גשר

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
גשר בסנטרל פארק בניו יורק
גשר המיתרים בירושלים הוא גשר מעוגן כבלים שעליו עובר קו רכבת קלה

גשר הוא מבנה הנדסי שמטרתו לאפשר מעבר בטוח של הולכי רגל, כלי רכב או רכבות מעל מכשולים פיזיים, כגון: דרכים אחרות, מסילות רכבת, נהר, ערוץ וכדומה, או כדי לאפשר נסיעה ישרה מעל עמקים, אנכית ככל האפשר לכח הכבידה של הארץ, בעיקר עבור רכבות מהירות.

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

הגשרים הראשונים היו ככל הנראה בולי עץ שהונחו בשורה בתוך הנהר על מנת לאפשר חצייה בטוחה. בהמשך, ככל הנראה הוחלף השימוש בבולי עץ באבן לבנייה. גשרים פרימיטיבים נוספים הם גשרים תלוים פשוטים הבנויים מחבלים הנתלים בין שני צדי נחל ועליהם קרשים לדריכה. צורת הקשת לגשר באה לידי שימוש לראשונה ברומא העתיקה. המצאת הקשת היא ככל הנראה בתרבות עמק האינדוס, אך הרומאים היו שהפכו אותה למדע מעשי והשתמשו בה בבנייתם. גשרים רומיים אלו, לצד אמות מים מאותה תקופה המזכירות בתכנונן את הגשרים, עדיין קיימים במקומות רבים שהיו תחת שלטון רומי. כמו כן השתמשו הרומאים במלט, שהפחית את המשתנים שבחוזק האבן הטבעית. במקביל, גשרי עץ היו נפוצים במיוחד בסין וביפן העתיקות.

במהלך המאה ה-18 נעשו חידושים רבים בתחום העיצוב של גשרי עץ, במיוחד על ידי הנס אולריך (Hans Ulrich) ויוהנס גרובנמן (Johannes Grubenmann) ואחרים. המהפכה התעשייתית הובילה להתפתחות גם בתחום בניית גשרים, כשהשימוש במערכות תמיכה מבוססות ברזל הפך נפוץ והוביל לבניית גשרים גדולים בהרבה מהמוכר קודם. במהפכה התעשייתית גם הוקמו מסילות ברזל רבות שאף הגדילו משמעותית את הצורך בגשרים ארוכים וגבוהים. בניית גשרים מיצקת ברזל במקום מאבן החלה באנגליה ואחר כך גם בגרמניה ובצרפת. הגשרים היו במבנה של קשתות והמאמץ העיקרי בהם היה מאמץ לחיצה. עם הזמן, הובן כי צורת הקשת במבני פלדה אינה בהכרח צורה חכמה ובמהלך המאה ה-19 הופיעו גשרי מסבך רבים מסוגים שונים, כשחלוצי הבנייה בהם, כגון גוסטב אייפל (המתכנן של מגדל אייפל), פעלו בעיקר במערב אירופה. הגשרים התלויים החלו לקום בסוף המאה ה-18, תחילה בארצות הברית ואחר כך, בתחילת המאה ה-19, גם באירופה.

החל מן המחצית השנייה של המאה ה-20, מרבית הגשרים הנבנים בעולם הם גשרים המשמשים לכבישים וחלקם הגדול מגשר מעל כבישים אחרים ומעל היבשה ולא מעל ערוצי נחל. במרבית גשרים אלו, בהם המפתחים אינם משמעותיים, נעשה שימוש בבטון דרוך שהוא כיום טכנולוגיית הבנייה הנוחה ביותר לגשרים, אך היא מוגבלת לגשרים קצרים יחסית. לכן, גשרים ארוכים הנבנים בימינו נבנים לרוב מפלדה, משילוב של בטון ופלדה, ובאלמנטים נמתחים שונים.

מבנה בסיסי[עריכת קוד מקור | עריכה]

קיימים סוגים רבים של גשרים, אך מבנה הגשר מתחלק תמיד לשניים: שלד הגשר הנושא את המאמצים ומִסעה עליה עוברים המשתמשים בגשר. מבנה הגשר נשען תמיד על סמכים. הסמכים הם נקודות ההישענות על הקרקע, וקיימים גם להם סוגים שונים. במרבית הגשרים קיימים שני סמכים, כמו למשל בשתי גדותיו של ערוץ נחל. גשרים מרובי סמכים, כגון גשר הבנוי על סדרה של עמודים, ניתן למעשה להגדיר כרצף של גשרים, כאשר כל גשר עומד בדרך כלל בפני עצמו, אולם קיימים גם גשרים מרובי סמכים שבהם יש קשר מבני הדוק בין חלקי הגשר שבין סמכים שונים. המרווח שבין הסמכים נקרא מִפתח וגישור המפתח הוא האתגר ההנדסי המשמעותי ביותר בבניית גשר.

לכל גשר יש גם גובה. בהגדרת "גובה הגשר" יש להבדיל בין שני גבהים: המרחק שבין המסעה לקרקע או לפני המים והגודל האנכי של מבנה הגשר. הראשון הוא בדרך כלל פחות משמעותי מבחינת האופן בו עובד מבנה הגשר והשני נקבע בהתאם למפתח, סוג הגשר, חומרי בנייתו והעומסים הצפויים בו. עם זאת, לגובה הגשר ביחס לקרקע או לפני הים קיימת השפעה רבה על אופן בניית הגשר ולפיכך גם על בחירת סוג הגשר שייבנה.

סוגי גשרים[עריכת קוד מקור | עריכה]

ככלל, קיימים חמישה סוגים בסיסיים של גשרים, המחולקים לפי העקרון ההנדסי שלפיו בנוי הגשר. על פי חלוקה זו, יש להבדיל בין שלד הגשר, שהוא החלק הנושא את המאמצים העיקריים ואת משקלו העצמי של הגשר, לבין המסעה הנושאת את כלי הרכב העוברים בגשר אך אינה בהכרח חלק משלד המבנה. סוגי הגשרים הם גשר קורה, גשר קשת, גשר תלוי (או גשר תלייה), גשר שלוחה (או גשר זיזי) וגשר מעוגן כבלים (שלא לבלבל עם גשר תלוי). במסגרת סוגים אלו ניתן להבדיל בין הגשרים גם בחומרי הבנייה מהם הם בנויים ובממשק שבין מבנה הגשר לבין המיסעה. לדוגמה, גשר קורה עשוי להיות מעץ או מבטון, אך העיקרון ההנדסי נשאר דומה. דוגמה אחרת היא מסעה בגשר קשת שעשויה להיות קשתית גם בהתאם לצורת הגשר או במפלס ישר המונח על הקשת או תלוי ממנה; גם כאן העקרון ההנדסי נשאר זהה.

גשר קורה[עריכת קוד מקור | עריכה]

גשר קורה הוא צורת הגשר הפשוטה ביותר, ויציבותו נובעת בעיקרה מחומר הקורה, עוביה ומומנט ההתמד של החתך שלה. גשר הקורה הפשוט ביותר, הקיים גם בטבע, הוא בול עץ הנשען על שני סמכים ומגשר על המפתח שביניהם. גשרי קורה מתקדמים יותר בנויים מבטון דרוך או ממסבך פלדה. העיקרון ההנדסי של גשר הקורה הוא התנגדות לכפיפה הנוצרת בו בגין משקלו העצמי והעומסים השימושיים שהוא נושא. המיסעה בגשרי קורה תהיה לרוב ישרה ונוחה בהתאם לקו הקורה האופקי.

גשר קשת[עריכת קוד מקור | עריכה]

בניגוד לגשר קורה, שבו פועל מאמץ כפיפה הגורם לחלקו התחתון להימתח ולחלקו העליון להילחץ, בגשר קשת פועלים מאמצי לחיצה בלבד, בדיוק כמו בקשת אבנים בסיסית. העיקרון המבני הוא העברת העומסים האנכיים הפועלים לכל אורך הקשת למאמצי לחיצה טהורה לאורך גוף הקשת עד אל שני הסמכים. ביסוסם של שני הסמכים בגשר קשת חייב להתמודד גם עם כוח הפישוק הנוצר ביניהם.

המסעה העוברת דרך גשר קשתי עשויה להיבנות בשלוש צורות:

  1. עם קו הקשת, כך שהנוסעים על הגשר יעלו וירדו חזרה.
  2. מסעה ישרה ואופקית מעל קו הקשת. במקרה כזה מרכז המסעה יישען על ראש הקשת וחלקיו האחרים יתמכו על ידי עמודונים לאורך כל גוף הקשת.
  3. מסעה ישרה ואופקית מתחת לקו הקשת. במקרה כזה מרכז המסעה נתלה מן הקשת באמצעות מוטות או כבלים.

בגשרים רבים משולבות שלוש הצורות בהתאם לתנאי השטח, חומרי הבנייה וטכנלוגיית ושיקולים הנדסיים נוספים.

גשר תלוי[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – גשר תלוי

גשר תלוי או גשר תלייה הוא המצב ההפוך לגשר קשת, ובו המבנה המרכזי הנושא את העומסים פועל במתיחה טהורה. גשרים תלויים הם הגשרים המסוגלים להיבנות על פני המפתחים הגדולים ביותר באופן יחסי למשקלם.

גשר תלוי טיפוסי בנוי משני מגדלים המבוססים על שתי גדותיו של הנהר או הערוץ. בין שני המגדלים תלויים שני כבלים ארוכים המעוגנים בשני צדי הגשר, במרוחק מן המגדלים אל האדמה. המסעה היא אופקית, או כמעט אופקית, והיא נתלית משני הכבלים הראשיים בעזרת כבלים קצרים ודקים יותר. כל הכבלים עשויים פלדה והם מורכבים מחוטי פלדה השזורים יחדיו לכדי כבל אחד עבה. קוטרם של הכבלים המרכזיים מגיע בדרך כלל לכדי כמה עשרות סנטימטרים. הכבלים המשניים הנושאים את המסעה עשויים להיות דקים הרבה יותר וככל שצפיפותם גדולה, כלומר הם מחוברים כל מרחק קצר יותר לאורך המסעה, כך הם נושאים משקל קטן יותר ולכן דקים יותר. בחלק מן הגשרים המסעה תלויה רק מהחלק המרכזי של הכבלים הראשיים ובחלק היא תלויה, לפחות בחלקה, גם מהחלקים הצדדיים של הכבלים. כעיקרון, המיסעה אינה חייבת להישען על המגדלים ודי בתלייתם מן הכבלים. בפועל, המיסעה מעוגנת גם למגדלים כדי למנוע התנדנדות, אך תרומת הישענותה בשתי נקודות על מבנה המגדלים זניחה ביחס למערכת ההנדסית השלמה.

אחת הבעיות המרכזיות בגשרים תלויים היא דווקא כוחות אופקיים הפועלים על הגשר הנוצרים בשל רוחות. הגשר יציב על אף המפתח הגדול שלו כנגד משקל המסעה אולם רוחות עזות עלולות לגרום לגשר להנתנדנד בכיוון בו הוא אינו מעוגן לדבר. בשל כך המסעות עצמן בנויות בדרך כלל ממסבך שאינו מאפשר כפיפה בכיוון אופקי.

גשר שלוחה[עריכת קוד מקור | עריכה]

גשר שלוחה, או גשר זיזי הוא מבנה מורכב יותר ופועל בחלקים שונים שלו כזיז - קורה המעוגנת בצד אחד בלבד. הרעיון בגשר שלוחה הוא שמעל כל סמך עומד עמוד מסבכי גבוה יחסית המחזיק בכל אחד משני צדדיו קורה מצִדה האחד בלבד. השלוחה היוצאת מכל עמוד היא דו-צדדית על מנת להקל בשיווי המשקל ולעתים שני עמודים הנושאים קורות זיזיות (או שלוחות) נשענים זה על זה לאורך קו הגשר. ניתן גם לראות כל עמוד בגשר שלוחה כחלק אחד הכולל גם את הקורה ופועל יחד אתה כיחידה מבנית אחת.

בין שתי שלוחות הנשנעות כל אחת על סמך אחר מונח לעתים רבות חלק נוסף של גשר הפועל למעשה כקורה רגילה ולעתים שני החלקים נושקים זה לזה בנקודה אחת, כמעט חסרת עובי, במרכז הגשר.

מפאת עקרונם ההנדסי, גשרי שלוחה הם גבוהים מאוד וכבדים מאוד, אולם היתרונות המרכזיים בבנייתם של גשרים אלו הם בתהליך הבנייה עצמו. בניגוד לגשרים מסוגים אחרים, הדורשים פעמים רבות בנייה של פיגומים ומערכות קונסטרוקטיביות זמניות אחרות לתמיכת הגשר בעת בנייתו, גשרי שלוחה צומחים מתוך בסיסיהם עד שהצדדים מתחברים זה לזה. שיטה זו נוחה מאוד למשל לגישור בין שני גדותיו של נהר עמוק מאוד בו לא ניתן לבסס עמודים במרכז הערוץ ולא ניתן להקים גשר תלוי מפאת חוסר אפשרות לעגן את הכבלים בגדות.

גשר מעוגן כבלים[עריכת קוד מקור | עריכה]

גשר מעוגן כבלים הוא הסוג המורכב ביותר מבחינה הנדסית של גשר. גשרים מעוגני כבלים קיימים רק מן המאה ה-20 והם בהכרח משלבים מספר מאמצים מסוגים שונים התלויים זה בזה. למרות שגם בגשרים אלו משתמשים בכבלי מתיחה כחלק מן השלד, העקרון ההנדסי עליו מבוסס גשר מעוגן כבלים שונה מאוד מזה של גשר תלוי.

בגשר תלוי החלק השלדי הנושא את העומסים מעל המפתח הוא למעשה הכבלים המרכזיים בלבד בהם פועלת מתיחה טהורה ועליהם תלויה המיסעה. בגשר מעוגן כבלים, מן הטיפוס הבסיסי, קיימת קורה רציפה לאורך המפתח. בקורה זו, שלא כמו גשר קורה, לא פועל מאמץ של כפיפה אלא לחיצה צירית טהורה לאורך הקורה. ההתגברות על הכבידה ועל העומס נעשה באמצעות כבלים התולים את הקורה ממגדלים גבוהים ויוצרים את מאמץ הלחיצה הצירי בקורה על ידי לחיצת הקורה לכיוון הסמך. בגשר מעוגן כבלים, כבלים רבים משמשים כחלק מן השלד בעוד בגשר תלוי משתתפים בדרך כלל שני כבלים בלבד, אולם עבים מאוד.

על פי העיקרון הבסיסי של גשר מעוגן כבלים, המשלב עמוד, קורה וכבלים התומכים זה את זה ויוצרים לבסוף גשר יציב, הופיעו בחצי השני של המאה העשרים גשרים בעלי מבנה ייחודי שפועלים מעט אחרת. בין גשרים אלו ניתן למצוא גשרים בעלי עמוד אחד אלכסוני, גשרים עם קורה אופקית בצורה קשתית שבתוכה העמוד וצורות מרחביות נוספות המשלבות לעתים עקרונות הנדסיים של סוגי הגשרים האחרים. דוגמה לגשר מעוגן כבלים ייחודי כזה בישראל היא גשר המיתרים בירושלים שעיצב סנטיאגו קלטרווה.

גשרים נפתחים[עריכת קוד מקור | עריכה]

גשר נפתח הוא גשר דינמי הנבנה מעל נתיבי שיט בעל מנגנון מכני המאפשר את פתיחתו הזמנית לצורך מעבר כלי שיט גבוהים. במצב שגרתי הוא עובד כגשר רגיל וכאשר כלי שיט צריך לעבור בנתיב, נעצרת תנועת הולכי הרגל וכלי הרכב שעל הגשר, הגשר משנה צורתו ולאחר מעבר כלי השיט הוא חוזר למצבו הקבוע.

סוגי גשרים נפתחים[עריכת קוד מקור | עריכה]

גשר נפתח
גשר מתרומם
גשר מסתובב
גשר מתקפל
גשר נמשך
גשר שוקע
גשר נוטה
גשר נשלף

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]