كيف سيبني المهندسون جسر البوابة الذهبية اليوم؟

منذ أن تم افتتاح جسر البوابة الذهبية أمام حركة المرور في 27 مايو 1937 ، أصبح رمزًا مبدعًا على المناظر الطبيعية الأمريكية.

بحلول عام 1870 ، أدرك الناس ضرورة بناء جسر يمتد عبر مضيق البوابة الذهبية لربط مدينة سان فرانسيسكو بمقاطعة مارين. ومع ذلك ، فقد مر نصف قرن آخر قبل أن يقدم المهندس الإنشائي جوزيف شتراوس اقتراح الجسر. تطورت الخطط ، وتمت الموافقة على المشروع النهائي كجسر معلق انتهى به الأمر على مدى أربع سنوات للبناء .

عندما صعد جسر البوابة الذهبية ، كان أطول جسر معلق في العالم - تمسك الكابلات الطريق بين برجين ، بدون دعامات وسيطة. وكان للمكان عدد من التحديات الكامنة. يكلف حوالي 37 مليون دولار أمريكي في الموعد؛ بناء نفس الهيكل اليوم سيكلف حوالي مليار دولار. إذن كيف صمد التصميم على مدار الثمانين عامًا الماضية - وهل سنفعل الأشياء بشكل مختلف إذا بدأنا من الصفر اليوم؟

رسم تخطيطي لجسر معلق. تنقل الكابلات الداعمة الحمراء القوى من كابلات التعليق السوداء إلى الأبراج والمراسي الزرقاء.محادثة

أطول جسر معلق في العالم

جسر البوابة الذهبية هو جسر معلق ، مما يعني أنه يعتمد على الكابلات والحمالات تحت الضغط جنباً إلى جنب مع الأبراج تحت الضغط لعبور مسافة طويلة دون أي دعامات وسيطة. يتدلى سطح الطريق من الحمالات الرأسية التي تتصل بالكبلين الرئيسيين اللذين يمتدان بين الأبراج والمراسي في النهاية. تقوم الحمالات بنقل قوى المركبة والوزن الذاتي إلى الكابلات الداعمة المثبتة على الأبراج وعلى الأرض الصلبة. جسر معلق منسوج بسيط.مغامرات روتاسا

ال الجسور الأولى من هذا النوع ربما ربطت منحدرين بحبال مرنة لعبور وادي أو نهر. منذ مئات السنين ، كانت هذه الحبال مصنوعة من ألياف نباتية. جاءت سلاسل الحديد في وقت لاحق. افتتح جسر بروكلين في مدينة نيويورك عام 1883 ، وكان أول من استخدم الكابلات الفولاذية ، والتي أصبحت بعد ذلك قياسية.

من المحتمل أن تكون الأبراج صخرة بسيطة على جانبي الوادي ؛ في النهاية استخدم المهندسون أرصفة حجرية أو فولاذية ضخمة. جسر البوابة الذهبية ، على سبيل المثال ، مدعوم بدعامة واحدة على كل طرف والبرجين ، اللذان يوضعان فوق أسس مدمجة في قاع البحر.

الكابلات الداعمة لجولدن غيت بريدج هما الشيء الوحيد الذي لم يتم تغييره منذ فتح الجسر لحركة المرور في عام 1937. يتكون كل كابل رئيسي من 27572 سلكًا فولاذيًا بسمك تقريبي لقلم رصاص. أطقم البناء معلقة تقريبا 80000 ميل من الكابلات السلكية من جانب واحد من الجسر إلى الجانب الآخر.

يكاد يكون من المستحيل تصنيع كابل طويل وسميك في قطعة واحدة دون عيوب للقيام بهذه المهمة. وبشكل حاسم ، إذا كان هناك كابل كبير واحد يعلق الجسر وحدث له شيء ما ، فسيكون هناك فشل ذريع. الاعتماد على الأسلاك الصغيرة يعني أن أي فشل سيكون أبطأ ، مما يترك الوقت لتحويل الكارثة.

منذ أن بدأ الناس في التفكير لأول مرة في جسر في خليج سان فرانسيسكو ، كان هناك قلق كبير بشأن قدرة الهيكل على تحمل رياح الموقع القوية والمياه المضطربة وقوى الزلازل المحتملة. تقع سان فرانسيسكو عند تقاطع اثنين الصفائح التكتونية النشطة - من الواضح أنه لا أحد يريد أن يرى زلزالًا يسقط الجسر الذي يدور حاليًا 112000 مركبة في اليوم .

لتجنب هذه المشكلة ، قام البناة أيضًا بوضع ماصات الصدمات عند كل طرف من طرفي الجسر لامتصاص الطاقة القادمة من الرياح أو القوى الزلزالية. هذه المخمدات الاهتزازية المصممة خصيصًا عبارة عن أسطوانات بقطر متر مصنوعة من قلب رصاص مغطى بالمطاط. عند وضعها في مواقع استراتيجية ، تمتص الطاقة التي يمكن أن تتسبب في انهيار الجسر.

إبقائها في حالة جيدة

تشير الحكمة التقليدية إلى أن مشروع البنية التحتية يتم تنفيذه بعد فترة وجيزة من تدشينه. لكن الحفاظ على جسر Golden Gate في أعلى شكل يتطلب صيانة صارمة مستمرة. لمدة 80 عامًا ، أطقم صيانة مخصصة قاموا بصيانة الجسر وإعادة طلاء واستبدال المكونات المتآكلة أو المكسورة عند الضرورة.

يجب أن يتم هذا العمل لمعايير صارمة. على سبيل المثال ، عندما يحتاج أي من آلاف المسامير التي تربط جميع الأجزاء المختلفة للجسر إلى الاستبدال ، لا يتم إخراج أكثر من اثنين في وقت واحد ، للحفاظ على الجسر آمنًا ضد الرياح القوية أو قوى الزلازل.

هناك أيضًا مشكلات في الصيانة الهيكلية. نظرًا لمرور الوقت والتغير المستمر في درجة الحرارة ، تتمدد الكابلات والحمالات أو تنكمش ، وتحتاج إلى فحص دوري وإعادة شد. يشار إلى هذا النوع من الضبط باسم الضبط وهو مشابه لكيفية احتفاظ الموسيقي بآلة وترية تبدو في أفضل حالاتها.

ما الذي سيتغير إذا بنيناها اليوم؟

بسبب ضخمة تكاليف الصيانة ، اقترح بعض الأشخاص إعادة بناء جسر البوابة الذهبية بطريقة تحد من فواتير الصيانة والتشغيل المستمرة. بغض النظر عن الجدوى السياسية ، كيف سيصمم المهندسون الجسر إذا كانوا سيبنونه من الصفر اليوم؟

بمرور الوقت ، طور الباحثون مواد أخف. يعد استخدام البوليمرات المقواة بالألياف (FRPs) بدلاً من الفولاذ أو الخرسانة طريقة لتقليل وزن هيكل بهذا الحجم. عادةً ما يكون هذا الوزن الذاتي مسؤولاً عن استخدام ما يصل إلى 70 إلى 80 في المائة من مقاومته - وهذا هو الحد الأقصى للحمل الذي يمكن أن يتحمله قبل أن يفشل. من خلال تقليله ، سيحتاج هيكل الجسر إلى قوة أقل ، مما يسمح بخيارات أرخص وأسهل.

على سبيل المثال ، بدأ المصممون في استخدام المواد المركبة المقواة بالألياف (FRP) في الجسور مثل جسر شارع السوق في ولاية فرجينيا الغربية. يستخدم FRP راتينج بلاستيكي لربط الزجاج أو ألياف الكربون معًا ، مما يعطي قوة للمادة. نظرًا لكونها أخف أربع مرات من الخرسانة ، فإن FRPs أقوى بخمس إلى ست مرات.

ربما يكون الهدف الأول للمصمم للتغيير في جسر البوابة الذهبية البديل هو تكوين الكابلات. الفولاذ المستخدم حاليًا هو مادة تآكل ، أثقل بأربع مرات من المواد الأحدث ويمكن أن تتعطل في ظروف الرطوبة ودرجات الحرارة القاسية - تمامًا مثل تلك التي يواجهها في هذا الموقع. تعتبر الكابلات الكربونية أكثر خمولًا وهي مستخدمة بالفعل في جميع أنحاء العالم.

في الجسر المثبت بالكابلات ، تتصل الكابلات مباشرة من سطح السفينة إلى الأبراج.محادثة

يمكن أيضًا استخدام هذه المواد الأخف من الفولاذ في عناصر أخرى من الجسر ، مثل طريق المرور. يمكن أن يؤدي استخدام التزيين المركب البلاستيكي إلى خفض الوزن الذاتي لسطح جسر البوابة الذهبية بمقدار خمسة أضعاف. سيمكن ذلك المهندسين من تصميم وبناء جسر مثبت بالكابلات بدلاً من جسر معلق. الميزة هي القدرة على التخلص من الحمالات ؛ في الجسر المثبت بالكابلات تنتقل القوى مباشرة من سطح السفينة إلى الأبراج عن طريق الكابلات. أول جسر مثبت بالكابلات على الطرق السريعة مع كابلات CFRP هو جسر Stork في سويسرا ، تم افتتاحه في عام 1996.

يمكن أن يمتد الجسر المثبت بالكابلات لفترة أطول من الجسر المعلق ، لذا فإن هيكله بين الدعامات والشاطئ يمكن أن يكون أبسط. كما أن بناء الأبراج القريبة من الشاطئ ، حيث يكون قاع الماء أكثر ضحالة ، من شأنه أن يساعد في التخفيف من إحدى المشاكل الرئيسية عندما تم إنشاء جسر البوابة الذهبية في المرة الأولى: من الصعب جدًا والمكلف العمل على أساسات البرج في المياه العميقة مع التيارات القوية.

يمكن أيضًا معالجة نظام التخميد بتصميم جديد. يمكن استبدال المخمدات الأساسية التي تم استخدامها في بناء البوابة الذهبية بتقنيات أحدث تكون أكثر قدرة على مقاومة الرياح وحركة المرور وقوى الزلازل. سيضمن هذا التحسين منع حدوث فشل مثل فشل جسر Tacoma Narrows Bridge - عندما تهب الرياح على الجسر بشكل جانبي ، فإنه سيتم الالتواء والانهيار - سيتم منعه.

مع كل ما قيل ، لا يزال جسر البوابة الذهبية في حالة جيدة. حتى مع وجود خيارات أخرى مجدية وأرخص ، لا أحد يعمل بشكل واقعي لاستبدال أيقونة آرت ديكو ووظيفة الطلاء البرتقالي الدولي المشهورة عالميًا. يتم مراقبة جسر البوابة الذهبية عن كثب للتأكد من أنه لا يتجاوز حدود الإجهاد بسبب حركة المرور والرياح والأحمال الزلزالية. يمكننا أن نتطلع إلى 80 عامًا أخرى على الأقل من هذه التحفة الهندسية.

هوتا جانجا راو هو أستاذ الهندسة المدنية والبيئية في جامعة وست فيرجينيا و ماريا مارتينيز دي لاهيدالغا دي لورينزو هو باحث مساعد للخريجين في جامعة وست فيرجينيا . تم نشر هذه المقالة في الأصل المحادثة . إقرأ ال المقالة الأصلية .