تاثیر مقدار تنش حاصل از نوع شکلی در نئوپرن های الاستومریک که در پل های جاده ای استفاده می شوند ودائره ای شکل بودن آنها
نئوپرن های الاستومریک پل ، زیر عرشه پل های فولادی و یا بتنی قرار میگیرند.
نئوپرن های الاستومریک که درون آنها لایه های فولادی طراحی شده است گرچه بدنه نئوپرن ها با نیروی افقی وارده مقابله میکند ولی قسمت سخت لایه های فولادی به منظور مقابله با بارهای عمودی تعبیه شده اند.
به همین دلیل نئوپرن های الاستومریک جهت ساخت پل های راه سازی و یا تعمیرات و بازسازی آنها در اولویت اول هستند. مواد الاستومری به دلیل خواص فشرده نشدن و بر اساس آزادی محدود در تغییر شکل، رفتار مکانیکی از خود نشان میدهند.
از سوی دیگر ساپورت های الاستومریک با مقاطع ژئومتریک مشابه ولی اشکال مختلف وجود دارند که رفتار متفاوتی در برابر نیروهای وارده عمودی از خود نشان میدهند.
تفاوت رفتاری نئوپرن های الاستومری دایره ای و مستطیل شکل در برابر بارهای عمودی و افقی توسط برنامه ABAQUS ارزیابی میشوند.
از سال 1960 نئوپرن های الاستومری به صورت فزاینده ای مورد استفاده قرار گرفت.
این نئوپرن های الاستومری که در نقطه اتکاء عرشه های افقی پل قرار میگیرند . جهت هماهنگی با انقباض و انبساط های ناشی از دمای محیطی، تأمین گردش و پیچش هماهنگ با عرشه ی تحت بارگذاری سنگین و کاهش تنش بار در حد قدرت تعریف شده نئوپرن و انتقال آن به حماله های افقی طراحی و تولید میشوند.
در این زمینه نصب نئوپرن های الاستومریک در محل صحیح و متناسب با طول عرشه و قابلیت تحرک نئوپرن از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
در عرشه های انحناء دار و یا پل های اریب ، میبایست نیروی افقی وارده بر نئوپرن ها کاملاً دقیق محاسبه شود، زیرا محور اصلی نئوپرن مربع و یا مستطیلی می بایست در جهت موازی با محور حرکت وسایل نقلیه ، حماله به صورت زاویه دار با محور افقی و حماله های عمودی قرار گیرد و در بعضی موارد مشکلاتی هم حاصل میشود. از سوی دیگر هر خط مستقیمی که از مرکز نئوپرن دایره ای شکل عبور کند ، تشکیل محور اصلی دایره، باعث سهولت جای گذاری نئوپرن دایره ای شکل نیز میگردد.
در نظرسنجی های به عمل آمده بین ایالتی در ایالات متحده آمریکا در سال 2001 نوع نئوپرن و چگونگی آنها را مورد سوال از وزارتخانه های حمل و نقل ایالتی مصرف کنندگان این محصول قرار دادند . مشکلات اصلی مورد بحث در این چالش ، تغییر شکل غیر قابل پیش بینی در غیر جهت محور اصلی نئوپرن مربع و یا مستطیلی تحت فشار بار افقی، جدا شدن طبقات الاستومرهای تقویت شده با لایه های فولادی از یکدیگر ، نئوپرن ها تحت فشار چرخشی در محوری جدای از محور اصلی و تخریب نئوپرن ها دیده شده است.
به دلیل مشکلات مشاهده شده در نئوپرن های مربع و مستطیلی شکل خصوصاً در نصب و استفاده جهت تحرک های جانبی ، امروزه استفاده از نئوپرن های دایره ای شکل در اولویت قرار دارند . لذا بخاطر ویژگی های کاربردی و ساختاری که نئوپرن های دابره ای شکل دارند در آمریکا به صورت شایع از نئوپرن های الاستومری دایره ای شکل استفاده میشود.
الاستومرها
الاستومرها دارای ساختمانی متشکل از کربن و اتم های هیدروژن هستند که جهت تغییر رفتاری آنها گاهی محتوی پلیمرها (اتم های چند زنجیره ای که مستقل از یکدیگر حرکت میکنند) به عنوان پرکننده نیز هستند،
با فرآیندی به نام ولکانیزاسیون و در دمای بالا و با استفاده از اتم های گوگرد بین این زنجیرها پیوندی برقرار میشود که مانع لغزیدن زنجیره ها بر روی یکدیگر شده تا بتوانند متحداً عمل کرده و مقاومت لازم در برابر بار وارده از سوی ساختمان را تحمل نمایند و پس از حذف بار وارده به حالت اولیه بازگردند.
شکل پذیری پلیمر تحت نیروهای اعمال شده نیز به دمای محیطی بستگی دارد.
در دمای بسیار پایین ،کشش پذیری زنجیره های پلیمری حذف میشود و مانند جسمی بی شکل و شیشه مانند، رفتار شکننده ای از خودشان نشان میدهند . برای اینکه ساختار پلیمری مانند یک الاستومر عمل نماید ، می بایست رفتار شکننده نداشته بلکه تغییر شکل آنها تحت نیروی فشار نباید ماندگار باشد بلکه می بایست ویژگی الاستیکی و برگشت پذیری داشته باشند.
الاستومرها با ویژگی تراکم ناپذیری از سایر مواد جامد متمایز میشوند و یا به تعبیر دیگر ، تحت تنش اعمال شده تراکم بر روی خود و یا تغییر چگالی از خود نشان نمیدهند.
در این راستا تغییر مقدار سختی ساختار الاستومری را میتوان با تغییر خواص مصالح و تغییر شکل پذیری حجمی الاستومر تحت بار تأمین نمود. از طرف دیگر مقادیر آزادی که دارای سطح مقطع عرضی مشابه هستند و میتوانند شکل ساختاری با شکل های مختلف مقطعی را تغییر دهند متفاوت هستند.
الاستومرهای چند لایه ای :
جهت تأمین تحرک ، نئوپرن عرشه پل ها و جلوگیری از جمع شدگی و فشردگی با لایه های فولادی تقویت میشوند. بسته به سختی مواد و دمای محیط، مدول برشی الاستومرها متغیر میباشد.
رفتار نئوپرن های الاستومری تحت بارهای افقی :
همانطور که قبلاً نیز گفته شد در عرشه های انحنا دار و یا پل های اریب می بایست نیروی افقی وارده بر نئوپرن ها کاملاً دقیق محاسبه شوند زیرا محور اصلی نئوپرن مربع با مستطیل شکل می بایست در جهت موازی با محور حرکت وسایل نقلیه ، به صورت زاویه دار با محور افقی و حماله عمودی قرار گیرد ، زیرا تثبیت جایگاه نئوپرن ، هم از نظر تنش افقی و هم از نظر انتشار تنش داخلی ناشی از عرشه انحناءدار بر نئوپرن موثر میباشد. حداکثر مقدار اندازه گیری شده انحراف و انحناء در تمام نئوپرن ها 6.8سانتیمتر میباشد.
این رفتار که به عنوان رفتار شکلی نامیده میشود به عدم قابلیت تراکم الاستومرها با داشتن مساحت یکسان و شکل هندسی مختلف و مقدار مساحت آزاد متفاوت مرتبط میباشد.
با این رفتار، میتوان با تغییردادن سطح مقطع و محدود کردن فضای آزادی که منجر به تغییر شکل میشوند ، مقدار سختی و مقاومت الاستومر را تغییر داد.
در مطالعات انجام شده ، مشاهده شد که نئوپرن های با سطح مقطع مساوی دایره ای و مربعی شکل ، نئوپرن با مقطع دایره ای 10% از همسطح مربعی شکل خود مقاوم تر است.
از سوی دیگر، در پل های انحرافی و یا پل های با عرشه انحناء دار، نصب نئوپرن های دایره ای بر روی حماله های عمودی به دلیل اینکه خطوطی که از مرکز رفتار دایره ای شکل میگیرند بسیار راحت تر هستند.