مهندسی عمران

کسی که برای نفس خود کرامت قائل است، آن را با گناه پست وخوار نمی سازد(امام علی (ع))

آشنایی با سازه های ماکارونی

مقدمه :

دروس سازه اي كه در رشته مهندسي عمران در دانشگاه هاي ايران تدريس مي شود ، معمولا به طور كلي به صورت تئوريك تدريس مي گردد و دانشجويان كمتر اين دروس را به صورت عملي تجربه مي كنند ، بنابراين شايد فهم اين دروس به صورت عميق در حين دوران تحصيل ممكن نباشد .

ساخت سازه هايي توسط فولاد و يا بتن صرفا براي آموزش هم مقدور نمي باشد ، چرا كه هزينه تمام شده اين كار بسيار بالا است .

بنابرلين در سرتاسر دانشگاههاي معتبر دنيا ، سعي شده است ، تا بااستفاده از مصالح ارزان قيمت ( به جاي بتن وفولاد ) و مدل كردن سازه هاي واقعي توسط اين مصالح ، آموزش دروس سازه اي به صورت عملي ممكن شود .

ماكاروني يكي از اين مصالح جايگزين مي باشد . اين عنصر سازه اي جديد به دليل برخي از خصوصيات ويژه مثل ( سبكي ، دسترسي ساده و ارزان بودن ) بيشتر از ديگر مصالح مشابه مورد توجه قرار گرفته است .

 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 مراحل 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 :

ماكاروني :

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 .  

چگونه سازه ماكاروني را بهينه كنيم ؟

 

براي بهينه كردن سازه بايد يك تابع هدف تعريف كنيم .

تابع هدف در مورد سازه هاي ماكاروني دو چيز است :

1-  وزن سازه .

2-   خمش موجود در اعضاء.

سازه مورد نظر را بايد طوري طراحي نماييم ، كه در قبال كمترين وزن بيشترين ركورد را بدست آوريم .

همچنين سازه بايد به گونه اي طراحي گردد ، كه خمش موجود در اعضاي آن به حداقل ممكن برسد . چراكه همانطور كه گفته شد ، ماكاروني در برابر خمش بسيار ضعيف مي باشد .

براي اينكه خمش موجود در اعضاء را به حداقل برسانيم بايد از روش تخم مرغ استفاده نماييم . در تخم مرغ وقتي آن را از بالا و پايين فشار مي دهيم نمي شكند . علت اين امر اين است ، كه نيروي فشاري وارد به خاطر انحناي موجود در تخم مرغ ، قسمت اعظم آن به صورت فشار انتقال پيدا مي كند و قسمت كمي از آن تبديل به خمش مي شود . كه همين اصل در واقعيت باعث بوجود آمدن پل هاي قوسي  شده است .

از طرف ديگر سازه بايد به گونه اي طراحي گردد ، كه تقريبا تمام اعضاي اصلي با تمام ظرفيت خود كار كنند . يعني اينكه در هنگام شكست سازه تمام اعضاي اصلي به حداكثر مقاومت خود رسيده باشند و تقريبا  خراب شدن سازه در اثر شكست همزمان تمام اعضاي اصلي صورت گيرد . در اين صورت مي توان گفت كه، از تمام اعضاء به نحو احسن استفاده شده است .

 منبع:http://www.allengineering.ir

+ نوشته شده در  چهارشنبه بیست و چهارم مهر 1387ساعت 15:30  توسط کرامت کردوانی  |