تاریخچه پلسازی
1- 1 تاریخ باستان
انسان از قدیم به ساخت پل علاقه داشته چه سوای اهمیت نظامی و غیر نظامی آنها، پلها بعنوان نشانه ای از کارهای بزرگ مهندسی شناخته شده بود. اگر چه ابتدای تاریخ پلسازی قدری مبهم است ولی تکامل تاریخی انواع مختلف پلها احتمالاً به بش از 5000 سال پیش برآورد می گردد. به طور کلی از نظر فرم سازه ای پلهای ساخته شده را می توان به سه دسته ی مجزا تقسیم کرد. نوع تیر یا دال که در قدیم با استفاده از تنه درخت یا تخته سنگها ساخته می شد نوعی قوسی که با استفاده از لاشه سنگها و بالاخره نوع معلق که با استفاده از تنه درخت یا تخته سنگها ساخته می شد، نوعی قوسی که با استفاده از لاشه سنگها و بالاخره نوع معلق که با استفاده طنابهای ساخته شده از الیاف گیاهی انجام می شد. پلهای مدرن امروزی در واقع از نظر سازه ای بطور کلی از سه فرم فوق تبعیت می کنند هر چند که از نظر مصالح بکار رفته خیلی پیشرفته تر از آن ایام می باشند.
قدیمی ترین پل ثبت شده ی دنیا در تاریخ پلی است که در حدود 2650 سال قبل از میلاد مسیح توسط منس، اولین پادشاه مصر، بر روی رودخانه نیل بنا گردید. از جزئیات این پل اطلاعات دقیقی در دست نیست. پل دیگری ازنوع عبورگاه چوبی با پایه های سنگی در حدود 4000 سال پیش بر روی رود فرات در بابل قدیم ساخته شد. پلهای معلق ابتدایی شامل یک طناب ساخته شده از نی هندی یا الیاف گیاهی دیگر بود که عابر بوسیله ی دست از طرفی به طرف دیگر عبور می کرد . اولین پل معلق واقعی متشکل از سه طناب موازی بود که یکی از آنها در تراز پایین تر جهت جای پای عابر و دو تای دیگر در تراز بالاتر به منظور دستگیره و حفظ تعادل شخص بکار برده میشد. قدیمی ترین پل معلق ساخته شده از زنجیرهای فلزی که تاکنون بجای مانده است پلی است بر روی رودخانه چین چین در کشور چین. در کشور هندوستان نیز آثاری از این نوع پلها وجود دارد . باافزایش تعداد کابلهای طولی در پلهای معلق این نوع سازه کاملتر گردید. نوع دیگر از پلهایی که در قدیم زیاد مرسوم بوده پلهای ساخته شده از تیرهای چوبی بود که برای عبور از رودخانه بر روی فونداسیونهای معلق در آب تکیه داشت و اساس پلهای موقت امروزی را تشکیل می دهند.
تکامل فرم سازه قوسی برای بناها و پلها با استفاده از مصالح سنگ و آجر به دوره های کلدانیان و آشوریان بر می گردد. با توجه به نوع سقف های قوسی کشف شده از مقبره های موجود در مصر که از حدود 1800 سال قبل از مسیح بجای مانده است نشان می دهد احتمال می رود که برای اولین بار سازه های قوسی در مصر بکار برده شده . یونانیان قدیم تئوری مقدماتی استاتیک را توسعه داده و ارشمیدس (212 الی 278 قبل از میلاد مسیح ) از وضعیت تعادل اجسام آگاهی داشت هر چند که این اصول ظاهراً در ساخت سازه ها بکار برده نمیشد . روسها در ساخت قوسها تجربه ی زیادی کسب کردند بطوری که بعضی از سازه های قوسی آنها حتی تا به امروز پابرجاست. از جمله اینها پلی است بنام پانت دگارد شاهکار شخصی بنام آگریپا که به سال 19 قبل از میلاد مسیح در جنوب فرانسه فعلی ساخته شد. این پل که شامل یک قوس سه طبقه به ارتفاع حداکثر 40/47 متر از سطح رودخانه و شعاع هر قوس 4/22 متر می باشد حدود 2000 سال قدمت دارد.
یونانیها و رومیها از مصالح چوب برای سازه های موقت استفاده می کردندو پلهای پایه خرپائی چوبی مخصوصاً برای امور نظامی توسعه یافت . اولین پل جوبی بر روی رودخانه تیمز در لندن ساخته شد.
یکی از مهم ترین کشف سازندگان رومی را می توان کشف سیمان طبیعی دانست که از یک نوع سنگ آتشفشان بدست می آمد و در اثر اضافه کردن آب به آن سفت میشد که پیشرو سیمان جدید می باشد.
پیشرفت کند پلسازی در قرون گذشته دلیل بر نبودن تشریک مساعی بین سازندگان و به اصطلاح فیلسوفان یا معماران آن زمان بود.ه است. با ایجاد جدائی بین تئوری و عمل ساخت یک سازه مهندسی و اصولی هیچگاه میسر نبود. از نمونه پلهای باقیمانده از قرن دوم میلاد مسیح پل زیبای آنجل می باشد که در سال 136 پس از میلاد بر روی رودخانه ای در روم ساخته شد.
1-2 قرون وسطی
در طی قرون وسطی اطلاعات مهندسی سازه ای جمع آوری شده توسط رومیها ناپدید گشت بطوریکه که در این دوران هیچگونه پیشرفت و خلاقیت چشمگیری در زمینه ساخت سازه ها ایجاد نگردید. اما هنر ساخت بطور گسترده ای در اروپا رواج یافت. پلهای چوبی که در چین در حدود قرن ده میلادی ساخته شدند هنوز پا بر جا هستند. از پیشرفت و کاربرد اطلاعات فنی کسب شده در این دوران اطلاعی در دست نیست.
1-3 دوره رسانس
با تجدید نظر افرادی چون لئونارد داوینچی (1452 الی 1519 ) در هنرها و علوم پیشرفت چشمگیری در علوم مهندسی مخصوصاٌ طرح پلها در دورهی رنسانس بوجود آمد. وی با استفاده از تئوری و تجربه ی پیشینیان در ساخت سازه ها پیشرو پلهای مدرن محسوب می شود. از آن پس سازندگان با تجربه ی عملی در پلسازی اجباراً از نظرات طراحان آگاه استفاده می کردند. کلیه افراد مهمی که در آن دوران در فن پلسازی نقش بسزایی داشتند کسانی بودند که تجربه و تئوری را با هم بکار می بردند.
پلهای مهمی که با استفاده ازتئوری و تجربه در این عصر ساخته شد عبارتند از پل سانتاترینیتا در فلورانس، پل ریالتو که بر روی کانال بزرگ شهر و نیز ساخته شده پل نتردام و پل نیوف در پاریس.
لئونارد داوینچی با محاسبه و نتایج آزمایشگاهی توانست پروفیل خط فشار را برای قوسها تحت هر بار وارده تعیین نماید. وی نیز با انجام آزمایشاتی موفق شد مقاومت مصالحی چون کابلهای آهنی را تعیین کند. روش کار مجازی نیز جهت محاسبه ی سیستم های مختلف قرقره ها و اهرم ها بکار گرفته شد. ار آزمایشاتی نیز بر روی تیرها و ستونها انجام داد.
گالیله ( حدود سال 1600 بعد از میلاد) تلاش زیادی در تعیین روابطی بین ابعاد تیر و مقاومت داخلی آن تحت اثر بارهای خارجی انجام داد و به نتیجه مهم زیر نایل آمد:
« برای اینکه ساز های عظیمی چون کشتی هاف قصرها و مقبره ها را طوری بسازیم که در مقابل بارهای وارده مقاوم باشند، باید ابعاد اعضای آن را خیلی بزرگ انتخاب کنیم که از نظر عملی همواره میسر نیست بنابراین راه حل دیگر آنست که اعضای مربوطه را با ابعاد کوچکتر ولی ساخته شده از مصالح قوی تری انتخاب کنیم.»
او بر مزیت اعضای توخالی آگاه بود و مفهوم اساسی تنش را درک کرد اما مسئله ای در رابطه با مقاومت داخلی تیرها حل نکرد.
آکادمی علوم در سال 1560 میلادی در ایتالیا شروع بکار کرد. در قرن هفدهم میلادی در کشورهای دیگری چون انگلستان ، فرانسه و آلمان نیز پیشرفتهای علمی پدید آمد.
دانشی که بعداً بنام علم مقاومت مصالح شناخته شد در قرن هفده پیشرفت قابل توجهی پیدا کرد و افرادی چون رابرت هوک (1635-1703)، که کشف مهم وی قانون هوک در مقاومت مصالح می باشد؛ماریوت (1620-1684) برای مطالعاتش در رابطه با تئوری خمش، جاکوب (1654-1705) و جان رنولی (1667-1748) دو برادر مشهوری که تئوری خیز در تیرها را ارائه دادند و نیز اصل کار مجازی را تعیین کردند دانیال برنولی، (1700-1782)، پسرجان برنولی که مطالعاتی در رابطه با شکل منحنی ایجاد شده در اثر کمانش میله ی ارتجاعی تحت اثر انواع بارگذاریها انجام داد و معادلات مربوط به لرزش جانبی میله های با مقطع منشوری را تعیین کرد و لئونارداولر (1707-1753) که کار دانیال برنولی را ادامه داده و فرمول مشهور بار بحرانی کمانش را برای اعضای تخت اثر بار محوری فشاری تعیین کرد، را می توان به عنوان پیشگامان این علم نام برد.
در قرن 18 علوم مهندسی توسعه یافته در صد سال قبل از آن، راه خود را به کارهای عملی پیدا کرد. کتابهایی زیادی در این مورد نوشته شد و از ریاضیات به عنوان یک وسیله مفید مهندسی استفاده شد.
در سال 1713 پارنت (1666- 1716) دو اثر مهم خود را منتشر کرد که در آن او برای اولین بار محل تار خنثی در مقطع اعضاء را مشخص کرد و نیز تنشهای داخلی تیر را بدست آورد.
اولین مجتمع ( دانشکده ) مهندشی در دنیا در سال 1716 در پاریس بوجود آمد و در این زمان بود که اولین کتب در رابطه با مهندسی سازه منتشر شدند.
دانشمند مشهور کولمب (1736- 1806)نیز در این عصر نقش مهمی را در پیشرفت علوم که دامنه وسیعی داشت بازی کرد. کار عمده وی در مهندسی سازه شامل تحلیل و آزمایش در رابطه با خمش تیرها، پیچش میله ها، پایداری دیوارهای حائل و تئوری قوسها بوده است. در این دوران کارهای آزمایشگاهی در رابطه با خواص مکانیکی مصالح پیشرفت خوبی داشت.
1-4 عصر انقلاب صنعتی
در دهه آخر قرن 18 اولین آثار صنعتی در انگلستان پدیدار گشت. اولین پل آهنی در دنیا بنام پل کلبروکدال در آنجا ساخته شد. این پل شامل یک قوس نیم دایره به دهانه 5/30 متر بوده که بر روی رودخانه سورن توسط شخصی بنام آبراهام داربی که احتمالاٌ بر اساس طرح توماس پریچارد و جان ویلکینسون بوده است در سال 1669 کامل شد. اولین پل آهنی در آمریکا 60 سال پس از آن ساخته شد.
در اوایل قرن 19 پیشرفت قابل توجهی در تئوری مقاومت مصالح توسط شخصی بنام ناویر (1785-1836) انجام گرفت اما چند دهه بطول انجامید تا مهندسین این مطالب را بخوبی درک کرده و نتایج آنرا بکار بردند. کار وی در واقع مقدمه ای بر تحلیل سازه های مدرن به شمار می آید. ناویر اولین کسی بود که روش کلی حل سازه ای نامعین را ابداع کرد. کار وی بعداً توسط ریاضی دانان و مهندسین ادامه ی یافت و بدین ترتیب اساس مهندسی سازه های مدرن بوجود آمد.
در دوران احداث راه آهن پلهای مهمی ساخته شدند یکی از آنها که در واقع به عنوان عجایب دنیا بحساب می آید پل قوسی چهار طبقه سنگی گلتزاشتال در آلمان می باشد که در سال 1851 کامل شد. دهانه کل این پل 578 متر و ارتفاع حداکثر آن از سطح رودخانه به 78 متر می رسد. این پل توسط شخصی به نام شوبرت در طی شش سال ساخته شد . دو پل قوسی که از این دوران تاکنون پابرجاست یکی پل هیدلبرگ در آلمان می باشد که در سال 1789 ساخته شد و دیگری پل معروف گلن فینان در اسکاتلند است.
در ایران نیز پلهای قوسی ساخته شده از آجر جهت عبور قطار ساخته شدند که ازآن جمله می توان پل قوسی نوده در گرگان و پل قوسی دیگری در راه آهن میانه را نام برد.
1-5 پلهای آهنی و فولادی اولیه
قرن 19 را سرآغاز رشد پلهای فلزی، مخصوصاً در انگلستان می توان به حساب آورد. طرحهای اولیه که توسط افرادی چون وات، تلفورد، استفنسون، برونل، و دیگران ارائه شدند عمدتاً با استفاده از مصالح آهن بود که از نظر ظاهر جلوه ی جالبی نداشتند. طرح یک پل قوسی آهنی بدهانه 183 متر توسط تلفورد در این زمان داده شد که بدلیل اشکالات اجرائی هرگز این طرح عملی نگردید. در سال 1824، پس از انجام آزمایشاتی که بر روی آهن چکش خوار یا نرم انجام شد، تلفورد طرحی را برای پل معلقی به دهانه اصلی 305 متر و دو دهانه کناری هر کدام 152 متر تهیه کرد. وی این ایده را نیز برای پل مشهوری که بر روی تنگه منای با دهانه 177 متر ساخته شد بکار برد. این پل در سال 1938 توسط کابلتقویت شد. اکثر پلهای معلقی که در این دوره ساخته شدند بدلایلی که بعداً ذکر می شوند تاکنون از بین رفته اند.
پلهائی که در این زمان ساخته می شدند اکثراً فقط برای تحمل بارهای حاصل از وسایط نقلیه اسب دار آن دوره طرح می شدند. بار باد و اثرات دینامیکی حاصل از حرکت بر روی پل از نظر طراحان تقریباً ناشناخته بود و بدین دلیل مخصوصاً در پلهای معلق، در اثر حرکت نوسانات شدیدی در پل ایجاد می گردید که باعث دلهره ی عابرین می شد . از این بابت خرابیهای زیادی نیز برای پلهای معلق ببار آمد نمونه ای از این خرابیها مربوط به پل زنجیره ای برافتون در منچستر می باشد که در سال 1831 اتفاق افتاد. این پل در اثر عبور دسته جمعی تعدادی سرباز و ایجاد نوسانات حاصل از آن خراب شد. تعدادی نیز در اثر عواملی چون طوفان و باد شدید در انگلستان، فرانسه و آلمان خراب شدند که از جمله پل زنجیری برایتون در انگلستان به سال 1933 را می توان نام برد. اولین پل معلق که برای عبور قطار از روی آن طرح گردید در سال 1835 توسط آقای ساموئل براون بر روی رودخانه تیز در انگلستان ساخته شد. دهانه این پل حدود 86 متر بود. اما عاقبت در اثر عبور قطارهای سنگین از روی آن تغییر شکل بیش از حد در آن ایجاد شده که نهایتاً در اثر عامل خستگی خراب شد. از این خرابیها و خرابیهای متعدد مشابه دیگر که برای پلهای معلق اتفاق افتاد سازندگان این نوع پلها ضرورت ایجاد صلبیت بیشتر در این پلها را حس کردند. مثال از راه حلهای ارائه شده طرح اولیه رابرت استنفسون برای پل معروف بریتانیا بر روی تنگه منای بود که شامل چهار دهانه ممتد به طول 70، 140، 140 و 70 متر می شد. طرح اولیه پل شامل لوله های بزرگ آهنی، جهت عبور قطار از میان آنها بود که توسط کابلهائی به صورت معلق نگهداری می شد بر اساس روشهای تحلیلی و انجام آزمایشاتی که توسط شخصی بنام فیربرین بر روی ماکتی از این پل صورت گرفت معلوم شد که لوله ها به تنهایی قادر به حمل بار قطار نبوده و احتیاجی به تقویت آنها توسط کابلها نمی باشد. این پل در واقع سرآغاز پلهای فلزی ساخته شده از ورق بود. پل مذکور در سال 1850 مورد استفاده قرار گرفت اما با آتش سوزی که در سال 1970 در داخل آن اتفاق افتاد پل صدمه فراوان دید و نهایتاً با جایگزین کردن لوله ها توسط قوس فولادی این پل بازسازی و مورد استفاده قرار گرفت. وی نیز پل سلطنتی آلبرت در سالتاش را در سال 1859 تکمیل کرد . دو دهانه اصلی این پل هریک بطول 139 متر بود که در سازه آن از ترکیب قوس و کابل معلق استفاده شده بود. قوس ساخته شده از نوع لوله های عظیم آهنی بود. او همچنین پل معلق کالیفتن را به دهانه 214 متر که پس از مرگش در سال 1864 تکمیل شد طرح کرد.
در این دوره، بدلیل استفاده از قطار به عنوان وسیله نقلیه پلسازی رونق زیادی پیدا کرد، بطوری که به عنوان مثال در کشور انگلستان در طی 70 سال بیش از 25000 پل بدین منظور ساخته شد. با توجه به وزن سنگین قطار و اثر شدید دینامیکی آن پلهای با صلبیت بیشتر از پلهای معلق مورد نیاز بود.
در نیمه دوم قرن 19 با بکارگیری مصالح فولاد بجای مصالح آهن سازه های فلزی مدرن امروزی پایه گذار شدند پلهای فولادی عظیمی در این دوره ساخته شدند که یکی لز مشهورترین آنها پل قوسی فولادی سنت لویس می باشد که بر روی رودخانه می سی سی پی در آمریکا به سال 1873 ساخته شد. این پل متشکل از سه قوس می باشد که دهانه ی میانی آن 158 متر است وتوسط جی بی ادز طرح و بروش جدید طره ای ساخته شد. در سال 1879 در اثر طوفان شدید تراژدی سقوط پل تی اتفاق افتاد. این حادثه به دلیل نداشتن پایداری کافی در مقابل بار باد بوقوع پیوست و باعث عدم اعتماد مهندسین با تجربه از طرحهای خود گشت. این نشان می دهد که در آن زمان اطلاع کافی از مقدار و نوع بار باد و عکس العمل سازه پل در مقابل ان در دست نبود. بدین ترتیب یه علت کمبود اطلاعات در این زمینه مهندسین قادر به استفاده از تجربیات قبلی خود و یا دیگران نبودند.
در این دوره علاوه بر اینکه دستیابی به مصالح قویتر امکان پذیر شده بود روشهای تحلیل و درک رفتار سازه ها نیز پیشرفت قابل توجهی پیدا کرد. از افرادی چون ناویر، کوشی (1789-1857) ، پویزون (1781-1840)، لامه (1795-1870)، کلپیرون (1799-1864)، و سنت و نان (1797-1886) به عنوان صاحب نظران اولیه تئوری ارتجاعی می توان نام برد. روشهای تحلیلی بکار گرفته شده توسط این افراد منجر به روشهای مدرن تحلیل سازه ها گردید که امروزه از آنها استفاده می شود. افراد دیگری چون اتون هادکینسون، ویزباخ نیز کارهای ازمایشگاهی را با اصول و نظم خاصی رونق دادند. توسعه علم تحلیل سازه ها توسط لفراد دیگری چون کلرک ماکسول (1831-1879) کارل کلمن (1821-1881) و بنجامین بیکر ادامه یافت. قدرت تحلیل سازه ها به حدی رسیده بود که در سال 1880 آقای بنجامین بیکر پل عظیم خرپائی فورت را با استفاده از محاسبه تنها طرح کرد. البته وی جهت آگاهی از عملکرد آن در مقابل بار باد مجبور به استفاده از روشهای آزمایشگاهی نیز شد.
پل فورت که در سال 1887 مورد استفاده قرار گرفت در واقع سرآغاز عصر پلهای خرپائی کنسولی با دهانه زیاد می باشد. این پل که توسط آقای بنجامین بیکر و با همکاری آقای جان فاولر طرح گردید، شامل دو دهانه اصلی هر یک به طول 521 متر می باشند که از دو بازوی کنسولی 207 متری و یک دهانه ساده 125 متری تشکیل شده بود. اعضای اصلی فشاری این خرپای فلزی از لوله های فولادی ساخته شده اند.
پس از ساخت پل فورت پلهای عظیم دیگری از نوع خرپائی فلزی ساخته شدند که از جمله پل کوئینزبرو بر روی رودخانه ایست در نیویورک با دهانه اصلی 360 متر به سال 1909 ، پل راه آهن کیوبک با دهانه اصلی 549 متر بر روی رودخانه سنت لورنس در کانادا به سال 1918 و پل کنسولی هاوار با دهانه اصلی 457 متر بر روی رودخانه هوقلی در کلکته به سال 1945 را می توان نام برد.
بعد از عملکرد موفقیت آمیز پل فولادی قوسی سنت لویس که در سال 1873 ساخته شد، تعداد زیادی پل فولادی قوسی دیگر از آن پس ساخته شد. مهم ترین آنها شامل پل ویکتوریا فالز بر روی رودخانه زامبزی که توسط آقای رالف فریمن و زیر نظر جی آهابسون ساخته شد، دیگری پل هل گیت بر روی رودخانه ایست در نیویورک به دهانه 298 متر است که توسط جی ال لیندنتال و ا اچ آمان طرح گردید و در سال 1931 مورد استفاده قرار گرفت.پل بندر سیدنی در استرالیا به دهانه 503 متر که با مطالعات دکتر براد فیلد از روی پل هل گیت و طرح و محاسبه آقای رالف فریمن در سال 1932 ساخته شد. آقای رالف فریمن پل قوسی دیگری را بنام پل بیرچنافز به دهانه 329 متر طرح کرد که بر روی رودخانه سابی در زیمبابویه به سال 1935 تکمیل شد. پل آخری از ظرافت و زیبایی خاصی برخوردار می باشد. وی برای اولین بار آزمایش تونل باد را بر روی ماکت پل جهت مطالعه اثرات ناشی از باد بر سازه واقعی انجام داد. فریمن پل دیگری از نوع معلق بنام پل اتوبیت به دهانه 320 متر را نیز طرح کرد که در سال 1939 کامل گشت.
ساخت خرپاهای فولادی تا عصر حاضر ادامه داشته است. نوع دیگری پل خرپائی فولادی است که در آن از خرپای تخت بجای خرپای قوسی استفاده شده است. این پل بنام تانگاوا می باشد که بر روی رودخانه تانگاوا در مسیر راه اصلی به توکیو در ژاپن به سال 1972 ساخته شد.
اکثر پلهای ساخته شده در راه شوسه کناره شمال ایران از نوع پل خرپائی تخت فولادی می باشند. تعداد دیگری از این نوع پلها عبارتند از پل لشکرک، پل حسینیه در لرستان،پل ماشالک در نزدیکی نوشهر در راه کناره شمال ، پل سفیدرود در گیلان و پل راه شوسه دزفول.
