سازه های ماکارونی

سازه های ماکارونی

قسمت اول

سازه هاي ماكاروني به سازه هايي اطلاق مي شود ، كه مصالح استفاده شده در آنها تنها ماكاروني و چسب مي باشد . اين سازه ها در مقياس كوچكتر نسبت به سازه هاي واقعي طراحي و توسط ماكاروني و چسب ساخته مي شوند و پس از ساخت مورد بارگذاري قرار مي گيرند .
در واقع اين سازه ها به عنوان ماكت ساخته نمي شوند و سازه اي كه بار بيشتري را تحمل مي كند ، موفق تر خواهد بود . پل ( تحت بارگذاري يكنواخت ، متمركز و متحرك ) ، Towercrain ، انواع قاب هاي ساختماني و ستون هاي فشاري از جمله رايج ترين سازه هاي ماكاروني مي باشند .

هر ساله در اين راستا مسابقات بزرگي در دانشگاه هاي معتبر دنيا بين دانشجويان رشته مهندسي عمران برگزار مي گردد . اين دانشگاه ها از سالها پيش در اين زمينه سرمايه گذاري كرده تا ذهن خلاق دانشجويان را فعال سازند و از طرحها و پژوهش هاي آنها در عمل استفاده كنند . طراحي و ساخت پل و ستون هاي فشاري رايج ترين رشته هاي اين مسابقات مي باشند . بطور مثال طراحي و ساخت پل خرپايي تنها با استفاده از 750 گرم ماكاروني ( معادل يك بسته ماكاروني ) كه مي تواند وزن زيادي را تحمل نمايد . طول دهانه پل يك متر و حداكثر ارتفاع پل نيم متر مي باشد . پل روي دو تكيه گاه كه از يكديگر يك متر فاصله دارند قرار مي گيرد و تكيه گاهها فقط قادر به وارد كردن عكس العمل عمودي مي باشند و هيچ عكس العمل افقي در تكيه گاهها بر پل وارد نمي شود . ركورد كسب شده در اين رشته ( پل خرپايي ) معادل 176 كيلو گرم مي باشد ، كه اين ركورد تقريبا 230 برابر وزن خود سازه مي باشد . همچنين طراحي و ساخت سازه هاي فشاري كه قادر به تحمل بار هايي بيش از نيم تن مي باشند ، از ديگر نمونه هاي اين سازه ها هستند . اينجا يك سئوال ممكن است مطرح مي گردد ، آيا جنس ماكاروني در دست يافتن به ركورد هاي بالا موثر است ؟

در اين زمينه تحقيقاتي روي محصول هاي مختلف شركت هاي ماكاروني دنيا انجام گرفته و ماكاروني شركت Rose ايتاليا به عنوان بهترين ماكاروني براي اين هدف شناخته شده است .

البته لازم به ذكر است كه قدرت و مهارت طراح در ارائه يك طرح موفق ، بسيار مهم تر از جنس ماكاروني در رسيدن به ركورد هاي بالا مي باشد .
هدف از استفاده از ماكاروني به عنوان عنصر سازه اي :

1- در واقع ماكاروني بر خلاف فولاد و بتن عنصر سازه اي ناشناخته اي مي باشد . اين بدان معني است كه خصوصيات ماكاروني شامل حداكثر تنش كششي ، حداكثر تنش فشاري ، مدول الاستيسيته ، نحوه كمانش ماكاروني و ديگر خصوصيات ماكاروني كه مورد نياز براي طراحي و تحليل سازه مي باشند ، ناشناخته مي باشد و تنها راه بدست آوردن اين ويژگيها ايجاد وابداع آزمايش هاي ساده و دقيق مي باشد .
2- ماكاروني بر خلاف بتن و فولاد داراي ضعف هاي زيادي مي باشد و اين ضعف ها كار را براي طراح مشكل تر مي كند و اينجاست كه ابداعات و خلاقيت هنر نمايي مي كنند و براي رسيدن به ركورد هاي بالا بهينه سازي سازه ها مطرح مي گردد .
3- ارزان بودن ماكاروني نسبت به مصالحي چون فولاد وبتن .

اهداف كلي طرح :

1- اين طرح در وهله اول به عنوان يك طرح آموزشي مي تواند بسيار مفيد و سودمند براي دانشجويان رشته مهندسي عمران ايفاي نقش نمايد ، زيرا اين امكان را به دانشجويان مي دهد كه ، با استفاده از مصالح ارزان ، سبك و قابل دسترس ( ماكاروني به جاي بتن و فولاد ) دست به طراحي و ساخت سازه هاي مختلف زده و با اين كار كليه دروس فراگرفته در رشته سازه را به عمل تجربه نمايند .
2- دانشجويان مي بايست با استفاده از مسائل تئوريك فرا گرفته در دروس مقاومت مصالح و آزمايشگاه هاي مربوط به آن تلاش نمايند تا خصوصيات عنصر سازه اي جديد را كشف نمايند .
3- دانشجويان مي بايست با استفاده از تحليل سازه ها و با بكارگيري نرم افزار هاي كامپيوتري به طراحي و آناليز سازه مورد نظر بپردازند.

طراحي و ساخت يك سازه بهينه كه تحت عنوان بهينه سازي سازه ها مطرح است .

قسمت دوم

سازه هاي فشاري :

نوعي پل با دهانه كوتاه ، كه اكثر اعضاي آن در فشار مي باشند . از مزيت هاي اين رشته از مسابقات طراحي اعضاي فشاري و بررسي پديده كمانش در آنها مي باشد .

Tower Crain :

دراين نوع از سازه هاي ماكاروني ، هدف طراحي جرثقيلهايي است كه بر روي برجهاي بلند به كار گرفته مي شوند .
اين سازه ها بايد قادر باشند با داشتن ارتفاع معين شعاع خاصي را تحت پوشش قرار دهند .

پل با بار متمركز :

اين سازه از به هم پيوستن دو خرپاي دوبعدي به وجود مي آيد و بارگذاري از وسط دهانه صورت مي گيرد .
اين نوع پل هر سه نوع عضو فشاري ، كششي و خمشي را دارا مي باشد .

پل با بار گسترده :

پل به شكل ظاهري خرپا مي باشد ، كه بارگذاري به صورت گسترده و يكنواخت در تمام طول دهانه صورت مي گيرد . در عمل مي توان چنين فرض كرد كه تمام وسايل نقليه به دليل ترافيك به صورت ثابت بر روي پل قرار گرفته اند .

پل با بار متحرك :

اين نوع از سازه ماكاروني در واقع پيشرفته ترين و كامل ترين حالت از سازه ها مي باشد ، كه در آن طراحان اقدام به طراحي يك پل واقعي مي كنند .

بار قرار گرفته بر روي پل به صورت متحرك مي باشد ، كه اين امر با عبور دادن يك وسيله نقليه كوچك با سرعت معين ، كه بر روي آن وزنه قرار داده مي شود ، صورت مي گيرد.

قسمت سوم

چگونه شروع كنيم ؟

براي وارد شدن به اين رشته شما بايد داراي خصوصيات اخلاقي چون كنجكاوي ، خلاقيت ، صبر ، همت و تلاش فراواني باشيد .

اين خصوصيان به اين علت مطرح گرديد كه در ساخت و طراحي يك سازه موفق علاوه بر آگاهي از علوم مهندسي به اين ويژگي ها نيازمند هستيد . چرا كه ممكن در طراحي و ساخت يك سازه شما روز ها و هفته ها تلاش نماييد ، ولي در نهايت به دليل يك اشتباه كوچك در طراحي يا ساخت ، سازه شما به حداقل ركورد مورد نظر نرسد .

هيجان انگيزترين بخش كار شما مربوط به زمان بارگذاري سازه مي باشد ، كه سازه اي كه مدت زيادي براي طراحي و ساخت آن صرف كرده ايد در نهايت در جلوي چشمان شما منهدم مي گردد ، ولي آيا ركورد مورد نظر بدست مي آيد يا خير ؟

بطور خلاصه براي ساخت يك سازه شما بايد مراح زير را در پيش گيريد :

1-كشف خصوصيات عنصر سازه اي جديد با انجام آزمايش هاي ساده ولي دقيق . اين مرحله شامل آزمايشهايي براي رسيدن به خصوصياتي چون حداكثر تنش كششي ، حداكثر تنش فشاري ، مدول الاستيسيته، حداكثر بار بحراني در كمانش و غيره مي باشد .

2-كار بر روي خصوصيات عنصر سازه اي جديد (ماكاروني) و دست يافتن به نقاط ضعف و يا قدرت آن .

3- آشنايي با يك نرم افزار رايانه اي براي تحليل و طراحي سازه . (بطور مثال :SAP 2000 )

4- تحليل سازه هاي ساخته شده در گذشته و رسيدن به نقاط ضعف و يا قدرت آنها .

5- طراحي سازه با توجه به اطلاعات بدست آمده.

6- تلاش براي رسيدن به بهينه ترين طرح (بهينه سازي).

7 – ساخت سازه توسط ماكاروني و چسب .

تكنيك هاي ساخت سازه ماكاروني :
اكاروني :

اين عنصر سازه اي در برابر كشش و فشار ( اگر طول آن كوتاه باشد و دچار كمانش نگردد ) مقاومتي خوبي از خود نشان مي دهد ، ولي مقاومت آن در برابر خمش بسيار كم است . به همين علت بايد تا حد امكان سعي نمود ، تا سازه ها به گونه اي طرح شوند كه اعضاي آن كمترين خمش ممكن را تحمل نمايند .

در واقع تابع هدف در بهينه سازي سازه خمش و وزن سازه مي باشد . يعني سازه ها بايد به گونه اي طرح شوند ، كه كمترين خمش در آنها به وجود آيد و در عين حال با كمترين وزن بيشترين مقاومت را از خود نشان دهند .

يك نكته مهم در مورد سازه هاي ساخته شده توسط ماكاروني اين است ، كه در هنگام ساخت و يا بعد از آن نبايد در مكاني كه در آن رطوبت و گرماي هوا بالا است قرار گيرد ، زيرا در اين صورت ماكاروني ترك مي خورد .

چسب :
براي ايجاد اتصالات در اعضاء ، آنها را به صورت سر به سر قرار داده و سپس در محل گره ها از چسب استفاده نماييم .

1- اتصال مفصلي :
براي به وجود آوردن چنين اتصالي بايد از چسب حرارتي ( چسب تفنگي ) استفاده نمود . زيرا اين چسب علاوه بر چسباندن اعضاء به يكديگر ، آنقدر انعطاف پذير است ، كه به اعضاء اين اجازه را مي دهد تا در محل گره ها تا اندازه اي دوران نمايند .

2-اتصال صلب :
براي ايجاد اتصالات صلب مي توان از دو چسب :
دوقلو (EPOXY )
قطره اي (SUPPER GLUE )

اگر از چسب دوقلو استفاده مي كنيد ، اين چسب اين قابليت را دارد ، كه فضاي خالي بين اعضاء در محل گره ها را پر نموده و نيازي نيست كه شما ماكاروني ها را تراش داده و در كنار هم قرار دهيد . اما عيب اين چسب اين است ، كه وزن تمام شده سازه بالا مي رود.
ولي چنانچه از چسب قطره اي استفاده مي كنيد ، اعضاء در محل گره ها بايد تراش مناسب داده شوند ، تا سطح تماس افزايش يابد ، چراكه اصولا اين چسب فضاپركن نمي باشد و فقط در سطوحي كه اعضاء تماس مستقيم با هم دارند اتصال ايجاد مي نمايد . ولي در مقابل ، اگر از اين چسب استفاده نماييد ، وزن تمام شده سازه كمتر خواهد شد .

چگونگي ساخت :

بعد از آنكه طراحي نهايي را انجام داديد ، مي توانيد براي ساخت ، طرح نهايي را در ابعاد واقعي بر روي يك كاغذ پوستي بكشيد و سپس كاغذ را توسط چسب شيشه اي به يك سطح شيشه اي صاف بچسبانيد . سپس اعضاء را طبق نقشه از ماكاروني توليد كرده و در روي نقشه روي خط مربوط به خود بگذاريد و براي جلوگيري از لغزيدن ماكاروني مي توانيد از خمير بازي براي محكم كردن عضو بر روي كاغذ پوستي استفاده نماييد . سپس در محل گره ها از چسب استفاده نماييد . بدين ترتيب مي توانيد ، آن قسمتهايي از سازه را كه به صورت صفحه اي هستند ، را با دقت بالايي توليد نماييد.

بعد از آنكه قسمت هاي صفحه اي را بدين روش توليد كرديد ، اين قسمت ها را با دقت زياد به هم متصل نماييد ، تا سازه نهايي آماده گردد.

چگونه ركورد را پيش بيني نماييم ؟

ابتدا بايد با آزمايش هاي ساده و ابتكاري حداكثر مقاومت كششي‌ ، مقاومت فشاري ( براي طول مشخص ) ، مقاومت خمشي ، مقاومت برشي را براي ماكاروني مورد استفاده بدست آوريم ، سپس سازه مورد نظر خود را تحت حداكثر بار پيش بيني شده تحليل كنيم ، اگر نيروهاي كششي ، فشاري ، خمشي و برشي ناشي از تحليل از مقاومت هاي بدست آمده در آزمايش بيشتر باشد ، آن سازه فرو خواهد ريخت .

تحليل را براي بارهاي مختلف انجام مي دهيم ، آن باري كه نيروهاي بدست آمده از آن در اعضاء ناشي از تحليل ، بيشترين نزديكي را به حداكثر مقاومت هاي بدست آمده از آزمايش داشته باشد ، ركورد تئوريك خواهد بود .

به علت وجود خطا در ساخت و يا ديگر خطاهاي ممكن بايد ركورد تئوريك بدست آمده را در يك ضريب اطمينان ( مثلا .75 - با توجه به نظر طراح ) ضرب كرد ، تا ركورد عملي بدست آيد با اين كار شما مي توانيد قبل از اينكه سازه مورد نظر را بارگذاري كنيد ، حداكثر ركورد آن را حدس بزنيد .

سازه های ماکارونی

مطالب مشابه :

پل ماکارونی