การออกแบบสะพาน

การออกแบบสะพาน (Bridge Design) รูปแบบสะพานสามารถแบ่งออกได้โดยทั่วไป ดังนี้ 1.แบบคาน (Beam Bridge) โครงสร้างหลักของสะพานแบบนี้ คือ ตัวคาน ซึ่งอาศัยคุณสมบัติการรับแรงดัดของวัสดุเป็นแรงต้านทางในการรับน้ำหนักพื้นสะพานจะถ่ายแรงสู่คานก่อนแล้วจึงถ่ายลงตอม่อ

รูปตัดสะพานแบบคาน

สะพานแบบคานนี้อาจแบ่งตามพฤติกรรมของโครงสร้างได้อีกดังนี้ 1.1 Simple Span ช่วงเดียวหรือหลายช่วง ในกรณีสะพานที่เป็น Simple Span หลายช่วง คานรับพื้นสะพาน จะแยกขาดออกจากกัน และคานในแต่ละช่วงจะไม่ถ่ายหน่วยแรง (Stress) ผ่านกันและกัน

1.2 Continuous Span คานในแต่ละช่วงจะยึดติดกัน และถ่ายหน่วยแรง (Stress) ผ่านกันและกัน

2. แบบโค้ง (Arch Bridge) หลักการกว้าง ๆ ของสะพานแบบ Arch คือ การอาศัยแรงอัด หรือแรงกดของวัสดุเป็นแรงต้านทาง ในการรับน้ำหนัก โดยจะถือเสมือนว่าน้ำหนักพื้นสะพาน น้ำหนักรถและน้ำหนักอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องแขวนอยู่กับโครงสร้างส่วนที่โค้ง สิ่งสำคัญของการออกแบบโครงสร้างชนิดนี้ ต้องมีฐานรองรับ Arch ที่มั่นคง แข็งแรงไม่เลื่อนไหลไปในทางใด ๆ

3. แบบแขวน (Suspension Bridge) เป็นสะพานที่ใช้กันมาตั้งแต่โบราณ กล่าวกันว่า ชาวจีนรู้จักการทำสะพานชนิดนี้มาตั้งแต่สมัยก่อนประวัติศาสตร์ โดยใช้เถาวัลย์หรือหนังสัตว์ โยงข้ามระหว่างสองฝั่งแม่น้ำ โดยยึดปลายทั้งสองข้างไว้กับเสาหรือต้นไม้ สะพานแขวนมีความเหมาะสมที่จะใช้กับสะพานที่มีช่วงความยาวมากเป็นพิเศษ และต้องการความสวยงาม

4. แบบโครงข้อหมุนหรือโครงดัก (Truss Bridge) โครงสร้าง Truss ประกอบด้วยชิ้นส่วนเป็นจำนวนมาก บางชิ้นส่วนจะรับแรงอัด บางชิ้นส่วนจะรับแรงดึง บางชิ้นส่วนอาจจะต้องรับทั้งแรงอัดและแรงดึง วัสดุที่จะนำมาใช้จึงต้องสามรถรับทั้งแรงอัด และแรงดึงได้ดี ด้วยเหตุนี้จึงมักไม่ค่อยเห็นแบบ Truss ซึ่งก่อสร้างด้วยคอนกรีต ส่วใหญ่จะเป็นสะพานเหล็กหรือไม้เท่านั้นปัจจุบันสะพานแบบ Truss มักใช้ในงานก่อสร้างสะพานคนเดินข้ามถนนและสะพานโครงเหล็กสำเร็จรูปในงานก่อสร้างสะพานชั่วคราว

5. แบบขึง (Cable Stayed Bridge) สะพานขึงเป็นสะพานที่พัฒนาขึ้นโดยอาศัยแรงดึง เป็นแรงต้านทานในการรับน้ำหนักเหมือนสะพาน แขวน แตกต่างกันที่สะพานแขวน Main Cable จะถูกขึงโยงตลอดแนวความยาวสะพาน และมี Stringers จำนวนมากห้อยจาก Cable มาผูกยึดตัวสะพานไว้ แต่สะพานขึงจะใช้ Cable หลาย ๆ เส้น ขึงจากตอม่อลงมายึดตัวสะพานโดยตรง ความแตกต่างอีกประการหนึ่ง คือ ในสะพานแขวนน้ำหนักที่ถ่ายลงตอม่อจะมาจาก Main Cable เท่านั้น ส่วนสะพานขึงนั้น นอกจากแรงจะมาจาก Cable แล้วจะถ่ายมาจากตัวสะพานโดยตรงด้วย

หลักในการเลือกใช้สะพาน 1.สำรวจแนวทางข้างลำน้ำ โดยเลือกช่วงที่สั้นที่สุด ซึ่งจะนำมาสู่การออกแบบที่ประหยัด 2.สำรวจข้อมูลลำน้ำ 2.1 รูปตัดลำน้ำ 2.2 ระดับน้ำสูงสุด, ต่ำสุด 2.3 สภาพดินท้องลำน้ำ 2.4 สิ่งที่มาตามลำน้ำ เช่น ขอนไม้, เรือใหญ่ที่สุด เพื่อกำหนดช่วงลอดสะพาน (ช่วง Span) ระดับพื้นสะพาน 2.5 ข้อมูลอื่น ๆ * ข้อมูลในข้อ 1 และ 2 จะนำมาสู่ขั้นตอนการเลือกช่วงและกำหนดความยาวสะพาน

โดยขั้นตอนมีลำดับดังนี้ 1. เขียนรูปตัดลำน้ำจากข้อมูลสำรวจ คำนวณปริมาณน้ำ โดยให้มีทางน้ำไหลอย่างน้อยเท่ากับ หน้าตัดของท้องลำน้ำหรือมากกว่า

หรืออาจคำนวณจากข้อมูล อุทกวิทยา โดยใช้แผนที่ซึ่งกำหนดเส้นชั้นความสูง (Base Map Contour) 2. ลากเส้นลาดริมตลิ่ง ความชัน 1:2 (ดิ่ง : ราบ) 3. กำหนดระดับพื้นสะพาน (จากข้อมูลที่หามาได้) 4. จากจุดที่เส้นลาดริมตลิ่งตัดกับเส้นระดับพื้นสะพาน วัดระยะ OFF–SET เข้ามาในแนวสะพาน 2 เมตร จะได้ตำแหน่งของตอม่อตับแรก และตับสุดท้าย ซึ่งทำให้ทราบความยาวสะพาน 5. แบ่งส่วนสะพานตามความเหมาะสม แต่ไม่ควรให้ตำแหน่งของตอม่อตับกลางอยู่กึ่งกลางลำน้ำ 6. นำช่วงสะพานที่แบ่งได้มาพิจารณาออกแบบโครงสร้างสะพาน