मुंबई-अहमदाबाद हाई-स्पीड रेल (MAHSR) कॉरिडोर: पुल आर्टिक्यूलेशन और बल स्थानांतरण प्रणाली
द्वारा: श्री डी. पी. सिंह, ED/Design/NHSRCL श्री संजीव कुमार, JGM/Design/NHSRCL श्री मनोज के. चौधरी नल्ला, DGM/Design/NHSRCL श्री राहुल कालरा, Sr. Mgr/Design/NHSRCL प्रकाशन: Journal of The Indian National Group of The International Association for Bridge & Structural Engineering

सारांश: वायडक्ट और पुल परिवहन इंफ्रास्ट्रक्चर में एक अहम भूमिका निभाते हैं; ये अलग-अलग क्षेत्रों के बीच ज़रूरी कड़ियों का काम करते हैं और परिवहन के कई तरीकों—जिनमें हाई-स्पीड रेल (HSR), रेलवे, मेट्रो और हाईवे शामिल हैं—को जगह देते हैं। HSR प्रोजेक्ट के लिए पुलों का डिज़ाइन और निर्माण, परिवहन के दूसरे तरीकों से काफ़ी अलग होता है। मुंबई-अहमदाबाद हाई-स्पीड रेल (MAHSR) भारत में एक बदलाव लाने वाली इंफ्रास्ट्रक्चर पहल है, जिसका मकसद देश के परिवहन परिदृश्य में क्रांति लाना है। MAHSR लगभग 508 किलोमीटर की दूरी तय करती है और महाराष्ट्र और गुजरात राज्यों से होकर गुज़रेगी; इसकी डिज़ाइन स्पीड 350 kmph होगी। MAHSR प्रोजेक्ट में ढांचों के लिए डिज़ाइन की अवधारणाएं ज़्यादातर जापानी रेलवे मानकों और दिशानिर्देशों पर आधारित हैं, जो जापान में शिंकनसेन हाई-स्पीड रेलवे नेटवर्क के लिए एक आज़माई हुई तकनीक है। इस पेपर में, MAHSR प्रोजेक्ट की एक अनोखी ज़रूरत—यानी 'प्री-स्ट्रेस्ड कंक्रीट (PSC) बॉक्स गर्डर पुलों का आर्टिकुलेशन'—के बारे में बताया गया है। इस पेपर का मकसद MAHSR वायडक्ट और पुलों के लिए बेयरिंग और स्टॉपर के बारे में जानकारी देना और उनकी तुलना पारंपरिक प्रणाली से करना है। यह पेपर प्रोजेक्ट के लिए भूकंपीय बल के आकलन पर भी रोशनी डालता है। कीवर्ड: आर्टिकुलेशन; इलास्टोमेरिक बेयरिंग; स्टील स्टॉपर; डैम्पर स्टॉपर

परिचय

पुलों पर कई तरह के असर पड़ते हैं, जिनकी वजह से सुपरस्ट्रक्चर और उसके सपोर्ट्स में हलचल होती है। अगर इन हलचलों को रोका जाए, तो सुपरस्ट्रक्चर के अंदर ही कुछ ताकतें पैदा हो जाती हैं। इन रोकने वाली ताकतों को काबू में रखने के लिए, अब यह आम चलन बन गया है कि सुपरस्ट्रक्चर को सपोर्ट बेयरिंग्स पर रखा जाए, जिससे डेक और सपोर्ट्स के बीच थोड़ी-बहुत आपसी हलचल की गुंजाइश बनी रहे। ऊपर बताई गई बातों के अलावा, पुल के इस्तेमाल के दौरान और भूकंप जैसी स्थितियों में काम को सुचारू और लगातार बनाए रखने के लिए स्टॉपर्स या रिटेनर्स भी लगाए जाते हैं। पुलों में इस्तेमाल होने वाले बेयरिंग्स और स्टॉपर्स का चुनाव और उन्हें इस तरह से लगाना कि वे पुल की हलचल के हिसाब से काम कर सकें, 'आर्टिकुलेशन' कहलाता है।

ऊर्ध्वाधर भार (जैसे डेड लोड, सुपरइम्पोज्ड डेड लोड, लाइव लोड वगैरह) के अलावा, पुलों/वायाडक्ट्स में लगने वाली पार्श्व ताकतें भी सुपरस्ट्रक्चर से सबस्ट्रक्चर तक बेयरिंग सिस्टम या बेयरिंग और स्टॉपर सिस्टम के ज़रिए ही पहुँचती हैं। यह ताकत का आदान-प्रदान पुल के सभी हिस्सों की सुरक्षा और अलग-अलग तरह के पार्श्व भारों के बावजूद पूरे पुल सिस्टम की स्थिरता बनाए रखने में अहम भूमिका निभाता है। पार्श्व ताकतें अनुदैर्ध्य दिशा (यातायात की दिशा में) और अनुप्रस्थ दिशा (यातायात के लंबवत) - दोनों ही दिशाओं में काम करती हैं। रेलवे पुलों/वायाडक्ट्स पर लगने वाली अलग-अलग तरह की पार्श्व ताकतें नीचे दी गई हैं:

  • ब्रेकिंग/ट्रैक्शन ताकतें

  • लॉन्ग वेल्डेड रेल ताकतें

  • टक्कर और कंपन से पैदा होने वाली ताकतें

  • रैकिंग ताकतें/नोजिंग ताकतें

  • तापमान से पैदा होने वाली ताकतें

  • PSC गर्डर में क्रीप/सिकुड़न की वजह से पैदा होने वाली ताकतें

  • हवा की ताकतें

  • भूकंपीय ताकतें

  • ट्रैक में घुमाव की वजह से पैदा होने वाली अपकेंद्रीय ताकतें

MAHSR वायाडक्ट और पुलों में बल स्थानांतरण तंत्र

सरल रूप से समर्थित पुल

MAHSR के PSC बॉक्स गर्डर पुलों में पार्श्व बल स्थानांतरण तंत्र की तुलना नीचे पारंपरिक प्रणालियों (इलास्टोमेरिक, POT/PTFE, धात्विक बेयरिंग) से की गई है:

a. पारंपरिक इलास्टोमेरिक बेयरिंग बल स्थानांतरण प्रणाली

अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ दिशाओं में पार्श्व बल (भूकंपीय बलों को छोड़कर) पूरी तरह से इलास्टोमेरिक बेयरिंग के माध्यम से सबस्ट्रक्चर में स्थानांतरित हो जाते हैं। मध्यम और उच्च भूकंपीय जोखिम वाले क्षेत्रों में, अनुमेय विस्थापन (यानी, इलास्टोमेरिक बेयरिंग में कतरनी विरूपण) से अधिक भूकंपीय बल एक कतरनी कुंजी/भूकंपीय स्टॉपर के माध्यम से सबस्ट्रक्चर में स्थानांतरित किए जाते हैं। कम भूकंपीय जोखिम वाले क्षेत्रों में, भूकंपीय बल भी इलास्टोमेरिक बेयरिंग के माध्यम से ही स्थानांतरित होते हैं; जबकि, यदि स्टॉपर लगाए जाते हैं, तो वे केवल सुपरस्ट्रक्चर के अपनी जगह से हटने से बचाने के लिए होते हैं। इसके अतिरिक्त, ऊर्ध्वाधर भार भी इलास्टोमेरिक बेयरिंग के माध्यम से ही स्थानांतरित होते हैं। भूकंपीय स्टॉपर के साथ पारंपरिक इलास्टोमेरिक बेयरिंग प्रणाली का एक विशिष्ट रेखाचित्र चित्र 1 में दिखाया गया है।

चित्र 1: पारंपरिक इलास्टोमेरिक बेयरिंग व्यवस्था

b. पारंपरिक POT-PTFE बेयरिंग बल स्थानांतरण प्रणाली

भूकंपीय बलों सहित, दोनों दिशाओं में लगने वाले पार्श्व बल, नीचे चित्र 2 में दर्शाई गई स्वतंत्रता की डिग्री (degree of freedom) के अनुसार, स्थिर और गतिशील बेयरिंगों के माध्यम से अधोसंरचना (substructure) तक स्थानांतरित किए जाते हैं:

चित्र 2: पारंपरिक POT-PTFE बेयरिंग व्यवस्था

c. MAHSR में बल स्थानांतरण प्रणाली (चित्र 3)

वायाडक्ट और पुलों के लिए आर्टिक्यूलेशन प्रणाली में इलास्टोमेरिक बेयरिंग और स्टील बॉक्स स्टॉपर शामिल होते हैं। स्थिर सिरे की ओर, इलास्टोमेरिक बेयरिंग को केवल सुपरस्ट्रक्चर से आने वाले ऊर्ध्वाधर भार के लिए डिज़ाइन किया जाता है, जबकि अनुदैर्ध्य दिशा में सभी पार्श्व बल—जिनमें ब्रेकिंग/ट्रैक्शन, भूकंपीय बल आदि शामिल हैं—स्टील बॉक्स स्टॉपर के माध्यम से सबस्ट्रक्चर में स्थानांतरित किए जाते हैं।

चित्र 3: MAHSR के सरलतापूर्वक समर्थित स्पैन में बल स्थानांतरण प्रणाली

चलने वाले सिरे की तरफ, इलास्टोमेरिक बेयरिंग में अनुदैर्ध्य दिशा में पार्श्व बलों के कारण होने वाली हलचल की अनुमति होती है, और इन्हें सुपरस्ट्रक्चर से आने वाले ऊर्ध्वाधर भार के साथ-साथ कतरनी विरूपण (shear deformation) के लिए डिज़ाइन किया जाता है।

निश्चित और चलने वाले, दोनों ही सिरों पर, अनुप्रस्थ दिशा में सभी पार्श्व बल इलास्टोमेरिक बेयरिंग के बजाय, केवल स्टील के आयताकार स्टॉपर के माध्यम से ही सबस्ट्रक्चर तक पहुँचाए जाते हैं। सुपरस्ट्रक्चर और स्टील बॉक्स स्टॉपर के बीच अनुप्रस्थ दिशा में कोई जगह नहीं छोड़ी जाती है। इससे सुपरस्ट्रक्चर के समानांतर खिसकने (यानी, स्टैगर) (चित्र 4) की समस्या से बचा जा सकता है; यह हाई स्पीड रेल (शिंकनसेन) में 'रनिंग सेफ्टी' का एक महत्वपूर्ण पहलू है, क्योंकि रेल स्तर पर अनुमेय स्टैगर बहुत कम (केवल 2 mm तक सीमित) होता है।

चित्र 4: पारंपरिक इलास्टोमेरिक बेयरिंग व्यवस्था के साथ स्पैन में समानांतर विस्थापन

इस प्रकार, पारंपरिक और MAHSR ब्रिज आर्टिक्यूलेशन सिस्टम के बीच मुख्य अंतर इस प्रकार हैं:

  • फिक्स्ड एंड (स्थिर सिरे) की तरफ लगे स्टील बॉक्स स्टॉपर्स पर, सर्विस और भूकंपीय दोनों स्थितियों में अनुदैर्ध्य बल लगते हैं। इस प्रकार, ऊर्ध्वाधर और पार्श्व बलों को क्रमशः बेयरिंग्स और स्टॉपर्स में अलग-अलग बांटा जाता है।

  • पारंपरिक व्यवस्था में, आम तौर पर अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ दिशाओं में लगने वाले बलों का विरोध करने के लिए अलग-अलग स्टॉपर्स लगाए जाते हैं। जबकि, MAHSR में, एक ही स्टील बॉक्स स्टॉपर को दोनों दिशाओं में लगने वाले बलों का विरोध करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसके अलावा, ये स्टील बॉक्स स्टॉपर्स 'एंटी-डिस्लॉजमेंट डिवाइस' (विस्थापन-रोधी उपकरण) के रूप में भी काम करते हैं।

स्टील बॉक्स स्टॉपर का विवरण

स्टील बॉक्स स्टॉपर्स खोखले चौकोर स्टील सेक्शन (रोल्ड/बिल्ट-अप) होते हैं, जिन्हें बाद में कंक्रीट से भर दिया जाता है। फिक्स्ड साइड स्टॉपर में, स्टॉपर और सुपरस्ट्रक्चर के बीच अनुदैर्ध्य दिशा में किसी भी तरह की हलचल की अनुमति नहीं होती है। जबकि, मूवेबल साइड स्टॉपर में, अनुदैर्ध्य दिशा में डिज़ाइन के अनुसार पार्श्व हलचल सुनिश्चित करने के लिए एक बाहरी बॉक्स लगाया जाता है। फिक्स्ड और मूवेबल साइड के स्टील स्टॉपर्स को क्रमशः चित्र 5 और 6 में दिखाया गया है। स्टील बॉक्स स्टॉपर का आइसोमेट्रिक दृश्य, और स्टील बॉक्स स्टॉपर के माध्यम से पार्श्व बल स्थानांतरित होने के दौरान सुपरस्ट्रक्चर और सबस्ट्रक्चर में तनाव का वितरण क्रमशः चित्र 7 और 8 में दिखाया गया है।

चित्र 5: स्थिर सिरे वाला साइड स्टॉपर
चित्र 6: चल और पार्श्व स्टॉपर

स्टील स्टॉपर्स की स्थापना

स्टील बॉक्स स्टॉपर्स स्थापना प्रक्रिया में लचीलापन प्रदान करते हैं, यानी इन्हें पहले से (प्री-इंस्टॉल) या बाद में (पोस्ट-इंस्टॉल) लगाया जा सकता है।

  • पोस्ट-इंस्टॉलेशन: स्टील बॉक्स स्टॉपर्स को सब-स्ट्रक्चर और सुपर-स्ट्रक्चर में, PSC गर्डर्स को बेयरिंग्स पर रखने के बाद, सुपर-स्ट्रक्चर में बने पूरे बॉक्स-आउट्स के माध्यम से लगाया जाता है।

  • प्री-इंस्टॉलेशन: स्टील बॉक्स स्टॉपर्स को सब-स्ट्रक्चर में, PSC बॉक्स गर्डर्स को लॉन्च करने से पहले ही, उनकी अंतिम स्थिति में लगा दिया जाता है।

चित्र 7: स्टील बॉक्स स्टॉपर का आइसोमेट्रिक दृश्य
चित्र 8: स्टील बॉक्स पर तनाव वितरण (रुकी हुई स्थिति)

MAHSR के सतत पुलों में बल स्थानांतरण तंत्र

MAHSR के सतत पुलों में, पारंपरिक प्रणालियों की तुलना में पार्श्व बल स्थानांतरण तंत्र (lateral force transfer mechanism) इस प्रकार है:

a. पारंपरिक प्रणाली

भारत में, सतत प्रकार के पुलों के लिए आम तौर पर POTPTFE के साथ-साथ भूकंपीय अवरोधकों (seismic restrainers) वाले केंद्रीय धात्विक गाइड बेयरिंग लगाए जाते हैं (चित्र 9)। यातायात की दिशा में, सेवा की स्थिति और भूकंपीय स्थितियों के दौरान उत्पन्न होने वाले सभी अनुदैर्ध्य बलों को केंद्रीय खंभे (P3) द्वारा वहन किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप केंद्रीय खंभे और नींव प्रणाली का आकार बढ़ जाता है, और इस प्रकार सतत पुल की लंबाई सीमित हो जाती है।

चित्र 9: पारंपरिक सतत पुलों में बल स्थानांतरण तंत्र

b. MAHSR डैम्पर स्टॉपर सिस्टम

MAHSR प्रोजेक्ट में, लगातार पुलों के लिए डैम्पर स्टॉपर्स का इस्तेमाल किया जाता है, जो पारंपरिक सिस्टम की तुलना में अलग तरह से काम करते हैं।

डैम्पर स्टॉपर में एक ऐसा मैकेनिज्म होता है जो सर्विस स्टेज के दौरान (सिकुड़न, क्रीप, ब्रेकिंग और ट्रैक्शन, LWR और थर्मल बलों के कारण) फिक्स्ड-मूवेबल प्रकार के बल वितरण की अनुमति देता है, और भूकंप के दौरान सभी मध्यवर्ती पियर्स (सभी फिक्स्ड) के बीच अनुदैर्ध्य बलों का वितरण करता है। यह सिस्टम लगातार पुलों में किसी एक सबस्ट्रक्चर/नींव को 'फिक्स्ड' के रूप में डिज़ाइन करने से बचने में मदद करता है।

चित्र 10: MAHSR के सतत पुलों में बल स्थानांतरण तंत्र (सेवा चरण)

जैसा कि चित्र 10 में दिखाया गया है, सर्विस चरण के दौरान, अनुदैर्ध्य बल केवल पियर P3 पर स्थित Fixed Damper Stopper (DF) के माध्यम से स्थानांतरित होते हैं; जबकि भूकंप आने पर, मध्यवर्ती पियर (P2 और P4) पर स्थित Movable Damper Stopper (DM) भी ​​लॉक हो जाता है और पियर P3 पर स्थित Fixed Damper Stopper (DF) के साथ मिलकर अनुदैर्ध्य भूकंपीय बलों को साझा करता है (चित्र 11)।

चित्र 11: MAHSR के सतत पुलों में बल स्थानांतरण तंत्र (भूकंपीय स्थिति)

डैम्पर स्टॉपर की जानकारी

MAHSR प्रोजेक्ट में दो तरह के डैम्पर स्टॉपर इस्तेमाल किए गए हैं, यानी फिक्स्ड डैम्पर स्टॉपर और मूवेबल डैम्पर स्टॉपर। इनकी जानकारी चित्र 12, 13 और 14 में दी गई है। डैम्पर स्टॉपर के मुख्य हिस्से में स्टील बॉक्स स्टॉपर जैसा ही चौकोर स्टील सेक्शन इस्तेमाल होता है; हालाँकि, सबस्ट्रक्चर में रखे जाने वाले हिस्से में एक बाहरी और एक भीतरी बॉक्स होता है, और इन बॉक्स के बीच की जगह एक गाढ़े तरल (viscous fluid) से भरी होती है। बाहरी और भीतरी बॉक्स के ऊपर एक स्लाइडिंग प्लेट लगी होती है। इसके अलावा, फिक्स्ड टाइप डैम्पर स्टॉपर में स्प्रिंग लीव्स भी होती हैं जो सिर्फ़ सर्विस कंडीशन (धीरे-धीरे चलने वाले लोड) में ही काम करती हैं। भूकंप आने पर, फिक्स्ड और मूवेबल डैम्पर स्टॉपर का गाढ़ा तरल काम करेगा और सभी तेज़ लोड (भूकंपीय बल) को संभालेगा। यह गाढ़ा तरल गति पर निर्भर करता है और इसे तेज़ गति, जैसे कि भूकंप के दौरान, सबसे ज़्यादा रुकावट पैदा करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। हालाँकि, धीरे-धीरे होने वाली गति, यानी पुल के फैलने/सिकुड़ने के दौरान पैदा होने वाला रुकावट वाला बल कम होता है। गाढ़े तरल को स्टिफ़नर्स वाली एक स्लाइडिंग प्लेट से सील किया जाता है, जो बॉक्स के ऊपर लगी होती है।

चित्र 12: फिक्स्ड डैम्पर स्टॉपर
चित्र 13: चल डैम्पर स्टॉपर

पारंपरिक प्रणालियों की तुलना में डैम्पर स्टील स्टॉपर्स के फ़ायदे ये हैं:

डैम्पर स्टॉपर्स का इस्तेमाल करके, भूकंपीय क्षेत्रों में एक लंबा मल्टी-स्पैन कंटीन्यूअस गर्डर बनाया जा सकता है।

भारत में कुछ लंबे पुलों में शॉक ट्रांसमिशन यूनिट (STU) का इस्तेमाल किया गया है, लेकिन डैम्पर स्टॉपर्स के कुछ अतिरिक्त फ़ायदे भी हैं। डैम्पर स्टॉपर्स अनुप्रस्थ दिशा में भूकंपीय अवरोधक के तौर पर भी काम करते हैं, जबकि STU के इस्तेमाल के मामले में (जैसा कि चित्र 15 में दिखाया गया है), अनुप्रस्थ दिशा में एक अतिरिक्त भूकंपीय अवरोधक की ज़रूरत होती है। स्प्रिंग लीव्स की मौजूदगी के कारण, फिक्स्ड डैम्पर स्टॉपर सर्विस लोड का विरोध करता है, जबकि STU प्रणाली में इन बलों का विरोध बेयरिंग द्वारा किया जाता है। इस प्रकार, STU प्रणाली की तुलना में डैम्पर स्टॉपर प्रणाली एक बहु-कार्यशील प्रणाली है।

चित्र 14: डैम्पर स्टॉपर का आइसोमेट्रिक दृश्य

सतत पुलों में बेयरिंग व्यवस्था

सतत पुलों के लिए, डैम्पर स्टॉपर प्रणाली के साथ-साथ, MAHSR में अपनाई गई बेयरिंग व्यवस्था प्रणाली को नीचे दर्शाया गया है।

चित्र 15: शॉक ट्रांसमिशन यूनिट (STU)

4-स्पैन वाले सतत पुल (चित्र 16 में दिखाया गया) में, केवल इलास्टोमेरिक बेयरिंग का उपयोग किया जाता है। इन इलास्टोमेरिक बेयरिंग को ऊर्ध्वाधर भार और (चलने वाली जगहों पर) यातायात की दिशा में होने वाले शियर विरूपण का सामना करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

चित्र 16: 4-स्पैन वाले सतत MAHSR पुल में बेयरिंग की व्यवस्था

7-स्पैन वाले सतत पुल (चित्र 17 में दिखाया गया) में, डैम्पर फिक्स्ड पियर (P5) के पास वाले पियर्स (P4 और P6) के लिए इलास्टोमेरिक बेयरिंग का उपयोग किया जाता है। हालाँकि, तापमान के प्रभावों के कारण होने वाले बड़े विस्थापन को समायोजित करने के लिए, अन्य पियर्स (P1, P2, P3, P7 और P8) के लिए स्लाइडिंग प्रकार की इलास्टोमेरिक बेयरिंग का उपयोग किया जाता है।

चित्र 17: 7-स्पैन सतत MAHSR पुल में बेयरिंग व्यवस्था

स्लाइडिंग इलास्टोमेरिक बेयरिंग

स्लाइडिंग इलास्टोमेरिक बेयरिंग एक प्रकार की बेयरिंग है, जिसमें ऊर्ध्वाधर भार सुपरस्ट्रक्चर से सबस्ट्रक्चर तक एक इलास्टोमेरिक बेयरिंग पैड के माध्यम से स्थानांतरित होता है; जबकि डेक की अनुदैर्ध्य दिशा में पार्श्व गति, चित्र 18 में दिखाई गई ऊपरी प्लेट और मध्य प्लेट के बीच रखी PTFE परत पर संभव होती है। पार्श्व ब्लॉक अनुप्रस्थ दिशा में अवरोधक (stopper) का कार्य करते हैं।

चित्र 18: स्लाइडिंग इलास्टोमेरिक बेयरिंग का विवरण
भूकंपीय बलों पर विचार किया गया

जापान एक भूकंप-संभावित देश है, क्योंकि इसकी भौगोलिक स्थिति "पैसिफिक रिंग ऑफ़ फायर" के साथ है; यह तीन टेक्टोनिक प्लेटों—पैसिफिक महासागर के नीचे स्थित पैसिफिक प्लेट, यूरेशियन प्लेट और फिलीपीन सागर प्लेट—के ऊपर स्थित है। भूकंपीय ज़ोन कारक 'Z', जो किसी विशेष ज़ोन के प्रभावी पीक ग्राउंड त्वरण का संकेतक है, जापान और भारत के लिए नीचे दिखाया गया है। जापान में Z का मान 0.7 से 1.0 के बीच और भारत में 0.10 से 0.36 के बीच होता है।

चित्र 19: जापान का भूकंपीय ज़ोनिंग मानचित्र
चित्र 20: भारत का भूकंपीय ज़ोनिंग मानचित्र

भूकंपों की तीव्रता और उनके आने के पैटर्न में बहुत ज़्यादा अंतर होने की वजह से (जो 'ज़ोन फ़ैक्टर Z' को दिखाता है), MAHSR प्रोजेक्ट के लिए 'टाइम हिस्ट्री रिस्पॉन्स' तैयार करने की ज़रूरत पड़ी। MAHSR प्रोजेक्ट के लिए भूकंपीय बलों की गणना करते समय, भूकंपीय ज़ोन को 'ज़ोन III' माना गया है। ज़ोन III के हिसाब से ज़्यादा से ज़्यादा 'रिस्पॉन्स एक्सेलरेशन' 0.15 (150gal) माना गया है, और इसे 'डिज़ाइन बेसिस अर्थक्वेक' (DBE) 0.45 (450gal) के हिसाब से 'टारगेट स्पेक्ट्रम' के तौर पर तय किया गया है। DBE (डिज़ाइन बेसिस अर्थक्वेक) उन भूकंपीय प्रभावों को कहते हैं जिनके किसी भी इमारत या ढांचे की 'डिज़ाइन लाइफ़' (जितने समय के लिए उसे बनाया गया है) के दौरान कम से कम एक बार होने की काफ़ी संभावना होती है। यह ऐसे भूकंप को दिखाता है जिसके 50 सालों के अंदर तय सीमा से ज़्यादा तेज़ होने की संभावना 10% होती है, यानी जिसका 'रिटर्न पीरियड' 475 साल होता है। 'टारगेट स्पेक्ट्रम' को DBE से मिलाने के लिए आगे बढ़ाया जाता है, क्योंकि जैसा कि चित्र 21 में दिखाया गया है, यह 'डिज़ाइन लाइफ़' के दौरान होने वाला सबसे तेज़ संभावित भूकंप होता है।

चित्र 21: प्रतिक्रिया त्वरण बनाम समय
चित्र 22: विभिन्न समय अंतरालों पर SDOF की प्रतिक्रिया

इनपुट वेवफ़ॉर्म (चित्र 23) को इस प्रकार स्केल किया गया है कि वह ऊपर चित्र 21 में दिखाए गए टारगेट स्पेक्ट्रम त्वरण से मेल खाता है।

चित्र 23: MAHSR के लिए विकसित संशोधित इनपुट भूकंपीय तरंगरूप

जापानी मानकों के अनुसार, 'रिस्टोरेबिलिटी' (Restorability) का अर्थ है किसी संरचना के उस प्रदर्शन को बहाल करना जो भूकंपीय भार जैसे आकस्मिक भारों के कारण कमज़ोर हो गया हो, और उस संरचना का निरंतर उपयोग संभव बनाना। संरचना की मरम्मत में आने वाली कठिनाई की डिग्री को ध्यान में रखते हुए रिस्टोरेबिलिटी को निर्धारित किया जाता है।

रिस्टोरेबिलिटी के लिए प्रदर्शन स्तर, डिज़ाइन जीवनकाल के दौरान डिज़ाइन कार्यों की विशेषताओं को ध्यान में रखते हुए निर्धारित किया जाता है। आम तौर पर, निम्नलिखित प्रदर्शन स्तर निर्धारित किए जाते हैं:

प्रदर्शन स्तर 1: सामान्य रूप से कार्यशील और संचालन योग्य; इसमें किसी मरम्मत की आवश्यकता नहीं होती। यह स्तर 1 (L1) भू-गति (ground motion) पर लागू होता है। L1 भूकंपीय गति को ऐसी भूकंपीय गति के रूप में निर्धारित किया जाता है, जिसके निर्माण स्थल पर डिज़ाइन जीवनकाल के दौरान कई बार घटित होने की संभावना हो; इसमें क्षेत्रीय विशेषताओं के साथ-साथ आधार भूकंपीय गति को भी ध्यान में रखा जाता है।

प्रदर्शन स्तर 2: यदि मरम्मत की आवश्यकता हो, तो संरचना के कार्य को थोड़े ही समय में बहाल किया जा सकता है। यह स्तर 2 (L2) भू-गति पर लागू होता है। L2 भूकंपीय गति को, तीव्र भू-गति पूर्वानुमान विधि के आधार पर, उस विशिष्ट स्थल के लिए निर्धारित भूकंपीय गति के रूप में तय किया जाना चाहिए।

MAHSR परियोजना में प्रयुक्त बेयरिंग और स्टॉपर, रिस्टोरेबिलिटी के 'प्रदर्शन स्तर 1' के लिए डिज़ाइन किए गए हैं।

निष्कर्ष

पुल/वायाडक्ट संरचना के डिज़ाइन, निर्माण, प्रदर्शन और सुरक्षा में पुल के जोड़ों (Bridge Articulation) की अहम भूमिका होती है। इसलिए, बेयरिंग और स्टॉपर की व्यवस्था का चुनाव बहुत सोच-समझकर किया जाना चाहिए। स्टील बॉक्स स्टॉपर, बल को एक जगह से दूसरी जगह पहुँचाने के अपने कई कामों के अलावा, लगाने की प्रक्रिया में भी लचीलापन देते हैं (यानी, पहले लगाना या बाद में लगाना); साथ ही ये किफ़ायती भी होते हैं, पहले से बने होने के कारण इन्हें संभालना आसान होता है, और तेज़ी से पूरे किए जाने वाले प्रोजेक्ट्स में इनका इस्तेमाल करना भी आसान होता है। इसके अलावा, इलास्टोमेरिक/स्लाइडिंग बेयरिंग के साथ डैम्पर स्टॉपर का इस्तेमाल करने से, भारत में इस्तेमाल होने वाले पारंपरिक तरीकों की तुलना में, खंभों और नींव की प्रणाली के लिए एक ही आकार चुनने की सुविधा मिल जाती है। डैम्पर स्टॉपर का इस्तेमाल करके, भूकंप वाले क्षेत्रों में बिना किसी अतिरिक्त भूकंप-रोधी रोक (seismic retainers) के, एक लंबा, कई हिस्सों वाला लगातार गर्डर बनाया जा सकता है; साथ ही यह वायाडक्ट/पुल को एक सुंदर और आकर्षक रूप भी देता है। स्टील बॉक्स स्टॉपर और डैम्पर स्टॉपर के कई तरह के इस्तेमाल होने के कारण, खंभे के ऊपरी हिस्से (pier cap) का आकार भी सबसे सही स्तर पर तय हो पाता है।

संदर्भ

1.    SANTO T., SAITO J., और MASUDA K.,

“जापान में पुल की बेयरिंग में बदलाव और हाल की जानकारी”, 15वाँ विश्व भूकंप इंजीनियरिंग सम्मेलन 2012, खंड 1 (कुल 38 में से), पृष्ठ 110033 -110041.

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