גשר

גשר הוא מבנה הנדסי שמטרתו לאפשר מעבר בטוח של הולכי רגל, כלי רכב או רכבות מעל מכשולים פיזיים, כגון: דרכים אחרות, מסילות רכבת, נהר, ערוץ וכדומה, או כדי לאפשר נסיעה ישרה מעל עמקים, אנכית ככל האפשר לכח הכבידה של הארץ, בעיקר עבור רכבות מהירות.

היסטוריה

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.

מבנה בסיסי

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.

סוגי גשרים

ככלל, קיימים חמישה סוגים בסיסיים של גשרים, המחולקים לפי העקרון 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 העקרון 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 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 הנשנעות 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.

גשרים נפתחים

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.