سازه‌های ماکارونی
دروس سازه‌ای که در رشته مهندسی عمران در دانشگاههای ایران تدریس می‌شود، معمولا به طور کلی به صورت تئوری تدریس می‌گردد و دانشجویان کمتر این دروس را به صورت عملی تجربه می‌کنند، بنابراین شاید فهم این دروس به صورت عمیق در حین دوران تحصیل ممکن نباشد.
ساخت سازه‌هایی توسط فولاد و یا بتن فقط به هدف آموزش هم مقدور نیست، چرا که هزینه تمام شده این کار بسیار بالا است. بنابراین در سرتاسر دانشگاههای معتبر دنیا، سعی شده، تا با استفاده از مصالح ارزان قیمت (به جای بتن و فولاد) و مدل کردن سازه‌های واقعی توسط این مصالح، آموزش دروس سازه‌ای به صورت عملی ممکن شود. ماکارونی یکی از این مصالح جایگزین می‌باشد. این عنصر سازه‌ای جدید به دلیل برخی از خصوصیات ویژه مثل (سبکی، دسترسی ساده و ارزان بودن) بیشتر از دیگر مصالح مشابه مورد توجه قرار گرفته‌است.
سالانه در آمریکا مسابقات بزرگی در این زمینه بین دانشجویان برگزار می‌گردد و سازه‌های ساخته شده توسط ماکارونی به دلیل طراحی بهینه، به رکوردهای غیر قابل باوری دست پیدا می‌کنند.
هدف از استفاده از ماکارونی به عنوان عنصر سازه‌ای
۱. در واقع ماکارونی بر خلاف فولاد و بتن عنصر سازه‌ای ناشناخته‌ای می‌باشد. این بدان معنی است که خصوصیات ماکارونی شامل حداکثر تنش کششی، حداکثر تنش فشاری، مدول الاستیسیته، نحوه کمانش ماکارونی و دیگر خصوصیات ماکارونی که مورد نیاز برای طراحی و تحلیل سازه می‌باشند، ناشناخته می‌باشد و تنها راه بدست آوردن این ویژگیها ایجاد وابداع آزمایش‌های ساده و دقیق می‌باشد.
۲. ماکارونی بر خلاف بتن و فولاد دارای ضعف‌های زیادی می‌باشد و این ضعف‌ها کار را برای طراح مشکل تر می‌کند و اینجاست که ابداعات و خلاقیت هنر نمایی می‌کنند و برای رسیدن به رکوردهای بالا بهینه سازی سازه‌ها مطرح می‌گردد.
۳. ارزان بودن ماکارونی نسبت به مصالحی چون فولاد وبتن.
اهداف کلی طرح
۱. این طرح در وهله اول به عنوان یک طرح آموزشی می‌تواند بسیار مفید و سودمند برای دانشجویان رشته مهندسی عمران ایفای نقش نماید، زیرا این امکان را به دانشجویان می‌دهد که، با استفاده از مصالح ارزان، سبک و قابل دسترس (ماکارونی به جای بتن و فولاد) دست به طراحی و ساخت سازه‌های مختلف زده و با این کار کلیه دروس فراگرفته در رشته سازه را به عمل تجربه نمایند.
۲. دانشجویان می‌بایست با استفاده از مسائل تئوریک فرا گرفته در دروس مقاومت مصالح و آزمایشگاه‌های مربوط به آن تلاش نمایند تا خصوصیات عنصر سازه‌ای جدید را کشف نمایند.
۳. دانشجویان می‌بایست با استفاده از تحلیل سازه‌ها و با بکارگیری نرم افزارهای کامپیوتری به طراحی و آنالیز سازه مورد نظر بپردازند.
۴. طراحی و ساخت یک سازه بهینه که تحت عنوان بهینه سازی سازه‌ها مطرح است.
معرفی سازه ماکارونی
سازه‌های ماکارونی به سازه‌هایی اطلاق می‌شود، که مصالح استفاده شده در آنها تنها ماکارونی و چسب می‌باشد. این سازه‌ها در مقیاس کوچکتر نسبت به سازه‌های واقعی طراحی و توسط ماکارونی و چسب ساخته می‌شوند و پس از ساخت مورد بارگذاری قرار می‌گیرند.
در واقع این سازه‌ها به عنوان ماکت ساخته نمی‌شوند و سازه‌ای که بار بیشتری را تحمل می‌کند، موفق تر خواهد بود. پل (تحت بارگذاری یکنواخت، متمرکز و متحرک)، Towercrain، انواع قاب‌های ساختمانی و ستون‌های فشاری از جمله رایج ترین سازه‌های ماکارونی می‌باشند.
هر ساله در این راستا مسابقات بزرگی در دانشگاههای معتبر دنیا بین دانشجویان رشته مهندسی عمران برگزار می‌گردد. این دانشگاه‌ها از سالها پیش در این زمینه سرمایه گذاری کرده تا ذهن خلاق دانشجویان را فعال سازند و از طرحها و پژوهش‌های آنها در عمل استفاده کنند. طراحی و ساخت پل و ستون‌های فشاری رایج ترین رشته‌های این مسابقات می‌باشند. بطور مثال طراحی و ساخت پل خرپایی تنها با استفاده از ۷۵۰ گرم ماکارونی (معادل یک بسته ماکارونی) که می‌تواند وزن زیادی را تحمل نماید. طول دهانه پل یک متر و حداکثر ارتفاع پل نیم متر می‌باشد. پل روی دو تکیه گاه که از یکدیگر یک متر فاصله دارند قرار میگیرد و تکیه گاهها فقط قادر به وارد کردن عکس العمل عمودی می‌باشند و هیچ عکس العمل افقی در تکیه گاهها بر پل وارد نمی‌شود. رکورد کسب شده در این رشته (پل خرپایی) معادل ۱۷۶ کیلو گرم می‌باشد، که این رکورد تقریبا ۲۳۰ برابر وزن خود سازه می‌باشد. همچنین طراحی و ساخت سازه‌های فشاری که قادر به تحمل بارهایی بیش از نیم تن می‌باشند، از دیگر نمونه‌های این سازه‌ها هستند. اینجا یک سئوال ممکن است مطرح می‌گردد، آیا جنس ماکارونی در دست یافتن به رکوردهای بالا موثر است؟
در این زمینه تحقیقاتی روی محصول‌های مختلف شرکت‌های ماکارونی دنیا انجام گرفته و ماکارونی شرکت Rose ایتالیا به عنوان بهترین ماکارونی برای این هدف شناخته شده‌است.
البته لازم به ذکر است که قدرت و مهارت طراح در ارائه یک طرح موفق، بسیار مهم تر از جنس ماکارونی در رسیدن به رکوردهای بالا می‌باشد.
تکنیک های ساخت ساز ماکارونی:
ماكارونی :
این عنصر سازه ای در برابر كشش و فشار ( اگر طول آن كوتاه باشد و دچار كمانش نگردد ) مقاومتی خوبی از خود نشان می دهد ، ولی مقاومت آن در برابر خمش بسیار كم است . به همین علت باید تا حد امكان سعی نمود ، تا سازه ها به گونه ای طرح شوند كه اعضای آن كمترین خمش ممكن را تحمل نمایند .
در واقع تابع هدف در بهینه سازی سازه خمش و وزن سازه می باشد . یعنی سازه ها باید به گونه ای طرح شوند ، كه كمترین خمش در آنها به وجود آید و در عین حال با كمترین وزن بیشترین مقاومت را از خود نشان دهند .
یك نكته مهم در مورد سازه های ساخته شده توسط ماكارونی این است ، كه در هنگام ساخت و یا بعد از آن نباید در مكانی كه در آن رطوبت و گرمای هوا بالا است قرار گیرد ، زیرا در این صورت ماكارونی ترك می خورد .
چسب :
برای ایجاد اتصالات در اعضاء ، آنها را به صورت سر به سر قرار داده و سپس در محل گره ها از چسب استفاده نماییم .
1- اتصال مفصلی :
برای به وجود آوردن چنین اتصالی باید از چسب حرارتی ( چسب تفنگی ) استفاده نمود . زیرا این چسب علاوه بر چسباندن اعضاء به یكدیگر ، آنقدر انعطاف پذیر است ، كه به اعضاء این اجازه را می دهد تا در محل گره ها تا اندازه ای دوران نمایند .
2-اتصال صلب :
برای ایجاد اتصالات صلب می توان از دو چسب :
دوقلو (EPOXY )
قطره ای (SUPPER GLUE )
اگر از چسب دوقلو استفاده می كنید ، این چسب این قابلیت را دارد ، كه فضای خالی بین اعضاء در محل گره ها را پر نموده و نیازی نیست كه شما ماكارونی ها را تراش داده و در كنار هم قرار دهید . اما عیب این چسب این است ، كه وزن تمام شده سازه بالا می رود.
ولی چنانچه از چسب قطره ای استفاده می كنید ، اعضاء در محل گره ها باید تراش مناسب داده شوند ، تا سطح تماس افزایش یابد ، چراكه اصولا این چسب فضاپركن نمی باشد و فقط در سطوحی كه اعضاء تماس مستقیم با هم دارند اتصال ایجاد می نماید . ولی در مقابل ، اگر از این چسب استفاده نمایید ، وزن تمام شده سازه كمتر خواهد شد .
چگونگی ساخت :
بعد از آنكه طراحی نهایی را انجام دادید ، می توانید برای ساخت ، طرح نهایی را در ابعاد واقعی بر روی یك كاغذ پوستی بكشید و سپس كاغذ را توسط چسب شیشه ای به یك سطح شیشه ای صاف بچسبانید . سپس اعضاء را طبق نقشه از ماكارونی تولید كرده و در روی نقشه روی خط مربوط به خود بگذارید و برای جلوگیری از لغزیدن ماكارونی می توانید از خمیر بازی برای محكم كردن عضو بر روی كاغذ پوستی استفاده نمایید . سپس در محل گره ها از چسب استفاده نمایید . بدین ترتیب می توانید ، آن قسمتهایی از سازه را كه به صورت صفحه ای هستند ، را با دقت بالایی تولید نمایید.
بعد از آنكه قسمت های صفحه ای را بدین روش تولید كردید ، این قسمت ها را با دقت زیاد به هم متصل نمایید ، تا سازه نهایی آماده گردد.
چگونه ركورد را پیش بینی نماییم ؟
ابتدا باید با آزمایش های ساده و ابتكاری حداكثر مقاومت كششی ، مقاومت فشاری ( برای طول مشخص ) ، مقاومت خمشی ، مقاومت برشی را برای ماكارونی مورد استفاده بدست آوریم ، سپس سازه مورد نظر خود را تحت حداكثر بار پیش بینی شده تحلیل كنیم ، اگر نیروهای كششی ، فشاری ، خمشی و برشی ناشی از تحلیل از مقاومت های بدست آمده در آزمایش بیشتر باشد ، آن سازه فرو خواهد ریخت .
تحلیل را برای بارهای مختلف انجام می دهیم ، آن باری كه نیروهای بدست آمده از آن در اعضاء ناشی از تحلیل ، بیشترین نزدیكی را به حداكثر مقاومت های بدست آمده از آزمایش داشته باشد ، ركورد تئوریك خواهد بود .
به علت وجود خطا در ساخت و یا دیگر خطاهای ممكن باید ركورد تئوریك بدست آمده را در یك ضریب اطمینان ( مثلا .75 - با توجه به نظر طراح ) ضرب كرد ، تا ركورد عملی بدست آید با این كار شما می توانید قبل از اینكه سازه مورد نظر را بارگذاری كنید ، حداكثر ركورد آن را حدس بزنید .
منبع: www.wikipedia.org
نظرات شما عزیزان:
|
منوي اصلي
تبادل
لینک هوشمند
ورود
اعضا:
آمار
وب سایت:
نويسنده: 
