สะพานโครงถัก (Truss Bridge) คืออะไร? หลักการทำงานและประเภท

สะพานโครงถักเป็นสะพานที่มีโครงสร้างส่วนบนที่รับน้ำหนักบรรทุกได้ ซึ่งประกอบด้วยโครงถัก (Truss) ซึ่งเป็นโครงสร้างที่เชื่อมต่อกันเป็นหน่วยย่อยๆ โดยปกติจะประกอบด้วยเป็นรูปสามเหลี่ยม เพื่อให้เกิดความแข็งแรงและเสถียรภาพ

หลักการออกแบบและวิศวกรรม

ลักษณะของโครงถักช่วยให้สามารถวิเคราะห์โครงสร้างโดยใช้สมมติฐานและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันตามหลักการของ สถิตยศาสตร์ (Statics) โดยในการวิเคราะห์จะสมมติว่าจุดเชื่อมต่อของโครงถักเป็นแบบ pin-jointed (จุดเชื่อมต่อแบบหมุนได้) ซึ่งหมายความว่าแต่ละจุดเชื่อมต่อจะถูกพิจารณาว่ามีความยืดหยุ่น ไม่ใช่จุดเชื่อมต่อแบบแข็งเกร็ง (rigid joint) ที่สามารถรักษาความแข็งแรงของรูปทรงได้ด้วยตัวเอง

สมมติฐานนี้ส่งผลให้ชิ้นส่วนของโครงถัก (เช่น คอร์ดบน, คอร์ดล่าง, และชิ้นส่วนแนวตั้งและแนวทแยง) ทำงานโดยรับ แรงดึง (Tension) หรือ แรงอัด (Compression) เท่านั้น โดยไม่มีแรงดัด (Bending) ซึ่งเป็นจุดเด่นที่ทำให้สะพานโครงถักมีความประหยัดในการก่อสร้างเนื่องจากใช้วัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด

แบบจำลองสะพาน

เพื่อให้เห็นภาพชัดเจน ในการเรียนการสอนวิชาสถิตยศาสตร์ มักจะมีการสร้างแบบจำลองสะพานจากเส้นพาสต้า (spaghetti) ซึ่งเส้นพาสต้ามีความเปราะและรับแรงดึงได้เล็กน้อย แต่จะหักง่ายหากถูกดัด ซึ่งแบบจำลองนี้แสดงให้เห็นว่าโครงสร้างแบบโครงถักสามารถสร้างความแข็งแรงจากชิ้นส่วนที่อ่อนแอรายชิ้นได้

ประวัติศาสตร์ในสหรัฐอเมริกา

ในสหรัฐอเมริกา เนื่องจากมีไม้เป็นจำนวนมาก ในยุคแรกสะพานโครงถักมักจะใช้ไม้ที่ปรับแต่งอย่างดีสำหรับชิ้นส่วนที่รับแรงอัด และใช้แท่งเหล็กสำหรับชิ้นส่วนที่รับแรงดึง โดยมักจะสร้างเป็นสะพานไม้แบบปิด (covered bridge) เพื่อป้องกันโครงสร้างไม้จากสภาพอากาศ

ในเวลาต่อมา โลหะเริ่มเข้ามาแทนที่ไม้ โดยสะพานโครงถักเหล็กดัด (wrought iron) เหล็กกล้า (steel) และการออกแบบแบบต่างๆ เช่น Bowstring truss, Pratt truss และ Warren pony truss ได้ถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มความแรงและทนทานมากขึ้น

ประเภทของพื้นสะพาน

โครงถักสามารถรองรับพื้นสะพานได้ในหลายตำแหน่ง ซึ่งขึ้นอยู่กับการออกแบบและวิศวกรรม:

• Deck Truss: พื้นสะพานอยู่ด้านบนของโครงถัก
• Through Truss: พื้นสะพานอยู่ด้านล่างของโครงถัก (รถหรือคนเดินผ่านเข้าไปในโครงสร้าง)
• Pony Truss: พื้นสะพานอยู่ด้านล่าง แต่ไม่มีโครงสร้างเชื่อมต่อด้านบน