การออกแบบงานวิศวกรรมโครงสร้างสะพาน
หัวข้อในวันนี้จะเกี่ยวข้องกันกับหัวข้อ การออกแบบงานวิศวกรรมโครงสร้างสะพาน (STRUCTURAL BRIDGE ENGINEERING DESIGN หรือ SBE) นะครับ
จริงๆ ผมได้ทำการพูดถึงและให้ความรู้แก่เพื่อนๆ เกี่ยวกับเรื่องสะพานมาพักใหญ่ๆ แล้วนะครับ แต่ ที่ผ่านมานั้นผมมักที่จะสังเกตเห็นบ่อยๆ ว่าเพื่อนๆ ยังคงมีความเข้าใจผิดๆ เกี่ยวกับระบบการก่อสร้างของโครงสร้างสะพานอยู่ ในวันนี้ผมจึงอยากจะขอมาย้อนกลับไปให้ความรู้แก่เพื่อนๆ กันตั้งแต่เริ่มต้นเกี่ยวกับความรู้ทางด้านงานออกแบบสะพาน นั่นก็คือ ประเภทหลักๆ ของการก่อสร้างสะพาน นั่นเองนะครับ
เราจะสามารถทำการจำแนกประเภทของโครงสร้างสะพานออกเป็น 5 ประเภทหลักๆ (ดูรูปที่แนบมาด้วยประกอบได้นะครับ)
(1) สะพานระบบคาน (BEAM BRIDGE SYSTEM)
สะพานระบบคาน คือ รูปแบบหนึ่งของสะพานที่ถือได้ว่าโครงสร้างนั้นมีความเรียบง่ายที่สุด ซึ่งพื้นสะพานจะถูกหนุนด้วยเครื่องค้ำ และ เสาสะพานในแต่ละด้าน โดยที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงรูปแบบการค้ำยันตลอดความยาวของสะพานเลย ดังนั้นรูปแบบโครงสร้างแบบนี้จึงเป็นที่รู้จักในการค้ำยันสะพานที่ค่อนข้างมีความเรียบง่ายมากๆ สะพานแบบคานนี้อาจที่จะใช้แผ่นหินหนา หรือ แผ่นกระดานไม้วางข้ามลำธาร สะพานที่ออกแบบสำหรับโครงสร้างพื้นฐานสมัยใหม่ จะถูกสร้างโดยใช้โครงสร้างเหล็ก หรือ โครงสร้างคอนกรีตเสริมแรง หรือ รวมทั้งสองระบบ โดยที่ระบบของโครงสร้างคอนกรีตที่ใช้อาจจะเป็น คสล หรือ คอร ก็ได้นะครับ
(2) สะพานระบบทรงโค้ง (ARCH BRIDGE SYSTEM)
สะพานระบบทรงโค้ง คือ ระบบของสะพานรูปแบบหนึ่งที่มีการรับน้ำหนักในแต่ละด้านโดยมีเป็นรูปทรงแบบโค้ง สะพานแบบทรงโค้งนี้จะใช้การถ่าย และ การถ่วง นน บางส่วนให้เกิดขึ้นในแนวราบ โดยที่จะมีส่วนรับ นน อยู่ที่ด้านใดด้านหนึ่งของสะพาน โดยที่สะพานหนึ่งๆ นั้นอาจที่จะสร้างขึ้นจากรูปโค้งที่ช่วงนั้นมีความต่อเนื่องซึ่งกันและกัน ในอดีตสะพานระบบนี้ถือว่ามีค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างที่ถือว่าความประหยัดมากในระดับหนึ่ง แต่ ในปัจจุบันนั้นก็ต้องยอมรับว่ามีสะพานหลากหลายรูปแบบมากๆ ที่ใช้ทั้งวัสดุในการก่อสร้างโครงสร้างที่ถือว่ามีความประหยัดที่มากกว่าสะพานระบบแบบโค้งนะครับ
(3) สะพานระบบยื่น (CANTILEVER BRIDGE SYSTEM)
สะพานระบบยื่น คือ สะพานรูปแบบหนึ่งที่ใช้ระบบคานแบบยื่น และ ใช้โครงสร้างแนวราบในการยึดโยงเสา ค้ำยัน หรือ คานต่างๆ เข้าด้วยกัน ทั้งนี้ก็เพื่อทำหน้าที่ในการรองรับ นน ทั้งหมดของสะพาน สะพานยื่นอาจที่จะใช้เป็นรูปแบบที่มีความเรียบง่าย เช่น สะพานลอยคนข้ามถนน เป็นต้น แต่ สะพานยื่นขนาดใหญ่ที่มีการออกแบบสำหรับถนน หรือ ทางรถไฟจะใช้เสาและค้ำยันซึ่งสร้างจะสร้างขึ้นจากโครงสร้างเหล็กเป็นส่วนใหญ่ หรือ บางครั้งอาจที่จะใช้คานคอนกรีตขนาดใหญ่ซึ่งอาจที่จะสร้างจากระบบ คอร จะว่าไปแล้วระบบสะพานยื่นที่ทำขึ้นจากโครงสร้างเหล็กคือการพัฒนาและการค้นพบที่ถือได้ว่ามีความยิ่งใหญ่มากๆ ทางด้านวิศวกรรมโครงสร้าง เพราะสะพานรูปแบบนี้สามารถที่จะยืดขยายระยะทางได้มากกว่า 450 เมตร และ ยังสามารถที่จะทำการก่อสร้างได้ง่ายๆ กว่าระบบสะพานอื่นๆ อีกด้วย ซึ่งประเด็นนี้จะรวมไปถึงเรื่องคุณสมบัติของสะพานที่ต้องถือว่ามีความผิดพลาดในการก่อสร้างที่น้อยมากๆ หรือ ในบางครั้งก็อาจที่จะไม่พบข้อผิดพลาดใดๆ เลยก็ได้นะครับ
(4) สะพานระบบแขวน (SUSPENSION BRIDGE SYSTEM)
สะพานระบบแขวน คือ รูปแบบของสะพานแบบหนึ่งที่พื้นของสะพานนั้นจะถูกแขวนไว้ด้วยสายเคเบิลในแนวตั้ง สะพานระบบแขวนนั้นจะมีสายเคเบิลแขวนอยู่ระหว่าง โครงสร้างเสา หรือ โครงสร้างเสาหอคอย และ จะมีสายแขวนในแนวตั้ง ซึ่งจะทำหน้าที่รับ นน ของพื้นสะพานที่ด้านล่าง และ มีการจราจรอยู่ที่ด้านบน ตัวสายเคเบิลหลักจะต้องถูกยึดโยงเข้าที่แต่ละด้าน และ ปลายสุดของโครงสร้างสะพาน นน ถ่วงของสะพานจะปรับเปลี่ยนเป็นแรงตึงที่จะเกิดขึ้นในเส้นเคเบิลหลักๆ โดยที่สายเคเบิลจะทำหน้าที่ในการดึงระหว่างโครงสร้างเสาหอคอยที่มีอยู่ทั้งสองด้านซึ่งรวมไปถึงการรับ นน บนพื้นด้านล่าง ในบางครั้งโครงสร้างเสาหอคอยที่เราใช้อาจที่จะตั้งอยู่บนขอบของตลิ่งที่มีพื้นที่เพียงแค่เล็กน้อยเท่านั้น หรือ อาจที่จะเป็นบริเวณหุบเขาที่ถนนสามารถที่จะเข้าถึงได้โดยตรง หรือ บางครั้งก็อาจที่จะใช้สะพานที่มีรูปแบบเป็นเสาค้ำ (TRUSS BRIDGE) ในการเชื่อมต่อกันกับตัวโครงสร้างสะพานแขวนก็ได้ครับ
(5) สะพานระบบขึง (CABLE STAYED BRIDGE SYSTEM)
สะพานระบบขึง คือ สะพานรูปแบบหนึ่งที่มีโครงสร้างเสาหอคอยจำนวนอย่างน้อยเท่ากับ 1 เสา หรือ บางครั้งก็อาจที่จะมากกว่า 1 เสาก็ได้นะครับ ซึ่งจะมีสายเคเบิลในการพยุงพื้นสะพานนี้ขึ้นไป
รูปแบบของสะพานระบบนี้จะมีอยู่ด้วยกันสองแบบหลักๆ ได้แก่ รูปทรงสะพานแบบพิณ (HARP TYPE) และ รูปทรงสะพานแบบพัด (FAN TYPE)
ในส่วนของรูปทรงสะพานแบบพิณ คือ การออกแบบให้การถ่าย นน เกิดขึ้นในแนวขนานเป็นหลัก เพราะ สายเคเบิลเกือบที่จะขนานกันเพื่อที่จะให้ความสูง และ การเชื่อมต่อระหว่างโครงสร้างเสาหอคอยนั้นได้สัดส่วนตามที่ต้องการ
ในส่วนของรูปทรงสะพานแบบพัด คือ เราจะอาศัยสายเคเบิลทั้งหมดเพื่อช่วยทำหน้าที่ในการเชื่อมต่อ หรือ ร้อยผ่านส่วนด้านบนสุดของโครงสร้างเสาหอคอย
หากจะทำการเปรียบเทียบกันทางด้านวิศวกรรมโครงสร้างแล้วจะพบว่าการออกแบบของรูปทรงสะพานแบบพัดนั้นจะได้เปรียบการออกแบบด้วยรูปทรงสะพานแบบพิณ เพราะ สุดท้ายแล้วในส่วนของปลายสุดของสายเคเบิลนั้นจะไปสิ้นสุดที่บริเวณใกล้กันกับส่วนบนสุดของโครงสร้างเสาหอคอย แต่ ก็จะมีช่องว่างระหว่างเคเบิ้ลแต่ละสายที่ค่อนข้างมีระยะที่มากเพียงพอ ซึ่งนั่นจะช่วยทำให้การดูแลรักษาตัวสายเคเบิ้ลจากสภาพแวดล้อมต่างๆ ที่อาจมีความรุนแรงแตกต่างกันออกไปขึ้นอยู่กับลักษณะของพื้นที่ต่างๆ นั้นสามารถที่จะทำได้ง่ายยิ่งขึ้นนั่นเองนะครับ และ จะว่าแล้วสะพานขึงนั้นจะมีความเหมาะสมสำหรับสะพานที่มีช่วงกลางที่มีความยาวมากกว่าสะพานยื่น (CANTILEVER BRIDGE) แต่ จะสั้นกว่าสะพานแบบแขวน (SUSPENSION BRIDGE) เพราะโครงสร้างส่วนหลักของสะพานนั้นจะต้องทำหน้าที่ในการรับ นน ที่เพิ่มขึ้นมากๆ หากมีการสร้างช่วงกลางที่มีความยาวมากยิ่งขึ้น และ ที่ผ่านมาเราพบว่าการสร้างสะพานแขวนจะไม่เป็นการประหยัดหากมีการสร้างช่วงกลางที่มีระยะความยาวที่สั้นลง ดังนั้นนั้นสะพานระบบขึงจึงเป็นทางเลือกที่เหมาะสำหรับสะพานที่ถือได้ว่ามีระยะความยาวของสะพานที่ไม่สั้น หรือ ยาวมากจนเกินไปนั่นเองครับ
ปล ผมต้องขอขอบคุณรูปภาพจากอินเตอร์เน็ตที่อุตสาห์เอื้อเฟื้อรูปภาพที่เป็น ตย และเป็นแหล่งความรู้ที่ดีทางด้านโครงสร้างระบบสะพานให้แก่พวกเราทุกๆ คนมา ณ โอกาสนี้ด้วยนะครับ
หวังว่าความรู้เล็กๆน้อยๆ ที่ผมได้นำมาฝากแก่เพื่อนๆ ทุกๆ ท่านในวันนี้จะมีประโยชน์ต่อทุกๆ ท่านไม่มากก็น้อย และ จนกว่าจะพบกันใหม่นะครับ
