मुंबई-अहमदाबाद द्रुतगती रेल्वे (MAHSR) मार्गिकेची पूल सांधणी आणि बल हस्तांतरण प्रणाली
लेखक: श्री डी. पी. सिंग, कार्यकारी संचालक (ED)/अभिकल्प/NHSRCL श्री संजीव कुमार, संयुक्त महाव्यवस्थापक (JGM)/अभिकल्प/NHSRCL श्री मनोज के. चौधरी नल्ला, उपमहाव्यवस्थापक (DGM)/अभिकल्प/NHSRCL श्री राहुल कालरा, वरिष्ठ व्यवस्थापक (Sr. Mgr)/अभिकल्प/NHSRCL प्रकाशन: 'इंटरनॅशनल असोसिएशन फॉर ब्रिज अँड स्ट्रक्चरल इंजिनिअरिंग'च्या 'इंडियन नॅशनल ग्रुप'चे नियतकालिक

सारांश: उड्डाणपूल आणि पूल वाहतूक पायाभूत सुविधांमध्ये महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावतात. ते प्रदेशांना जोडणारे महत्त्वाचे दुवे म्हणून काम करतात आणि हाय-स्पीड रेल्वे (HSR), रेल्वे, मेट्रो आणि महामार्ग यांसारख्या वाहतुकीच्या विविध पद्धतींना सामावून घेतात. हाय-स्पीड रेल्वे प्रकल्पांसाठी पुलांची रचना आणि बांधकाम हे वाहतुकीच्या इतर पद्धतींपेक्षा लक्षणीयरीत्या वेगळे असते. मुंबई अहमदाबाद हाय-स्पीड रेल्वे (MAHSR) हा भारतातील एक परिवर्तनकारी पायाभूत सुविधांचा उपक्रम आहे, ज्याचा उद्देश देशाच्या वाहतूक व्यवस्थेत क्रांती घडवून आणणे आहे. MAHSR सुमारे ५०८ किलोमीटरचे अंतर कापते आणि ताशी ३५० किमीच्या नियोजित वेगाने महाराष्ट्र आणि गुजरात या राज्यांमधून जाईल. MAHSR प्रकल्पातील संरचनांसाठीच्या रचना संकल्पना प्रामुख्याने जपानी रेल्वे मानके आणि मार्गदर्शक तत्त्वांवर आधारित आहेत, जे जपानमधील शिंकांसेन हाय-स्पीड रेल्वे नेटवर्कसाठी एक सिद्ध तंत्रज्ञान आहे. या शोधनिबंधात, MAHSR प्रकल्पाच्या एका अद्वितीय गरजेवर म्हणजेच, ‘प्रीस्ट्रेस्ड काँक्रीट (PSC) बॉक्स गर्डर पुलांचे आर्टिक्युलेशन’ यावर चर्चा केली आहे. या शोधनिबंधाचा उद्देश एमएएचएसआरच्या उड्डाणपूल आणि पुलांसाठी वापरल्या जाणाऱ्या बेअरिंग्ज आणि स्टॉपर्सविषयी माहिती देणे आणि पारंपरिक प्रणालीशी त्यांची तुलना करणे हा आहे. या शोधनिबंधात प्रकल्पासाठीच्या भूकंपीय बलाच्या मूल्यांकनावरही थोडक्यात माहिती दिली आहे. मुख्य शब्द: आर्टिक्युलेशन; इलास्टोमेरिक बेअरिंग्ज; स्टील स्टॉपर; डॅम्पर स्टॉपर

प्रस्तावना

पुलांवर विविध प्रकारचे प्रभाव पडतात, ज्यामुळे पुलाच्या वरच्या भागाचे (सुपरस्ट्रक्चर) आणि त्याच्या आधारांचे (सपोर्ट्स) विस्थापन होते. जर या हालचालींना रोखले गेले, तर सुपरस्ट्रक्चरमध्ये अंतर्गत बल निर्माण होतात. या रोधक बलांच्या निर्मितीवर नियंत्रण ठेवण्यासाठी, सुपरस्ट्रक्चरला सपोर्ट बेअरिंग्जवर ठेवणे ही एक सामान्य पद्धत झाली आहे, ज्यामुळे डेक आणि सपोर्ट्स यांच्यामध्ये सापेक्ष हालचालीसाठी काही प्रमाणात स्वातंत्र्य मिळते. याव्यतिरिक्त, सेवाकाळात आणि भूकंपाच्या परिस्थितीत सुरळीत व अखंड कार्य सुनिश्चित करण्यासाठी स्टॉपर्स किंवा रिटेनर्स देखील प्रदान केले जातात. पुलांमध्ये वापरण्यासाठी बेअरिंग्ज आणि स्टॉपर्सची त्यांच्या हालचालीच्या प्रमाणानुसार निवड आणि मांडणी करण्याला 'आर्टिक्युलेशन' असे म्हणतात.

उभ्या भारांव्यतिरिक्त (डेड लोड, सुपर इम्पोज्ड डेड लोड, लाइव्ह लोड, इत्यादी), व्हायाडक्ट्स/पुलांमधील पार्श्व बल (लॅटरल फोर्सेस) देखील बेअरिंग प्रणाली किंवा बेअरिंग आणि स्टॉपर प्रणालीद्वारे सुपरस्ट्रक्चरकडून सबस्ट्रक्चरकडे हस्तांतरित होतात. हे बल हस्तांतरण पूल प्रणालीच्या सर्व घटकांची सुरक्षितता आणि विविध पार्श्व भारांखाली संपूर्ण पूल प्रणालीची स्थिरता सुनिश्चित करण्यात महत्त्वाची भूमिका बजावते. पार्श्व बले अनुदैर्ध्य दिशेने (वाहतुकीच्या दिशेने) आणि अनुप्रस्थ दिशेने (वाहतुकीला लंब) अशा दोन्ही दिशांनी कार्य करतात. रेल्वे उड्डाणपूल/व्हायाडक्टवर कार्य करणाऱ्या विविध प्रकारच्या पार्श्व बलांची यादी खालीलप्रमाणे आहे:

  • ब्रेकिंग/ट्रॅक्शन बले

  • लांब वेल्डेड रेल बले

  • आघात आणि कंपन बले

  • रॅकिंग बले/नोझिंग बले

  • तापमान बले

  • PSC गर्डरच्या क्रीप/आकुंचनामुळे निर्माण होणारी बले

  • वाऱ्याची बले

  • भूकंपीय बले

  • ट्रॅकमधील वक्रतेमुळे निर्माण होणारी अपकेंद्री बले

MAHSR व्हायाडक्ट आणि पुलांमधील बल-संक्रमण यंत्रणा

साध्या आधाराचे पूल

एमएएचएसआरच्या पीएससी बॉक्स गर्डर पुलांमधील पार्श्व बल हस्तांतरण यंत्रणेची तुलना खाली पारंपारिक प्रणालींशी (इलास्टोमेरिक, पीओटी/पीटीएफई, मेटॅलिक बेअरिंग्ज) केली आहे:

अ. पारंपारिक इलास्टोमेरिक बेअरिंग बल हस्तांतरण प्रणाली

भूकंपीय बल वगळता, अनुदैर्ध्य दिशेतील आणि अनुप्रस्थ दिशेतील पार्श्व बल इलास्टोमेरिक बेअरिंग्जद्वारे पूर्णपणे उप-संरचनेकडे हस्तांतरित केले जातात. मध्यम आणि उच्च भूकंपप्रवण क्षेत्रांमध्ये, अनुज्ञेय स्थानांतरणापलीकडील भूकंपीय बल (म्हणजेच, इलास्टोमेरिक बेअरिंग्जमधील कर्तन विरूपण) कर्तन की/भूकंपीय स्टॉपरद्वारे उप-संरचनेकडे हस्तांतरित केले जातात. कमी भूकंपप्रवण क्षेत्रांमध्ये, भूकंपीय बल देखील इलास्टोमेरिक बेअरिंग्जद्वारे हस्तांतरित केले जातात, तर स्टॉपर्स (जर दिलेले असतील तर) केवळ अधिरचनेचे विस्थापन टाळण्यासाठी असतात. याव्यतिरिक्त, उभे भार देखील इलास्टोमेरिक बेअरिंग्जद्वारे हस्तांतरित केले जातात. भूकंपीय स्टॉपरसह पारंपारिक इलास्टोमेरिक बेअरिंग प्रणालीची एक प्रातिनिधिक आकृती आकृती १ मध्ये दर्शविली आहे.

आकृती १: पारंपारिक इलास्टोमेरिक बेअरिंग रचना

b. पारंपारिक POT-PTFE बेअरिंग बल हस्तांतरण प्रणाली

भूकंपीय बलांसह, दोन्ही दिशांमधील पार्श्व बले (Lateral forces) — खाली आकृती २ मध्ये दर्शविलेल्या 'स्वातंत्र्याच्या अंशांनुसार' (degrees of freedom) — स्थिर आणि चल बेअरिंग्जद्वारे अधोसंरचनेकडे (substructure) हस्तांतरित केली जातात.

आकृती २: पारंपारिक POT-PTFE बेअरिंग रचना

c. MAHSR मधील बल-संक्रमण प्रणाली (आकृती ३)

उड्डाणपूल आणि पुलांसाठीची 'आर्टिक्युलेशन प्रणाली' (जोडणी व्यवस्था) ही इलास्टोमेरिक बेअरिंग्स आणि स्टील बॉक्स स्टॉपर्स यांनी बनलेली असते. स्थिर टोकाच्या बाजूला, इलास्टोमेरिक बेअरिंग्सची रचना केवळ अधिरचनेवरून (superstructure) येणारे ऊर्ध्वगामी भार पेलण्यासाठी केलेली असते; तर, ब्रेकिंग/ट्रॅक्शन (ओढ), भूकंपीय बले इत्यादींसह अनुदैर्ध्य दिशेने कार्यरत असलेली सर्व पार्श्व बले (lateral forces) ही स्टील बॉक्स स्टॉपर्सद्वारे अधोरचनेकडे (substructure) संक्रमित केली जातात.

आकृती ३: MAHSR च्या साध्या आधारावरील गाळ्यात (Simply Supported Span) बल-हस्तांतरण प्रणाली

हलणाऱ्या टोकाच्या बाजूला, इलास्टोमेरिक बेअरिंग्जमध्ये अनुदैर्ध्य दिशेतील पार्श्व बलांमुळे होणाऱ्या हालचालीस परवानगी दिली जाते आणि त्यांची रचना सुपरस्ट्रक्चरवरील उभ्या भारांसोबतच कर्तन विरूपणासाठी (shear deformation) केलेली असते.

स्थिर आणि हलणाऱ्या दोन्ही बाजूंना, आडव्या दिशेतील सर्व पार्श्व बले इलास्टोमेरिक बेअरिंग्जऐवजी केवळ स्टीलच्या आयताकृती स्टॉपर्सद्वारे सबस्ट्रक्चरकडे हस्तांतरित केली जातात. सुपरस्ट्रक्चर आणि स्टील बॉक्स स्टॉपर यांच्यामध्ये आडव्या दिशेने कोणतीही फट ठेवली जात नाही. यामुळे सुपरस्ट्रक्चरचे समांतर सरकणे (म्हणजेच स्टॅगर) टाळले जाते (आकृती ४), जे हाय-स्पीड रेल्वे (शिंकनसेन) मधील धावण्याच्या सुरक्षिततेचा एक महत्त्वाचा पैलू आहे, कारण रेल्वे रुळाच्या पातळीवर अनुज्ञेय स्टॅगर खूप कमी (२ मिमी पर्यंत मर्यादित) असतो.

आकृती ४: पारंपारिक इलास्टोमेरिक बेअरिंग व्यवस्थेसह गाळ्यांमधील समांतर विस्थापन

अशाप्रकारे, पारंपरिक आणि एमएएचएसआर (MAHSR) ब्रिज आर्टिक्युलेशन सिस्टीममधील मुख्य फरक खालीलप्रमाणे आहेत:

  • स्थिर टोकाच्या बाजूचे स्टील बॉक्स स्टॉपर्स हे वापरात असताना आणि भूकंपाच्या परिस्थितीत दोन्ही वेळी अनुदैर्ध्य बलांच्या (longitudinal forces) अधीन असतात. त्यामुळे, उभे (vertical) आणि आडवे (lateral) बल अनुक्रमे बेअरिंग्ज आणि स्टॉपर्समध्ये विभागले जातात.

  • पारंपरिक रचनेत, सामान्यतः अनुदैर्ध्य आणि आडव्या (transverse) दिशांमधील बलांना प्रतिकार करण्यासाठी वेगवेगळे स्टॉपर्स दिलेले असतात. याउलट, एकच स्टील बॉक्स स्टॉपर (एमएएचएसआर) दोन्ही दिशांमधील बलांना प्रतिकार करण्यासाठी डिझाइन केलेला असतो. याव्यतिरिक्त, हे स्टील बॉक्स स्टॉपर्स विस्थापन-प्रतिबंधक (anti-dislodgement) उपकरण म्हणून काम करतात.

स्टील बॉक्स स्टॉपरचा तपशील

स्टील बॉक्स स्टॉपर्स हे पोकळ चौरस स्टीलचे भाग (रोल्ड/बिल्ट-अप) असतात, जे काँक्रीटने पोस्ट-फिल केलेले असतात. स्थिर बाजूच्या स्टॉपरमध्ये, स्टॉपर आणि सुपरस्ट्रक्चर यांच्यामध्ये अनुदैर्ध्य दिशेने कोणतीही हालचाल होऊ दिली जात नाही. याउलट, चल बाजूच्या स्टॉपरमध्ये, अनुदैर्ध्य दिशेने डिझाइननुसार आडवी हालचाल सुनिश्चित करण्यासाठी एक बाह्य बॉक्स दिलेला असतो. स्थिर आणि चल बाजूचे स्टील स्टॉपर्स अनुक्रमे आकृती ५ आणि ६ मध्ये दाखवले आहेत. स्टील बॉक्स स्टॉपरचे आयसोमेट्रिक दृश्य आणि स्टील बॉक्स स्टॉपरमधून पार्श्व बल हस्तांतरणादरम्यान सुपरस्ट्रक्चर आणि सबस्ट्रक्चरमधील ताण वितरण अनुक्रमे आकृती 7 आणि 8 मध्ये दर्शविले आहे.

आकृती ५: स्थिर टोकाकडील स्टॉपर
आकृती ६: चल आणि बाजूचा स्टॉपर

स्टील स्टॉपर्सची स्थापना

स्टील बॉक्स स्टॉपर्समुळे स्थापना प्रक्रियेत लवचिकता येते, म्हणजेच ते पूर्व-स्थापित / पश्चात-स्थापित केले जाऊ शकतात.

  • पश्चात-स्थापना: पीएससी गर्डर्स बेअरिंग्जवर ठेवल्यानंतर, सुपरस्ट्रक्चरमधील पूर्ण बॉक्स-आउट्सद्वारे सबस्ट्रक्चर आणि सुपरस्ट्रक्चरमध्ये स्टील बॉक्स स्टॉपर्स स्थापित केले जातात.

  • पूर्व-स्थापना: पीएससी बॉक्स गर्डर्स लाँच करण्यापूर्वी, सबस्ट्रक्चरमध्ये स्टील बॉक्स स्टॉपर्स त्यांच्या अंतिम स्थितीत स्थापित केले जातात.

आकृती ७: पोलादी पेटी-रोधकाचे सममितीय दृश्य
आकृती ८: थांबलेल्या बसवलेल्या स्टील बॉक्सचे ताण वितरण

एमएएचएसआरच्या सलग पुलांमधील बल हस्तांतरण यंत्रणा

एमएएचएसआरच्या सलग पुलांमध्ये, पारंपरिक प्रणालींच्या तुलनेत पार्श्व बल हस्तांतरण यंत्रणा खालीलप्रमाणे आहे:

अ. पारंपरिक प्रणाली

भारतात, सलग प्रकारच्या पुलांसाठी सामान्यतः POTPTFE सोबत मध्यवर्ती धातूचे मार्गदर्शक बेअरिंग्ज आणि भूकंपरोधक (seismic restrainers) पुरवले जातात (आकृती ९). वाहतुकीच्या दिशेने, सेवाकाळात आणि भूकंपाच्या परिस्थितीत निर्माण होणारी सर्व अनुदैर्ध्य बले (longitudinal forces) मध्यवर्ती खांबाद्वारे (P3) पेलली जातात, ज्यामुळे मध्यवर्ती खांब आणि पाया प्रणालीच्या आकारात वाढ होते, परिणामी सलग पुलाची लांबी मर्यादित होते.

आकृती ९: पारंपारिक अखंड पुलांमधील बल-हस्तांतरण यंत्रणा

ब. एमएएचएसआर डॅम्पर स्टॉपर प्रणाली

एमएएचएसआर प्रकल्पात, सलग पुलांसाठी डॅम्पर स्टॉपर्सचा वापर केला जातो, जे पारंपरिक प्रणालीच्या तुलनेत वेगळ्या पद्धतीने काम करतात.

डॅम्पर स्टॉपरमध्ये एक अशी यंत्रणा असते जी सेवाकाळात (आकुंचन, विसर्पण, ब्रेकिंग आणि कर्षण, एलडब्ल्यूआर आणि औष्णिक बलांमुळे) स्थिर-चल प्रकारच्या बलांचे वितरण आणि भूकंपांदरम्यान सर्व मध्यवर्ती खांबांमध्ये (सर्व स्थिर) अनुदैर्ध्य बलांचे वितरण करण्यास अनुमती देते. ही प्रणाली सलग पुलांमध्ये स्थिर असलेल्या एकल उप-संरचनेची/पायाची रचना टाळण्यास मदत करते.

आकृती १०: MAHSR च्या सलग पुलांमधील बल-हस्तांतरण यंत्रणा (सेवा अवस्था)

आकृती १० मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, सेवा-कालावधीत (service stage) अनुदैर्ध्य बले केवळ स्तंभ P3 वरील 'स्थिर डॅम्पर स्टॉपर' (DF) द्वारे हस्तांतरित केली जातात; याउलट, भूकंपप्रसंगी मध्यवर्ती स्तंभांवरील (P2 आणि P4) 'चल डॅम्पर स्टॉपर' (DM) देखील लॉक होतात आणि स्तंभ P3 वरील 'स्थिर डॅम्पर स्टॉपर' (DF) सोबत अनुदैर्ध्य भूकंपीय बलांचे वहन करण्यात वाटा उचलतात (आकृती ११).

आकृती ११: MAHSR च्या सलग पुलांमधील बल-हस्तांतरण यंत्रणा (भूकंपीय स्थिती)

डॅम्पर स्टॉपरचा तपशील

एमएएचएसआर प्रकल्पात दोन प्रकारचे डॅम्पर स्टॉपर वापरले गेले आहेत, म्हणजेच स्थिर डॅम्पर स्टॉपर आणि चल डॅम्पर स्टॉपर. याचा तपशील आकृती १२, १३ आणि १४ मध्ये दिला आहे. डॅम्पर स्टॉपरच्या मुख्य भागासाठी स्टील बॉक्स स्टॉपरप्रमाणेच चौरस स्टील सेक्शनचा वापर केला जातो, तथापि, सबस्ट्रक्चरमध्ये ठेवलेल्या भागामध्ये बाह्य आणि अंतर्गत बॉक्स असतात आणि या बॉक्समधील पोकळी एका चिकट द्रवाने भरलेली असते. बाह्य आणि अंतर्गत बॉक्सवर एक सरकणारी प्लेट ठेवली जाते. याव्यतिरिक्त, स्थिर प्रकारच्या डॅम्पर स्टॉपरमध्ये स्प्रिंग लीव्ह्ज असतात, जे केवळ सेवा-स्थितीत (हळू-हळू सरकणारे भार) कार्य करतात. भूकंपाच्या परिस्थितीत, स्थिर आणि चल डॅम्पर स्टॉपरमधील चिकट द्रव कार्य करतो आणि सर्व जलद भार (भूकंपीय शक्ती) पेलतो. हा चिकट द्रव वेगावर अवलंबून असतो आणि भूकंपासारख्या जलद हालचालींमध्ये जास्तीत जास्त प्रतिकार निर्माण करण्यासाठी त्याची रचना केलेली असते. तथापि, हळू-हळू होणाऱ्या हालचालींदरम्यान म्हणजेच पुलाच्या प्रसरण/आकुंचनादरम्यान निर्माण होणारी प्रतिकार शक्ती कमी असते. बॉक्सच्या वर ठेवलेल्या, आधार देणाऱ्या पट्ट्यांसह असलेल्या एका सरकत्या पट्टीद्वारे चिकट द्रव सीलबंद केला जातो.

आकृती १२: स्थिर डॅम्पर स्टॉपर
आकृती १३: चल डॅम्पर स्टॉपर

पारंपरिक प्रणालींच्या तुलनेत डॅम्पर स्टील स्टॉपर्सचे फायदे खालीलप्रमाणे आहेत:

डॅम्पर स्टॉपर्सचा वापर करून, भूकंपप्रवण क्षेत्रांमध्ये लांब, बहु-स्पॅन सलग गर्डर बांधता येतो.

भारतातील काही लांब पुलांमध्ये शॉक ट्रान्समिशन युनिट (STU) वापरले गेले आहे, परंतु डॅम्पर स्टॉपरचे अतिरिक्त फायदे आहेत. डॅम्पर स्टॉपर्स आडव्या दिशेने भूकंपरोधक म्हणूनही काम करतात, तर STU च्या वापरामध्ये (आकृती १५ मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे), आडव्या दिशेने अतिरिक्त भूकंपरोधकाची आवश्यकता असते. स्प्रिंग लीव्हजच्या उपस्थितीमुळे, फिक्स्ड डॅम्पर स्टॉपर सर्व्हिस लोडला प्रतिकार करतो, तर STU प्रणालीमध्ये या बलांना बेअरिंग्जद्वारे प्रतिकार केला जातो. अशाप्रकारे, STU प्रणालीच्या तुलनेत डॅम्पर स्टॉपर प्रणाली ही एक बहुकार्यक्षम प्रणाली आहे.

आकृती १४: डॅम्पर स्टॉपरचे सममितीय दृश्य

सलग पुलांमधील बेअरिंग व्यवस्था

सलग पुलांच्या संदर्भात, डॅम्पर स्टॉपर प्रणालीसह, MAHSR मध्ये स्वीकारण्यात आलेली बेअरिंग व्यवस्था खाली दर्शविली आहे.

आकृती १५: शॉक ट्रान्समिशन युनिट (STU)

.चार-गाळ्यांच्या अखंड पुलामध्ये (आकृती १६ मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे), केवळ इलास्टोमेरिक बेअरिंग्जचा वापर केला जातो. ही इलास्टोमेरिक बेअरिंग्ज उभ्या भारांना, तसेच वाहतुकीच्या दिशेने (हलू शकणाऱ्या ठिकाणी) होणाऱ्या कर्तन विरूपणास (shear deformation) रोखण्यासाठी अभिकल्पित केलेली असतात.

आकृती १६: ४-स्पॅन सलग MAHSR पुलातील बेअरिंगची मांडणी

७-स्पॅनच्या अखंड पुलामध्ये (आकृती १७ मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे), डॅम्पर-स्थिर खांबाला (P5) लागून असलेल्या खांबांसाठी (P4 आणि P6) इलास्टोमेरिक बेअरिंग्जचा वापर केला जातो. तथापि, तापमानातील बदलांमुळे होणारे अधिक प्रमाणात होणारे विस्थापन (translation) सामावून घेण्यासाठी, इतर खांबांसाठी (P1, P2, P3, P7 आणि P8) सरकत्या प्रकारच्या (sliding type) इलास्टोमेरिक बेअरिंग्जचा वापर केला जातो.

आकृती १७: ७-गाळ्यांच्या सलग MAHSR पुलातील बेअरिंगची मांडणी

स्लाइडिंग इलास्टोमेरिक बेअरिंग

स्लाइडिंग इलास्टोमेरिक बेअरिंग हा एक प्रकारचा बेअरिंग आहे, ज्यामध्ये उभे भार इलास्टोमेरिक बेअरिंग पॅडद्वारे सुपरस्ट्रक्चरकडून सबस्ट्रक्चरकडे हस्तांतरित केले जातात, तर आकृती १८ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे टॉप प्लेट आणि मिडल प्लेटच्या मध्ये ठेवलेल्या PTFE थरावर डेकची अनुदैर्ध्य दिशेतील बाजूची हालचाल होऊ दिली जाते. बाजूचे ब्लॉक्स आडव्या दिशेत स्टॉपर म्हणून काम करतात.

आकृती १८: सरकत्या इलॅस्टोमेरिक बेअरिंगचा तपशील
भूकंपीय बलांचा विचार केला

जपान हा देश 'पॅसिफिक रिंग ऑफ फायर'वर वसलेला असल्यामुळे भूकंपप्रवण देश आहे. या रिंग ऑफ फायरवर तो पॅसिफिक महासागराखालील पॅसिफिक प्लेट, युरेशियन प्लेट आणि फिलीपिन्स सी प्लेट या तीन टेक्टॉनिक प्लेट्सवर स्थित आहे. भूकंपीय क्षेत्र घटक 'Z', जो एखाद्या विशिष्ट क्षेत्राच्या प्रभावी कमाल भू-त्वरणाचे सूचक आहे, तो जपान आणि भारतासाठी खाली दर्शविला आहे. जपानमध्ये Z चे मूल्य ०.७ ते १.० पर्यंत आणि भारतात ०.१० ते ०.३६ पर्यंत असते.

आकृती १९: जपानचा भूकंपीय विभागणी नकाशा
आकृती २०: भारताचा भूकंपीय क्षेत्र नकाशा

भूकंपांच्या तीव्रतेतील आणि त्यांच्या घडण्याच्या पद्धतीतील मोठ्या फरकामुळे (जो झोन फॅक्टर ‘Z’ दर्शवतो), एमएएचएसआर प्रकल्पासाठी टाइम हिस्ट्री रिस्पॉन्स विकसित करण्याची गरज होती. एमएएचएसआर प्रकल्पासाठी भूकंपीय बलांच्या गणनेकरिता, भूकंपीय झोन III मानला गेला आहे. झोन III शी संबंधित कमाल रिस्पॉन्स प्रवेग ०.१५ (१५० गॅलन) मानला गेला आहे आणि हेच डिझाइन बेसिस भूकंप ०.४५ (४५० गॅलन) शी संबंधित लक्ष्य स्पेक्ट्रम म्हणून निश्चित केले आहे. डीबीई (डिझाइन बेसिस भूकंप) म्हणजे असे भूकंपाचे परिणाम, जे संरचनेच्या डिझाइन लाइफमध्ये किमान एकदा तरी घडण्याची वाजवी अपेक्षा असते. हे अशा भूकंपाशी संबंधित आहे, ज्याची ५० वर्षांत १०% पेक्षा जास्त शक्यता असते, म्हणजेच ४७५ वर्षांचा रिटर्न पिरियड. लक्ष्य स्पेक्ट्रम डीबीईशी जुळण्यासाठी विस्तारित केला जातो, कारण आकृती २१ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे डिझाइन लाइफमधील हा सर्वाधिक अपेक्षित भूकंप आहे.

आकृती २१: प्रतिसाद प्रवेग विरुद्ध वेळ
आकृती २२: विविध कालखंडांमध्ये SDOF चा प्रतिसाद

आगत तरंगरूप (आकृती २३) अशा प्रकारे प्रमाणबद्ध (scaled) केले आहे, की ते वरील आकृती २१ मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे लक्ष्य स्पेक्ट्रम प्रवेगेशी (Target spectrum acceleration) जुळते.

आकृती २३: MAHSR साठी विकसित केलेली सुधारित निविष्ठ भूकंपीय तरंगरूप

जपानी मानकांनुसार, पुनर्स्थापनाक्षमता म्हणजे भूकंपासारख्या आकस्मिक भारांमुळे क्षीण झालेल्या संरचनेची कार्यक्षमता पुनर्संचयित करणे आणि त्या संरचनेचा सतत वापर शक्य करणे. संरचनेची दुरुस्ती करण्याच्या अडचणीच्या पातळीनुसार पुनर्स्थापनाक्षमता निर्दिष्ट केली जाते.

पुनर्स्थापनाक्षमतेसाठी कार्यक्षमतेची पातळी, डिझाइन आयुष्यकाळात डिझाइन कृतींच्या गुणधर्मांचा विचार करून निश्चित केली जाते. सामान्यतः, खालील कार्यक्षमता पातळ्या निश्चित केल्या जातात:

कार्यक्षमता पातळी १: सामान्यपणे कार्यरत आणि वापरण्यायोग्य, कोणत्याही दुरुस्तीची आवश्यकता नाही. हे पातळी १ (L1) भूकंपाच्या धक्क्यांना लागू होते. L1 भूकंपाचा धक्का हा, मूळ भूकंपाच्या धक्क्यांव्यतिरिक्त प्रादेशिक वैशिष्ट्ये विचारात घेऊन, बांधकाम स्थळावरील डिझाइन आयुष्यकाळात अनेक वेळा येण्याची शक्यता असलेला भूकंपाचा धक्का म्हणून निश्चित केला जातो.

कार्यक्षमता पातळी २: जेव्हा दुरुस्तीची आवश्यकता असते, तेव्हा कमी कालावधीत कार्यक्षमता पुनर्संचयित करता येते. हे पातळी २ (L2) भूकंपाच्या धक्क्यांना लागू होते. L2 भूकंपाचा धक्का हा तीव्र भूकंपाच्या धक्क्यांच्या अंदाजाच्या पद्धतीवर आधारित, त्या जागेनुसार विशिष्ट भूकंपाचा धक्का म्हणून निश्चित केला पाहिजे.

एमएएचएसआर प्रकल्पातील बेअरिंग्ज आणि स्टॉपर्स हे पुनर्स्थापनेच्या कार्यक्षमता स्तर १ साठी डिझाइन केलेले आहेत.

निष्कर्ष

पूल/उड्डाणपूल संरचनेच्या डिझाइन, बांधकाम, कार्यक्षमता आणि सुरक्षिततेमध्ये ब्रिज आर्टिक्युलेशन (Bridge Articulation) महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावते. त्यामुळे, बेअरिंग्ज आणि स्टॉपरची रचना विचारपूर्वक निवडली पाहिजे. स्टील बॉक्स स्टॉपर्स, बलाच्या वहनातील त्यांच्या विविध भूमिकांव्यतिरिक्त, स्थापनेच्या प्रक्रियेत म्हणजेच पूर्व-स्थापना/पश्चात-स्थापनेत लवचिकता देतात, तसेच ते किफायतशीर, पूर्वनिर्मित असल्यामुळे हाताळण्यास सोपे आणि जलदगती प्रकल्पांसाठी वापरण्यास सुलभ आहेत. शिवाय, इलास्टोमेरिक/स्लायडिंग बेअरिंग्जसोबत डॅम्पर स्टॉपर्सच्या वापरामुळे, भारतात वापरल्या जाणाऱ्या पारंपरिक प्रणालींच्या तुलनेत, त्याच आकाराचे पियर्स आणि पाया प्रणाली निवडण्याची लवचिकता मिळते. डॅम्पर स्टॉपर्सच्या वापरामुळे, अतिरिक्त भूकंपरोधक रिटेनर्स न वापरता भूकंपप्रवण क्षेत्रांमध्ये एक लांब, बहु-स्पॅन सलग गर्डर बांधता येतो आणि उड्डाणपूल/पुलाला एक चांगले सौंदर्यपूर्ण स्वरूपही मिळते. स्टील बॉक्स स्टॉपर आणि डॅम्पर स्टॉपरच्या बहु-कार्यक्षम वापरामुळे, पियर कॅपचा आकार अनुकूलित (optimized) होतो.

संदर्भ

१. सांतो टी., साईतो जे., आणि मासुदा के.,

“जपानमधील पूल बेअरिंग्जचे संक्रमण आणि अलीकडील ज्ञान”, १५ वी जागतिक भूकंप अभियांत्रिकी परिषद २०१२, ३८ पैकी खंड १, पृष्ठे ११०३३ - ११०४१.

श्रीमती सुषमा गौर
महाव्यवस्थापक,
जनसंपर्क
ईमेल: gm.pr@nhsrcl.in
फोन: 011-26700000/01
श्री. निशांक भानु
वरिष्ठ व्यवस्थापक,
विपणन आणि संवाद
ईमेल: mgr.pr@nhsrcl.in
फोन: 011-26700000/01
श्रीमती पूजा सिंह
सहाय्यक व्यवस्थापक,
जनसंपर्क
ईमेल: am1.pr@nhsrcl.in
फोन: 011-26700000/01