دور الاهتزازات والأضرار الناشئة عن الرياح في سلامة جسر كابل

إن الجسور التي تقام في أماكن معينة تمثل خليط من الهندسة الهيكلية، وتوازن الاصطناعيات النبيلة مع كفاءة كبيرة في الحمل، وتعطيل تصميمها بواسطة رصيف تدعمه الكابلات التي تشع من أبراج أو أكثر، وتمتد إلى جسور صغيرة وشديدة الصرامة، بينما تستخدم مواد أقل من الجسور المعلّقة، غير أن هذه الكفاءة العالية تؤدي إلى ضعف شديد:

Understanding Wind-Induced Vibrations

وتنشأ الاهتزازات الناشئة عن الرياح في الجسور التي تُقام بالكابلات من التفاعل بين القوى الهوائية والريعة الهيكلية للكابلات والسطح، وعلى عكس حمولات الرياح الثابتة، التي تكون مباشرة نسبياً في حساب الآثار الدينامية للريح تنطوي على قوى معقدة ووقتية قادرة على إثارة أنماط الارتداد، والنتيجة هي الحركة الدورية التي يمكن أن تؤدي، بمرور الوقت، إلى حدوث انحرافات في الكابلات.

Aeolian Vibrations

إنّ اليقظةَ الأوّليةَ عاليةُ، تَتذبذبُ الطولِ المنخفضِ، تَتسبّبُ بطبقةَ ضغطِ دوريةِ مِنْ جانبِ النسيجِ الّذي يَتْركُ الّبُ،

Galloping

إنّ التطوّر منخفض التكرار، وعدم الاستقرار المرتفع الذي يحدث عندما تنتج القوى الهوائية على كابل تهبّط بشكل سلبي، وتغذي الريح في الحركة بدلاً من تفكيكها، وهذه الظاهرة ترتبط في أغلب الأحيان بالكابلات التي لا تُكتشف، أو تُحدث تقاطعات سريعة (مثلاً، التطعيم الجليدي، أو النمو البحري، أو الكابلات المتضرّرة)

التأشيرات المُنتجة عن الفرتكس (VIV)

وتظهر اليقظة التي يسببها الفورتكس عندما يطابق تواتر رفوف الدوافع تردد طبيعي للكابل، مما يخلق حالة من الارتداد، وعلى عكس اليقظة التي تسود في الأفق، والتي هي بطبيعتها عالية التردد، يمكن أن تحدث في الكابلات الأكبر بسرعة الرياح المنخفضة، وتنتج كميات متوسطة من الكم، وتشبه هذه الظاهرة التي تُشاهد في المدخن والارتفاعات البحرية، ولكن في الكابلات.

القفز و القاذورات

While not always classified with the three types above, buffeting and flutter deserve mention in any comprehensive discussion. Buffeting is the random forced debration caused by turbulence in the wind and it is not self-exciting but can produce significant fatigue loads over time, particularly in the deck and cable attachmentssta. [FLT traditionally

أهمية التضليل

فالضرر هو الآلية التي يفصل فيها الهيكل الطاقة الحية، ويحول الحركة الحركية إلى حرارة أو صائبة أو أشكال أخرى لا تسهم في استمرار الارتفاع في الجسور التي توجد فيها كابلات، ويقلل من حجم اليقظة التي تسببها الرياح، ويحول دون تراكم الهامش، ويرفع معدل الإجهاد الذي يسبب ارتفاعاً في نسبة الكوابل إلى متوسطاً في الارتفاع.

أنواع نظم سدّ الأضرار

مصاصي دماء فيش

وتشتغل أجهزة الاستنشاق بالبراميل عن طريق إرغام سائل (زيت سيليكون) عن طريق الصخور الصغيرة التي تتنقل فيها مسمار الرطب استجابة لاهتزازات الكابلات، وتخلق المقاومة السوائل قوة تناسب السرعة، وتشتت الطاقة بشكل فعال، وكثيرا ما تُركَّب هذه الصبغة بالقرب من رسوة الكابلات في السطح أو البرج، حيث توفر درجات الحرارة العالية الكافية لاستيعاب.

دبابات الكتلة المتوطنة

"الضغط المُلحّ" "هو نظام ثانوي لـ "الغطاء المُستحث" "مُرتبط بالهيكل الرئيسي "الكلب أو السطح" في نقطة من التشريد القصوى"

مدمرة الخياطة

فأجهزة الاستنشاق تقطع الطاقة عن طريق الاتصال المتقلب بين سطحين تحت قوة عادية عالية، حيث أن الأسطوانات التي ترتدى بها الكبلات، فإن مكوناتها الخردة تفرك بعضها البعض، وتتحول الطاقة الميكانيكية إلى حرارة، وأجهزة الاستنشاق بسيطة، ومبسورة، وغير مكلفة نسبيا، وكثيرا ما تكون مثبتة داخل قناة الكابل أو في الطرف الأدنى من الكابلات القريبة من لوحة المرساحات.

ماغنيتو - ريولوجي (MR)

(ب) تمثل أجهزة إطلاق النار نهجاً جديداً وشبه نشطاً في مراقبة الاهتزاز، وهي تحتوي على سوائل مغناطيسية تتغير في الاثباتات الدقيقة عند التعرض لمجال مغناطيسي، وباختلاف التيار إلى نسيج داخل الرصيف، يمكن تعديل خصائص التحلل في الوقت الحقيقي استناداً إلى تعليقات أجهزة الاستشعار، مما يسمح بتبني الرواسب الواعدة بين الريح والأمثلية.

اعتبارات التصميم المتعلقة بالسلامة

يستخدم المهندسون نهجا متعدد النطاق لمعالجة اليقظة الناجمة عن الرياح، ودمج النماذج التحليلية، واختبار النفق الريحي، والتحقق من المصادقة على الحقل، وتبدأ العملية خلال مرحلة تصميم المفاهيم، حيث يُستحسن شكل الجسور الهوائية لتقليل اختبارات الحرق المطلق وتأخير الارتطام.

Wind Tunnel Testing and CFD

اختبارات النفق الريح لا تزال معيار الذهب لتأكيد الأداء الهوائي، نماذج الجسر المكبوتة يجب أن تستنسخ بدقة الهندسة من الكابلات والسطح، بما في ذلك تقريب السطح، وميل الكابلات، وشكل البرج، وعادة ما يغطي البرنامج اتجاهات الرياح المتعددة، وزوايا السحب، ويسرع إلى سرعة ريح التصاميم (التي تدوم 100 سنة أو 300 سنة).

مدونات ومعايير التصميم

وهناك عدة مدونات دولية توفر التوجيه لتصميمات اليقظة بواسطة الرياح للجسور التي تُقام بواسطة الكابلات، كما أن الرابطة الأمريكية لموظفي الطرق السريعة والنقل، تتضمن مواصفات تصميم الجسر المزود بمقياس للجسور، وهي تتضمن قسماً عن حمولات الرياح والاستقرار الجوي، المعيار الأوروبي [(FLT:0]) في الفترة 1991-1-4.

شبكات الاستشعار ورصد الصحة الهيكلية

The Modern cable-stayed bridges are equipped with extensive sensor networks that monitor acceleration, wind speed, cable forces, and structural displacements in real time. Accelerometers mounted on cable sleeves or at the deck level detectbration amplitudes and frequencies, while anemometers on the towers record wind velocity and directions

دراسات الصيانة والحالات

وحتى نظام الرطام الذي يُصمم على أفضل وجه يتطلب استمرار الصيانة الفعالة، ويجب تفتيش أجهزة الاستنشاق سنوياً لتسرب السوائل ووضع الفقمات، كما يتعين على أجهزة الحفر أن تفحص على الصخور المشتعلة وتقييمات الحالة السطحية، وتحتاج أجهزة التزود بالأجهزة المضغية إلى التحقق المنتظم من تواتر الضبط واستبدال أجهزة ربط الفول السوداني، بالإضافة إلى أن الكابلات نفسها يجب أن تفحص تدريجياً لعلامات المضغوطة.

تجربة جسر (نورماندي)

وقد شهدت Normandie bridge] في فرنسا، مع طولها الرئيسي 856-متر، قضايا هامة تتعلق بإهتزازات الكابلات في السنوات الأولى من افتتاحها في عام 1995. وقد أدت الظروف المتصاعدة إلى حدوث تذبذب كبير في أطول كابلات، مما أدى إلى ظهور برنامج لإعادة الارتداد يضيف إلى التفاعلات بين الجماهير النورماندية وبين الأسلاك الفوقية السطحية إلى تعطيل.

استحقاقات الرصد الطويلة الأجل

وعلى جسر ستونكترز في هونغ كونغ، أتاحت شبكة رصد واسعة للمهندسين اكتشاف تحول تدريجي في سطو السلك على مدى خمس سنوات، بسبب ارتدائه في ختم الرطبة المتأصلة، وقد أتاح الكشف المبكر استبداله في ساعات المرور غير المباشرة، وتجنب أي وقت من الأوقات أو خطر السلامة، وتؤكد هذه الحالة على قيمة الرصد المستمر: فالتغيرات الصغيرة في الرطام يمكن أن تشير إلى مشاكل أكبر، وأن تلحقها في وقت مبكر تقلل من تكاليف الإصلاح وتؤمن السلامة.

خاتمة

إن الاهتزازات الناشئة عن الرياح تشكل تحديا أصيلا بالنسبة للجسور التي تُقام بكابل، ولكنها ليست متطورة، ومن خلال فهم عميق لآليات الهندسة الهوائية - وهي متطورة، ومحفزة، ومطوية على الازدياد، ومصممة على نحو مكثف، ومن خلال تطبيق حلول مصممة خصيصا للتشغيل، أو لتصميم الأنفاق الخفيفة، أو لأجهزة الحفظ.