مقالات
در حال خواندن
بررسی فاجعه ریزش پل تاکوما به علت بی توجهی به اصول بنیادی سیالات
0

بررسی فاجعه ریزش پل تاکوما به علت بی توجهی به اصول بنیادی سیالات

توسط میلاد سکاکی۱۵ مهر, ۱۳۹۶

برای تحلیل هر سیستمی که محیط عمل یک سیال است،اطلاع از اصول و مفاهیم بنیادی مکانیک سیالات ضروری است.بی توجهی به این اصول موجب ایجاد مشکلاتی نظیر  فاجعه ریزش پل تاکوما (Tacoma Narrows Bridge)میشود.درنظر گرفتن برهم‌کنش میان سازه و سیال از جمله مهم‌ترین ملاحظات در طراحی بسیاری از سیستم‌های مهندسی نظیر هواپیماها، موتورها و پل‌ها است. چشم‌پوشی از این برهم‌کنش به ویژه در وضعیت ارتعاشی آن عواقب ویرانگری به دنبال خواهد داشت. این وضع وقتی تشدید می‌شود که مصالح به کار رفته در سازه از منظر خستگی مکانیکی نیز آسیب‌پذیر باشند.

پل تاکوما به عنوان کوتاه ترین مسیر برای تردد بین واشنگتن و سواحل شبه جزیره المپیک بود. این پل بسیار باریک احداث شده بود و این بدان معنی بود که دولت به این فکر بود که در زمانی دیگر نسبت به احداث پلی جدیدتر و مدرن تر اقدام کند .در سال ۱۹۳۰ در آمریکا، روند ساخت پل های باریک، بلند، طولانی و معلق بسیار مورد توجه مهندسین بود. معماران و مهندسان برای ساخت این پل به دنبال بهترین، سبک ترین و باریک ترین طرح ممکن بودند .پس از طراحی های مختلف، طرح نهایی پل با طول ۱۸۱۰ متر و عرض ۹٫۱۱ متر و ۳۹ درز انقباض و انبساط نهایی و عملیات ساختن پل آغاز شد. مهندسین

برای ساخت کف پل از صفحات فولادی بشقابی شکل بسیار سبک وزن استفاده می کردند اما آیا این صفحات برای ساخت این پل مناسب بودند؟ جواب اکثر مهندسین و طراحان بدون شک مثبت بود. عملیات ساخت پل همچنان با سرعت پیش می رفت و پل برای عبور و مرور ۱۰ سال بعد در ۱ جولای سال ۱۹۴۰ افتتاح شد.

اما مدتی از افتتاح پل نگذشته بود که همه مردم واشنگتن متوجه شدند که این پل با پایه های بسیار بلند خود آنقدرها هم که مهندسین ادعا می کردند ایمن نیست و همین پایه های بلند نقطه ضعفی در ایمنی این پل است. ظرف مدت کوتاهی کارشناسان متوجه شدند در زمان برخورد باد با پل حرکت های غیرعادی در امتداد مسیرطولی در پل اتفاق می افتد، آنها شروع به جستجوی راه حلی برای این مشکل کردند و به این نتیجه رسیدند برای برخی از این نوسانات می توان با نصب جک های هیدرولیکی و کابل های فولادی قویتر از ستون به کف پل تا حدود زیادی پل را در مقابل باد ایمن کرد با این حال درست در میانه پل حرکت های محسوس موج دار برای مردم تبدیل به یک عادت شده بود.

با گذشته زمان رانندگان نکته عجیبی در این پل کشف کردند آن ها متوجه شدند که خودرویی که در جهت مقابل با فاصله زیاد به سمت آنها می آید برای چند لحظه ناپدید و دوباره ظاهر می شود آنها اسم این نقطه از پل را دره پل گذاشته بودند. این حرکت های محسوس پل برای مردم تبدیل به یک سرگرمی شده بود بطوری که مردم از نقاط دور برای رانندگی به این پل می آمدند. مردم محلی به سرعت برای این پل نام “Galloping Gertie ” را انتخاب کردند.

فاجعه پل تاکوما در ایالت واشینگتن آمریکا که در سال ۱۹۴۰ رخ داد بارزترین نمونه از نتایج عدم رعایت برهم‌کنش‌های میان سازه و جریان سیال به شمار می‌رود؛ در ابتدا دلیل اصلی این فاجعه عدم توجه به تشکیل «خیابان گردابه‌های فون کارمن» ناشی از جریان هوا حول پل و درنظر نگرفتن برابری فرکانس نوسانات این گردابه‌ها با فرکانس طبیعی پیچشی سازه عنوان می‌شد، اما بعدها مشخص شد که پدیده برهم‌کنشی دیگری به نام «هواکشسانی بال پرنده» (aeroelastic flutter) دلیل اصلی ریزش پل بوده است.

اما پس از این حادثه یک سوال ذهن تمام مهندسین را به خود مشغول کرده بود و آن این بود: “چرا با وجود در نظر گرفتن تمام معیارهای مهندسی این پل فرو ریخت؟” جواب این سوال می توانست به کشف قوانین تازه ای از فیزیک و آیرودینامیک کمک کند.

اما برای جواب این سوال چند فرضیه مطرح شد:

– فرضیه اول این بود که که وزش باد باعث تخریب پل شده است. اما پس از ساخت مدل و انجام تست های مهندسی معلوم شد که این فرضیه غلط است.

با مطالعه دیگر فرضیه ها مشخص شد در واقع، فرو ریختن تاکوما ترکیبی از عوامل بسیار از جمله معایب طراحی بود. ساخت عرشه (کف) پل با استفاده از صفحات بشقابی با ضخامت کم برای کاهش وزن پل به جای خرپا موجب شد که این پل پایداری کمتری داشته باشد. همچنین طول ۸/۱ کیلومتری این پل برای عرض آن بیش از حد طولانی بود. پلی با عرض بیشتر ممکن بود از این حادثه جان سالم به در ببرد اما سواره رو تاکوما بیش از حد معمول برای تحمل این همه فشار باریک بود.در تحقیقات معلوم شد قطعه استیلی که برای تقویت پل در نظر گرفته شده بود باعث بسته شدن راه باد میشد که در نهایت باعث فروپاشیدن پل شد. با دانستن این واقعیت یک پل جدید ساخته شد که با داشتن خرپای ها امکان عبور باد را میداد.اما مشکل از همان لحظه های اولی که این پل برای عبور و مرور باز شد آغاز شد. با وزیدن بادهای قوی این پل بیشتر از اندازه ی درنظر گرفته شده تکان میخورد که باعث بوجود آمدن موجهایی میشد که در طول پول در جریان بودند. به همین دلیل تنها بعد از ۴ ماه از تکمیل آن این پل از بین رفت.

بعدها مشخص شد در تخریب تاکوما آیرودینامیک و یک پدیده عجیب و غریب به نام خود تحریکی نیز نقش داشته است. این پدیده این گونه عمل می کند که وقتی دهانه پل شروع به نوسان می کند و بی ثبات می شود، باعث بی ثباتی بقیه اعضای پل شده و این روند مانند موج پل را به حرکت وا می دارد. بنابراین، وقتی دهانه شروع به حرکت کرد و چرخیدن آن آغاز شد نیروی لازم جهت تخریب پل تامین شد، این پدیده تا زمانی که پل کاملا فرو ریخت ادامه داشت.

تاکوما باعث شد بسیاری از مقیاس ها برای ساخت پل تغییر کند و بسیاری روابط جدید به این شاخه اضافه شود. اما با تمام این اوصاف اثر جنگ جهانی دوم و کمبود فولاد در آن برهه ی زمانی را نمی توان در بروز این اتفاق نادیده گرفت. در ۱۴ اکتبر سال ۱۹۵۰ پلی که این بار با استفاده از تجربیات پل قبلی ساخته شده بود افتتاح شد. مهندسان با هزاران مدل سازی که مدت چهار سال طول کشید پلی را ساختند که نتیجه آن سازه بزرگی شد که در حال حاضر بعنوان طولانی ترین پل در محدوده شمال امریکا شناخته می شود.

جالب است بدانید همین پل را شاید بتوان نقطه شروع پل های عظیم کنونی دانست و شاید اگر این پل نبود اطلاعات ارزشمند بسیاری در مهندسی کشف نمی شد. شاید باور نکنید اما اتفاقاتی از این دست در کشور خودمان هم بسیار رخ داده به ویژه در صنعت سد سازی و قطعا پیشرفت ما در این زمینه مدیون همین تجربه هاست. به راستی شکست خوردن امری طبیعی ست اما درس گرفتن و دوباره بلند شدن کار موفق ترین هاست.

Akashi Caicos Bridge

 

واکنش شما چیست؟
I like it
73%
interested
27%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
میلاد سکاکی

دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید