايی ( space truss ) در شکل ب ، نشان داده شده است.

2- قاب Frame 

يک قاب برای تحمل بارها و ممانعت از حرکت طراحی می شود ولی برخلاف يک خرپا، قاب حداقل دارای يک عضو است که بطش از دو نيرو بر آن اثر کند. اين بدان معنی است که بعضی قسمت ها (اجزای) قاب را نمی توان به صورت اعضای کششی يا فشاری ساده مدل نمود، بلکه طراح بايد اثرات خمشی وپيچشی را منظور دارد. اين اعضای چند نيرويی ممکن است به علت اتصال يک جزء به اجزای ديگر در نقاطی غير از نقاط انتهايی يا به علت وزن يک عضو که به مرکز ثقل آن اثر می کند و به اندازه کافی برای در نظر گرفتن، بزرگ است، به وجود آيد.قاب را می توان سازه ساکنی تعريف نمود که برای تحمل بارها طراحی می شود.           

فرهنگ لغات webster ، ماشين machine را بصورت “ مجموعه ای از اعضا که نيروها، حرکت و انرژی از يکی به ديگری به طرزی که از پيش تعيين شده است، انتقال می دهد “ تعريف می کند. بنا به تعريف ماشين ها ، دارای اجزاء متحرک بوده و حداقل دارای يک عضو چند نيرويی
می باشند. بنا براين دو قطعه انبردست به صورت يک ماشين طبقه بندی می گردند و با آنکه اهرم های ساده نيروها و حرکت را انتقال می دهند ولی در زمره ماشين ها قرارنمی گيرند چون به صورت اعضای تکی می باشند.ماشين برای انتقال يا تبديل نيروها طراحی می شود و دارای قطعات متحرک بوده و ممکن است ثابت نباشد.

يک حالت خاص تعادل، زمانی پيش می آيد که فقط نيروها در دو نقطه واقع بر يک جسم صلب اثر کند . در اغلب اوقات از وزن جسم جشم پوشی می شود و به جسم صلب، جسم دو نيرويی two-force body گفته می شود و اگر در حال تعادل باشد، دو نيرو به لحاظ مقدار برابر و هم امتداد و مختلف الجهت باشند. 

اگر سه معادله عددی تعادل برای عضو دو نيرويی نوشته شود، نتيجه آن، نشان می دهد که نيروها مساوی ، مختلف الجهت و هم امتداد می باشند . بنابراين با آنکه برای تحليل لازم نمی باشد، رابطه نيرويی برای يک عضو دو نيرويی را می توان برای کاهش تعداد مجهولات مورد استفاده قرار داد. اين امر به ويژه در تحليل سازه ها صادق خواهد بود. در بسياری از کاربردها، عضو دو نيرويی عضوی مستقيم و لاغر و خط اثردو نيرومنطبق با محور عضو ، می باشد. خرپاها به صورت مجموعه ای از اعضای دو نيرويی که تحت فشار يا کشش می باشند، مدل می گردند.

اگر جسمی فقط تحت اثر سه نيرو قرار گيرد، به آن جسم سه نيرويی three-force body  می گويند . اگراين جسم سه نيرويی در حال تعادل باشد، سه نيرو بايد
صفحه ای و يا به صورت متقارب يا موازی باشند. به سادگی مشهود است که نيروهای وارد به يک عضو سه نيرويی بايد صفحه ای باشند. چون هر دو نيرو از اين سه نيرو معرف صفحه ای در فضا می باشند و نيروی سوم بايد در اين صفحه قرار گيرد و اگر قرار نگيرد، مؤلفه ای عمود بر اين صفحه خواهد داشت و در آن صورت جسم در حال تعادل نخواهد بود .

 چون نيروهای وارد بر يک عضو سه نيرويی، صفحه ای می باشند چنين عضوی را هميشه می توان به صورت يک جسم دو بعدی تلقی نمود ( در نظر گرفت) . از اين مشاهدات مربوط به اعضای سه نيرويی   می توان برای کاهش کار حل معادلات و همچنين اساس بعضی از راه حل های ترسيمی يا مثلثاتی استفاده نمود. همانند اعضای دو نيرويی، اعضای سه نيرويی را می توان به صورت هر جسم صلب ديگری که در حال تعادل است مورد آناليز قرار داد.

 خرپاها کابرد های زیادی در پل ها و سقف ها و… دارند و خوبی اونها اینه که سبک هستند و معمولا در مقابل بار وارده از وزنشون صرف نظر می شه بهترین شکلشو میتونید در جرثقیل ببینید.در اکثر موارد خرپاها بصورت اعضای مثلثی که در کنار هم طوری جوش داده میشود که اتصالات که گره (Joint) نامیده میشوند بصورت لولایی عمل کنند.قرار داد ما در خرپاها بدین صورت است که نیروها در گره ها وارد میشوند و اگر نیرویی بر غیر گره یعنی عضو وارد شد بحث از خرپا خارج و به سمت قاب میره.
خرپاها اعضای دو نیرویی هستند یعنی هر عضوشون رو که در نظر بگیریم، دونیرو در دو سرش قرار داره که بزرگیشون با هم برابر و خط اثرهاشون یکسان و در جهت مخالف همدیگرند.

خرپاها به سه گروه تقسیم می شوند:

1) خرپاهای ساده یا Simple Trusses که شبکه بندی مثلثی در آنها کاملا رعایت شده

2)خرپاهای مرکب یا Compounded Trusses : این نوع خرپاها از ترکیب مناسب در یا چند خرپای ساده ایجاد میشوند که این ترکیب میتونه بوسیله ی یک گره یا یک عضو ویا سه عضو موازی و غیر متقارب ایجاد شود.

3)خرپاهای پیچیده و مبهم هرگاه عضو یا اعضای جدیدی به خرپا اضافه شوند بدون اینکه گره جدیدی به آن اضافه شود،خرپا یک خرپای نامعین ایستایی میشود.
پایداری-ناپایداری-معینی-نامعینی خرپاها:

اگر تعداد گره های خرپا را با j و تعداد عضو های آن که همان میله ها هستند رو با m و تعداد عضوهای خرپا رو با R نشون بدیم داریم:

(A اگر m+R<2j باشد خرپا ناپایدار استاتیکیست.
(B اگر m+R=2j خرپا معین است اما پایداری و ناپایداری هندسی آن باید بررسی شود.

(C اگر m+R>2j باشد خرپا نامعین استاتیکیست ولی پایداری و ناپایداری هندسی آن باید بررسی شود.

پل خرپايی:

نوعی پل به شکل ظاهری خرپا می باشد، که بارگذاری از وسط دهانه پل صورت می گيرد. در اين نوع پل هر سه نوع عضو کششی، خمشی و فشاری را دارا هستيم. هر گروه تنها مجاز به  ارايه يک پل می باشد، که مصالح به کار رفته در سازه تنها ماکارونی و چسب می باشد.

هدف:

هدف از اين مسابقات بدست آوردن طرح بهينه خرپا و همچنين ارتقای سطح علمی دانشجويان می باشد.

قوانين ساخت خرپا :

1-  تمام گروه های شرکت کننده ملزم به استفاده از يک نوع ماکارونی ، با مقطع دايره ای ، به قطر خارجی حداکثر 3 ميلی متر می باشند. المان های خرپای تنها بايد از ماکارونی های توليد شده صنعتی موجود و غير فرآوری شده (پيش تنيدگی، قرار دادن در اتوکلاو وغيره) باشد.

2-  حداکثر تعداد رشته ماکارونی بين دو اتصال 3 رشته است. اتصالات خرپا نيز مي تواند از هر نوع چسبي باشد.

3-حداکثر 25 درصد از طول عضو می تواند با چسب پوشيده شود. بنابر اين رشته های يک المان نمی توانند در طول خود به يکديگر با چسب ، متصل باشند.

4-حداکثر بعد اتصال از 25 mm نمی تواند بيشتر باشد.

5-حداکثر وزن 800 گرم ، حداکثر ارتفاع 40 cm و طول پل 80 cm می تواند باشد.

6-  به هم متصل کرده و نقش نمادين جاده را ايفا می کند. در اين مورد بايد به دو حالت زير توجه کرد:
الف)عرشه پل بايد به گونه ای باشد که قابليت عبور يک مکعب چوبی شکل به مقطع (5×5)که نقش نمادين يک وسيله نقليه را بازی می کند داشته باشد.

7-حداکثر ارتفاع پايين آمدگی پل از تراز تکيه گاه ها 20 cm است .

8-  وضعيت تکيه گاهها:

پل بر روی تکيه گاههای ساده قرار می گيرد و تکيه گاهها تنها قادر به وارد کردن عکس العمل عمودی می باشند.
دهانه ميز بارگذاري به طول 80 سانتی متر می باشد . طول مجاز پل بين 80 تا 88 سانتی متر می باشد كه از هر طرف حداكثر 4 سانتی متر بر روی تکيه گاه قرار می گيرد.
با توجه به اينکه هر پل حداقل دارای 4 نقطه تماس با
تکيه گاه ها می باشد ، لازم است تعداد اين نقاط تماس بيش از 12 عدد نيز نشود .

9- نحوه ی بارگذاری:

پل بايد دارای يک صفحه ی بارگذاری از جنس چوب به ابعاد (10×5×2 ) سانتی متر باشد . صفحه بارگذاری به وسط پل متصل می گردد و می تواند تا 2 سانتی متر پايين تر از عرشه نمادين پل قرار گيرد. اين صفحه بارگذاری دارای يک قلاب U شکل می باشد که به مرکز صفحه بارگذاری متصل می شود . در هنگام بارگذاری بار توسط يک قلاب S شکل به قلاب U شکل متصل می گردد.

بار گذاری از طريق ريختن ماسه درون سطلی که به ريسمان متصل می شود انجام می شود.با توجه به اينکه بار گذاری توسط خود شرکت کننده انجام می شود، کليه اقدامات ايمنی در حين بارگذاری به نحوی که موجب چپ شدگی و شكستن سازه نشود ، ريسمان پاره نشود وغيره بر عهده خود شرکت کننده است.

10- تکيه گاه ها به شکل مفصلی است بنابر اين هيچ عاملی نبايد در مقابل خيزو يا خمش خرپا در تکيه گاه ها مقاومت کند.

11- بارگذاری از وزن 5 کيلو گرم آغاز می شود و پلهايی که کمتر از اين مقدار را تحمل کنند از دور مسابقات کنار گذاشته می شوند.

12-  در صورت عدم انطباق پل با آيين نامه مسوليت آن به عهده سازنده بوده و پل از دور مسابقات حذف مي شود.

13- معيار کسب امتياز برای هر پل نسبت وزن تحمل کرده به وزن پل می باشد.

پل با بار متمركز :

اين سازه از به هم پيوستن دو خرپاي دوبعدي به وجود مي آيد و بارگذاري از وسط دهانه صورت مي گيرد .

اين نوع پل هر سه نوع عضو فشاري ، كششي و خمشي را دارا مي باشد .

اين سازه از به هم پيوستن دو خرپاي دوبعدي به وجود
 مي آيد و بارگذاري از وسط دهانه صورت مي گيرد .اين نوع پل هر سه نوع عضو فشاري ، كششي و خمشي را دارا
مي باشد .

پل با بار گسترده :   

پل به شكل ظاهري خرپا مي باشد ، كه بارگذاري به صورت گسترده و يكنواخت در تمام طول دهانه صورت
 مي گيرد . در عمل مي توان چنين فرض كرد كه تمام وسايل نقليه به دليل ترافيك به صورت ثابت بر روي پل قرار
گرفته اند .

پل با بار متحرك :

اين نوع از سازه ماكاروني در واقع پيشرفته ترين و كامل ترين حالت از سازه ها مي باشد ، كه در آن طراحان اقدام به طراحي يك پل واقعي مي كنند .

بار قرار گرفته بر روي پل به صورت متحرك مي باشد، كه اين امر با عبور دادن يك وسيله نقليه كوچك با سرعت معين ، كه بر روي آن وزنه قرار داده مي شود ، صورت
مي گيرد .

تكنيك هاي ساخت سازه ماكاروني :

اكاروني :

اين عنصر سازه اي در برابر كشش و فشار ( اگر طول آن كوتاه باشد و دچار كمانش نگردد ) مقاومتي خوبي از خود نشان مي دهد ، ولي مقاومت آن در برابر خمش بسيار كم است . به همين علت بايد تا حد امكان سعي نمود ، تا
سازه ها به گونه اي طرح شوند كه اعضاي آن كمترين خمش ممكن را تحمل نمايند .

در واقع  تابع هدف در بهينه سازي سازه خمش و وزن سازه مي باشد . يعني سازه ها بايد به گونه اي طرح شوند ، كه كمترين خمش در آنها به وجود آيد  و در عين حال با كمترين وزن بيشترين مقاومت را از خود نشان دهند .

يك نكته مهم در مورد سازه هاي ساخته شده توسط ماكاروني اين است ، كه در هنگام ساخت و يا بعد از آن نبايد در مكاني كه در آن رطوبت و گرماي هوا بالا است قرار
گيرد ، زيرا در اين صورت ماكاروني ترك مي خورد . 

1- اتصال مفصلي :

براي به وجود آوردن چنين اتصالي بايد از چسب حرارتي ( چسب تفنگي ) استفاده نمود . زيرا اين چسب علاوه بر چسباندن اعضاء به يكديگر ، آنقدر انعطاف پذير است ، كه به اعضاء اين اجازه را مي دهد تا در محل گره ها تا اندازه اي دوران نمايند .

2-اتصال صلب :

براي ايجاد اتصالات صلب مي توان از دو چسب :

دوقلو (EPOXY )

 قطره اي (SUPPER GLUE   )

هدف از استفاده از ماكاروني به عنوان عنصر سازه اي :

1. در واقع ماكاروني بر خلاف فولاد و بتن عنصر سازه اي ناشناخته اي مي باشد . اين بدان معني است كه خصوصيات ماكاروني شامل حداكثر تنش كششي ، حداكثر تنش فشاري ، مدول الاستيسيته ، نحوه كمانش ماكاروني و ديگر خصوصيات ماكاروني كه مورد نياز براي طراحي و تحليل سازه مي باشند ، ناشناخته مي باشد و تنها راه بدست آوردن اين ويژگيها ايجاد وابداع آزمايش هاي ساده و دقيق مي باشد .
2. ماكاروني بر خلاف بتن و فولاد داراي 
    ضعف هاي زيادي مي باشد  و اين ضعف ها كار را براي طراح مشكل تر مي كند و اينجاست كه ابداعات و خلاقيت هنر نمايي مي كنند و براي رسيدن به ركورد هاي بالا بهينه سازي سازه ها مطرح
    مي گردد .
3. ارزان بودن ماكاروني نسبت به مصالحي چون فولاد وبتن .

اهداف كلي طرح :

1. اين طرح در وهله اول به عنوان يك طرح آموزشي مي تواند بسيار مفيد و سودمند براي دانشجويان رشته مهندسي عمران ايفاي نقش نمايد ، زيرا اين امكان را به دانشجويان مي دهد كه ، با استفاده از مصالح ارزان ، سبك و قابل دسترس ( ماكاروني به جاي بتن و فولاد ) دست به طراحي و ساخت
   سازه هاي مختلف زده و با اين كار كليه دروس فراگرفته در رشته سازه را به عمل تجربه نمايند .
2. دانشجويان مي بايست با استفاده از مسائل تئوريك فرا گرفته در دروس مقاومت مصالح و
   آزمايشگاه هاي مربوط به آن تلاش نمايند تا خصوصيات عنصر سازه اي جديد را كشف نمايند .
3. دانشجويان مي بايست با استفاده از تحليل سازه ها و با بكارگيري نرم افزار هاي كامپيوتري به طراحي و آناليز سازه مورد نظر بپردازند.
4. طراحي و ساخت يك سازه بهينه كه تحت عنوان بهينه سازي سازه ها مطرح است .

معرفي سازه ماكاروني :

        سازه هاي ماكاروني به سازه هايي اطلاق مي شود ، كه مصالح استفاده شده در آنها تنها ماكاروني و چسب
مي باشد. اين سازه ها در مقياس كوچكتر نسبت به
سازه هاي واقعي طراحي و توسط ماكاروني و چسب ساخته مي شوند و پس از ساخت مورد بارگذاري قرار مي گيرند .

در واقع اين سازه ها به عنوان ماكت ساخته نمي شوند و سازه اي كه بار بيشتري را تحمل مي كند ، موفق تر خواهد بود . پل ( تحت بارگذاري يكنواخت ، متمركز و متحرك ) ،  Towercrain ، انواع قاب هاي ساختماني و ستون هاي فشاري از جمله رايج ترين سازه هاي ماكاروني مي باشند .

هر ساله در اين راستا مسابقات بزرگي در دانشگاه هاي معتبر دنيا بين دانشجويان رشته مهندسي عمران برگزار
مي گردد . اين دانشگاه ها از سالها پيش در اين زمينه
سرمايه گذاري كرده تا ذهن خلاق دانشجويان را فعال سازند و از طرحها و پژوهش هاي آنها در عمل استفاده كنند . طراحي و ساخت پل و ستون هاي فشاري رايج ترين
 رشته هاي اين مسابقات  مي باشند . بطور مثال طراحي و ساخت پل خرپايي تنها با استفاده از 750 گرم ماكاروني
 ( معادل يك بسته ماكاروني )  كه مي تواند وزن زيادي را تحمل نمايد . طول دهانه پل يك متر و حداكثر ارتفاع پل نيم متر مي باشد . پل روي دو تكيه گاه  كه از يكديگر يك متر فاصله دارند قرار مي گيرد و تكيه گاهها فقط قادر به وارد كردن عكس العمل عمودي مي باشند و هيچ عكس العمل افقي در تكيه گاهها بر پل وارد نمي شود . ركورد كسب شده در اين رشته ( پل خرپايي ) معادل 176 كيلو گرم مي باشد ، كه اين ركورد تقريبا 230 برابر وزن خود سازه مي باشد . همچنين طراحي و ساخت سازه هاي فشاري كه قادر به تحمل بار هايي بيش از نيم تن مي باشند ، از ديگر نمونه هاي اين سازه ها هستند . اينجا يك سئوال ممكن است مطرح مي گردد، آيا جنس ماكاروني در دست يافتن به ركورد هاي بالا موثر است ؟

در اين زمينه تحقيقاتي روي محصول هاي مختلف
 شركت هاي ماكاروني دنيا انجام گرفته و ماكاروني  شركت Rose   ايتاليا به عنوان بهترين ماكاروني براي اين هدف شناخته شده است .

البته لازم به ذكر است كه قدرت و مهارت طراح در ارائه يك طرح موفق ، بسيار مهم تر از جنس ماكاروني در رسيدن به ركورد هاي بالا مي باشد .

معرفي  انواع مختلف سازه هاي ماكاروني :

 سازه هاي فشاري :

نوعي پل با دهانه كوتاه ، كه اكثر اعضاي آن در فشار مي باشند . از مزيت هاي اين رشته از مسابقات طراحي اعضاي فشاري و بررسي پديده كمانش در آنها مي باشد .

 Tower Crain :

دراين  نوع از سازه هاي ماكاروني ، هدف طراحي جرثقيلهايي است كه بر روي برجهاي بلند به كار گرفته
 مي شوند .اين سازه ها بايد قادر باشند با داشتن ارتفاع معين شعاع خاصي را تحت پوشش قرار دهند .

استفاده از خرپا به عنوان تيرهاي باربر، درساختمانهاي صنعتي و تجاري چند طبقه با طول دهان ههاي زياد، بعنوان يكي از گزين ههاي اصلي طراحي، مورد توجه طراحان
 ميباشد. اين تيرها به دليل شيوه ساخت و ارتفاع زياد، داراي سختي و مقاومت بيشتري نسبت به ستونها هستند. در اين گونه ساز هها، تحت اثر زلزله، امكان تشكيل مفصل پلاستيك در ستونها وجود دارد كه از نظر مهندسي، امر مطلوبي نيست. اخيراً، نوع جديدي از خرپا پيشنهاد شده كه محل تشكيل مفصل پلاستيك در آن، در ناحيه مياني خرپا م يباشد. قابهاي با تيرهاي خرپايي با ناحيه شكل پذير در قسمت مياني تير، قابهاي ممان گير خرپايي ويژه ناميده مي شوند.

سيستم های خرپایی :

سازه های خرپایی، متشكل از اعضای كششی و اعضای فشاری می باشند كه به شكل مثلثی با اتصال مفصلی به یكدیگر متصل می شده اند و نیروهای درونی آنها تماماً محوری اند (فشار و یا كشش مستقیم بدون خمش و برش).

هندسه مثلثی شكل دارای نقش و تأثیری اساسی در رفتار خرپاهاست، زیرا مثلث، تنها چندضلعی‌ای است كه بطور ذاتی دارای پایداری هندسی می باشد. مثلث فقط با تغییر طول اضلاع آن تغییر می یابد. به این ترتیب، به دلیل وجود اتصالات مفصلی، خرپا فقط به مقاومت در برابر كشش و فشار (بدون خمش) در اعضای مثلثی شكل برای پایداری خود نیاز دارد. چند ضلعی ها با تعداد اعضای بیشتر برای ثابت ماندن شكل خود به یك یا چند اتصال صلب (كه در مقابل سبب بروز خمش در اضلاع می شود) احتیاج دارند.

پل خرپايي :

نوعي پل به شكل ظاهري خرپا مي باشد ، كه بارگذاري از وسط دهانه پل صورت مي گيرد. دراين نوع پل هر سه نوع عضو كششي ، خمشي و فشاري را دارا هستيم.هر گروه تنها مجاز به ساختن يك پل مي باشد ، كه مصالح بكاررفته در سازه تنها ماكاروني و چسب مي باشد . هدف از ساختن اين نوع پل حداكثر بار تحمل شده در قبال كمترين وزن سازه است.