الاهتزازات وخطورتها على جسور المشاة عموماً والمصنوعة من الألمنيوم خصوصاً

استمع على ساوندكلاود 🎧

إن التحكم بمقدار الاستجابة الاهتزازية الكبيرة للجسر وتقييم قدرته على الخدمة هي المعايير الرئيسية التي يعتمد عليها في تصميم جسور المشاة، ففي السنوات الأخيرة كانت قدرة جسور المشاة الخفيفة على الخدمة محور العديد من الأبحاث نظرا لانخفاض كتلتها وصلابتها حيث أن لهذه الجسور طبيعة اهتزازية تسبب ظاهرة الرنين التي تحدث عندما تتزامن ترددات اهتزازات هيكل الجسر الطبيعية مع ترددات تحرك الحمولة على الجسر (سير الأشخاص) نتيجة لذلك فإن هذه الجسور تعاني من الاهتزازات عالية السعة التي تسبب المشاكل لها مما يدفع الى التطرق لمواضيع خدمة الجسور ومدى كفاءتها والاهتمام بها.

هناك بعض الحوادث الشهيرة لفشل الخدمة لجسور المشاة مثل London Millennium footbridge (LMF) وكذلك جسر the Pont du Solferino في باريس PARIS وthe T-Bridge في اليابان JAPAN ،وكان السبب الرئيسي لهذه الحوادث اهتزازات عنيفة ذات سعة عالية ناتجة ظاهرة الرنين .

للاطلاع على حادثة انهيار the T-Bridge في اليابان JAPAN تابعو مقالنا السابق: هنا

في كودات وشروط التصميم تؤخذ مشاكل كفاءة خدمة الجسور بعين الاعتبار عن طريق وضع حدود لترددات اهتزازات الهيكل الطبيعية التي تسبب ظاهرة الرنين عند تزامنها مع الترددات الناتجة عن الحركة على الجسر، علماً أن هذه الترددات تعرف يإسم الترددات الحرجة، لذلك فإن الترددات الطبيعية للهيكل يجب أن تقع ضمن هذه النطاقات الحرجة، فإذا تم ذلك عندها يمكننا أن نكون متأكدين من قدرة الجسر على الخدمة عن طريق جعل سعة الاهتزازات للجسر الناتجة عن الحمولة المتحركة عليه تحت الحد الذي يسببه الإنسان وضمن القيم المقبولة والتي تقرر بالاعتماد على التجارب والخبرات القائمة على تصور الانسان لمستوى هذه الاهتزازات، لذلك طوّرَت مختلف الكودات المستخدمة من قبل الكثير من البلدان من أجل تقييم شروط الاهتزاز لجسور المشاة بحيث تؤمن خدمة عالية عن طريق اختبار الجسور بتحميلها نماذج من الحمولات والتي تتضمن الأحمال المتحركة على الجسر، وعموماً يتم اتباع نهجين أساسيين في المبادئ التوجيهية لتصميم جسور المشاة وتقييم سعة اهتزازها بحيث تتوفر خدمة عالية من قبل الجسر:

الأول يركز على تجنّب الترددات الطبيعية الناتجة عن هيكل الجسر والتي تتزامن مع نطاق الترددات الناتجة عن الحمل المتحرك على الجسر.

الثاني هو الحد من الاستجابة الاهتزازية من حيث التسارع المتوقع لها ضمن حدود الراحة المطلوبة للجسر.

بعد حادث جسر مشاة لندن LONDON ركزّت العديد من المبادئ التوجيهية على اختبار تحميل الجسر بمجموعة من المشاة والاهتزازات المتزامنة مع هذا التحميل، وعلى الرغم من انه تم تطوير العديد من منهجيات التصميم المبسّطة من أجل دمج آثار حمولة المشاة على الجسر فيها إلا أنه ما زال هناك حاجة للتحقق من هذه التوجيهات لأنواع مختلفة من الجسور حيث أنه لم يتم تطبيق هذه التوجيهات على جسور المشاة المصنوعة من الألمنيوم، ونظرا لأن الألمنيوم يملك قدرة تحمل كبيرة نسبةً إلى وزنه الذاتي بالإضافة إلى فوائده على المعادن الأخرى من حيث دورة الحياة وانخفاض تكلفته وانخفاض قابلية التآكل خلال فترة الاستخدام فإنه أصبح يستخدم بشكل متزايد في تطبيقات وصناعة الجسور ونظراً لذلك قد تم وضع دراسة في

University of Illinois، Urbana-Champaign، United States

وتقديمها في المؤتمر السادس للتقدم في مجال الهندسة الإنشائية التجريبية

th International Conference on Advances in Experimental Structural Engineering 6

وكذلك في ورشة العمل الحادية عشر للتقدم في مجال المواد الذكية وتقنية الهياكل الذكية

th International Workshop on Advanced Smart Materials and Smart Structures Technology 11

وكان الهدف الرئيسي من هذه الدراسة هو تقييم عدة مبادئ توجيهية في التصميم عن طريق تقييم قدرة جسور المشاة المصنوعة من الألمنيوم على الخدمة تحت تأثير الاهتزازات التي تتسبب بها الحمولة، ففي هذه الدراسة تم إجراء تجارب للتحقق من السلوك الديناميكي لاثنين من الجسور المصنوعة من الألمنيوم تحت تأثير حمولة متحركة على الجسر وهي عبارة عن مجموعة من الأشخاص السائرين على الجسر مع تغير في عدد وتوّزع هؤلاء الأشخاص، لأنه عندما يكون هناك مجموعة من المشاة على الجسر فإن الاهتزاز يكون أكبر منه في حال شخص واحد، لذلك فإنه من المهم جداً أخذ الأحمال التصميمية الناتجة عن سيناريوهات متعددة لكمية وكيفية الأحمال التي قد يلاقيها الجسر بالإعتبار من أجل تقييم قدرة جسور المشاة على الخدمة بشكل جيد وكفؤ، وفد تم تسجيل قياسات التسارع لتذبذبات الجسر في ثلاث مواقع مختلفة على طول امتداده وبالاتجاهين الأفقي والعمودي، حيث أجريت عمليات التقييم بمقارنة القياسات مع الحدود المتوقعة والمسموح بها للاهتزازات من قبل القوانين والكودات الموصّى بها وعدّة مبادئ توجيهية والتي هي الكود الأوربي Eurocode 5 والمرفق الوطني البريطاني للكودات الأوربية the British national Annex to Eurocode 1 و the French SÉTRA guideline، والتي تحوي على حدود الترددات الحرجة للهيكل وحدود الاهتزازات المقبولة للجسر تحت تأثير الحمولة، علماً أن الجسران يملكان ذات المقطع العرضي وخصائص المواد ذاتها ولكن بامتدادات مختلفة فأحدهما بامتداد 12.2 m والثاني بامتداد،22.9، وباتباع خطوات التقييم لهذه المبادئ التوجيهية للجسر ذو الامتداد 12.2 m وجدَ أن الترددات افي الاتجاه الأفقي خارج الحدود الحرجة لجميع المبادئ التوجيهية المتّبعة في هذا التقييم لذلك فإن الجسر يلبي مستوي الراحة الأعظمي للجسر بشكل أوتوماتيكي، بينما بالنسبة للاتجاه الأفقي فأنه يقع ضمن الحدود الحرجة بالنسبة ل Eurocode 5 وthe SÉTRA guideline، لذلك يجب اتباع الخطوة الثانية من منهجيات التصميم المشروحة في هذه الدراسة وهي القيام بالتحليل الديناميكي التفصيلي حيث يجب أن تقع الاهتزازات المتوقعة للجسر تحت تأثير الحمولة ضمن الحدود المقبولة للاهتزازات بالنسبة ل Eurocode 5 وthe SÉTRA guideline، أما بالنسبة للجسر ذو الامتداد 22.9 m فانه يجب القيام بالتحليل الديناميكي التفصيلي في الاتجاهين الأفقي و العمودي وبالنسبة لجميع المبادئ التوجيهية والأكواد المتّبعة في هذه الدراسة، نظرا لأن النتائج تقع ضمن الترددات الحرجة لها جميعاً.

وقد تم تقييم مستوى الاهتزازات للجسر واستجابته تحت تأثير الحالات المختلفة لسيناريوهات التحميل، وتوصلت هذه الدراسة إلى أن التوافقيات الأعلى من التوافقيات الثنائية (أي توافق ترددات هيكل الجسر مع ترددات الحمولة المتحركة عليه) يمكن أن تسبب مشاكل في خدمة الجسور، لذا يجب في المستقبل التحقق من الأرقام العظمى للتوافقيات التي يجب أن تضاف للتصميم من أجل التحقق من قابلية الجسور لتقديم الخدمة بشكل آمن، حيث أن المبادئ التوجيهية الحالية غير قابلة للتطبيق الكامل على جميع أنواع الجسور وخصوصا التي يحدث لها رنين في التوافقيات العالية كما ذكر سابقا، فهي تبالغ في توقع استجابة الجسر تحت تأثير سيناريوهات مختلفة من الرنين، كذلك نصحت بالمزيد من الدراسة التجريبية على جسور مشاة ذات خصائص ديناميكية مختلفة للتحقق من إمكانية تطبيق هذه المبادئ التوجيهية علىيها.

فبرأيكم ما الإجراءات الإضافية التي يمكن تطبيقها لتجنب المخاطر المختلفة على أمثال هذه الجسور نظراً لأهمية استخدامها؟

المصدر: هنا