גשר: מבנה הנדסי בעל ערך רב

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.

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 המיסעה 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.

ככלל, קיימים חמישה סוגים בסיסיים של גשרים, המחולקים לפי העיקרון 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 המיסעה 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 מיסעה בגשר קשת שעשויה להיות קשתית גם בהתאם לצורת הגשר או במפלס ישר המונח על הקשת או תלוי ממנה; גם כאן העיקרון ההנדסי נשאר זהה.

גשר קורה

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 קורה הבנוי משני בולי עץ המגשרים מעל שתי גדות נחל.
•  
  גשר זוהר בים המלח שמרכזו הוא קורת בטון דרוך המונחת על שני סמכים (שני העמודים הגבוהים)
•  
  גשר קורה הבנויה כמסבך ועל תחתית המסבך מונחת המסעה.

גשר קשת

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.

המיסעה העוברת דרך גשר קשתי עשויה להיבנות בשלוש צורות:

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

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

•  
  גשר קשת בארמון הקיץ בבייג'ינג שבסין בו צורת המסעה עוקבת אחר שלד הגשר
•  
  גשר אבן מעל נקיק בתימן
•  
  גשר נמל סידני הבנוי כגשר קשת בו המסעה תלויה מן הקשת.
•  
  גשר קשת בקנדה הבנוי כמסבך ובו המסעה מונחת מעל הקשת.
•  
  גשר בברזיל הבנוי למעשה מ-3 גשרי קשת. המסעה תלויה מן הקשתות ואף עוברת בין רגליהן.
•  
  גשר קשתי מאבן בתוואי מסילת השומרון בעל שלשה סמכים.

גשר תלוי

  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. המיסעה 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 המיסעה עשויים להיות דקים הרבה יותר וככל שצפיפותם גדולה, כלומר הם מחוברים כל מרחק קצר יותר לאורך המיסעה, כך הם נושאים משקל קטן יותר ולכן דקים יותר. בחלק מן הגשרים המיסעה 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 המיסעה אולם רוחות עזות עלולות לגרום לגשר להתנדנד בכיוון בו הוא אינו מעוגן לדבר. בשל כך המסעות עצמן בנויות בדרך כלל ממסבך שאינו מאפשר כפיפה בכיוון אופקי.

•  
  גשר תלוי פשוט. גשרים תלויים פשוטים התלויים בין הסמכים יהיו תמיד בעלי "בטן".
•  
  גשר שער הזהב הוא גשר תלוי מודרני. גם בו הכבלים הם בעלי אותה בטן אך המסעה תלויה מהם בעזרת כבלים נוספים כדי לקבל כביש אופקי.

גשר שלוחה

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 ולעיתים 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 הנשענות כל אחת על סמך אחר מונח לעיתים רבות חלק נוסף של גשר הפועל למעשה כקורה רגילה ולעיתים 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 שתי 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 פורת' בסקוטלנד
•  
  המחשת עקרון הפעולה של גשר פורת'
•  
  גשר שלוחה ליד ניו אורלינס
•  
  גשר "רוח וגשם" בגואנגשי הוא למעשה גשר שלוחה עשוי עץ.
•  
  בניית גשר שלוחה מבטון דרוך מעל נהר הריין

גשר מעוגן כבלים

  ערך מורחב – גשר מעוגן כבלים

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. אף על פי שגם בגשרים אלו משתמשים בכבלי מתיחה כחלק מן השלד, העיקרון ההנדסי עליו מבוסס גשר מעוגן כבלים שונה מאוד מזה של גשר תלוי.

•  
  גשר מעוגן כבלים בסין
•  
  גשר המיתרים בירושלים בעל עקרון הנדסי מרחבי יוצא דופן
•  
  גשר מעל נהר סוורן בין אנגליה וויילס

  ערך מורחב – גשר נפתח

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

 

 

כאשר מתכננים גשר יש להתחשב בגורמים רבים היכולים להשפיע על בטיחותו בסופו של דבר, ועל אורך חייו :

• סוג הקרקע עליה נבנה
• משקל עצמי
• עומס מרבי אפשרי
• עמידות בפני מקרי קצה של תהודה עצמית
• תנאי מזג אוויר שונים העלולים לפקוד את מקום הגשר
• בנייה ותכנון בהתאם להתרחבות והתכווצות החומרים מהם עשוי הגשר, הנגרמים משינויי טמפ'
• בלייה ועייפות החומר של החומרים השונים מהם מורכב הגשר
• גובה מתאים
• נראות מרחוק
• סוג הגשר עצמו מכתיב תקנות בטיחות שונות

כיום ניתן להתקין על גשרים חיישנים המנטרים ברציפות פרמטרים שונים, כדי לגלות בזמן ליקויי בטיחות העלולים להתפתח עם השנים.

 

• לעיתים עקב מנגנוני בליה גאולוגיים נוצרות קשתות סלע.
• ישנם שבטים במדינת מגהלאיה הנמצאת בצפון-מזרח הודו, אשר מעצבים את שורשי האוויר של עצי פיקוס הגומי, כך שיעברו מעל ערוצי מים, ולמעשה ישמשו כגשרים עבורם (אנ').

• גשר מקטעים בדחיקה
• גשר צף
• ויאדוקט
• גשר מצר טקומה - גשר אשר התמוטט בגלל הגעה למצב של תהודה עצמית
• מעברה

מיזמי קרן ויקימדיה
ערך מילוני בוויקימילון: גשר
ציטוטים בוויקיציטוט: גשר
תמונות ומדיה בוויקישיתוף: גשרים

• טכנולוגיות בניה - גשרים, באתר "עמלנט"
• רותם בר כהן, ‏גשרים - עשרה שוברי שיאים, "מסע אחר"
•   עופר פטרסבורג, הגשר הישראלי, באתר "ידיעות אחרונות", 31 במאי 2017
•   נעמה ריבה, גשרים בין המצוי לרצוי, באתר הארץ, 17 בפברואר 2019
•   גשרים, דף שער בספרייה הלאומית