اسس تصميم محطات السكك الحديدية

السكة الحديدية أو الخط الحديدي هو شريط نقل بري، يتألف من قضبان فولاذية متوازية ومثبتة على العوارض، إلى جانب المرافق الأساسية مثل محطات القطارات والخدمات والتجهيزات والأدوات المحركة والمتحركة الضرورية لتشغيل القطارات وضمان سلامتها.

مكونات السكك الحديدية

يتكون من جزئين رئيسيين هما:
1. الجزء السفلي ويطلق عليه أساس السكة.
2. الجزء العلوي وتسمى السكة و تنقسم إلى: تشمل هذه المواد (قضبان السكة، العوارض، مثبتات خط السكة، ومادة التحكيم)

أسس تصميم محطات السكك الحديدية

أوضحت العديد من الدراسات المعماريَّة والممارسات التطبيقيَّة أنالمتطلبات التصميميَّة والأسس التي يجب مُراعاتها عند تصميم محطَّات السكك الحديديَّة هي:

1. متطلبات التصميم الوظيفي: يتم تحقيقه من خلال تفاعل وربط الفضاءات المختلفة في المحطة بطريقة مادية وبصرية، وتحديد مدى قدرة المحطة على استيعاب الركاب بطريقة تضمن تجديد نظام المعلومات والتذاكر وتعزيز حماية الركاب وتوفير الراحة للمستخدمين. ويجب توفير وضوح في تلك الفضاءات وضمان عدم وجود عوائق في نقاط التقاء الفضاءات الداخلية والخارجية، وعزل الفضاءات العامة عن الخاصة، كما يجب أن يكون تصميم المحطة يعكس وظيفتها من الناحية الشكلية والإنشائية.

2. متطلبات التصميم البيئي المستدام: يتم تحقيق أقصى استفادة من الإضاءة والتهوية الطبيعية لتقليل التكاليف، ويتم استخدام الطاقة الشمسية للتدفئة والتبريد، ويتم جمع مياه الأمطار من الأسطح واستخدامها للري والتنظيف، ويتم إعادة تدوير المواد واستخدامها مرة أخرى.

3. توفير متطلبات الأمن والسلامة: يتم ذلك من خلال السيطرة على مداخل المحطة وتوفير الإضاءة المناسبة في فضاءات المحطة، والحد من السرقة والعنف باستخدام كاميرات المراقبة وتوفير مناطق لتخزين الأمتعة والحقائب.

4. تأمين المتطلبات الحركية: تتطلب الحركات الجسدية السلسة توفير انسيابية الحركة، وذلك عن طريق تحديد محاور الحركة بوضوح وتقليل التغييرات الغير ضرورية في اتجاه الحركة.

مواصفات قضيب السكة الحديد

1. التركيب الكيميائي للقضيب

– الكربون: يزيد الكربون من صلادة الحديد ويعطيه مقاومة عالية للتآكل والتقشر، بالإضافة إلى أنه يمنحه مقاومة للسحب.
– المنغنيز: يزيد المنغنيز من صلابة الحديد ويجعله مقاومًا بشكل كبير للتآكل والصدأ، كما يعطي السائل لزوجة أثناء صنع القضيب، ويعزز مقاومة الحديدالعادي.

– السيليكون:  يساعد على تقليل الغازات خلال عملية الصنع، ويزيد من مقاومة الحديد للتآكل والتشقق، ويعطي مقاومة (4 كجم/مم) للحديد العادي .
– الكبريت والفسفور: ان كلا ًمن العنصرين غير مرغوب بهما إلا ان عدمهما يكون مستحيلاً حيث أن الكبريت و الفسفور لهما خاصية زيادة مقاومة التكسر.

2. طول القطبان

نظرًا لأن روابط القطبان في السكك الحديدية تعتبر جزءًا ضعيفًا في الخط، وأن قوتها تعادل نصف قوة قضيب السكة نفسه، يجب استخدام قضيب سكة أطول قدر الإمكان لتحسين القوة الإجمالية للخط.

3. وزن القضيب وعلاقته بالحمل المسلط عليه

يتم حساب وزن قضيب السكة بالباوند لكل ياردة أو بالكيلوغرام لكل متر ويتم تحديده بناءً على العديد من العوامل، بما في ذلك الأحمال المتحركة التي يتعرض لها القضيب، وأعلى سرعة مسموح بها، وعمق مادة التحكم، والمسافات بين العوارض.

لمحة تاريخية عن السكة الحديد

في أوائل القرن التاسع عشر، بدأت الأبحاث التي تهدف إلى تطبيق مبدأ الآلة البخارية واستخدام هذه الطاقة في مجال النقل، وفي عام 1804م، ظهرت أول قاطرة بخارية في إنكلترا، قام بتصميمها ريتشارد تريفي تشيك Richard Trevithick، واستطاعت أن تجر قطاراً مؤلفاً من خمس عربات محملة بعشرة أطنان من الحديد، إضافةً إلى 70 شخصاً.

 وفي عام 1829 شهد العالم مولد أو ل قاطرة بخارية عملية في التاريخ، صممها المهندس البريطاني جورج ستيفنسون George Stephenson وأطلق عليها اسم الصاروخ، واستطاعت أن تجر قطاراً وزنه 6.12 طن بسرعة 39 كم/ساعة. وقد أثبتت قاطرة ستيفنسون أن السكك الحديدية أصبحت مؤهلة لتحمل المحركات البخارية الثقيلة.

تتابع بعدها عملية إنشاء الخطوط الحديدية، فبلغت أطوالها عام 1840 نحو 8000 كم في الولايات المتحدة و3000 كم في أوروبا، ووصل في أواخر القرن التاسع عشر إلى 700 ألف كم في العالم. وتبلغ أطوال شبكة الخطوط الحديدية العالمية اليوم أكثر من 1.3 مليون كم، أطولها في الولايات المتحدة وروسيا ثم الهند.