Γέφυρα: Σχεδιασμός, άσκηση δυνάμεων και αντοχή υλικών

Περιεχόμενα: Εισαγωγή στις απλές μηχανές Εισαγωγή στις γέφυρες Περιεχόμενα:  Εισαγωγή στις απλές μηχανές Εισαγωγή στις γέφυρες Πρόβλημα Απαραίτητοι παράγοντες για την λύση του προβλήματος Ανάλυση παραγόντων για την λύση του προβλήματος Τέλος

Εισαγωγή στις απλές μηχανές: ΟΡΙΣΜΌΣ: Γενικά Μηχανή ή μηχάνημα ονομάζεται οποιοδήποτε εργαλείο ή μέσον που μπορεί να διευκολύνει την ανθρώπινη εργασία ή που μπορεί να αυξήσει τη δύναμη ή την αποτελεσματικότητά της. Επίσης οποιαδήποτε συσκευή που χρησιμοποιείται για τη παραγωγή έργου, είτε μεταδίδοντας είτε μετατρέποντας άλλη μορφή ενέργειας σε παραγωγή έργου. Ακόμη μπορεί να εννοείται και κάθε ευφυής επινόηση

ΙΣΤΟΡΙΚΉ ΑΝΑΔΡΟΜΉ: Στην αρχαιότητα, οι αρχαίοι Έλληνες απέδιδαν την σημασία της απλής μηχανής ως ορισμό από τον Βιτρούβιο, ενώ διέκριναν δύο είδη μηχανών: τις απλές και τις σύνθετες. Στις απλές ανήκαν οι μοχλοί, η σφήνα, ο κοχλίας, το πολύσπαστο, κ.ά. Στις σύνθετες ανήκαν οι υδραυλικές μηχανές, οι βιομηχανικές (μύλοι άλεσης και σύνθλιψης), οι υψωτικές ή ανυψωτικές, οι πολεμικές και οι μηχανές θεάτρου. Κατά τη μηχανολογία, η μηχανή είναι ένα σύνολο μηχανικών μερών και μηχανισμών ικανών να μετατρέψουν μια ενέργεια τροφοδότησης σε μία διαφορετικού ή ίδιου τύπου αλλά με διαφορετικές παραμέτρους τελική ενέργεια, προκειμένου να την χορηγήσουν σε άλλες μηχανές ή να την χρησιμοποιήσουν άμεσα για να πραγματοποιήσουν συγκεκριμένες διαδικασίες παραγωγής έργου. Tην ανάγκη χρησιμοποίησης εργαλείων την ένοιωσε ο άνθρωπος από την παλαιολιθική εποχή. Κατασκεύαζε πέτρινα εργαλεία και όπλα, λαξεύοντας τους λίθους που βρίσκονταν δίπλα στη σπηλιά του. Πολλά τέτοια εργαλεία έχουν βρεθεί από τους αρχαιολόγους στους διάφορους παλαιολιθικούς οικισμούς. Πιστεύεται όμως ότι η ανακάλυψη του εργαλείου έγινε παλιότερα.

Εισαγωγή στις γέφυρες:

Η γέφυρα είναι μια αρχιτεκτονική ή τεχνική κατασκευή με τη οποία επιτυγχάνετε ζεύξη δύο ή περισσότερων στοιχείων υπεράνου μεσολαβούντος εμποδίου ( φυσικού ή τεχνικού). Έχει σκοπό την συνέχεια μιας γραμμής επικοινωνίας όπως μιας οδού (οδική γέφυρα), ενός σιδηροδρόμου, μιας ροής πεζών κλπ πάνω από ένα εμπόδιο. Η ονομασία των γεφυρών συχνά συνδυάζετε με τοπωνύμια της θέσης της γέφυρας, με τον κατασκευαστή, με τον πολιτικό ή στρατιωτικό ηγέτη που διέταξε την κατασκευή της ή με το εμπόδιο που γεφυρώνεται. Από τα πανάρχαια χρόνια, η αποκατάσταση της συνέχειας μιας οδού πάνω από μια υδάτινη ροή αποτελούσε σπουδαίο πρόβλημα. Έτσι ο άνθρωπος αναγκάστηκε να το αντιμετωπίσει κατασκευάζοντας γέφυρες από τους πανάρχαιους ακόμα κόσμους. Με τα χρόνια άρχισαν να εμφανίζονται διαφορετικά είδη γεφυρών, όπως οι καλωδιωτές, οι κρεμαστές, οι γέφυρες τύπου δοκού κλπ.

Πρόβλημα: Η σύγχρονη αντιμετώπιση των προβλημάτων σχεδιασμού μιας γέφυρας είναι γενικά μια σύνθετη και αρκετά ειδικευμένη εργασία. Τα κριτήρια σχεδιασμού είναι: Η ασφάλεια της κατασκευής σε συνηθισμένες και έκτατες καταπονήσεις Η διατήρηση της αντοχής στον χρόνο Η λειτουργικότητά της Η οικονομία Η εναρμόνιση της κατασκευής με το περιβάλλον Για να επιτευχθεί μια ασφαλής κατασκευή πρέπει να είναι με επάρκεια γνωστές, εκτός από τις ιδιότητες των υλικών, και οι επιπωνήσεις της κατασκευής που προέρχονται από: Τα ίδια βάρη της κατασκευής Τα φορτία της κατασκευής Τις θερμοκρασιακές κατασκευές Τους ανέμους, τα χιόνια, τους πάγους κλπ. Τους σεισμούς.

Απαραίτητοι παράγοντες για την λύση του προβλήματος: Οι παράγοντες που εξετάζονται προκειμένου να επιλεγεί το καταλληλότερο φέρον σύστημα για μια γέφυρα είναι: Το τοπογραφικό ανάγλυφο Τα γεωλογικά και εδαφομηχανικά στοιχεία Η μέθοδος κατασκευής Τα διατεθειμένα υλικά και η τεχνογνωσία Η πρόοδος των υλικών (υψηλότερες αντοχές των υλικών) Σύμφωνα με τα παραπάνω, καθορίζετε το μήκος της γέφυρας, ο αριθμός και το ύψος των μεσόβαθρων και το ύψος του φορέα

Ανάλυση παραγόντων για την λύση του προβλήματος: Το τοπογραφικό ανάγλυφο/ τα γεωλογικά και εδαφομηχανικά στοιχεία: Το Τοπογραφικό ή πιο σωστά το Τοπογραφικό Διάγραμμα είναι ένα σχέδιο που αναλαμβάνει να εκπονήσει κάποιος εξειδικευμένος επαγγελματίας (Τοπογράφος), το οποίο απεικονίζει και αποτυπώνει επακριβώς το έδαφος με όλα τα χαρακτηριστικά του (ανάγλυφο, ρέματα / ποτάμια, πρανή κλπ), καθώς επίσης και ότι βρίσκεται πάνω σε αυτό (κτήρια, δρόμους, περιφράξεις κλπ). Εκτός από το διάγραμμα όμως ένα πλήρες τοπογραφικό περιλαμβάνει και μια ολοκληρωμένη μελέτη, που συντάσσεται με τις σχετικές προδιαγραφές, ανάλογα με το σκοπό έκδοσης του. Ως αποτέλεσμα, η μελλοντική κατασκευή της γέφυρας, πρέπει να γίνει σε τόπο κατάλληλο για τον κάθε τύπο της γέφυρας. Όσον αφορά την γέφυρα τύπου δοκού, τόσο το ανάγλυφο, όσο και τα γεωλογικά και εδαφομηχανικά στοιχεία της περιοχής πρέπει να είναι σταθερά και σαφή, δηλαδή οι ειδικότητες που θα συμβάλουν στην κατασκευή, θα πρέπει να έχουν ξεκάθαρα στοιχεία και στατιστικά της περιοχής, κυρίως την σεισμική δραστηριότητα, ώστε να μπορούν να ελέγξουν σωστά την κατασκευή.

Η μέθοδος της κατασκευής: Όσον αφορά την μέθοδο κατασκευής, υπάρχουν τρία είδη:

Απλά εδραζόμενες δοκοί: Πλεονεκτήματα Διαφορικές καθιζήσεις Προκατασκευή Σύγκρουση γειτονικών τμημάτων κατ/τος   Μειονεκτήματα Μεγάλες ροπές ανοιγμάτων Κίνδυνος ανατροπής σε σεισμό Μη ξεκάθαρη σεισμική απόκριση Ασύγχρονη κίνηση επιμέρους καταστρωμάτων

Συνεχής δοκός: Μειονεκτήματα Πλεονεκτήματα Ικανοποιητική κατανομή ροπών στηρίξεων‐ ανοιγμάτων μικρό πάχος καταστρώματος Ικανοποιητική σεισμική απόκριση Το κατάστρωμα δρα ως διάφραγμα όλα τα μεσόβαθρα κινούνται παρόμοια Δεν υπάρχει κίνδυνος ανατροπής από τα μεσόβαθρα Μειονεκτήματα Ευαισθησία σε διαφορικές καθιζήσεις στα βάθρα Δεν μπορούν να παραλάβουν τεκτονικές μετακινήσεις

Καταστρώματα τύπου “δοκού Gerber”: Πλεονεκτήματα Καλή αναλογία ροπών ανοιγμάτων‐ στηρίξεων Μειονεκτήματα Σοβαρός κίνδυνος ανατροπής σε σεισμό Ειδικές συνδέσεις για αποτροπή ανατροπής

Υλικά ,τεχνογνωσία, και πάροδος των υλικών: Ο χάλυβας, µε τη µορφή ράβδων οπλισµού του σκυροδέµατος, καλωδίων βασικής προέκτασης του σκυροδέµατος, καλωδίων ανάρτησης, πρότυπων διατοµών που σχηµατίζουν τον φορέα ή και τα λοιπά µέρη της γέφυρας Μια µεγάλη ποικιλία βοηθητικών υλικών, που χρησιµεύουν για την προστασία των παραπάνω βασικών υλικών από εξωγενείς επιδράσεις, καθώς και για τον εξοπλισµό των γεφυρών για την καλύτερη αντιµετώπιση των αναγκών χρήσης τους. Το ξύλο, η πέτρα και οι φυτικές ίνες έχουν εκτοπιστεί και χρησιµοποιούνται σπανιότερα. Ο βασικός λόγος είναι ο µικρότερες δυνατότητες των υλικών αυτών αυτοτελώς, αλλά και σε σχέση µε το κόστος εργασίας που συνεπάγεται η χρήση τους Το σκυρόδεµα, οπλισµένο και προεντεµένο και, σπανιότερα πια, άοπλο.  

Τέλος: Τέλος, μετά από πολύ μελέτη και καταγραφή των πληροφοριών, αποφασίσαμε και τον τρόπο που θα χτίσουμε το μοντέλο της γέφυράς μας, το οποίο θα εκθέσουμε στην τελική μας παρουσίαση. Η ομάδα Knowledge Hub.