مدلسازی پل دوّار [Spiral Bridge] توسط SAP2000

• مقدمه

از سالها پیش تحقیقات و مطالعات ترافیکی در کشورهای توسعه یافته، لزوم بهره‌گیری از پلهای دوار جهت ورود و خروج از پارکینگ ساختمانهای پر ازدحام نظیر مجتمع‌های تجاری، بیمارستانها و … را به اثبات رسانده است. نظم‌دهی به هنگام ورود و خروج از پارکینگ، تامین طول صف مورد نیاز اتومبیلها، تسریع دسترسی به طبقات مختلف پارکینگ و حذف بار ترافیکی سنگین از معابر مجانب ساختمان، از دلایل مهمی است که ایجاد چنین سازه‌ای را ایجاب می‌نماید.

پلهای دوار با سیستمهای مختلفی قابل اجرا هستند. این پلها می‌تواند هم با قواعد طراحی پل و هم با ضوابط طراحی ساختمان یا تلفیقی از این دو طراحی و اجرا گردد. تفاوت سازه پل اسپیرال با ساختمان (یا پارکینگ طبقاتی) در محدودیت بکارگیری از سیستم‌های باربر لرزه‌ای متداول نظیر مهاربندی و دیوار برشی است. همچنین ماهیت پل اسپیرال از لحاظ لازم‌الرعایه بودن ضوابط طراحی پل نیز جای تامل دارد زیرا چنین سازه‌ای با محدودیت زیادی در سرعت طرح و تامین گاباری (ارتفاع مجاز خودرو) مواجه است.

شکل 1 – پل اسپیرال با سیستم قاب‌بندی شده [Framed System]

شکل 2 – پل اسپیرال با سیستم طره‌ای [Cantilever System]

همانطوریکه اشاره شد سیستم چنین سازه‌هایی متنوع بوده و عرشه آنها به انواع مختلفی از قبیل دال بتنی تخت یا کنگره‌ای، عرشه فولادی، دال مجوف و دال جعبه‌ای اجرا شده است. در خصوص مدلسازی چنین سازه‌هایی فارغ از نوع سیستم و مصالح، نحوه مدلسازی عرشه بصورت رمپ مارپیچ جزو چالشهای اصلی می‌باشد. مخصوصاً اگر گام هر دور [Loop] متفاوت باشد یا بعبارت دیگر ارتفاع طبقات متغیر باشد. بر این اساس در ادامه به نحوه مدلسازی کامل عرشه پل اسپیرال توسط نرم‌افزار SAP2000 می‌پردازم.

• مشخصات پروژه نمونه پل اسپیرال

تعداد طبقات پل: 5 طبقه

شیب مسیر: 3 طبقه اول 3%، 2 طبقه آخر 5%

شعاع داخلی پل: 15 متر

شعاع خارجی پل: 25 متر

عرض مسیر: 10 متر (شامل سه لاین هر کدام 3 متری + دو تا 0/5 متر شانه راه)

تعداد قاب تک دهانه: 15

زاویه شروع دال اسپیرال: 24 درجه

زاویه خروج از پل: 264 درجه

• مراحل کار

نرم افزار SAP2000 را اجرا نموده و وارد صفحه New Model شده و در پنجره باز شده گزینه Staircases را انتخاب نمائید.

شکل 3 – پنجره New Model

بدین صورت پنجره جدیدی باز می‌شود که باید در آن نوع هندسه پلکان را تعیین نمود. برای این منظور حالت Spiral Staircase را از بخش Staircase Type انتخاب نمائید. با انتخاب حالت اسپیرال، مشخصات مورد نیاز چنین حالتی مانند شکل زیر نمایش داده می‌شود.

شکل 4 – پنجره Spiral Staircase

بعلت متغیر بودن شیب مسیر در هر طبقه، می‌بایست مدلسازی به تعداد شیبها تکرار گردد. با فرض انطباق محور اصلی Y منطبق بر جهت شمال جغرافیایی، جهت تعیین پارامترهای مذکور، نیاز به محاسبات ساده زیر می‌باشد:

• 3 طبقه اول:

در شکل زیر مدل ساخته شده نمایش داده شده است. لازم به توضیح است که مختصات بوجود آمده (r, t ,z) است که r نمایانگر شعاع نسبت به مبدا، t زاویه از محور X و Z ارتفاع می‌باشد. بطور مثال نقطه مشخص شده در مختصات استوانه‌ای بصورت زیر نمایش داده می‌شود.

شکل 5 – سه طبقه اول پل اسپیرال

در شکل پنجره تعریف خطوط راهنما نمایش داده شده است. در جدول T Grid می‌توان از محور 60 به بعد را پاک نمود زیرا تکراری می‌باشند.

شکل 6 – جداول خطوط راهنما

• 2 طبقه آخر:

از منوی Edit گزینه Add to Model from Template را انتخاب نموده تا بخش دوم مدلسازی سازه را شروع کنید. مجدداً حالت پله دوار را انتخاب کرده تا پنجره شکل شماره 4 دوباره ایجاد شود. اطلاعات بخش دوم بصورت زیر محاسبه می‌شود.

بعلت اینکه دال اسپیرال دوم باید از ادامه دال اول آغاز شود طبق شکل روی گزینه Locate Origin کلیک کرده و شروع ارتفاعی را برابر 9/8 متر قرار دهید.

شکل 7 – معرفی مختصات شروع مدلسازی

مطابق شکل زیر مدل کامل پل اسپیرال در 5 طبقه که سه طبقه اول دارای شیب طولی 3% و دو طبقه آخر دارای شیب طولی 5% می‌باشد، ایجاد گردید.

شکل 8 – مدل کامل پل اسپیرال 5 طبقه

شکل 9 – نمای از بالای پل اسپیرال