পদ্মা সেতুর স্ট্রাকচারাল ডিজাইন
 |
| পদ্মা সেতু |
লং স্পান ব্রীজ নির্মাণের ক্ষেত্রে
সবচেয়ে বড় সমস্যা হল প্রাকৃতিক শক্তি । সাম্প্রতিক বিপর্যয়
গুলো পর্যবেক্ষণ করে এই বাস্তবতায় উপনীত হওয়া যায় যে প্রকৃতি অবকাঠামোতে
ধ্বংসাত্মক হতে পারে। বাংলাদেশের পদ্মা সেতুতে এর ডিজাইন টিম কঠিন কিছু চ্যালেঞ্জ মোকাবিলা করার জন্য এই সময়ের সর্বশেষ
প্রযুক্তি এবং উদ্ভাবনী দুর্যোগ প্রতিরোধ ও প্রশমন সমাধান ব্যবহার করেছে।
( ডিজাইন টিমঃ পদ্মা
মাল্টিপারপাস ব্রিজের ডিটেইল ডিজাইন টিমের মধ্যে আন্তর্জাতিক ও দেশি অনেক পরামর্শকারি
নিযুক্ত ছিলেন যাদের মধ্যে প্রধান ছিল AECON . এছাড়াও টিমের অন্যন্য দের মধ্যে SMEC International,
Northwest Hydraulic Consultants and ACE
Consultants, with additional assistance from Aas-Jakobsen and HR
Wallingford ছিলেন . AECON যা AECON Technology Corporation নামে পরিচিত আমেরিকার একটি মাল্টিনেশনাল ইঞ্জিনিয়ারিং ফ্রাম যা বিশ্বব্যাপী বিভিন্ন ধরনের প্রজেক্টে
ডিজাইন, পরামর্শ, নির্মাণ এবং পরিচালনা সার্ভিস প্রদান করে
থাকে। এই প্রতিষ্ঠান ই পদ্মা সেতুর ডিজাইন করেছে।)
৬.১৫ কিলোমিটার(৩.৮ মাইল ) দৈর্ঘ্যের
এ পদ্মা সেতু একটি ল্যান্ডমার্ক স্ট্রাকচার এবং বিশ্বের সবচেয়ে দীর্ঘ নদী ক্রসিং
গুলোর মধ্যে অন্যতম। পদ্মা নদী বিশ্বের তৃতীয় বৃহত্তম নদী এবং এই নদী দিয়ে সবচেয়ে
বেশি পরিমানে পলি পরিবাহিত হয়।
বর্ষার মৌসুমে পদ্মা নদীতে দ্রুত
পানি প্রবাহিত হয় এবং নদী গর্ভে গভীর ক্ষয়ের সৃষ্টি হয় ফলে সেতুর স্থায়িত্তের জন্য
গভীর পাইল ফাউন্ডেশনের প্রয়োজন পড়ে। পদ্মা সেতু সাইটটি ভয়াবহ সিসমিক কার্যকলাপের
এলাকাতে রয়েছে ফলে সেতুতে গুরুত্বপূর্ণ ভুমিকম্প জনিত বল কাজ করবে। এই প্রজেক্টে এই
সংমিশ্রণ , প্রকৃতির অন্যন্য শক্তির সাথে মিশে এক অনন্য চ্যালেঞ্জ প্রকাশ করেছিল।
পদ্মা বহুমুখী সেতুর প্রকল্পের
সম্পূর্ণ ডিজাইন সফলতার সাথে শেষ করেছে AECOM । AECOM বিকল্প কংক্রিট ডেকফর্ম উন্নততর করেছে যা অধিক শক্তিশালী কংক্রিট ট্রাস ব্রীজ । এর মধ্যে রয়েছে একটি কংক্রিট গার্ডার
ব্রীজ ও একটি স্টিল ট্রাস ব্রীজ। সব ক্ষেত্রেই গুরুত্বপূর্ণ কিছু সুবিধা পাওয়া
জন্য এক স্তরের চাইতে দ্বিস্তর ব্রীজ নির্বাচন করা হয়েছিল। উন্নত নিরাপত্তা, উন্নত অপারেশন, পরিদর্শন, রক্ষণাবেক্ষণ এবং জরুরী ত্রাণ প্রক্রিয়াগুলি এবং ইউটিলিটিগুলির কার্যকরী
প্রসারের জন্য এটিতে পৃথক পৃথক হাইওয়ে লেন এবং রেলওয়ে লাইন অন্তর্ভুক্ত করা হয়েছিল। রেলপথের ডেক নিচে রাখার কারনে রেলপথের নীচের কাঠামোগত গভীরতা হ্রাস পায়, যার ফলে উত্তর ও দক্ষিণ ব্যাংকগুলিকে টাইম-ইন করার জন্য
রেলওয়ে পদ্ধতির পথের দৈর্ঘ্য কমিয়ে আনা হয়েছিল । দুই স্তরের কাঠামো নির্মাণ করে কাঠামোর খরচ
কমিয়ে কাঠামোকে আরও কার্যকর করা হয়েছিল।
প্রত্যেকটি ব্রীজ ফর্মের জন্য
এনালাইটিকাল মডেল বিকাশিত করা হয়েছিল সেতুর মেম্বারের সাইজ নির্ণয় করার জন্য বিশেষ
করে সেতুর ওজন কমানোর জন্য। ইস্পাত ট্রাস সেতুটি হালকা ডেকের সাথে সবচেয়ে
কার্যকরী ছিল। সর্বোত্তম স্প্যান দৈর্ঘ্য নির্ধারণ করার জন্য এই বিস্তর ভাবে
গবেষণা করা হয়েছিল। এই গবেষণায় ডেক ওজন ও ভিত্তি লোড এর ক্ষেত্রে ১২০ মি, ১৫০মি ,
১৮০মি এর দৈর্ঘ্যের সাথে তুলনা করা হয়েছিল । এই তথ্য থেকে ১৫০মি স্পান এর জন্য
একটি নির্মাণ ব্যয় অনুমান করা হয়। অর্থাৎ সেতুটির জন্য সবচেয়ে অর্থনৈতিক ও
উপযুক্ত ফর্ম ইস্পাত ট্রাস সেতু পাওয়া গিয়েছিল যা কংক্রিট স্ল্যাবের সাথে
যৌগিকভাবে কাজ করে।
বহুমুখী সেতুতে অনেক ইউটিলিটি রয়েছে
যার মধ্যে একটি গ্যাস পাইপলাইন, টেলিযোগাযোগ
এবং একটি উচ্চ-ভোল্টেজ পাওয়ার ট্রান্সমিশন লাইন রয়েছে। এর পাশাপাশি নিচের ডেকে
একটি ট্রেন অববাহিকা সহজতর করার জন্য এটি জরুরি অ্যাক্সেস পয়েন্ট আছে।
ডিজাইনের ব্যবহারের জন্য উপযুক্ত
ভূতাত্ত্বিক সীমা নির্ধারণে এই স্থানে ভূমিকম্পের ঝুঁকির একটি বিস্তারিত অধ্যয়ন
করা হয়েছিল। ভূতাত্ত্বিক বিপদের দুটি মাত্রার উপরে স্টাডি করা হয়েছিল
:
·
অপারেটিং লেভেল ভুমিকম্প
এবং
·
আকস্মিক পর্যায়ের
ভূমিকম্প
অপারেটিং লেভেল ভূমিকম্পটি 100 বছর
সময় পর পর ফিরে আসে যা সেতুর জীবন কাল সময়ের মধ্যে 65 শতাংশের বেশি হওয়ার
সম্ভাবনা রয়েছে। আকস্মিক ভূমিকম্পটি ৪৭৫ বছর পর পর ফিরে আসে যা এই সেতুর জীবন কালের
সময় অতিবাহিত করার সময় 20 শতাংশে সম্ভাবনা রয়েছে। ভুমিকম্পের ফলে সেতুতে যদি কোন
ক্ষয় ক্ষতি হয় তা সহজেই সনাক্ত যোগ্য ও কোন মেম্বারের প্রতিস্থাপন ছাড়াই মেরামত
করতে সক্ষম হবে।
এর পরবর্তীতে AECON আরও ২ ধরনের পাইলে বিস্তারিত এনালাইসিস ও ইনভেস্টিগেশন
করেছিল সর্বোচ্চ অনুকূল ফাউনডেশন ডিজাইন এর জন্য।
·
বৃহৎ ব্যাসের (৩ মিটার
বা ১০ ফিট ) স্টিল টিউব্লার পাইল
·
বৃহৎ ব্যাসের কাস্ট-ইন-সিটু
কংক্রিট বোর পাইল
এই ধরনের স্টাডি হওয়ার ফলে জানা যায়
স্টিল টিউব পাইল ভুমিকম্পের তরঙ্গের ফলে উৎপন্ন পার্শ্ব বল (লেটারাল লোড ) এর
প্রতিরোধে অনেক বেশি কার্যকরী। স্টিল পাইপের ক্ষেত্রে এই ধরনের বল প্রতিরোধ করা হয়
স্টিল পাইপের এক্সিয়াল লোড হিসাবে। যেখানে কংক্রিট বোর পাইলের ক্ষেত্রে এই ধরনের
লোড প্রতিরোধ করা হয় ফ্লেক্সারাল ক্ষমতা দ্বারা। এখানে অনেক বড় আকারের বেন্ডিং
মোমেন্ট উৎপন্ন হয় সিসমিক লোডের কারনে যা রেইনফরসমেন্টের একার পক্ষে প্রতিরোধ করতে
হত । অন্য দিকে স্থায়ী স্টিল আবরণ যথাযত ভাবে কার্যকর করতে মাটির অন্তত ৩ মিটার
অভ্যন্তর পর্যন্ত স্থাপন করতে হত। কিন্তু
ব্রিজের কার্যকারী ১০০ বছর জীবন কালীন সময়ে নদীর তলদেশ ক্ষয়ের ফলে গভীরতা আরও বাড়াতে থাকার
সম্ভাবনা ছিল । সব কিছু বিবেচনা করে দেখা
গিয়েছে যে এই রকম ভাবে ডিজাইন করে ৩ মিটার ব্যাসের কংক্রিট পাইল ১৫ টারও বেশি দিতে
হবে এর পরিপেক্ষিতে ৮ টি স্টিল পাইল দিলেই চলবে। একটা জিনিস আমরা জানি যে পাইলের
সংখ্যা যত বেশি বাড়বে পাইল ক্যাপের আকার ও ওজনও তত বেশি বাড়বে। এই সকল ফ্যাক্টর
খরচ ও ফাউন্ডেশনের ক্ষমতার উপরে খারাপ প্রভাব ফেলে। তারপরে সব কিছু বিবেচনা করে
সমাধান হিসাবে গোলাকার আগাগোড়া স্টিল টিউব্লার পাইল বা কম্পজিট পাইল যার বাইরের
দিকে স্টিল টিউব থাকবে আর ভিতরে রেইনফোরসড কংক্রিট থাকবে এমনটা সুপারিশ করা হয়েছিল।
 |
| কংক্রিট ও স্টিলের কম্পজিট পাইল যা লেটারাল লোডের ক্ষেত্রে অধিক কার্যকরী |
এই ব্রিজের আচরন একটু জটিল হবে কারন
এর উচ্চতার কারনে। যদি মাটির ক্ষয় বিবেচনা করা হয় তাহলে এই উচ্চতা ১২০ মিটার হয়।
এর উপরে থাকবে বিশাল ওজনের সুপার স্ট্রাকচার, পাইল ক্যাপ ও পাইল। এই জন্য থ্রি
ডাইমেনশনাল নন লিনিয়ার টাইম হিস্টোরি ডাইনামিক এনালাইসিস করতে মডিফাইড পেনজিয়েন
মডেল ব্যবহার করা হয়েছিল। এটি দুটি অংশে ভাগ করা হয়েছিল । স্ট্রাকচার এবং মুক্ত
ফিল্ড সয়েল । এই স্ট্রক চার ও মুক্ত ফিল্ড সয়েল এর মাঝে ইন্টারেকশনের মাধ্যমে
কৃত্তিম ভাবে সম্পর্ক স্থাপন করা হয়েছিল। এর পরবর্তীতে সমতুল্য শিয়ার মডিউলাস এবং প্রত্যেক
লেয়ারের মাটির মধ্যকার কার্যকারী ডাম্পিং রেশিও নির্ণয় করতে “ফ্রি ফিল্ড এনালাইসিস” ব্যবহার করা হয়েছিল । “ফ্রি ফিল্ড এনালাইসিস”
করতে কম্পিউটারে “ শেক এনালাইসিস প্রোগ্রাম” ব্যবহার করা হয়েছিল। এর পরবর্তীতে থ্রি
ডাইমেনশনাল নন লিনিয়ার টাইম হিস্টোরি ডাইনামিক এনালাইসিস করতে সমতুল্য শিয়ার
মডিউলাস ও ডাম্পিং রেশিও এর প্রাপ্ত তথ্য ব্যবহার করা হয়েছিল।
 |
একটি স্ট্রাকচার – ফ্রি ফিল্ড
সয়েল মডেল
ভুমিকম্পের অবস্থা নকল করতে মডেলে “ গ্রাউন্ড মোশন” প্রয়োগ
করা হয়েছিল এবং লোড ক্রম অনুসারে পাইলে এবং সাব
স্ট্রাকচারে প্রয়োগ করা হয়েছিল। এর পাশাপাশি অন্যন্য লোড কম্বিনেশন যেমন
বাতাস, শিপ ইমপ্যাক্ট ইত্যাদিও প্রয়োগ করা হয়েছিল যেগুলো অবশ্য সঙ্কট পূর্ণ ( ক্রিটিকাল ) হতে দেখা যায় নি। তাই সিসমিক লোড কম্বিনেশনটাই
ডিজাইনের ক্ষেত্রে প্রয়োগ করা হয়েছিল।
এর পরবর্তীতে আরেকটি বিস্তারিত
অনুসন্ধান করা হয়েছিল সম্পূর্ণ ব্রিজ নিয়ে। সম্পূর্ণ ব্রিজ কে ৬ স্পানের মডেলে ভাগ
করা হয়েছিল বিস্তারিত অনুসন্ধানের জন্য যার প্রত্যেক স্পানের দৈঘ্যে ছিল লম্বায় ১৫০
মিটার। তারপরে প্রত্যেক পায়ার কে ভিন্ন ভিন্ন ক্ষয়ক্রীত এলাকায় স্থাপন করা হয়েছিল।
সম্পূর্ণ মডেলে বিভিন্ন কম্বিনেশন প্রয়োগ করে নির্ণয় হয়েছিল প্রত্যেকটি পায়ারের
ফাউন্ডেশনের ক্রিটিকাল এক্সিয়াল, শিয়ার এবং বেন্ডিং লোড সমূহ।
 |
| ৬ স্পান থ্রি ডাইমেনশনাল গ্লোবাল মডেল
প্রাথমিক স্টাডি করার সময় ধরা হয়েছিল
ব্রিজের ডেককে সাপোর্ট হিসাবে প্রথাগত স্লাইডিং
বিয়ারিং। যেহেতু এখানে সিসমিক লোড আসার
সম্ভাবনা ছিল তাই এখানে ফিক্সড সাপোর্ট এড়ানোর চেষ্টা ছিল। এক্ষেত্রে “ শক ট্রান্স মিশন ইউনিট”
প্রস্তাব করা হয়েছিল যাতে যথাযত ভাবে লোড
ট্রান্স মিশন হতে পারে। কিন্তু এই সিস্টেমে যে লোড পায়ারের উপরে প্রয়োগ করা হয়েছিল
তা অনেক বড় আকারের ছিল। এর ধারাবাহিকতায় AECOM নতুন ধরনের সমাধান ব্যবহার করেছিল।
ভূমিকম্প রোধী ডিজাইন করার ক্ষেত্রে আসল কৌশল
ছিল পায়ারের নিচে অবস্থিত প্লাস্টিক হিঞ্জের মাধ্যমে সিসমিক এনার্জি ছড়িয়ে দেওয়া।
পরবর্তীতে সিসমিক আইসোলেশন বিয়ারিং সুবিধা নির্ণয় করা হয়েছিল যা সম্পূর্ণ স্ট্রাকচারকে
কোন রকম ডেমেজ ছাড়া ইলাস্টিকালি আচরন করতে
সাহায্য করে । এই সিসমিক আইসোলেশন বিয়ারিং পাইলের সংখ্যা, পাইল ক্যাপের আকার, এবং
স্টিল সুপার স্ট্রাকচারের আকার কমাতে সাহায্য করেছে । যার ফলে কার্যকরী খরচের একটা
ডিজাইন করা সম্ভব হয়েছে। সিসমিক আইসোলেশন
বিয়ারিং সারা বিশ্বে ব্যবহার করা হয় যাতে সিস মিক লোড সহনীয় করা যায়।
এই কৌশলে সকল প্রাথমিক স্ট্রাকচার মেম্বার কোন রকম ডেমেজ ছাড়া স্থিতিস্থাপক
হিসাবেই থাকে।
পদ্মা সেতুর সিসমিক আইসোলেশনের মুলনীতি
এই সিসমিক আইসোলেশন বিয়ারিং এ তিনটি
প্রধান উপাদান থাকে।
·
একটি অংশ সার্ভিস
লোডে এবং সার্ভিস লোডের কারনে লেটারাল ফ্লেকজিবিলিটি এর বিপরিতে অনমনীয়তা প্রদান
করে
·
একটি অংশ কাঠামোকে
সেলফ সেন্টারিং প্রদান করতে সাহায্য করে
·
একটি অংশ এনার্জি
ছড়িয়ে দিতে সহায়তা করে।
বিশ্লেষণ থেকে বোঝা যায় যে প্রচলিত
পট বিয়ারিং এর চেয়ে সিসমিক আইসোলেশন বিয়ারিং এর মাধ্যমে সিস মিক লোড অনেক কমিয়ে
ফেলা যায় । ফ্রিকশন পেন্ডুলাম বিয়ারিং পেন্ডুলামের মত আচরন করে কিন্তু আইসোলেশন অংশ
তার স্বাভাবিক স্বভাব এর কারনে স্বাভাবিক সময় লাগে যার কারনে ভূমিকম্প জনিত লোড
কমিয়ে ফেলে। ডাম্পিং ইফেক্ট স্লাইডিং মেকানিজমের কারনে ভুমিকম্পের প্রতিক্রিয়া
উপশম করে। ভুমিকম্পের কারনে স্থানচ্যুতি ঘটে প্রাথমিক ভাবে বিয়ারিং
প্লেটে । এর পরে মুল স্টাক চারে লেটারাল লোড এবং স্থানচ্যুতি সরবারাহ অনেক খানি কমে যায়।
এই সিস মিক লোডের কমে যাওয়ার কারনে
ব্রিজের পাইয়ারের সর্ব উপরে পাইল লোড অনেক খানি কমে যায়। এই প্রথাগত বিয়ারিং
পদ্ধতি ও ধাক্কা সরবরাহ ইউনিট থাকার কারনে প্রত্যেক ব্রিজ পায়ারে ৮ টি করে স্টিল ও
কঙ্ক্রিটের কম্পোজিট পাইলের প্রয়োজন হবে।
এর পাশা পাশি সিসমিক আইসোলেশন বিয়ারিং ব্যবহারের কারনে পাইলের সংখ্যা কমে ৬ এ
দাঁড়াবে। যা ফাউন্ডেশনের খরচ ২০% কমিয়ে ফেলে ।
পরবর্তীতে AECON সিসমিক আইসোলেশন বিয়ারিং অন্তর্ভুক্তি করে ডিজাইন ডেভেলপড
করে। সিসমিক আইসোলেশন বিয়ারিং এর প্রভাবে শুধুমাত্র সাব স্ট্রাক চারে সীমাবদ্ধ
থাকে নি । এটি সুপার স্ট্রাক চারের ট্রাসের মেম্বারের সাইজ কমাতেও সাহায্য করেছিল।
এর ফলে সম্পূর্ণ ব্রিজের স্টিলের কাজ ৬%
কমাতে সাহায্য করেছিল।
( This article is adopted
form the below link article which title is: Design
for Severe Earthquake and Deep Riverbed Scour )
Author
ডঃ রবিন শ্যাম
Ph.D.,
Civil Engineer, FICE,
Global long span and specialty Bridges Director
of AECOM
মুল লেখা ঃ এখানে ক্লিক করুন
|
আমার সম্মন্ধে জানতে ও আমাকে Facebook এ Follow করতে ঃ এখানে ক্লিক করুন
