طرحی نوین در ساخت اسکله های شناور بتنی

اسکله ها تاسیساتی می باشند که به منظور پهلوگیری کشتی جهت انجام بارگیری یا تخلیه کالاها و یا به منظور سوار و پیاده نمودن مسافرین مورد استفاده قرار می‌گیرند انواع مختلفی از این نوع تاسیسات وجود دارد که برحسب نوع استفاده و مصالح مختلف طبقه بندی می شوند تاسیسات پهلوگیری علاوه بر ایجاد تکیه گاه برای پهلوگیری ممکن است برای مهاربندی کشتی ها تامین رابطه بین کشتی و خشکی و در نهایت به عنوان دیوار حایل نیز به کار روند. چنانچه سازه پهلوگیر همه وظایف اشاره شده در بالا را  دارا باشد آن را اصطلاحاً اسکله دیوار ساحلی (Quary wall) گویند و عمدتاً به صورت ثقلی طراحی می شود اگر علاوه بر نقش پهلوگیری به منظور مهاربندی و تامین رابطه بین خشکی و کشتی مورد استفاده قرار گیرد آن را اسکله جدا از ساحل (wharf) می نامند و ممکن است از نوع ثقلی، شمع و عرشه و غیره باشد. ممکن است سازه فقط نقش مهاربندی را داشته باشد و در آن صورت یا به صورت شناور (عمدتاً برای کشتی های حمل نفت که در آبهای عمیق پلهو میگیرند (Mooring Buoy) و یا ثابت می باشد که اصطلاحاً ستون مهاربند یا دولفین (Dolphin) به آنها اطلاق می شود.

اسکله شناور :

این نوع اسکله همانطور که از نام آن مشهود است به صورت شناور بوده و برای مناطقی که تغییرات جزر و مد درآنها زیاد است کارآیی مطلوبی دارد همچنین درصورتیکه عمق بستر درپای اسکله زیاد باشد و یا عرض رودخانه یا دریاچه یا محل استقرار اسکله تا ساحل زیاد باشد و ساخت پایه مقرون به صرفه نباشد و یا اینکه رودخانه یا دریاچه و یا دریا دارای بستر سست باشد استفاده از اسکله شناور اقتصادی است از مزایای دیگر این سیستم امکان انتقال آن از نقطه ای به نقطه  دیگر بندر و حتی از بندری به بندی دیگر می باشد طول رپی که ساحل را به اسکله شناور متصل می کند برحسب تغییرات سطح آب و نوع خودروی عبور کننده تعیین می شود و این موضوع بر هزینه اسکله اثر می گذارد از معایب این اسکله نوسان آن در حین تخلیه و بارگیری شناور می باشد لذا در بنادر تجاری مورد استفاده کمتر و در بنادر تفریحی و مسافرتی استفاده بیشتری دارد.

اسکله شناور که در قرن حاضر به عنوان رقبای اصلی اسکله های ثابت شناخته شده است در حقیقت ماحصل تلاش طراحان دررفع مشکلات موجود در کاربرد اسکله های ثابت می باشند. سرویس دهی مناسب در شرایط جز و مد امکان توسعه در بنادر با فضای محدود، مدت زمان کوتاه تر در ساخت، تعمیر و توسعه و همچنین هزینه اجرایی کمتر در بسیاری شرایط از جمله عواملی بوده اند که کاربرد اسکله شناور را روز افزون نموده اند اکنون با وجود کیلومترها مرز آبی در ایران و اهمیت حمل ونقل دریایی در رشد توسعه اقتصادی کشور و از سوی دیگر تجربیات عملی بسیار اندک در طراحی و ساخت این اسکله ها در کشورمان، مطالعه و تحقیق در طراحی و ساخت این اسکله ها بسیار حایز اهمیت است.

اجزاء اسکله های شناور :

1-بدنه اصلی :

بدنه اصلی اسکله های شناور از به هم متصل شدن قطعات شناوری که خود به یکی از اشکال پانتون تکی، پانتون دوقلو یا کاتاماران و قطعه نیمه مستغرق می باشد، تشکیل شده است. نحوه اتصال این قطعات شناور می تواند به صورت اتصال پانتون‌های بزرگ، اتصال پانتونهای کوچک با عرشه فردی یا اتصال پانتونتهای کوچک با عرشه یکپارچه باشد.

2-پل دسترسی:

این سازه به منظور اتصال بدنه اصلی اسکله به ساحل احداث می‌شود و انواع گوناگونی دارد که مهمترین آنها پلهای مفصلی، پلهای شناور و پایه ای و گوه ای، پلهای متحرک و پلهای قائم بالا رونده می باشند.

3-سیستم مهاربندی :

مجموعه عناصری هستند که از یک سو تامین کننده ایمنی لازم حین عملیات نقل وانتقال کالا بوده و از سوی دیگر اجازه حرکات قابل قبولی را نیز در جهات طولی وعرضی به اسکله می دهند. این عناصر خود به گونه های مختلفی می باشند که مهمترین آنها عبارتند از

سیستم مهاربندی فقط درون ساحلی

سیستم مهاربندی با کابلهای درون ساحلی و برون ساحلی

سیستم مهاربندی شامل دلفین های مهاری و سیستم مهاربندی شامل کابلهای زیر سطحی دو طرفه

4-سیستم ضربه گیر :

مجموعه عناصری هستند که انرژی ضربه حاصل از پهلوگیری کشتی را جذب می‌کنند.

عوامل موثر در طراحی اسکله های شناور :

انتخاب سیستم سازه ای اسکله صرفاً به وضعیت ژئوتکنیکی بستر منحصر نمی باشد بلکه عواملی چند در انتخاب سیستم سازه ای اسکله ها دخیل هستند که از آن جمله به عوامل زیر می توان اشاره کرد:

-         نوع بهره برداری از اسکله (بارگذاری)

-         وضعیت ژئوتکنیکی محل احداث اسکله

-         نوع مصالح موجود و قابل دسترس

-         تکنولوژی ساخت و نیروی متخصص

-         زمان اجرا

-         شرایط هیدرودینامیکی و با د جریان های دریایی

-         زلزله با توجه به عمر مفید سازه

-         هزینه اجرا و هزینه های نگهداری

معیار طراحی و آنالیز اسکله شناور :

پس از نتیجه گیری از عوامل موثر در طرح سازه ای اسکله ها در صورت نیاز به اجرای اسکله شناور، به لحاظ شناور بودن روی آب باید معیارهای زیر در طراحی تامین شوند:

-         رانندگی راحت، تخلیه و بارگیری ایمنی در مدت شرایط طوفان های شدید

-         ایمنی خوب درمدت طوفانهای شدید

-         مقاومت در برابر بار امواج و عدم نفوذپذیری آب به داخل آنها

حرکات قطعات شناور و بارهای وارده بر سازه آنها نقش مهمی در کیفیت کاری آنها دارد و معمولاً حرکات بیش از حد شناور، مانع از انجام عملیات می گردد لذا در طراحی شناورها حداقل حرکت ومیل به پابرجایی در حالت مدنظر بالا، فضای کافی برای تجهیزات و هزینه پایین فاکتورهای اساسی هستند.

طراحی اسکله شناور :

در طراحی اسکله های شناور و یا پل های شناور باید درنظر داشت که بارهای زنده و مرده توسط نیروی بویانسی آب تحمل می شود. در طراحی یک قطعه شناور (پل یا اسکله) از تئوری تیر بر روی بستر الاستیک (Beam on Elastic Foundation) استفاده می شود. طراحی و اندرکنش سازه، موج انجام می شود مشابه آنچه در کشتی ها در اثر بار موج انجام می شود ماهیت این روش بر این فرض است که جریانی که از یک مقطع عبور می کند درمقاطع دیگر پل و یا اسکله اثر ندارد با استفاده از تئوری نواری می توان اثر موج بر سازه را در دامنه فرکانسی تحلیل نمود ماکزیمم پاسخ (خمش- برش- پیچش-تغییر مکان) را می توان با استفاده از اثر طیفی بدست آورد برای این منظور یک مدل اجزای محدودی از پل و یا اسکله می توان تهیه کرد و از حل آن طیف پاسخ حرکت اسکله را تعیین نمود.

بارگذاری اسکله های شناور:

1-بارهای موج و باد:

در مورد فعالیت های موج و باد پل یا اسکله شناور تحت اثر چهار بار زیر می باشد:

-         بارهای جانبی دائمی موج و استاتیکی باد

-         بارهای دینامیکی باد

-         بارهای موج در مرتبه اول برخورد

-         بارهای موجی که به آهستگی در حال تغییر است

بار استاتیکی باد مرکب است از نیروهای بالا برنده و مقاوم در برابر حرکت آب و عامل لنگر و واژگونی روی مقطع عرضی، بار دینامیکی باد، جزئی از مولفه تغییر این نیروها و لنگرها می باشد.

بارهای جانبی موج یکنواخت از نتایج انعکاس موج هستند. مولفه دینامیکی فعالیت موج مرکب است از مرتبه اول بارهای موج، سپس بارهای موجی که به آهستگی درحال تغییر هستند. درمرحله دوم تاثیرات امواج قرار دارند که این امر نتیجه تلفیق امواج با فرکانس نزدیک می باشد. بارهای موجی که به آهستگی درحال تغییر هستند در فرکانس هایی که به اندازه کافی پائین هستند اتفاق می افتد تا اینکه نزدیک فرکانس طبیعی سازه شوند.

2-بارهای مرده :

2- بارهای مرده: شامل وزن بدنه اصلی اسکله و کلیه تاسیسات و تجهیزات ثابت روی آن

3- بارهای زنده: شامل وزن کلیه ماشین آلات متحرک بر اسکله، کالاها و افراد

4- بارهای محیطی: که خود به چند شکل می تواند بر اسکله اثر کند. مهمترین آنها باد، جریان و موج می باشند که نیروهای حاصل از باد و جریان غالباً‌ بصورت نیروهای وارده از کشتی بر بولاردهای اسکله در نظر گرفته می شود. حساسیت اسکله های شناور نسبت به موج ایجاب می کند که غالباً‌ آنها را در حوضچه های  حفاظت شده احداث نمایند.

5- نیروهای مهاری: این نیروها توسط خطوط مهار کشتی به پایه های ثابت روی اسکله (بولاردها) وارد می شوند و مقادیر آنها تابع وزن کشتی، باد و جریان است. در این تحقیق از جداول نیروی بولارد برای کشتی های با تناژ مختلف از مراجع ژاپنی استفاده شده است.

6- نیروهای حاصل از ضربه کشتی در پهلوگیری: این نیروها در هنگام پهلوگیری کشتی به فندرها وارد می شوند

انتخاب یک سیستم شناور به منظور مدل سازی

جنس اسکله از فولاد انتخاب می شود که این بدلیل سهولت ساخت و اجرای آن نسبت به انواع بتنی یا لاستیکی است. اجزاء تشکیل دهنده بدنه اصلی بدلیل ساخت آسانتر و پایداری بهتر، از پانتونهای ساده انتخاب می شوند. ارزیابی مدلهای مختلف بهم بستن این قطعات شناور بهم نشان می دهد که سری پانتونهای بزرگ بهم مفصل شده با توجه به اینکه بدنه اصلی خود شامل عرضه نیز است از نظر اقتصادی و هزینه ساخت بهینه تر می باشند. از سویی در مواقع آسیب دیدگی نیز، تعویض قطعه معیوب به راحتی صورت گرفته و اسکله را از سرویس دهی مختل نمی‌کند. سیستم مهاربندی انتخاب شده، مدل دولفین های مهاری می باشد. اسکله به کمک شمعهایی که در یک طرف پانتون یا در چهارگوشه آن نصب می شوند مهار می گردد. این روش مهاربندی بدلیل عدم نیاز به تکنولوژی پیچیده و مصالح قابل دسترس در ایران کاربرد بیشتری دارد و معمولاً‌ شمع کوبی در یک طرف پانتونها هم از نظر سهولت اجرایی و هم سهولت تعمیرات در مواقع آسیب دیدگی بر شمع کوبی در چهار گوشه ترجیح داده می‌شود. در یان روش معمولاً پانتونها توسط اتصالات طوقه ای شکل به شمع ها وصل می گردند.

تیپ بندی اسکله های شناور

با توجه به اینکه اسکله های شناور برای طیف وسیعی از شناورها کاربرده دارند، سه تیپ خاص از آنها به منظور ارزیابی رفتار انتخاب شده و بارگذاری لازم نیز برهمین اساس صورت گرفته است.

اسکله مسافری

برای سرویس دهی به کشتی های با حداکثر تناژ 500 تن با عرض پیشنهادی 3،4،5 متر بدون عبور ماشین آلات بر عرشه آن.

اسکله باربری سبک

برای سرویس دهی کشتی های با حداکثر تناژ 500 تن با عرض پیشنهادی 5،6،7 متر که اجازه عبور وانت بر آن داده می شود.

اسکله باربری نیمه سنگین

برای سرویس دهی به کشتی های با حداکثر تناژ 15000 تن با عرض پیشنهادی 6،7،8 متر که مجهز به یک جرثقیل متحرک 5 تن بوده و اجازه عبور کامیون 10 تن بر آن داده می شود.

بارهای تعریف شده:

براساس مطالب گفته شده نیروی بلارد و ضربه پهلو گیری بدست می آیند. بارهای مرده برابر 500 کیلوگرم بر متر مربع و بارهای زنده بسته به نوع اسکله به ترتیب 150، 500،1000 کیلوگرم بر متر مربع در نظر گرفته شده است. اثرات جریان و باد نیز در نیروی بولارد لحاظ شده است.

انتخاب مدول های مناسب

با توجه به ملاحظات اجرایی در ساخت پانتونها از ورق های فولادی، طول پانتونها مضارب 3 در نظر گرفته شده و بطول های 9،12،15،18،21،24،27،30،45،60 متری در نظر گرفته شده است. بدین ترتیب با فرض نیاز به حداقل 3 پانتون به منظور رفتار سنجی، طول اسکله براساس طویل‌ترین پانتون بکار رفته حدود 180 متر خواهد بود.

جانمایی شمع های مهاری:

در این تحقیق ظرفیت باربری شمعها و بررسی نیاز به استفاده از شمع یا گروه شمع در رفتار سنجی نقشی نداشته و فقط محل قرارگیری آنها در هرپانتون مهم می باشد. برای این منظور کافیست هر پانتون را بصورت یک تیر با حداقل دو تکیه گاه غلطکی فاصله دار از دو سر آزاد (Overhang) فرض کنیم که فاصله ی دو تکیه گاه ابتدا و انتهایی براساس ماکزیمم لنگر قابل تحمل بدنه پانتون ها که قبلاً از ساختار سازه ای آنها و نیروی عرضی وارده بر فندرها تعیین می گردند، بدست می آید و در هیچ حال با توجه به ملاحظات اجرایی از 5/1 متر کمتر فرض نمی گردد. سپس تیر تحت بارهای عرضی وارده تحلیل می گردد و لنگر ماکزیمم درون دهانه آن بدست می آید که در صورت بزرگتر بودن از لنگر قابل تحمل لازم است تعداد شمع ها بصورت متقارن اضافه گردد. بعنوان مثال در اسکله تیپ اول برای عرض 3 متر و پانتونهای 21 متری، دو تکیه گاه با فاصله 5/3 متر از سر آزاد (14متر فاصله خالص بین دو شمع ) لازم خواهد شد.

اتصالات

اتصالات بین پانتونها در مدل مورد بحث این تحقیق غالباً به دو شکل می باشند. کلید برشی بصورت کام و زبانه ی استوانه ای که عملاً‌ امکان تغییر مکان را به صورت لولایی امکان پذیر می سازد و در دو محور عرضی و ارتفاعی جابجایی ندارد و دیگری مفصل ارتباطی که دو پانتون توسط رابط های مفصلی که از نظر اجرایی در نصب و تعمیر مناسب تراند به هم متصل می شوند. در هر دو مدل حداقل یک فاصله ی Cm30 بین دو پانتون ایجاد می شود که توسط ورقهای فولادی برای سهولت در تردد پوشیده خواهند شد.

مدل سازی کامپیوتری اسکله و بارهای وارد بر آن:

هدف از این تحقیق بررسی تغییر مکان های پانتون ها تحت اثر بارگذاری های تعریف شده به منظور دستیابی به ابعاد اولیه مناسب برای آنها می باشد. بدین ترتیب مدل کامپیوتری مورد نیاز بایستی پانتون ها را بشکل یک جسم صلب شناور مهار شده از یک طرف نشان دهد که تحت اثر بارهای وارده جابجا می شوند. بنابراین در بحث مدولاسیون ابعاد نیازی به نیروهای درونی سازه و همچنین نیروی درون شمع ها نیست.

در این مدل سازی پانتونها بصورت قاب های صفحه ای مشبکی با طول المان 1 متری مدل شده اند که توسط دو دسته المان اتصالی (بصورت مفصل) بهم متصل شده اند. آب بصورت فنر در زیر گره های قاب های مورد نظر مدل شده است و سختی آن وابسته به وزن مخصوص آب و سطح باریر فنر می‌باشد.

با توجه به عدم نیاز به نیروهای درون شمع ها در رفتار سنجی، این اعضاء در مدل آورده نشده و اثر آنها فقط در قالب اتصالات شمع به اسکله بصورت المانهای سه گانه ای مدل شده است که قابلیت حرکت تحت نوسانات قائم فرضی روی آب را داشته و ضمناً‌ نیروهای عرضی و طولی وارده به اسکله را تحمل می‌نمایند.

بارهای مرده در قالب وزن المان های قاب، بارهای زنده بصورت بارگسترده بر المانها و سایر بارها شامل نیروی بولارد، نیروی وارده به فندر، وانت، کامیون و جرثقیل بصورت نیرو یا گشتاورهای متمرکز بر اسکله وارد شده اند.

تحلیل و نتایج حاصل از آن

با توجه به مدل ساده انتخاب شده برای تحلیل از نرم افزار SAP2000 استفاده شده است. برای این کار زنجیره پانتونهای مدل شده تحت بارگذاریهای مختلف مورد آنالیز قرار گرفته است تا رفتار این زنجیره در برابر هر بار مشخص شود.

پارامترهای مورد سنجش در این آنالیز، حداکثر فرورفت اسکله در آب، حداکثر شیب طولی و عرضی و همچنین تماس کف پانتون با آب می باشد. حداکثر فرورفت مجاز برای اسکله های تیپ اول 50 سانتیمتر و برای تیپ دوم و سوم حداکثر فرو رفت نسبی در اعمال بارهای مختلف ثقلی 50 سانتیمتر در نظر گرفته شده است. شیب حداکثر مجاز در تیپ های اول تا سوم با توجه به محدوده های مجاز ارائه شده در مراجع بسته به نوع کاربری اسکله ها به ترتیب 5%،6%،7% در نظر گرفته شده است. ضمناً‌ پانتون هایی که تحت هر بارگذاری از آب جدا شده باشند مردود تلقی شده اند.

بدین ترتیب ترکیبات بحرانی بارگذاری تعیین شده و تحلیل نهایی زنجیره پانتونها تحت این بارها صورت گرفته است. با استفاده از نتایج حدود 1200 اجرای آزمایشی و نهایی برنامه بر تیپ های مختلف اسکله با عرض ها و بارهای تعریف شده، طول پیشنهادی مناسبی برای پانتونهای هر تیپ اسکله تعیین شده است. جدول (1) نتایج نهایی مربوط به یک تحلیل را برای اسکله تیپ سوم با عرض 7 متر نشان می دهد.

جدول 1:نتایج بارگذاری ترکیبی بر پانتون تیپ سوم با عرض 7 متر

ارتفاع مناسب پانتونها نیز از بررسی پایداری یک جسم مکعب مستطیل شکل شناور و بدست آوردن حداقل نسبت عرض به ارتفاع لازم برای پایداری بدست آمده است

در نهایت با لحاظ کردن یک ارتفاع آزاد اندازه آن افزوده شده است. جدول زیر نتایج کلیه ی تحلیل ها را برای هر سه تیپ اسکله بصورت ابعاد پیشنهادی به منظور استفاده درطراحی مقدماتی نشان می دهد:

جدول 2:ابعاد پیشنهادی پانتونها در تیپ های مختلف اسکله های شناور

کاربرد بتن توانمند در اسکله های شناور بتنی

بتن یک ماده ایده آل برای ساخت انواع سازه های دریایی می باشد و این بدلیل خصوصیات مناسبی است که از لحاظ دوام و استحکام دارا می باشد. عضو بتنی مسلح و یا پیش تنیده را می توان به نحوی طراحی نمود که ضمن داشتن مقاومت لازم در برابر نیروهای وارده، شامل نیروهای استاتیکی و دینامیکی، دارای پایایی و دوام رضایت بخش نیز باشد. براساس تعریف، بتنی که برخی از خصوصیات آن نسبت به بتن معمولی بهبود یافته باشد رابتن توانمند می نامند. در سازه های دریایی بدلیل وجود نیروهای قابل توجه هیدرودینامیکی ناشی از جریان و موج آب و همچنین بالا بودن شدت خوردگی خصوصیاتی همچون مقاومت بالای فشاری، استحکام مناسب، دوام و مقاومت بالا در برابر خوردگی از اهمیت بسزایی برخوردار می گردد که کاربرد مفید بتنهای توانمند را بدیهی می سازد. در این مقاله معیارهای طراحی اسکله های شناور بتنی به همراه دلایل و کاربرد بتنهای توانمند در ساخت آنها ارائه شده است.

شرایط محیطی

در محیطهای دریایی بدلیل شرایط و ویژگیهای خاص آن باید بتن دارای خصوصیات برجسته ای از نظر نفوذپذیری باشد.

در یک اسکله شناور بتنی، بخشی از سازه که در آب دریا قرار دارد فشار هیدرواستاتیک آب را بطور دائم بر خود حس می کند. این مسئله نه تنها به معنای نوعی نیروی وارده می باشد بلکه بدین معناست که آن وجهی که در آب قرار دارد همواره خیس و مرطوب می باشد که به همین علت آب بطور تدریجی بین ترکهای موئین موجود در حد فاصل مصالح نفوذ کرده و به سمت وجه داخلی عضو حرکت می کند. اگر سطح داخلی عضو تحت فشار اتمسفریک باشد آنگاه یک نفوذ دائمی و تدریجی وجود خواهد داشت که با جذب تدریجی آب به چگالی وزنی بتن افزوده می گردد. افزایش چگالی وزنی به معنای افزایش وزن سازه شناور است که اگر در محاسبات منظور نشده باشد عملکرد سازه را دچار مخاطره خواهد نمود. با توجه به این مطلب کاهش قابل توجه نفوذپذیری بتن سبب خواهد گردید که به نحوی عملکرد مناسب سازه شناور بتنی تضمین گردد.

از نقطه نظر خوردگی، حضور یون کلراید در آب دریا یک سازه بتنی مخاطره آمیز می باشد. در حالت عادی در فرآیندهای شیمیایی اولیه سیمان در مخلوط بتن، مخلوط بتن، یک لایه محافظ بر روی آرماتورها تشکیل می گردد که آنها را می تواند بخوبی در برابر خوردگی محافظت کند. نفوذ یون کلراید در بتن سبب حل شدن این لایه محافظ و فراهم شدن شرایط مناسب برای خوردگی آرماتور می گردد. بنابراین افزایش مقاومت بتن در برابر نفوذپذیری یون کلراید می تواند بطور قابل توجهی جلوی خوردگی آرماتور را بگیرد.

هنگامی که آب دریا از یک سطح عضو بتنی نفوذ و از سطح دیگر تبخیر می گردد. قطعات نمک در خلل و فرج بتن رسوب می کند که همراه با حضور آرماتور سبب ایجاد واکنشی همانند واکنش شیمیایی در یک باتری شده و خوردگی الکترولیت را بوجود می آورد. از این جهت نیز کاهش قابل توجه نفوذپذیری بتن از اهمیت خاصی برخوردار می گردد.

در ناحیه پاشش آب (Spalsh Zone) بدلیل حضور آب شور دریا و همچنین اکسیژن و کربن موجود در هوا مسئله خوردگی بدلیل تناوب تر و خشک شدن سازه بتنی به شدت افزایش می یابد و بدیهی است بتنی که در این محیط قرار می‌گیرد بهتر است تا حد امکان نفوذناپذیر باشد.

نیروهای دینامیکی و هیدرودینامیکی اسکله ها همواره در معرض خطر برخورد با شناورها می باشند. انرژی جذب شده ناشی از ضربه شناورها تنشهای بزرگی را در سازه بوجود می آورد که بالا بودن مقاومت فشاری بتن نیاز به ضخیم تر کردن عضو و در نتیجه سنگین شدن آن را منتفی می سازد.

سرعت جریانهای آب معمولاً‌ در محدوده 25/0 الی 5/1 متر بر ثانیه می باشد( بجز در کانالها و مجراها) که سبب تشدید بارگذاری بر روی سازه و مطرح شدن مباحث پایداری و شناوری می گردد. موج آب نیز سبب اعمال بارهای دینامیکی و متناوب قابل توجهی بر روی یک سازه شناور می گردد. استفاده از بتن توانمند با مقاومت بالا سبب می گردد که سازه ای ظریفتر، سبک تر و در نتیجه اقتصادی تر را بتوان طراحی نمود و بکار برد.

افزایش دوام و حفاظت در برابر خوردگی

مهمترین موضوع نگران کننده برای یک اسکله شناور بتنی خوردگی می باشد که مکانیزم های آن تا حدودی توضیح داده شد. با روشهای زیر می توان مسئله خوردگی را بطور رضایت بخشی حذف و یا کنترل نمود.

بتن متراکم نفوذ ناپذیر: با کاهش نسبت آب به سیمان (تا محدوده )ضمن حفظ کارآیی مناسب ( با استفاده از فوق روان کننده) و عمل آوری مناسب و پالیش سطح نهایی می توان به یک بتن متراکم با نفوذپذیری بسیار کم رسید. با استفاده از پوزولانهای طبیعی همچون خاکستر بادی و میکروسیلیس می توان نفوذپذیری بتن را تا مرتبه  کاهش داد. ذرات میکروسیلیس با قطری برابر با 1/0 میکرون ضمن پر نمودن حفره های خالی موجود در بتن، با شرکت در واکنش هیدراسیون بتن سبب تشکیل بلورهای نفوذناپذیر سیلیکات کلسیم شده و نفوذ پذیری را کاهش می دهند.

به منظور حصول بتنی با کیفیت بالا لازم است که مصالح بدون ذرات نمک باشند و مصالح مصرفی (شن و ماسه ) با آب شیرین شستشو و سپس در اختلاط بتن بکار روند. انتخاب دقیق مصالح بر اساس (ASTMC33)، غیرفعال و درصد کلراید قابل حل مصالح کمتر از 04/0 وزنی توصیه می شود.

استفاده از آب تازه با درصد کلراید کمتر از pmm 600 و درصد سولفات کمتر از pmm 1000 ضروری است. انتخاب سیمان مناسب برای دستیابی به بتن مقاوم در برابر خوردگی از اهمیت بسزایی برخوردار است. مقدار کم تری کلسیم آلومینات (C3A) سبب کاهش تراکم و محدودیت کمتر یونهای کلر و بالا رفتن احتمال خوردگی آرماتورها می گردد. سیمان ضد سولفات نوع 5 دارای کمتر از 3 درصد (C3A) می باشد که جهت کاربرد در یک سازه بتنی دریایی مناسب نیست و استفاده از سیمان نوع 2 با درصد (C3A) می باشد که جهت کاربرد در یک سازه بتنی دریایی مناسب نیست و استفاده از سیمان نوع 2 با درصد (C3A) بین 6 الی 10 درصد مطلوب می باشد.

روش اجرای مناسب در اجرای مناب ساخت اسکله شناور شامل بتن ریزی، تحکیم و عمل آوری بتن مطابق با توصیه های ACI و ASTM به منظور به حداقل رساندن حجم حفرات بسیار ضروری می باشد. همچنین با استفاده از مواد رزینی (پوششهای اپوکسی) می توان سطح آرماتورها و بتن را در برابر خوردگی و نفوذپذیری تقویت نمود.

افزایش مقاومت فشاری بتن

بتن های دارای مقاومت فشاری بالا (HSC) نیز بتنهای توانمند می باشند. همانگونه که قبلاً‌ اشاره شده کاربرد بتن با مقاومت بالا در اسکله ها یشناور بتنی بدلیل وجود نیروهای قابل توجه هیدرودینامیکی بسیار سودمند می باشد. استفاده از اینگونه بتن ها سبب می گردد که بتوان اسکله ای به مقاومت کافی در برابر وارده را با ابعادهای کوچکتر و سبکتر ساخت که توجیه گر جنبه های اقتصادی ساخت اسکله های شناور بتنی خواهد بود. به منظور حصول به بتنی با مقاومت بالا روشهای متعددی امروزه تجربه شده است که متداولترین آن استفاده از مواد پوزولانی طبیعی همچون خاکستر بادی و میکروسیلیس می‌باشد. با استفاده از میکروسیلیس ( به میزان 5 الی 10 درصد وزنی سیمان) و کاهش نسبت آب به سیمان ( به میزان ) و استفاده از مواد افزودنی کاهنده آب و فوق روان کننده ها می توان با یک دانه بندی مناسب میزان مقاومت بتن را حداقل 5/1 برابر افزایش داد. براساس یک طراحی اولیه انجام شده استفاده از بتن با مقاومت بتن را حداقل 5/1 برابر افزایش داد. براساس یک طراحی اولیه انجام شده استفاده از بتن با مقاومت بالا صرفه جویی به میزان 23 درصد در حجم بتن مصرفی در ساخت یک اسکله شناور بتنی را سبب شده است.

نمونه یک قطعه شناور طراحی شده جهت استفاده بعنوان پل شناور و یا اسکله شناور:

مقطع قطعه شناور( پل ویا اسکله ) بصورت مستطیلی و به شکل سلولی ساخته می شود و مشابه پلهای قوطی شکل است. قسمتهای داخلی قطعات شناور بوسیله دیواره های ضدآب تقسیم بندی شده تا نه تنها در استحکام سازه موثر باشد و بار ناشی از امواج و طوفانهای دریایی را تحمل نماید بلکه از نفوذ آب در قسمتهای مختلف جلوگیری نماید.

قطعه شناوری دارای عرض 1/17 متر با سه خط حرکتی که عرض هر کدام 66/3 متر و با دو شانه کناری که هر دام 05/3 متر می باشد. طول قطعه شناور 110 متر و عرض کل معادل 3/18 متر می باشد. ارتفاع قطعه شناور 1/5 متر و آبخور آن 3 متر است.

در ساخت اینگونه شناورها برای اطمینان از اینکه آب به داخل قطعات شناور نفوذ نکند از فوم سیلیکا استفاده می شود. از ویژگی های ضروری بتن مورد استفاده در ساخت این شناورها، کیفیت خوب، نفوذ ناپذیری و مقاومت بالا در برابر سائیدگی می باشد.

دیواره های اصلی قطعات شناور باید بتوانند تحمل نیروی ناشی از برخورد و تصادم قایقها و همچنین برخورد سیلاب و طوفانهای شدید را داشته باشد. در واقع دیوار ضد آب داخلی، دیواره هیا اصلی را در این وظیفه کمک می نماید.

همانگونه که ذکر شد هر یک از قطعات شنارو بوسیله دیواره های ضد آب به قسمتهای کوچکتری تقسیم شده اند تا ضمن اینکه به استحکام سازه کمک می‌کنند مانع نفوذ ناگهانی آب به داخل قطعات شناور و گسترش آن باشند.

در داخل قطعات شناور که بعنوان اسکله شناور و یا پل شناور بکار برده می‌شوند، احساس گرهایی در دیواره ها نصب می شود تا در مقابل اثرات نفوذ آب به داخل آنها بطور خودکار به صدا درآمده و نیروهای ویژه وارد عمل شوند و خطرات احتمالی را برطرف سازند. در داخل قطعات شناور یک سیستم لوله کشی قرار داده می شود که در صورت نیاز، آب داخل قسمت های پرشده را به بیرون پمپاژ نماید.

با اندیشیدن تمهیدات فوق از ایجاد هرگونه خطر احتمالی جلوگیری می شود ضمن اینکه بوسیله دیواره های آب بند و تقسیم شبکه سلولی و ایجاد دریچه های تخلیه آب سطحی و دریچه های تخلیه آب درون قطعات، در صورت بروز هر حادثه ای اعم از تخریب جزئی و یا کلی، قسمتهای دیگر شناور ایمن بوده و کارایی خود را از دست نمی دهند.

تامین ایمنی ناشی از نوسانات امواج و باد:

همانطور که قبلاً‌ ذکر شد در اسکله شناور که جهت بارگیری و تخلیه و یا تردد وسایل نقلیه استفاده می شود برای بالابردن کارایی اسکله باید حرکت و میل به جابه جایی قطعه شناور را به حداقل رساند تا ایمنی کافی بر روی اسکله، در زمان ایجاد امواج و طوفانهای شدید برقرار باشد. لذا در این راستا باید تمهیداتی اندیشید.

اگر قطعه شناور بخواهد بعنوان پل شناور و یا اسکله شناور دور از ساحل اجرا شود هریک از قطعات شناور می تواند بوسیله کابلهای مهار که به کف متصل می شوند مهار شود. جنس کابلها الزاماً‌ گالوانیزه بوده و نوع آن براساس استانداردهای جهانی و برطبق حداقل تنش مجاز مورد نیاز تعیین می‌گردد.

در صورتیکه اسکله شناور در نزدیکی ساحل اجرا می شود می تواند به واسطه یک، دو و یا چند پل شناور دیگر به ساحل متصل ومهار شود. اتصالات می توانند گیردار و یا مفصلی باشند که این بستگی به نحوه طراحی دارد ضمن اینکه مسئله جزر و مد بسیار حائز اهمیت است چرا که پلهای اتصال به ساحل به صورت رمپ اجرا می شوند وقابل نوسان به سمت بالا و پایین در ناحیه انتقال به اسکله می‌باشند.

نحوه ارتباط اسکله با ساحل، طول اتصال و نوع سازه مرتبط بستگی به شرایط و ویژگی های طرح و منطقه و نوع کاربری پل و اسکله دارد. پلی که بعنوان رابط بین ساحل و اسکله عمل می کند ممکن است شناور باشد و یا نباشد. در صورتیکه از پل شناور جهت ارتباط استفاده شود، پل شناور می تواند توسط کابل و لنگر و یا شمع کوبی در طرفین مهار گردد.

البته برای حالتیکه اسکله نزدیک به ساحل کاست نیز در اکثر مواقع نیزا به مهار توسط کابل و لنگر می باشد. برای مهار قطعات شناور در جهت های طولی و عرضی از دو نوع لنگر می توان استفاده کرد.

لنگر نوع A در آبهای عمیق با بسترهای سست بکاربرده می شود. این نوع لنگرهای از بتن مسلح ساخته می شوند و بوسیله جت آب در بستر قرار داده می‌شوند بدین ترتیب که جت آب، گل و لای و لجن سست را شکافته و لنگر را در داخل آن فرو می برد تا غرق شود. ظرفیت لنگرها بستگی به مقاومت و جنس بستر و فشار گل و لجن بستر دارد.

لنگر نوع D در آبهای عمیق و بسترهای خیلی سخت و دارای استحکام زیاد بکار برده می شود. این لنگر که از سنگین ترین انواع لنگرهاست از جنسبتن ساخته می شود و به شکل تخته سنگ ساخته شده و لایه لایه روی هم قرار می گیرند. وزن هر یک از این لنگرها بسته به ابعاد و مشخصات قطعه شناور و منطقه آبی قابل محاسبه است.

خلاصه:

اسکله های تاسیساتی هستند که به منظور پهلوگیری کشتی جهت انجام بارگیری یا تخلیه کالاها و یا به منظور سوار و پیاده نمودن مسافرین مورد استفاده قرار می گیرند. در صورتی که محل مورد نظر جهت استقرار اسکله دارای عوق زیاد و یا خاک بستر سست باشد و اجرای ستون یا پایه از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نباشد، اسکله شناور توصیه می شود. که براساس تئوری تیر بر روی بستر ارتجاعی مورد تحلیل قرار می گیرد.

طراحی و اندرکنش سازه، موج و باد مسئله بسیار پیچیده ای است چرا که خاصیت تصادفی دارند ولی در هر حال برای طراحی دقیق نیاز است که آنالیز دینامیکی اسکله تحت اثر نیروی باد و موج انجام شود. آنالیز دینامیکی اسکله شناور براساس تئوری نواری موج صورت می گیرد. با استفاده از تئوری نوتری موج می توان اثر موج بر سازه را در دامنه فرکانسی تحلیل نمود. ماکزیمم پاسخ ( خمش، برش، پیچش و تغییر مکان ) را می توان تهیه کرد و از حل آن طیف پاسخ حرکت اسکله را تعیین نمود. در یان مجال نمونه یک قطعه شناور با مقطع عرضی به شرح ذیل ارائه می شود:

مقطع اسکله بصورت مستطیلی و به شکل سلولس ساخته می شود و قسمتهای داخلی قطعه شناور بوسیله دیواره های ضد آب تقسیم بندی شده تا نه تنها در استحکام سازه موثر باشد و بار ناشی از امواج و طوفانهای دریایی را تحمل نماید بلکه از نفوذ آب در قسمتهای مختلف جلوگیری نماید. برای اطمینان از عدم نفوذ آب، در داخل قطعات شناور، احساس گرهایی در دیواره ها نصب می شود تا در مقابل اثرات احتمالی نفوذ آب به داخل آنها، بطور خودکار به صدا درآمده تا نیروهای متخصص وارد عمل شوند. ضمناً‌ در داخل قطعه شناور (اسکله یا پل) یکی سیستم لوله کشی قرار داده می شود که در صورت نیاز، آب داخل قسمتهای پرشده را به بیرون پمپاژ نماید.

جهت ایمنی و کارایی خوب و بالای اسکله در اثر امواج و طوفانهای شدید از سیستم کابل مهار و لنگر استفاده می شود که دو نوع لنگر یکی برای بسترهای سست و لجنی و دیگری برای بسترهای دارای استحکام زیاد توصیه شده است تا اسکله را در جهت ‌های مختلف مهار نمایند.

دستورالعمل طراحی لرزهای اسکله ها برای ایران

اسکله های و سازه های ساحلی بخش مهمی از شبکه های حیاتی را تشکیل می‌دهند که تاثیر بسزایی در ادامه حیات اقتصادی کشورها دارند. کمترین میزان خارج شدن حتی بخشی از این امکانات زیربنایی از سرویس دهی می تواند تاثیر جدی بر حمل و نقل مسافری و باری داشته باشد. گاهی اوقات بنادر و اسکله ها بعنوان گلوگاه حیاتی- اقتصادی کشور عمل می کنند. در کشور ما ایران با توسعه مناسب اقتصادی کنونی گسترش بنادر و احداث اسکله ها و سازه های ساحلی در سال های اخیر شتاب قابل توجهی گرفته است. این امر در سواحل جنوبی و شمالی کشور چه با اهداف پایانه‌های بار و مسافر و چه بصورت بخشی از تاسیسات زیربنایی صنایع نفت و گاز در حال انجام می باشد. با توجه به لرزه خیزی بالای کشورمان و بخصوص امکان وقوع زلزله های مخرب هم در مناطق شمالی و هم در مناطق جنوبی و همچنین آسیب پذیر بودن سازه های ساحلی و اسکله های در برابر زلزله های اخیر در سراسر جهان، ضرورت طراحی مناسب لرزه ای سازه های مذکور بیش از پیش عیان گردیده است.

با توجه به اهمیت موضوع برای کشورمان ایران تهیه دستورالعمل مناسب و مدرنی برای طراحی لرزه ای اسکله ها در دستور کار گروه مجری قرار گرفته است. این دستورالعمل عمدتاً‌ براساس تلفیق دستورالعمل ها و استانداردهای موجود و افزودن تجارب مهندسی و تحقیقاتی موجود در کشور تهیه گردیده است. این مهم با بررسی مهمترین و به روز ترین دستورالعمل ها و استانداردهای موجود انجام شده است.

-         با توجه به بررسی دستورالعمل طراحی لرزه ای موجود و مقایسه بین این دستورالعمل ها و نیز با توجه به اینکه روش طراحی بر مبنای عملکرد در جدیدترین دستورالعمل های طراحی لرزه ای موجود مورد استفاده قرار گرفته است، دستورالعمل تهیه شده نیز این فلسفه طراحی را به عنوان مبنای اصلی در نظر گرفته است. دستورالعمل حاضر بمنظور فراهم آوردن چارچوبی برای یکسان سازی طراحی های و ایجاد کیفیتی یکنواخت در طراحی لرزه ای اسکله ها با هدف کاهش ریسک خرابی این سازه ها و به منظور کاهش خسارات انسانی و اقتصادی ناشی از زلزله تهیه گردیده است. این دستورالعمل براساس اطلاعات جمع آوری شده و مبتنی بر عملکرد مشاهده شده بنادر و سازه های ساحلی در زلزله های مختلف گذشته، دانش فعلی مهندسی و نیز نتایج تحقیقات مربوط تهیه شده است. باید توجه داشت که دانش فعلی و کاربردهای آن بطور پیوسته در حال تغییر و تکامل هستند. این تکامل عموماً‌ به عنوان توسعه سریع در بخش تحقیقات صورت می گیرد. بدین جهت دستورالعمل حاضر را بایستی بعنوان اولین مدرک به زبان فارسی تلقی کرد که نیازمند تغییرات و بازنگری های آتی جهت رفع اشکالات احتمالی و نیز انطباق با پیشرفت های جدید می باشد.

مبانی دستورالعمل (فلسفه طراحی بر مبنای عملکرد لرزه ای)

در فصل اول این دستورالعمل مبانی اصلی و فلسفه طراحی بر مبنای عملکرد لرزه ای که استخوان بندی اصلی این دستورالعمل را تشکیل می دهد ارائه گردیده است. در آیین نامه های ساختمانی موجود، طراحی لرزه ای بر مبنای ظرفیت سازه برای تحمل بارهای زلزله ی طرح می باشند ولی اطلاعاتی درباره ی عملکرد سازه موقع گذر از حالت حدی تعادل نیروها نمی دهند. اگر بخواهیم به حالت حدی تعادل نیروها برورش طراحی های متعارف نرسیم، در اینصورت هزینه ی ساخت و مقاوم سازی برای زلزله های نسبتاً شدید و نادر بسیار زیاد خواهد شد و اگر تعادل نیروها در طراحی، براساس زلزله های ضعیف تر ارضا شود، رفتار لرزه ای سازه در زلزله های قویتر از زلزله ی طرح براحتی قابل تضمین نخواهد بود. در طراحی بر مبنای عملکرد، ترازهای مناسبی برای زلزله های طرح باید مشخص شده و برای هر یک مقدار خرابی مجاز بطور مشخص تعیین شود. دو تراز لرزه ای عموماً بعنوان زلزله های طرح مرجع استفاده می شوند که عبارتند از:

زلزله ی سطح 1 (L1): زلزله هایی که وقوع آنها در طول عمر سازه محتملتر است. در دستورالعمل مورد بحث این زلزله با احتمال وقوع 50% در طول عمر سازه مورد طرح تعریف شده است.

زلزله ی سطح 2 (L2): زلزله هایی که احتمال وقوع آنها در طول عمر مفید سازه کمتر است و عموماً زلزله هایی قوی هستند. در دستورالعمل مورد بحث این زلزله با احتمال وقوع 10% در طول عمر سازه مورد طرح تعریف شده است.

درخصوص طراحی اسکله هایی که جهت بارگیری و حمل مواد قابل نشت شیمیایی بسیار خطرناکی هستند زلزله سطح 3 (L3) با توافق کارفرما قابل تعریف می باشد. زلزله سطح 3 زلزله هایی را شامل می شود که احتمال وقوع آنها در طول عمر مفید سازه بسیار کم بوده و زلزله های بسیار قوی هستند. در دستورالعمل مورد بحث این زلزله با احتمال وقوع %5 در طول عمر سازه مورد طرح تعریف شده است.

مقدار خرابی مجاز بر مبنای نیازهای مالکین و استفاده کنندگان از ساکنین سازه ها تعیین می شود و ممکن است براساس مقادیر مجاز خرابی سازه ای و خرابی سرویس‌دهی نشان داده شده در جدول 1، مشخص شود.

جدول 1: سطوح خرابی مجاز در طراحی بر مبنای عملکرد

علاوه بر وظیفه ی اصلی سرویس دهی به حمل و نقل دریایی، سازه های ساحلی کاربردهای دیگری چون حفظ جان و مال انسانها، حمل و نقل اورژانسی و جلوگیری از نشت مواد خطرناک را نیز دارند. در صورت امکان تاثیر بر روی این موارد نیز باید در تعیین تراز خرابی مجاز، علاوه بر جدول 1، در نظر گرفته شوند. بعد از تعیین ترازهای زلزله ی طرح و مقادیر مجاز خرابیها، عملکرد لازم برای یک سازه را می‌توان با سطوح عملکرد S1، S2،A، B یا C که در جدول 2 مشخص شده اند، تعیین کرد. در طراحی بر مبنای عملکرد، سازه اسکله طوری طراحی شود که این ترازهای عملکرد را ارضاء کند.

گامهای اصلی در طراحی بر مبنای عملکرد بصورت زیر هستند:

1-   انتخاب یکی از سطوح عملکرد S1، S2،A، B یا C : این گام عموماً با مراجعه به جداول 1 و 2 و انتخاب مقدار خرابی متناسب با نیازهای مالکین و استفاده کنندگان انجام می شود. روش دیگر برای انتخاب سطح عملکرد، بر مبنای اهمیت سازه است. درجه ی اهمیت سازه ها در اکثر آیین نامه های لرزه ای و استانداردها بیان شده است. این روش در جدول 3 نشان داده شده است. در صورت نیاز، می توان سطح عملکردی غیر از سطوح S1، S2،A، B یا C را بمنظور تامین نیازهای ویژه ی مالکین تعیین و تعریف کرد.

2-    تعیین معیار خرابی: مشخص کردن تراز خرابی مجاز با پارامترهایی چون جابجایی، شرایط تنش حدی یا ضرایب شکل پذیری.

3-    ارزیابی عملکرد لرزه ای یک سازه: این ارزیابی عموماً با مقایسه ی نتایج تحلیل لزره ای با معیار خرابی صورت می گیرد. در صورتیکه نتایج تحلیل، معیار خرابی را تامین نکند، طرح مفروض یا سازه ی موجود باید اصلاح شود. اصلاح خاک مانند افزایش مقاومت روانگرایی ممکن است در این مرحله ضروری باشد.

جدول 2 – سطوح مختلف عملکرد با توجه به سطح زلزله طراحی C

جدول 3: سطح عملکرد بر مبنای مرتبه ی اهمیت سازه های ساحلی

انتخاب سطح خرابی مورد توافق بین عملکرد سازه ای و انتظارات سرویس دهی از ناحیه کارفرما به نوع سازه بستگی دارد. لکن بعد از این انتخاب. بایستی مقادیر مهندسی از قبیل جابجایی و تغییر شکل و ... برای ارضای سطح قابل قبول خرابی انتخاب شده، بدرستی ارائه گردد. میزان مقادیر مذکور به کیفیت ساخت و ساز و ملاحظات اقتصادی نیز می تواند بستگی داشته باشد.

در بخشهای بعدی این دستورالعمل روشهای مختلف تحلیل لرزه ای سازه های ساحلی در قالب سه گام مورد بررسی قرار گرفته است.

گام اول: تعیین زلزله بر روی سنگ بستر در محل مورد بررسی، انجام این مطالعات به کمک تحلیل خطر لرزه ای و بر اساس اطلاعات زمین شناسی، تکنوتیکی منطقه مورد بررسی و داده های موجود در مورد تاریخچه لرزه خیزی منطقه مورد نظر.

گام دوم: بررسی پاسخ دینامیکی خاک که در دو مرحله انجام می گیرد:

1-   بررسی و ارزیابی اثرات ساختگاهی محل برای تعیین زلزله طرح بر روی زمین (آبرفت) ساختگاه.

2-    بررسی مقاومت خاک محل در برابر روانگرایی (پتانسیل روانگرایی ) خصوصاً برای خاکهای ماسه ای نزدیک به سطح و همینطور بررسی گسیختگی محتمل در خاک در اثر زلزله.

گام سوم: تحلیل لرزه ای سازه های ساحلی پس از تعیین زلزله طرح و پارامترهای ژئوتکنیکی.

روشهای تحلیلی بر اساس سطح پیچیدگی و قابلیتها وتواناییهایشان به سه دسته روشهای ساده شده، روشهای دینامیکی ساده شده یا شبه دینامیکی و تحلیل دینامیکی دسته بندی می شوند. این روشها به تفضیل در فصول پنجم و ششم دستورالعمل تشریح شده اند.

در نهایت در این فصل کاربرد مدل های فیزیکی در مسائل طراحی لرزه ای و طراحی بر مبنای عملکرد مورد بررسی قرار می گیرد و انواع آزمایشهای مدل برای بررسی رفتار دینامیکی شامل آزمایش میز لرزه در محیط ng با دستگاه سانتریفیوژو آزمایش میزلرزه در محیط 1g مورد بررسی قرار می گیرد.

3-   معرفی انواع مختلف اسکله ها

در فصل دوم این دستورالعمل انواع مختلف اسکله ها و سازه ها و اجزای مربوط به آنها معرفی می گردند. موارد استفاده، مزایا و معایب آنها نیز تشریح شده اند که این امر می تواند طراح را در انتخاب نوع مناسب اسکله راهنمایی نماید. به طور کلی اسکله ها را به سه دسته عمده ی اسکله های سپری یا جدا کننده های صفحه ای، اسکله های دیوار وزنی و اسکله های شمع و عرضه می توان تقسیم کرد که دراین فصل انواع جزئی تر این اسکله ها نیز تشریح شده اند.

4-   تعیین زلزله طرح

در فصل سوم این دستورالعمل روش تعیین زلزله طرح بطور کلی و نیز برای سطوح پیشنهاد ارائه شده است. پارامترهای معمول جهت تعیین خصوصیات زلزله طرح عبارتند از : شتاب افقی ماکزیمم، سرعت افقی ماکزیمم، پریود غالب، مدت حرکت، طیف پاسخ و تاریخچه زمانی حرکت زمین.

خصوصیات زلزله طرح رد یک ساختگاه بخصوص تحت تاثیر موقعیت ساختگاه نسبت به منابع لرزه را، پتانسیل لرزه زایی، طبیعت گسیختگی منابع لرزه زا، اثرات محلی ساختگاه و اهمیت سازه یا تاسیساتی است که زلزله طرح برای آنها تعیین خواهد شد. معمولاً زلزله طرح به یکی از دو روش زیر تعیین می شود:

1-   تعیین پارامترهای زلزله طرح با استفاده از تحلیل های ویژه ساختگاه

2-   تعیین پارامترهای زلزله طرح با استفاده از توصیه ها و ضوابط آئین نامه های ساختمانی

این فصل شامی روشهای تعیین پارامترهای حرکت قوی زمین، عوامل موثر بر حرکت زمین، قدمهای اساسی تعیین زلزله طرح، تعیین طیفهای طراحی زلزله، تهیه تاریخچه های زمانی شتاب و روشهای متداول مقیاس کردن تاریخچه های زمانی انتخابی می‌باشد.

5-   ملاحظات ژئوتکنیکی

فصل چهارم از این دستور العمل به طراحی لرزه ای اسکله ها به مسائل ژئوتکنیکی با عناوین زیر می پردازد:

1-   شناسایی های ژئوتکنیکی لازم برای طراحی لرزه.

2-   ارزیابی پتانسیل روانگرایی.

ابتدا به کلیاتی در مورد پدیده روانگرایی و چگونگی وقوع آن در طبیعت پرداخته شده و پس از آن روشهای مختلف ارزیابی پتانسیل روانگرایی و بررسی اثر آن بر روی سازه های مجاور پرداخته شده است.

6-   روشهای تحلیل برای طراحی لرزه ای اسکله ها

در این فصل روشهای تحلیلی متنوعی که برای ارزیابی اثرات محلی ساختگاهی، پتانسیل روانگرایی و پاسخ لرزه ای سازه های ساحلی مورد استفاده قرار می گیرند ارائه گردیده است. این روشهای تحلیلی براساس درجه ی پیچیدگی و توان تحلیلی بصورت زیر طبقه بندی شده و ارائه گردیده اند:

1-   روشهای تحلیل شبه استاتیکی یا روشهای ساده شده تحلیل دیوارهای ساحلی که شامل اصول بارگذاری شبه استاتیکی دیوارهای ساحلی و دیوارهای وزنی، دیوارهای سپری و دیافراگمی، دیوارهای کیسونی، تعیین ضریب شتاب معادل زلزله، محاسبه فشار جانبی خاک در حالت فعال و غیر فعال به کمک تحلیل شبه استاتیکی، بررسی روشهای پایداری دیوارهای ساحلی به کمک تحلیل شبه استاتیکی، تحلیل شبه استاتیکی دیوارهای وزنی، بارگذاری دیوارهای وزنی، مودهای مختلف ناپایداری در دیوارهای وزنی و تحلیل شبه استاتیکی دیوارهای سپری یا دیوارهای دیافراگمی بتنی می باشد.

2-   تحلیل دینامیکی ساده شده: دراین بخش نیز اصول روشهای مبتنی بر تحلیل شبه دینامیکی برای دیوارهای وزنی و دیوارهای سپری یا دیوارهای دیافراگمی بتنی ارائه گردیده است.

3-   تحلیل دینامیکی: دراین بخش نیز اصول روشهای مختلف مبتنی بر تحلیل شامل روش خطی معادل و روش غیر خطی ارائه گردیده است. نرم افزارهای مناسب تحلیل دینامیکی نیز در این فصل معرفی شده اند.

7-   جنبه های مختلف طراحی لرزه ای اسکله های شمع و عرشه

با توجه به عملکرد متفاوت سازه های اسکله شمع و عرشه از نظر مکانیزمهای گسیختگی، رفتار لرزه ای و مقادیر حدی برای طراحی که معرف رفتار سازه ای است در مقایسه با اسکله های نگهبان خاک که عمدتاً وجه غالب رفتار آنها ژئوتکنیکی است، رد فصل ششم از این دستورالعمل به طور مستقل به بحث تحلیل لرزه ای این نوع اسکله ها پرداخته شده است. انواع مختلف تحلیل لرزه ای اسکله های شمع و عرشه از همان سه نوع تحلیل شبه استاتیکی، تحلیل شبه دینامیکی تبعیت می کنند، لیکن در جزئیات با روش های توضیح داده شده در فصل قبلی متفاوت اند. این تفاوت ها به قرار زیر است:

1-   روش شبه استاتیکی که شامل روش تک مود و روش طیفی می باشد. در روش تک مود معادل، روشهای تجربی که مبنای آنها  تاثیر نوع و تعداد لایه های خاک برمیزان نیروی جانبی وارده به شمع و تغییر مکان جانبی ناشی از آن می باشد ارائه گردیده است. در روش طیفی پاسخ دینامیکی سیستم یک درجه آزادی معادل شمع و عرشه از پاسخ طیفی بدست می آید.

2-    روش شبه دینامیکی که در واقع ترکیب روش Pushover با روش تک مود معادل و یا روش طیفی چند مودی می باشد. در توضیح روش Pushover به موارد مهمی که در تحلیل لازم است از جمله تعیین سختی الاستیک، میرایی، کنترلهای مربوط به طراحی بر اساس ظرفیت و ملاحظات تکرار اشاره شده است.

3-   روش دینامیکی که در واقع تحلیل غیر الاستیک تاریخچه زمانی می باشد دراین روش به مواردی که در هنگام استفاده  از آن بایستی مد نظر داشت اشاره شده است.

8 - نتیجه گیری

معرفی اجمالی از دستورالعمل طراحی لرزه ای اسکله ها برای ایران ارائه شده است. طراحی بر مبنای عملکرد به عنوان فلسفه اصلی در این دستورالعمل می باشد. ضمن تشریح مبانی این روش، فصول مختلف دستورالعمل مورد بحث معرفی شده است. با توجه به اینکه این دستورالعمل با هداف ایجاد یک مدرک بومی و به منظور یکسان سازی روند طراحی لرزه ای اسکله ها برای حصول به یک طرح ایمن لرزه ای تهیه شده است. مقاله حاضر با هدف توصیه و ترویج آن تهیه و ارائه شده است. بدیهی است که دستورالعمل مذکور تا حد نهایی شدن و قابلیت کاربرد حرفه ای بایستی مورد توجه و نقد کاربران قرار گیرد.

ترمیم اسکله های شناور بتنی

در سواحل شمالی و جنوبی ایران سرمایه گذاری عظیمی طی دهه های متمادی برای احداث سازه های بتنی بندری، ساحلی و فراساحلی انجام شده است. پدیده خوردگی ناشی از عملکرد توامان کلر و کربناسیون بر سازه بتنی این مستحدثات مخصوصاً در سواحلی جنوبی، موضوع مطالعات، مقالات و پروژه های متعددی در دهه اخیر بوده است.

سرفصلهای زیر مورد بررسی و ارائه قرار گرفته اند:

-         بررسیهای کیفی و درس گرفتن از طرحهای گذشته که تحت حمله مخرب قرار گرفته و اهتراز از آنها در طراحی های آینده می تواند کار ساز باشد. در این بخش وجه مشترک عوامل مخرب با سرفصلهای تفکیک شده گفته می شود.

-         بررسی های کمی حاصل از آزمایشهای گوناگون غیرمخرب مانند آزمایش Half Cell، آزمایش مقاومت الکتریکی، آزمایش پروفیل یون کلر، آزمایش مقاومت بتن در مقابل نفوذ یون کلر، آزمایش درصد جذب آب و آزمایش میزان نفوذ آب بر روی بتن های قدیمی (با عمر بیش از 25 سال) بتنهای ترمیمی با استفاده از میکروسیلیس و مواد افزودنی بترتیب با عمر 5 سال و 5 ماه با روشهای مختلف اجرا اعم از بتن ریخته شده در جاده و یا اجرا شده به روش پاشیدنی (شاتکریت). در این بررسیها، با تکیه بر نتایج آزمایشها در آزمایشگاه بتن ، پتانسیل خوردگی در بتن قدیمی و بتن ترمیمی جدید، مورد ارزیابی و نتیجه گیری واقع شده اند.

الف) بررسیهای کیفی

1)     استفاده از آرماتورهای ناهمجنس

درسازه های بتن مسلح با توجه به ماهیت تخریب که پدیده ای الکتروشیمیائی است، استفاده از نوع آرماتور، خوردگی را در میلگرد با الکترونگاتیویته بیشتر تشدید می‌کند. بعنوان مثال خوردگی آرماتور درشبکه میانی آرماتورهای دال که علی رغم وجود Cover زیاد دچار خوردگی شدید در بعضی موارد شده است.

2)تراکم آرماتورها:

درمحلهائی که تراکم آرماتورها بیشتر باشد این پدیده شدت خوردگی را تشدید می‌نماید. خصوصاً در محلهای تقویت و Over Lap های آرماتورها.

3)محدوده جزری و مدی و Splash zone:

در نواحی که زیر تراز جزر واقع شده است بعلت عدم وجود اکسیژن کافی، خوردگی صدماتی را بوجود نخواهد آورد. در نواحی جزر و مدی بدلیل تناوب قرارگیری در معرض کلر و اکسیژن خوردگی افزایش خواهد ساخت.

4)اهمیت کاور بتن:

کاور علیرغم اینکه پدیده ساده ای بنظر می رسد، لیکن تاثیر به سزایی در روند نفوذ کلر و بالطبع افزایش روند خوردگی خواهد داشت.

5)محلهای درمعرض عبور هوا در مقابل محلهای محبوس:

مجاری در مجاورت دریچه های تونل سرویسها و محلهای ابتدا و انتهای اسکله ها که در معرض جریان هوا می باشند خوردگی به مراتب بیش از سایر نواحی می باشد و خوردگی در درون تونل سرویس که فضای محبوس تری دارند کمتر از سایر نواحی می باشد.

6) کیفیت بتن:

در شرایط مشابه و بدون استفاده از افزودنی و مواد ویژه می توان به بتن مقاوم تر دست یافت. مثال آن بتن شمع های سانتریفوژ در مقابل بتن شمع های درجا می‌باشد.

7)اهمیت عمل آوری و نگهداری:

قطعاتی که بصورت پیش ساخته شده و در حمام بخار عمل آوری شده اند کیفیت به مراتب بالاتری را دارا می باشند. بطور مقایسه، مقاومت بالای دالهای پیش ساخته نسبت به دالهای اجرا شده با بتن درجا را می توان ذکر کرد.

8)ترکهای ناشی از بارگذاری سازه ای :

در اعضای سازه ای بتنی مانند تیرها و تیرهای باربر اصلی ایجاد ترک حین بارگذاری سازه ای اجتناب ناپذیر بوده که به تبع آن نفوذ کلر و ایجاد خوردگی در این نواحی را نیز در پی خواهد داشت.

9) محلهائی که درمعرض بارگذاری ناشی از نوع بهره برداری واقع شده اند:

در اسکله های فاقد انبار تناوب بارگذاری در حد عبور کامیونها و وسایل مشابه بوده لذا تناوب بارگذاری و دامنه آن محدود می باشد. لیکن در اسکله های دارای انبار، در محل انبارها تناوب بارگذاری باعث بروز تشدید ترکها شده لذا لزوم پیش بینی و تقویت این نواحی به منظور کاهش میزان ترک خوردگی‏، لازم به نظر می رسد.

10) نواحی فاقد پوشش:

در موارد متعدد مشاهده می گردد که در بتن های با شرایط یکسان، درمحلهائی که بتن دارای پوشش بوده (مثل آسفالت) و با پوشش های بکار رفته جهت جلوگیری از نفوذ یون کلر، دارای خوردگی کمتری نسبت به سایر نواحی فاقد پوشش می باشند. بتن های ترمیمی که هم اکنون در سازه های بتن مسلح استفاده می شود از ویژگی های زیر برخوردارند:

-         نسبت آب به سیمان حدود 38%

-         استفاده از درصد مناسبی از میکروسیلیس.

-         استفاده از فوق روان کننده برای حصول کارائی درحضور نسبت به آب به سیمان فوق الذکر.

-         عمل آوری به مدت کافی برای بتن یا شاتکریت انجام شده.

-         اعمال کاور مناسب.ب)بررسی های کمی

به منظور بررسی کیفیت پتانسیل خوردگی مجموعه آزمایشهایی بر روی بتنهای قدیمی با نسبت آب به سیمان حدود 55% و با عمر بیش از 25 سال و همچنین آزمایشهایی بر روی بتنهای جدید با کیفیت مناسب که برای ترمیم استفاده  شده‌اند انجام گردیده است. بطور خلاصه نتایج این آزمایشها به شرح زیر می باشد.

مقاومت بتن در مقابل نفوذ یون کلر مطابق استاندارد ASTM CL202:

برای بتن قدیمی نتایج 3 تا بیش از 4 هزار کولمب وبرای بتن جدید کمتر از 1000 کولمب و برای شاتکریت کمتر از 1500 کولمب بوده است.

آزمایش مقاومت الکتریکی بتن قدیمی و جدید:

این آزمایش غیر مخرب مطابق استاندارد پیشنهادی انجام گردیده است. بطور مثال برای بتن قدیمی مقاومت کمتر از 1 کیلو اهم و برای بتن ترمیمیمقاومت بیش از 18 کیلواهم بدست آمده است.

آزمایش Half Cell:

(مطابق استاندارد ASTM C876) پتانسیل خوردگی آرماتور در بتن های ترمیم شده و بتنهای قدیمی در نواحی مختلف سازه مانند سرشمع، تیر، زیرعرشه، روی عرشه دیوارهای مثلثی و شمع مورد آزمایش قرار گرفته اند. مطابق این استاندارد چنانچه پتانسیل الکتریکی آرماتور ها بیش از 2/0 – ولت باشد با احتمال بیش از 90 درصد فرآیند خوردگی درحال وقوع نخواهد بود. چنانچه پتانسیل منفی تر از 35/0 ولت بر مبنای سلول مس- سولفات مس باشد با احتمال بیش از 90 درصد فرآیند خوردگی آرماتور در حال انجام است.

پروفیل یون کلر :

در قسمتهای مختلف اخذ شده که میزان نفوذ یون کلر در مقایسه با مقادیر آستانه ای (Thershold Percentage) مطابق استاندارد ASTM –C114 انجام شده است.

جدول خلاصه عوامل مخرب و راهکار پیش گیری از خوردگی بتن برای سازه های مجاور آب شور دریا

نتیجه گیری:

تجارب حاصل از عوامل دسته بندی شده ای که منجر به بروز خوردگی بتن می‌شوند و با تمهیدات ساده طراحی، می توان از بروز ضایعات مشابه جلوگیری نمود و در یک جدول در مقاله خلاصه شده است.

در بررسی پتانسیل خوردگی آرماتورها در بتن های جدید و قدیم و همچنین بتنهای قدیمی که در حال حاضر آثار و شواهدی از بروز ترک و طبله شدگی و پوسته شدگی بتن را نشان نمی دهد و به بیان دیگر به ظاهر سالم می نماید اما آزمایش های پتانسیل خوردگی در ادغام با سایر آزمایشها بروز خوردگی در آینده را بطور موجه پیش بینی می نماید منجر به ارزیابی وضعیت سازه موجود از نظر دوام و پایایی شده و گامهای بعدی لازم برای طولانی تر نمودن عمر موثر سازه را بدست داده است