Hızlılık, uygun maliyet ve kırsal bağlantıya odaklanmak
Güney Afrika'da bir deniz kapalı ülke olan Zimbabve, kritik bir altyapı açığı ile karşı karşıya:Yol ağının% 60'ından fazlası ve köprülerinin% 40'ı sömürgeci döneminde (1920'ler 1970'ler) inşa edildi ve sınırlı bakım nedeniyle bozulduÜlkenin %70'inin kırsal bölgelerde yaşadığı ve ihracatının %80'inin (tütün, altın,platin) yol taşımacılığına bağlıdır., işlevsel köprüler sadece altyapı değil, hayat kılavuzu.
Bir zamanlar norm olan geleneksel dökme beton köprüler, Zimbabve'nin gerçekliğine uygun olmadığını kanıtladı: inşaatları 6-12 ay sürüyor (su baskınından sonraki dar inşaat pencereleri eksik),Önceden üretilmiş alternatiflerden %30~50% daha pahalıBu çerçevede, prefabrik çelik köprüler fabrika yapımı, modüler,ve hızlı bir şekilde monte edilebilmeleri, dönüştürücü bir çözüm olarak ortaya çıktı.Bu makale, bu köprülerin neden teknik tasarım, yerel vaka çalışmaları ve bölgesel yük standartlarına uyum sağlayarak Zimbabve'nin tercih ettiği bir seçim haline geldiğini açıklıyor.
Aprefabrik çelik köprü(Modüler çelik köprü olarak da adlandırılır) kilit bileşenlerin kontrol edilen bir fabrika ortamında üretildiği bir yapıdır.Daha sonra montaj için inşaat alanına taşınır.Geleneksel yerleşik kaynaklı çelik veya beton köprülerin aksine, önceden yapım tarla çalışmalarını en aza indirir, Zimbabve'nin sert hava koşullarına maruz kalmayı azaltır ve tutarlı kaliteyi sağlar.
Zimbabwe'de, prefabricated steel bridges are typically designed for spans of 10–60 meters (ideal for crossing rural rivers like the Save or Limpopo tributaries) and loads of 10–40 tonnes (to handle agricultural trucks and light mining vehicles)En yaygın türler arasında truss tabanlı tasarımlar (örneğin, Bailey Köprüleri) ve basitlikleri, dayanıklılıkları,ve Zimbabwe'nin sınırlı ulaşım ve inşaat kapasitesi ile uyumluluğu.
Zimbabve'nin prefabrik çelik köprüleri üç önemli zorluğa dayanacak şekilde tasarlanmıştır: Yağmurlu mevsimdeki seller, kırsal toz/kum erozyonu ve yoğun ama aralıklı trafik.Kompozisyonları birbirine bağlı üç sistemi içerir.- Evet.
Üstyapı: Yük Taşan Çerçeve
Üst yapı trafik yüklerini taşır ve hızlı montaj için optimize edilmiştir:
Truss / Girder Montajları: Çoğu kırsal Zimbabve köprüsü için, daha hafif ağırlıkları ve daha kolay taşınmaları nedeniyle truss sistemleri (örneğin, Bailey Köprüsü panelleri) kutu kirişlerine tercih edilir.Bu trasseler, Zimbabwe'nin tarımsal ve hafif madencilik trafiği için yeterli olan en az 275 MPa'lık bir çıkış sertliğine sahip yüksek dayanıklı yapısal çelik (S275JR veya S355JR) kullanır.Her bir truss paneli, 3'6 metre uzunluğunda ve 150'300 kg ağırlığında olup, 10 tonluk kamyonlarla (kırsal alanlarda en yaygın ağır araç) taşınır.
Güverte panelleri: Sürüş yüzeyini oluşturan ince çelik levhalar (68 mm kalınlığında) veya ahşap kompozit paneller (daha ucuz ve yerel kaynaklı).çelik güverte panelleri, sel sularının çamur ve enkazından kaynaklanan korozyona dayanmak için çinko bakımından zengin boya (80 μm kalınlığında) ile kaplanmıştır.
Yan raylar: Yürüyenlerin güvenliği için trese kaynaklı hafif çelik raylar (S235JR), köprülerin hem araçlar hem de hayvanlar tarafından kullanıldığı kırsal alanlarda kritik önem taşımaktadır.
Altyapı: Sel Direnci Temelleri
Alt yapı köprüyü yere bağlar ve mevsimsel sellerden kurtulmak için tasarlanmıştır:
Abutments: Üstyapıyı destekleyen beton veya taşla doldurulmuş çelik gabionlar (kafesler).Gabion abutments, Zimbabwe'de popülerdir çünkü düşük maliyetlidir (yerel taş kullanılarak) ve esnektir.Daha büyük nehirler (örneğin Save Nehri) için, suların yıpranmasını önlemek için beton abutmentler 5-8 metre derinliğe taşınan çelik pillerle güçlendirilir.
Isılamalar (uzun uzamalar için): 30 metreden fazla uzama için 20-30 metreden uzaklıkta bulunan çelik veya beton iskeleler.
Lagrenler: Sel sırasında küçük bir termal genişleme ve harekete izin veren basit elastomer rulmanlar (komik yastıklar).Bunlar bakım gerektirmezler.
Bağlantı sistemleri: Hızlı ve aletsiz montaj
Zimbabve'deki prefabrik çelik köprüleri kullanımı kolay bağlantıları ile tanıtıyor:
Boltlu eklemler: Boltları sıkmak için işçilerin temel el aletleri kullanması gerekmez.Bir iki günde öğrenebileceğin bir beceri..
Pin Bağlantıları: Bailey Köprüleri'nde kullanılır, bunlar truss panellerinin çelik iğnelerle (25 ′′30 mm çapında) dakikalar içinde bağlanmasına izin verir.Zaman çok önemli olduğunda.
Prefabrik çelik köprüler, Zimbabve'nin en acil altyapı sorunlarını beş önemli fayda ile çözüyor:
Hızlı İnşaat (Su baskınından sonra iyileşme için kritik): Zimbabwe'nin yağmur mevsimindeki seller yılda 20-30 kırsal köprüyü yok ederek toplulukları pazarlardan ve sağlık hizmetlerinden koparır.Prefabrik köprüler 1-4 hafta içinde monte edilebilir (vs.Bu durum, ekim veya hasat mevsiminden önce erişimin yeniden sağlanmasını sağlar.Masvingo Eyaletinde 20 metrelik Bailey Köprüsü, 2023'te 10 günde kuruldu. Bu, 500 küçük çiftçiyi tütün ürünlerini kaybetmekten kurtardı..
Düşük Maliyet (Fiziksel Sınırlarla Uyumlu): Zimbabve hükümeti GSYİH'sının sadece% 3'ünü altyapıya ayırdı (Afrika ortalaması% 5'e oranla).Meter başına 000 (vsBeton için 25.000 ₹ 50.000), (1) fabrika seri üretimi; (2) yerel işgücü (uzman mühendislere gerek yok); (3) tekrar kullanılabilir bileşenler sayesinde.Zimbabve Ulusal Yollar İdaresi (ZINARA), prefabrik köprülerin yıllık köprü onarım bütçesini %35 oranında azalttığını bildirdi..
Taşınabilirlik (Kırsal Lojistik için Uygun): Zimbabve'nin kırsal yollarının% 80'i asfaltlanmamış ve sadece 15 tondan küçük araçlar için uygun.Masabeleland Kuzey gibi uzak bölgelerde küçük kamyonlara veya hatta öküzlerle çekilen arabalara yerleştirilen önceden üretilmiş köprü bileşenleri (her panel için en fazla 300 kg)Öte yandan, beton kirişler (her biri 5~10 ton) kırsal Zimbabwe'de ağır kamyonlar ve vinçlere ihtiyaç duyar.
Dayanıklılık (Kötü Koşullara Dayanıklı): Uygun çinko kaplamaları ve gabion abutmentleri ile, prefabrik çelik köprülerin Zimbabve'nin ikliminde 20-30 yıllık bir hizmet ömrü vardır.Mashonaland Batı Eyaleti'ndeki 1998 yılında kurulan Bailey Köprüsü hâlâ günlük olarak 5 tonluk tarım kamyonu taşıyor, sadece yıllık vida sıkma ve boya düzeltmeleri gerektirir.
Esneklik ve Tekrar Kullanılabilirlik: Hazırlanmış köprüler sökülebilir ve yeni yerlere taşınabilir.madenin kapatılması veya yeni bir kırsal yerleşim oluşumu)2022 yılında Kadoma'daki kapalı bir altın madeninden 30 metrelik prefabrik bir köprü Murehwa'daki yeni bir okula taşındı ve yeni inşaat maliyetlerinde 120.000 dolar tasarruf edildi.
Zimbabve'nin yol ağı iki baskın trafik türüne hizmet vermektedir: (1) hafif tarım araçları (örneğin, tütün taşıyan kamyonetler) ve (2) ağır madencilik araçları (örneğin, hafif tarım araçları).Zimplats'tan platin taşıyan atık kamyonlar)Köprülerin bu yükleri kaldırabilmesini sağlamak için, Zimbabwe’s ZINARA adopted the American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) LRFD Bridge Design Specifications—specifically Chapter 3 on vehicle loads—as its national standard in 2015.
AASHTO LRFD, Zimbabve'nin ulaşım ihtiyaçlarıyla uyumlu olan yük gereksinimlerini tanımlar:
HL-93 Yük kombinasyonu (Kırsal yollar için temel)
HL-93 standardı, çoğu Zimbabve prefabrik köprüsünün temelidir.
Prefabrik çelik köprüler için,Bu, truss panellerinin 150~200 kN·m'lik bükme anlarına ve S275JR çelik ile kolayca ulaşılabilen 80~100 kN'lik kesme kuvvetlerine dayanacak şekilde tasarlanması gerektiği anlamına gelir (bükme dayanıklılığı 250 MPa'dır)..
320-kN (72,000 lb) tasarım kamyonu (Zimbabwe'nun ortak 5 tonluk tarım kamyonlarına eşdeğer).
9.3-kN/m2 (194-lb/ft2) şerit yükü (köprüde birden fazla araç için hesap).
Özel madencilik yükü düzenlemeleri
Madencilik alanlarının yakınındaki köprüler için (örneğin, Zimbabwe'nin platin madenlerinin bulunduğu Great Dyke), ZINARA AASHTO'nun Özel Taşıma Aracı (SHV) hükümlerini kullanır.Bunlar, 15-30 tonluk madencilik kamyonları için özel yük modelleri sağlar., bunlardan:
Madencilik bölgelerindeki prefabrik köprüler, bu standartları karşılamak için daha kalın tramvay üyeleri (12 ′′ 14 mm karşısında 8 ′′ 10 mm kırsal yollar için) ve ek çapraz destek kullanır.Zvishavane yakınında 2021 kurulan bir köprü (platin madencilik merkezi) S355JR çelik kirişleri kullanır ve 25 tonluk atık kamyonları güvenli bir şekilde taşıyabilir.
% 20'lik bir dinamik yükü (DLA) (asfaltlanmamış yaklaşımlarda ağır kamyonlardan gelen titreşimleri dikkate almak için).
Güvenlik marjını sağlamak için yük faktörlerinin artması (γ_L = HL-93 için 1.75'e karşı 1.8)
Yürüyüşçü ve hayvan yükleri
Kırsal Zimbabwe'de köprüler genellikle yayalar, sığırlar ve keçiler tarafından kullanılır.Yapılandırılmış çelik köprülerin kolayca barındırabildikleri güverte panelleri, bu değerden çok daha fazla dağıtılmış yükleri kaldırmak için tasarlanmıştır.Ek olarak, ZINARA, Zimbabwe'nin tarımsal ekonomisini yansıtmak için AASHTO'nun yerel bir uyarlaması olan hayvancılık için 2 kN / m2 yük ekler.
Zimbabwe'nin AASHTO'yu seçmesi üç pratik faktörden kaynaklanıyor:
Madencilik Trafiği ile uyum: AASHTO'nun SHV hükümleri, Zimbabve'nin ağır madencilik kamyonları için Eurocode'lardan (en fazla 40 tonluk daha küçük Avrupa araçlarına odaklanan) daha uygundur.
Tasarım Kaynaklarının Erişilebilirliği: AASHTO kılavuzları ve yazılımları bölgesel ortaklıklar yoluyla (örneğin Güney Afrika mühendislik firmalarıyla) yaygın olarak kullanılabilir.Eurocode'ler pahalı lisans gerektiriyor..
Yerel mühendisler arasında aşinalık: Çoğu Zimbabve inşaat mühendisi bölgesel üniversiteler (örneğin, Pretoria Üniversitesi) aracılığıyla AASHTO standartlarında eğitim alır.Köprü tasarımı için öğrenme eğrisinin azaltılması.
Zimbabve'nin prefabrik çelik köprü projeleri kırsal toplulukları, madencilik bölgelerini ve felaket sonrası kurtarma alanlarını kapsar.
Proje Arkaplanı: Save Nehri'nin (Limpopo'nun ana bir kolu) üzerindeki orijinal beton köprü, 2022 Yağmur mevsimindeki seller nedeniyle yıkıldı.Masvingo'nun tütün pazarlarından Chiredzi Bölgesi'ndeki 200 küçük çiftçiÇiftçiler, ekim mevsimi (Ekim) içinde yerine yeni bir köprü inşa edilmezse, 2023'teki tüm hasatlarını (1,2 milyon dolar değerinde) kaybedecekler.
Hazırlanmış Çözüm: 30 metrelik bir Bailey Köprüsü (Mabey Compact 200 modeli) S275JR çelik kirişleri ve çelik güverte panelleri ile.10 tonluk kamyonlarla Chiredzi'ye taşınırken, ve 8 işçiden oluşan yerel bir ekip tarafından monte edildi (Güney Afrika'lı bir teknisyen tarafından 2 günde eğitildi).
Ana Sonuçlar:
İnşaat süresi: 14 gün (beton için 6 aya karşı).
Maliyeti: 450.000 dolar (beton bir köprüden% 33 daha az).
Etkisi: Çiftçiler tütün ürünlerinin %90'ını zamanında teslim ederek 1 milyon dolar gelir elde ettiler. Köprü ayrıca kırsal bir kliniğe erişimi yeniden sağladı ve anne ölümünün nakliye süresini %50 azalttı.
Proje Arkaplanı: Zimbabwe'nin en büyük platin madenci Zimplats, Ngezi Madenini Bulawayo-Harare otoyolu ile bağlamak için bir köprüye ihtiyaç duyuyordu.25 tonluk maden kamyonları taşıyan 25 metrelik kuru bir nehir yatağından geçmek gerekiyordu..
Hazırlanmış Çözüm:S355JR çelik kirişleri ve demir beton güverte panelleri (maden trafiği altında daha fazla dayanıklılık için) ile 25 metrelik prefabrik bir kutu çemberli köprü (AASHTO SHV standartlarına göre tasarlanmış)Bileşenler Harare'de üretildi (yerel üretim nakliye maliyetlerini% 20 oranında düşürdü) ve küçük bir mobil vinç (Bulawayo'dan kiralanan) kullanarak monte edildi.
Ana Sonuçlar:
İnşaat süresi: 3 hafta (madencilik operasyonlarına en az engel).
Yük kapasitesi: 30 ton (Zimplats'ın 25 tonluk gereksinimini aşan).
Etki: Cevher nakliye süresi, yolculuk başına 1 saat azalmış, Zimplats'a yakıt ve işgücü maliyetlerinde yıllık 500.000 dolar tasarruf sağlanmıştır. Köprü, 3 ani sel (2021 2023)'ye zarar vermeden dayandı.
Proje Arkaplanı: Kariba Gölü yakınlarındaki kırsal topluluklar, 15 metrelik bir nehri geçmek için tehlikeli bir ip feribotuna güveniyorlardı ve yılda 5'10 boğulma (çoğunlukla okula giden çocuklar) bildirildi.Hükümetin düşük maliyetli, sadece yayalar için bir çözüm.
Önceden Yapılmış Çözüm: 15 metrelik hafif bir önceden yapılmış tramvay köprüsü (yerel çam ağacı güverte panelleri ve ithal çelik tramvay kullanılarak).Köprü, AASHTO yaya yükü standartlarına göre tasarlandı..8 kN/m2) ve topluluk üyeleri tarafından (ZINARA personeli tarafından eğitilmiş) el aletleri kullanılarak monte edilir.
Ana Sonuçlar:
Maliyet: 75,000 (% 80'i yerel bir STK tarafından finanse edildi,15ZINARA'dan.
İnşaat süresi: 7 gün (toplumun katılımıyla yerel mülkiyet inşa edildi).
Etkisi: 2020'den bu yana sıfır boğulma ve bölgedeki çocukların okul gitimi %25 arttı. Köprü ayrıca küçük tarımsal ürünleri (örneğin domates) Kariba kasabasına taşımak için de kullanılır.
Zimbabve'de en yaygın kullanılan prefabrik çelik köprü, İngiliz mühendis Donald Bailey tarafından II. Dünya Savaşı sırasında icat edilen truss tabanlı bir tasarım olan Bailey Köprüsü'dür.ve uyarlanabilirliği, Zimbabwe'nin kırsal altyapısının temel bir parçası haline geldi., 2000'den bu yana kurulan tüm prefabrik köprülerin %70'ini oluşturuyor.
Span aralığı: 10 ′′60 metre (Zimbabwe'da en yaygın olan 15 ′′30 metre, kırsal nehirler için idealdir).
Yükleme Kapasitesi: 5?? 40 ton (truss konfigürasyonuna bağlı olarak). Kırsal tarım köprüleri, Tek-Çifte konfigürasyonu (5 10 ton) kullanırken, madencilik köprüleri İki-İki (15 25 ton) kullanır.- Hayır.
Bileşenler:
Truss Panelleri: 3 metre uzunluğunda, 1.5 metre yüksekliğinde, S275JR çelikten yapılmıştır. Her panel 220 kg ağırlığında, 2 işçi tarafından kolayca taşınır.
Güverte birimleri: 3 metre uzunluğunda, 0,75 metre genişliğinde, çelik veya ahşap tahtalarla.
Çubuklar ve Boğazlar: 25 mm çaplı çelik çubuklar (truss bağlantıları için) ve 8.8 sınıfı boğazlar (kuşağa sabitlemek için).
Montaj Gereksinimleri: Ağır ekipmana gerek yoktur. El aletleri (kilitler, çekiçler) ile 1 2 günde eğitilmiş 6-8 işçi ekibi tarafından monte edilebilir.
Düşük Taşıma Maliyetleri: Paneller küçük kamyonlara (kırsal alanlarda yaygın) yerleştirilir ve yolsuz uzak yerlere elle taşınır.
Sel dayanıklılığı: Truss tasarımı, sel suyunun ve enkazın geçmesine izin verir (hidrodinamik kuvvetleri azaltır) ve gabion abutmentleri yıkanmaya direnir.
Yerel Bakım: Onarımlar (örneğin hasarlı bir truss panelini değiştirmek) temel araçlarla yapılabilir. Uzman mühendislere gerek yoktur.ZINARA, yerel yol ekiplerini yıllık bakım (çiviler sıkıştırma) için eğitiyor., boya dokunuşları).
Maliyet-etkinlik: 20 metrelik Bailey Köprüsü maliyeti
300,000 ¢350,000, karşılaştırılabilir bir beton köprüsünden %40 daha ucuzdur.000.
Selden sonraki iyileşme: Daha önce de belirtildiği gibi, 2023 Masvingo Eyaleti köprüsü, tütün ürünlerini kurtarmak için 14 gün içinde kurulan bir Bailey Köprüsüydü.
Kırsal Okul Erişimi: Manicaland Eyaletinde (2022) 10 metrelik Bailey Köprüsü, bir ilkokulun 3 kırsal köye bağlanmasını sağlar.Öğrencilerin gidip gelme süresini 1 saatten 10 dakikaya düşürmek (bir nehrin içinden yürümek).
Madencilik Erişim Yolları: Kadoma (2021) yakınında 30 metrelik ′′İkili-İkili ′′ Bailey Köprüsü, 15 tonluk altın cevheri kamyonları taşıyor ve yağmurlu mevsimde geçilemez olan geçici bir toprak gölünün yerini alıyor.
Zimbabwe'nin altyapı planları, hükümetin Ulusal Ulaşım Ana Planı (2021-2030) ve bölgesel kuruluşlarla ortaklıklar (örneğin, Güney Afrika Kalkınma Topluluğu,SADC) , prefabrik çelik köprülerin daha fazla kullanılmasına yol açacaktır.Ana eğilimler şunlardır:
Şu anda, prefabrik köprü bileşenlerinin %60'ı Güney Afrika veya Çin'den ithal edilmektedir.ZimSteel) yerel olarak Bailey Köprüsü panelleri ve vidaları üretmek içinHarare'de 2023 yılında açılan bir pilot fabrika, Zimbabwe'nin truss panellerinin% 20'sini zaten üretiyor ve ithalat maliyetlerini% 25 düşürüyor.
Zimbabwe'nin değişen iklimi (daha yoğun yağmur mevsiminde seller, daha uzun kuru mevsimler) tasarım geliştirmeleri için baskı yapıyor:
Korrozyona dayanıklı çelik: Korrozyona karşı koruyucu bir katman oluşturan ve yıllık boyamaya gerek kalmadığı için koruyucu pas katmanı oluşturan truss panelleri için hava koşullarına karşı dayanıklı çelik (örneğin, Corten A) ile denemeler devam etmektedir.
Yükseltilmiş Güverteler: Su basması olasılığı yüksek alanlarda (örneğin Zambezi Vadisi) yeni prefabrik köprülerde, daha yüksek gabion abutmentler kullanarak, tarihi sel seviyelerinden 1 ′′ 2 metre yüksekliğinde güverteler olacak.
Sınırlı kırsal bakım kaynaklarını gidermek için, ZINARA önceden yapılmış köprülerde basit IoT sensörlerini test ediyor.Bu düşük maliyetli sensörler (güneş panelleriyle çalıştırılır) vida sıklığını ve truss deformasyonunu izler, onarımlara ihtiyaç duyulduğunda yerel yol ekiplerine SMS yoluyla uyarılar gönderiyor. Mashonaland Central'deki 5 Bailey Köprüsü'ndeki bir pilot proje (2023) planlanmamış arızaları% 40 oranında azalttı.
Zimbabwe, Güney Afrika'da önceden yapılmış köprü tasarımlarını standartlaştırmak için SADC ile birlikte çalışıyor.Güney Afrika'dan sel acil durumunda tramvay panelleri ödünç almak) ve ortak tedarikler.
- Hayır.
Zimbabwe'de prefabrik çelik köprüler tesadüfen değil, koneksyona göre tasarlanmış bir çözüm oldukları için popüler oldular.Kırsal lojistik zorlukları, sel sonrası kurtarma ihtiyaçları ve madencilik/tarımsal trafik talepleri.ve dayanıklılığı, özellikle kaynak ve uzmanlığın az olduğu kırsal bölgelerde geleneksel beton köprülerden çok daha pratik hale getirir..
Özellikle Bailey Köprüsü, küçük kırsal yaya köprülerinden madencilik erişim yollarına kadar her şeye uyum sağlayarak, Zimbabve'nin altyapısı için bir iş atı olarak değerini kanıtladı.Yerel bileşen üretimi ile, iklim dayanıklılık yükseltmeleri ve ufukta bölgesel işbirliği,Zimbabwe'nin altyapı açığını kapatmak için prefabrik çelik köprüleri önemli olmaya devam edecek, ekonomik büyümeyi desteklemek ve iklim değişikliğine direnç geliştirmek.
Zimbabve için prefabrik çelik köprüler sadece yapılardan daha fazlasıdır: pratikliğin ve umudun bir sembolüdür.İnsanların ihtiyaçlarına hizmet eden altyapı inşa etmek mümkündür.
      Hızlılık, uygun maliyet ve kırsal bağlantıya odaklanmak
Güney Afrika'da bir deniz kapalı ülke olan Zimbabve, kritik bir altyapı açığı ile karşı karşıya:Yol ağının% 60'ından fazlası ve köprülerinin% 40'ı sömürgeci döneminde (1920'ler 1970'ler) inşa edildi ve sınırlı bakım nedeniyle bozulduÜlkenin %70'inin kırsal bölgelerde yaşadığı ve ihracatının %80'inin (tütün, altın,platin) yol taşımacılığına bağlıdır., işlevsel köprüler sadece altyapı değil, hayat kılavuzu.
Bir zamanlar norm olan geleneksel dökme beton köprüler, Zimbabve'nin gerçekliğine uygun olmadığını kanıtladı: inşaatları 6-12 ay sürüyor (su baskınından sonraki dar inşaat pencereleri eksik),Önceden üretilmiş alternatiflerden %30~50% daha pahalıBu çerçevede, prefabrik çelik köprüler fabrika yapımı, modüler,ve hızlı bir şekilde monte edilebilmeleri, dönüştürücü bir çözüm olarak ortaya çıktı.Bu makale, bu köprülerin neden teknik tasarım, yerel vaka çalışmaları ve bölgesel yük standartlarına uyum sağlayarak Zimbabve'nin tercih ettiği bir seçim haline geldiğini açıklıyor.
Aprefabrik çelik köprü(Modüler çelik köprü olarak da adlandırılır) kilit bileşenlerin kontrol edilen bir fabrika ortamında üretildiği bir yapıdır.Daha sonra montaj için inşaat alanına taşınır.Geleneksel yerleşik kaynaklı çelik veya beton köprülerin aksine, önceden yapım tarla çalışmalarını en aza indirir, Zimbabve'nin sert hava koşullarına maruz kalmayı azaltır ve tutarlı kaliteyi sağlar.
Zimbabwe'de, prefabricated steel bridges are typically designed for spans of 10–60 meters (ideal for crossing rural rivers like the Save or Limpopo tributaries) and loads of 10–40 tonnes (to handle agricultural trucks and light mining vehicles)En yaygın türler arasında truss tabanlı tasarımlar (örneğin, Bailey Köprüleri) ve basitlikleri, dayanıklılıkları,ve Zimbabwe'nin sınırlı ulaşım ve inşaat kapasitesi ile uyumluluğu.
Zimbabve'nin prefabrik çelik köprüleri üç önemli zorluğa dayanacak şekilde tasarlanmıştır: Yağmurlu mevsimdeki seller, kırsal toz/kum erozyonu ve yoğun ama aralıklı trafik.Kompozisyonları birbirine bağlı üç sistemi içerir.- Evet.
Üstyapı: Yük Taşan Çerçeve
Üst yapı trafik yüklerini taşır ve hızlı montaj için optimize edilmiştir:
Truss / Girder Montajları: Çoğu kırsal Zimbabve köprüsü için, daha hafif ağırlıkları ve daha kolay taşınmaları nedeniyle truss sistemleri (örneğin, Bailey Köprüsü panelleri) kutu kirişlerine tercih edilir.Bu trasseler, Zimbabwe'nin tarımsal ve hafif madencilik trafiği için yeterli olan en az 275 MPa'lık bir çıkış sertliğine sahip yüksek dayanıklı yapısal çelik (S275JR veya S355JR) kullanır.Her bir truss paneli, 3'6 metre uzunluğunda ve 150'300 kg ağırlığında olup, 10 tonluk kamyonlarla (kırsal alanlarda en yaygın ağır araç) taşınır.
Güverte panelleri: Sürüş yüzeyini oluşturan ince çelik levhalar (68 mm kalınlığında) veya ahşap kompozit paneller (daha ucuz ve yerel kaynaklı).çelik güverte panelleri, sel sularının çamur ve enkazından kaynaklanan korozyona dayanmak için çinko bakımından zengin boya (80 μm kalınlığında) ile kaplanmıştır.
Yan raylar: Yürüyenlerin güvenliği için trese kaynaklı hafif çelik raylar (S235JR), köprülerin hem araçlar hem de hayvanlar tarafından kullanıldığı kırsal alanlarda kritik önem taşımaktadır.
Altyapı: Sel Direnci Temelleri
Alt yapı köprüyü yere bağlar ve mevsimsel sellerden kurtulmak için tasarlanmıştır:
Abutments: Üstyapıyı destekleyen beton veya taşla doldurulmuş çelik gabionlar (kafesler).Gabion abutments, Zimbabwe'de popülerdir çünkü düşük maliyetlidir (yerel taş kullanılarak) ve esnektir.Daha büyük nehirler (örneğin Save Nehri) için, suların yıpranmasını önlemek için beton abutmentler 5-8 metre derinliğe taşınan çelik pillerle güçlendirilir.
Isılamalar (uzun uzamalar için): 30 metreden fazla uzama için 20-30 metreden uzaklıkta bulunan çelik veya beton iskeleler.
Lagrenler: Sel sırasında küçük bir termal genişleme ve harekete izin veren basit elastomer rulmanlar (komik yastıklar).Bunlar bakım gerektirmezler.
Bağlantı sistemleri: Hızlı ve aletsiz montaj
Zimbabve'deki prefabrik çelik köprüleri kullanımı kolay bağlantıları ile tanıtıyor:
Boltlu eklemler: Boltları sıkmak için işçilerin temel el aletleri kullanması gerekmez.Bir iki günde öğrenebileceğin bir beceri..
Pin Bağlantıları: Bailey Köprüleri'nde kullanılır, bunlar truss panellerinin çelik iğnelerle (25 ′′30 mm çapında) dakikalar içinde bağlanmasına izin verir.Zaman çok önemli olduğunda.
Prefabrik çelik köprüler, Zimbabve'nin en acil altyapı sorunlarını beş önemli fayda ile çözüyor:
Hızlı İnşaat (Su baskınından sonra iyileşme için kritik): Zimbabwe'nin yağmur mevsimindeki seller yılda 20-30 kırsal köprüyü yok ederek toplulukları pazarlardan ve sağlık hizmetlerinden koparır.Prefabrik köprüler 1-4 hafta içinde monte edilebilir (vs.Bu durum, ekim veya hasat mevsiminden önce erişimin yeniden sağlanmasını sağlar.Masvingo Eyaletinde 20 metrelik Bailey Köprüsü, 2023'te 10 günde kuruldu. Bu, 500 küçük çiftçiyi tütün ürünlerini kaybetmekten kurtardı..
Düşük Maliyet (Fiziksel Sınırlarla Uyumlu): Zimbabve hükümeti GSYİH'sının sadece% 3'ünü altyapıya ayırdı (Afrika ortalaması% 5'e oranla).Meter başına 000 (vsBeton için 25.000 ₹ 50.000), (1) fabrika seri üretimi; (2) yerel işgücü (uzman mühendislere gerek yok); (3) tekrar kullanılabilir bileşenler sayesinde.Zimbabve Ulusal Yollar İdaresi (ZINARA), prefabrik köprülerin yıllık köprü onarım bütçesini %35 oranında azalttığını bildirdi..
Taşınabilirlik (Kırsal Lojistik için Uygun): Zimbabve'nin kırsal yollarının% 80'i asfaltlanmamış ve sadece 15 tondan küçük araçlar için uygun.Masabeleland Kuzey gibi uzak bölgelerde küçük kamyonlara veya hatta öküzlerle çekilen arabalara yerleştirilen önceden üretilmiş köprü bileşenleri (her panel için en fazla 300 kg)Öte yandan, beton kirişler (her biri 5~10 ton) kırsal Zimbabwe'de ağır kamyonlar ve vinçlere ihtiyaç duyar.
Dayanıklılık (Kötü Koşullara Dayanıklı): Uygun çinko kaplamaları ve gabion abutmentleri ile, prefabrik çelik köprülerin Zimbabve'nin ikliminde 20-30 yıllık bir hizmet ömrü vardır.Mashonaland Batı Eyaleti'ndeki 1998 yılında kurulan Bailey Köprüsü hâlâ günlük olarak 5 tonluk tarım kamyonu taşıyor, sadece yıllık vida sıkma ve boya düzeltmeleri gerektirir.
Esneklik ve Tekrar Kullanılabilirlik: Hazırlanmış köprüler sökülebilir ve yeni yerlere taşınabilir.madenin kapatılması veya yeni bir kırsal yerleşim oluşumu)2022 yılında Kadoma'daki kapalı bir altın madeninden 30 metrelik prefabrik bir köprü Murehwa'daki yeni bir okula taşındı ve yeni inşaat maliyetlerinde 120.000 dolar tasarruf edildi.
Zimbabve'nin yol ağı iki baskın trafik türüne hizmet vermektedir: (1) hafif tarım araçları (örneğin, tütün taşıyan kamyonetler) ve (2) ağır madencilik araçları (örneğin, hafif tarım araçları).Zimplats'tan platin taşıyan atık kamyonlar)Köprülerin bu yükleri kaldırabilmesini sağlamak için, Zimbabwe’s ZINARA adopted the American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) LRFD Bridge Design Specifications—specifically Chapter 3 on vehicle loads—as its national standard in 2015.
AASHTO LRFD, Zimbabve'nin ulaşım ihtiyaçlarıyla uyumlu olan yük gereksinimlerini tanımlar:
HL-93 Yük kombinasyonu (Kırsal yollar için temel)
HL-93 standardı, çoğu Zimbabve prefabrik köprüsünün temelidir.
Prefabrik çelik köprüler için,Bu, truss panellerinin 150~200 kN·m'lik bükme anlarına ve S275JR çelik ile kolayca ulaşılabilen 80~100 kN'lik kesme kuvvetlerine dayanacak şekilde tasarlanması gerektiği anlamına gelir (bükme dayanıklılığı 250 MPa'dır)..
320-kN (72,000 lb) tasarım kamyonu (Zimbabwe'nun ortak 5 tonluk tarım kamyonlarına eşdeğer).
9.3-kN/m2 (194-lb/ft2) şerit yükü (köprüde birden fazla araç için hesap).
Özel madencilik yükü düzenlemeleri
Madencilik alanlarının yakınındaki köprüler için (örneğin, Zimbabwe'nin platin madenlerinin bulunduğu Great Dyke), ZINARA AASHTO'nun Özel Taşıma Aracı (SHV) hükümlerini kullanır.Bunlar, 15-30 tonluk madencilik kamyonları için özel yük modelleri sağlar., bunlardan:
Madencilik bölgelerindeki prefabrik köprüler, bu standartları karşılamak için daha kalın tramvay üyeleri (12 ′′ 14 mm karşısında 8 ′′ 10 mm kırsal yollar için) ve ek çapraz destek kullanır.Zvishavane yakınında 2021 kurulan bir köprü (platin madencilik merkezi) S355JR çelik kirişleri kullanır ve 25 tonluk atık kamyonları güvenli bir şekilde taşıyabilir.
% 20'lik bir dinamik yükü (DLA) (asfaltlanmamış yaklaşımlarda ağır kamyonlardan gelen titreşimleri dikkate almak için).
Güvenlik marjını sağlamak için yük faktörlerinin artması (γ_L = HL-93 için 1.75'e karşı 1.8)
Yürüyüşçü ve hayvan yükleri
Kırsal Zimbabwe'de köprüler genellikle yayalar, sığırlar ve keçiler tarafından kullanılır.Yapılandırılmış çelik köprülerin kolayca barındırabildikleri güverte panelleri, bu değerden çok daha fazla dağıtılmış yükleri kaldırmak için tasarlanmıştır.Ek olarak, ZINARA, Zimbabwe'nin tarımsal ekonomisini yansıtmak için AASHTO'nun yerel bir uyarlaması olan hayvancılık için 2 kN / m2 yük ekler.
Zimbabwe'nin AASHTO'yu seçmesi üç pratik faktörden kaynaklanıyor:
Madencilik Trafiği ile uyum: AASHTO'nun SHV hükümleri, Zimbabve'nin ağır madencilik kamyonları için Eurocode'lardan (en fazla 40 tonluk daha küçük Avrupa araçlarına odaklanan) daha uygundur.
Tasarım Kaynaklarının Erişilebilirliği: AASHTO kılavuzları ve yazılımları bölgesel ortaklıklar yoluyla (örneğin Güney Afrika mühendislik firmalarıyla) yaygın olarak kullanılabilir.Eurocode'ler pahalı lisans gerektiriyor..
Yerel mühendisler arasında aşinalık: Çoğu Zimbabve inşaat mühendisi bölgesel üniversiteler (örneğin, Pretoria Üniversitesi) aracılığıyla AASHTO standartlarında eğitim alır.Köprü tasarımı için öğrenme eğrisinin azaltılması.
Zimbabve'nin prefabrik çelik köprü projeleri kırsal toplulukları, madencilik bölgelerini ve felaket sonrası kurtarma alanlarını kapsar.
Proje Arkaplanı: Save Nehri'nin (Limpopo'nun ana bir kolu) üzerindeki orijinal beton köprü, 2022 Yağmur mevsimindeki seller nedeniyle yıkıldı.Masvingo'nun tütün pazarlarından Chiredzi Bölgesi'ndeki 200 küçük çiftçiÇiftçiler, ekim mevsimi (Ekim) içinde yerine yeni bir köprü inşa edilmezse, 2023'teki tüm hasatlarını (1,2 milyon dolar değerinde) kaybedecekler.
Hazırlanmış Çözüm: 30 metrelik bir Bailey Köprüsü (Mabey Compact 200 modeli) S275JR çelik kirişleri ve çelik güverte panelleri ile.10 tonluk kamyonlarla Chiredzi'ye taşınırken, ve 8 işçiden oluşan yerel bir ekip tarafından monte edildi (Güney Afrika'lı bir teknisyen tarafından 2 günde eğitildi).
Ana Sonuçlar:
İnşaat süresi: 14 gün (beton için 6 aya karşı).
Maliyeti: 450.000 dolar (beton bir köprüden% 33 daha az).
Etkisi: Çiftçiler tütün ürünlerinin %90'ını zamanında teslim ederek 1 milyon dolar gelir elde ettiler. Köprü ayrıca kırsal bir kliniğe erişimi yeniden sağladı ve anne ölümünün nakliye süresini %50 azalttı.
Proje Arkaplanı: Zimbabwe'nin en büyük platin madenci Zimplats, Ngezi Madenini Bulawayo-Harare otoyolu ile bağlamak için bir köprüye ihtiyaç duyuyordu.25 tonluk maden kamyonları taşıyan 25 metrelik kuru bir nehir yatağından geçmek gerekiyordu..
Hazırlanmış Çözüm:S355JR çelik kirişleri ve demir beton güverte panelleri (maden trafiği altında daha fazla dayanıklılık için) ile 25 metrelik prefabrik bir kutu çemberli köprü (AASHTO SHV standartlarına göre tasarlanmış)Bileşenler Harare'de üretildi (yerel üretim nakliye maliyetlerini% 20 oranında düşürdü) ve küçük bir mobil vinç (Bulawayo'dan kiralanan) kullanarak monte edildi.
Ana Sonuçlar:
İnşaat süresi: 3 hafta (madencilik operasyonlarına en az engel).
Yük kapasitesi: 30 ton (Zimplats'ın 25 tonluk gereksinimini aşan).
Etki: Cevher nakliye süresi, yolculuk başına 1 saat azalmış, Zimplats'a yakıt ve işgücü maliyetlerinde yıllık 500.000 dolar tasarruf sağlanmıştır. Köprü, 3 ani sel (2021 2023)'ye zarar vermeden dayandı.
Proje Arkaplanı: Kariba Gölü yakınlarındaki kırsal topluluklar, 15 metrelik bir nehri geçmek için tehlikeli bir ip feribotuna güveniyorlardı ve yılda 5'10 boğulma (çoğunlukla okula giden çocuklar) bildirildi.Hükümetin düşük maliyetli, sadece yayalar için bir çözüm.
Önceden Yapılmış Çözüm: 15 metrelik hafif bir önceden yapılmış tramvay köprüsü (yerel çam ağacı güverte panelleri ve ithal çelik tramvay kullanılarak).Köprü, AASHTO yaya yükü standartlarına göre tasarlandı..8 kN/m2) ve topluluk üyeleri tarafından (ZINARA personeli tarafından eğitilmiş) el aletleri kullanılarak monte edilir.
Ana Sonuçlar:
Maliyet: 75,000 (% 80'i yerel bir STK tarafından finanse edildi,15ZINARA'dan.
İnşaat süresi: 7 gün (toplumun katılımıyla yerel mülkiyet inşa edildi).
Etkisi: 2020'den bu yana sıfır boğulma ve bölgedeki çocukların okul gitimi %25 arttı. Köprü ayrıca küçük tarımsal ürünleri (örneğin domates) Kariba kasabasına taşımak için de kullanılır.
Zimbabve'de en yaygın kullanılan prefabrik çelik köprü, İngiliz mühendis Donald Bailey tarafından II. Dünya Savaşı sırasında icat edilen truss tabanlı bir tasarım olan Bailey Köprüsü'dür.ve uyarlanabilirliği, Zimbabwe'nin kırsal altyapısının temel bir parçası haline geldi., 2000'den bu yana kurulan tüm prefabrik köprülerin %70'ini oluşturuyor.
Span aralığı: 10 ′′60 metre (Zimbabwe'da en yaygın olan 15 ′′30 metre, kırsal nehirler için idealdir).
Yükleme Kapasitesi: 5?? 40 ton (truss konfigürasyonuna bağlı olarak). Kırsal tarım köprüleri, Tek-Çifte konfigürasyonu (5 10 ton) kullanırken, madencilik köprüleri İki-İki (15 25 ton) kullanır.- Hayır.
Bileşenler:
Truss Panelleri: 3 metre uzunluğunda, 1.5 metre yüksekliğinde, S275JR çelikten yapılmıştır. Her panel 220 kg ağırlığında, 2 işçi tarafından kolayca taşınır.
Güverte birimleri: 3 metre uzunluğunda, 0,75 metre genişliğinde, çelik veya ahşap tahtalarla.
Çubuklar ve Boğazlar: 25 mm çaplı çelik çubuklar (truss bağlantıları için) ve 8.8 sınıfı boğazlar (kuşağa sabitlemek için).
Montaj Gereksinimleri: Ağır ekipmana gerek yoktur. El aletleri (kilitler, çekiçler) ile 1 2 günde eğitilmiş 6-8 işçi ekibi tarafından monte edilebilir.
Düşük Taşıma Maliyetleri: Paneller küçük kamyonlara (kırsal alanlarda yaygın) yerleştirilir ve yolsuz uzak yerlere elle taşınır.
Sel dayanıklılığı: Truss tasarımı, sel suyunun ve enkazın geçmesine izin verir (hidrodinamik kuvvetleri azaltır) ve gabion abutmentleri yıkanmaya direnir.
Yerel Bakım: Onarımlar (örneğin hasarlı bir truss panelini değiştirmek) temel araçlarla yapılabilir. Uzman mühendislere gerek yoktur.ZINARA, yerel yol ekiplerini yıllık bakım (çiviler sıkıştırma) için eğitiyor., boya dokunuşları).
Maliyet-etkinlik: 20 metrelik Bailey Köprüsü maliyeti
300,000 ¢350,000, karşılaştırılabilir bir beton köprüsünden %40 daha ucuzdur.000.
Selden sonraki iyileşme: Daha önce de belirtildiği gibi, 2023 Masvingo Eyaleti köprüsü, tütün ürünlerini kurtarmak için 14 gün içinde kurulan bir Bailey Köprüsüydü.
Kırsal Okul Erişimi: Manicaland Eyaletinde (2022) 10 metrelik Bailey Köprüsü, bir ilkokulun 3 kırsal köye bağlanmasını sağlar.Öğrencilerin gidip gelme süresini 1 saatten 10 dakikaya düşürmek (bir nehrin içinden yürümek).
Madencilik Erişim Yolları: Kadoma (2021) yakınında 30 metrelik ′′İkili-İkili ′′ Bailey Köprüsü, 15 tonluk altın cevheri kamyonları taşıyor ve yağmurlu mevsimde geçilemez olan geçici bir toprak gölünün yerini alıyor.
Zimbabwe'nin altyapı planları, hükümetin Ulusal Ulaşım Ana Planı (2021-2030) ve bölgesel kuruluşlarla ortaklıklar (örneğin, Güney Afrika Kalkınma Topluluğu,SADC) , prefabrik çelik köprülerin daha fazla kullanılmasına yol açacaktır.Ana eğilimler şunlardır:
Şu anda, prefabrik köprü bileşenlerinin %60'ı Güney Afrika veya Çin'den ithal edilmektedir.ZimSteel) yerel olarak Bailey Köprüsü panelleri ve vidaları üretmek içinHarare'de 2023 yılında açılan bir pilot fabrika, Zimbabwe'nin truss panellerinin% 20'sini zaten üretiyor ve ithalat maliyetlerini% 25 düşürüyor.
Zimbabwe'nin değişen iklimi (daha yoğun yağmur mevsiminde seller, daha uzun kuru mevsimler) tasarım geliştirmeleri için baskı yapıyor:
Korrozyona dayanıklı çelik: Korrozyona karşı koruyucu bir katman oluşturan ve yıllık boyamaya gerek kalmadığı için koruyucu pas katmanı oluşturan truss panelleri için hava koşullarına karşı dayanıklı çelik (örneğin, Corten A) ile denemeler devam etmektedir.
Yükseltilmiş Güverteler: Su basması olasılığı yüksek alanlarda (örneğin Zambezi Vadisi) yeni prefabrik köprülerde, daha yüksek gabion abutmentler kullanarak, tarihi sel seviyelerinden 1 ′′ 2 metre yüksekliğinde güverteler olacak.
Sınırlı kırsal bakım kaynaklarını gidermek için, ZINARA önceden yapılmış köprülerde basit IoT sensörlerini test ediyor.Bu düşük maliyetli sensörler (güneş panelleriyle çalıştırılır) vida sıklığını ve truss deformasyonunu izler, onarımlara ihtiyaç duyulduğunda yerel yol ekiplerine SMS yoluyla uyarılar gönderiyor. Mashonaland Central'deki 5 Bailey Köprüsü'ndeki bir pilot proje (2023) planlanmamış arızaları% 40 oranında azalttı.
Zimbabwe, Güney Afrika'da önceden yapılmış köprü tasarımlarını standartlaştırmak için SADC ile birlikte çalışıyor.Güney Afrika'dan sel acil durumunda tramvay panelleri ödünç almak) ve ortak tedarikler.
- Hayır.
Zimbabwe'de prefabrik çelik köprüler tesadüfen değil, koneksyona göre tasarlanmış bir çözüm oldukları için popüler oldular.Kırsal lojistik zorlukları, sel sonrası kurtarma ihtiyaçları ve madencilik/tarımsal trafik talepleri.ve dayanıklılığı, özellikle kaynak ve uzmanlığın az olduğu kırsal bölgelerde geleneksel beton köprülerden çok daha pratik hale getirir..
Özellikle Bailey Köprüsü, küçük kırsal yaya köprülerinden madencilik erişim yollarına kadar her şeye uyum sağlayarak, Zimbabve'nin altyapısı için bir iş atı olarak değerini kanıtladı.Yerel bileşen üretimi ile, iklim dayanıklılık yükseltmeleri ve ufukta bölgesel işbirliği,Zimbabwe'nin altyapı açığını kapatmak için prefabrik çelik köprüleri önemli olmaya devam edecek, ekonomik büyümeyi desteklemek ve iklim değişikliğine direnç geliştirmek.
Zimbabve için prefabrik çelik köprüler sadece yapılardan daha fazlasıdır: pratikliğin ve umudun bir sembolüdür.İnsanların ihtiyaçlarına hizmet eden altyapı inşa etmek mümkündür.