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

**

معرفي انواع مختلف سازه هاي ماكاروني

1-سازه های فشاری :

نوعی پل با دهانه کوتاه ، که اکثر اعضای آن در فشار می باشند . از مزیت های این رشته از مسابقات طراحی اعضای فشاری و بررسی پدیده کمانش در آنها می باشد .

 2-Tower Crain :

دراین  نوع از سازه های ماکارونی ، هدف طراحی جرثقیلهایی است که بر روی برجهای بلند به کار گرفته می شوند .

این سازه ها باید قادر باشند با داشتن ارتفاع معین شعاع خاصی را تحت پوشش قرار دهند .

 3-پل با بار متمرکز :

این سازه از به هم پیوستن دو خرپای دوبعدی به وجود می آید و بارگذاری از وسط دهانه صورت می گیرد 

این نوع پل هر سه نوع عضو فشاری ، کششی و خمشی را دارا می باشد . 

4-پل با بار گسترده :

پل به شکل ظاهری خرپا می باشد ، که بارگذاری به صورت گسترده و یکنواخت در تمام طول دهانه صورت می گیرد . در عمل می توان چنین فرض کرد که تمام وسایل نقلیه به دلیل ترافیک به صورت ثابت بر روی پل قرار گرفته اند .

 5-پل با بار متحرک :

این نوع از سازه ماکارونی در واقع پیشرفته ترین و کامل ترین حالت از سازه ها می باشد ، که در آن طراحان اقدام به طراحی یک پل واقعی می کنند .

بار قرار گرفته بر روی پل به صورت متحرک می باشد ، که این امر با عبور دادن یک وسیله نقلیه کوچک با سرعت معین ، که بر روی آن وزنه قرار داده می شود ، صورت می گیرد .

آئین نامه سازه های فشاری:

سازه های فشاری :

این نوع از سازه ها در واقع نوعی پل با دهانه کوتاه هستند ، با این تفاوت که اکثر اعضای سازه نیروی فشاری را تحمل می کنند . هدف از طراحی این سازه ها رسیدن به بالاترین بار تحمل شده در قبال کمترین وزن سازه می باشد.

هر گروه تنها قادر به ساخت یک سازه می باشد. هر گونه کوتاهی و قصور در مورد نحوه چسباندن اعضا به یکدیگر بر عهده خود شرکت کنندگان می باشد .

نوع مصالح :

تمام گروه های شرکت کننده ملزم به استفاده از یک نوع ماکارونی، با مقطع دایره ای، به قطر خارجی حداکثر 4 میلی متر می باشند ، که نوع ومارک شرکت تولید کننده متعاقبا اعلام خواهد شد. همچنین چسب به کار رفته در سازه می تواند از سه نوع چسب :

1.حرارتی

 2. Epoxy ( دوقلو ) 

 3. Supper glow  ( قطره ای )   باشد.

ابعاد :

1.حداقل دهانه پل برابر 15 سانتی متر می باشد.

2. .عرض عرشه پل حداقل برابر 10 سانتی متر می باشد و سطح زیرین عرشه پل باید حداقل 5/7 سانتی متر بالاتر از سطح زمین باشد.

3.طول پل بین 15 تا 45 سانتی متر و عرض آن بین 10 تا 20 سانتی متر باشد.

4.حداقل ارتفاع تراز بالای عرشه پل تا سطح زمین 75/8 سانتی متر می باشد.

قوانین :

1.حداکثر تعداد اعضای گروه 3 نفر می باشد.

2.هرگونه تغییردر جنس ماکارونی از قبیل ( پرکردن ماکارونی با چسب یا مواد دیگر ، حرارت دادن ماکارونی و غیره ) پذیرفته نخواهد شد.همچنین شرکت کنندگان فقط از چسب در محل اتصالات می توانند استفاده نمایند.

1.بریدن ، قطع کردن و شکستن ماکارونی قانونی می باشد.

2.حداکثر وزن پل 450 گرم می باشد.

5. شرکت کنندگان حداکثر مجاز به چسباندن 2 رشته ماکارونی به یکدیگر و تشکیل پروفیل جدید هستند.

6.  به کار بردن هر ماده دیگری به غیر از ماکارونی و چسب مجاز نمی باشد. 

7.  شرکت کنندگان قادر هستند از دیگر منابع برای کمک در طراحی سازه بهینه کمک بگیرند.

8 .  قبل از بارگذاری تمام سازه ها چه از نظر نوع مصالح وچه از نظر ابعاد مورد بازبینی قرار می گیرند و هرگونه تخلف از قوانین به معنای عدم پذیرفته شدن سازه در مسابقات می باشد.  

نحوه بارگذاری سازه ها  :

1.پل ها روی سطوح صافی قرار می گیرند.

2.یک صفحه فلزی یا چوبی به ابعاد 10 در 15 سانتی متر روی عرشه پل قرار می گیرد.

1.بار به صورت مداوم روی صفحه فلزی یا چوبی که روی عرشه پل قرار دارد، اضافه می گردد، تا آنجا که پل بدون هرگونه شکستگی در کل یا قسمتی از آن قادر به تحمل بار باشد . همچنین در هنگام بارگذاری حداکثر خیز قابل قبول برای پل 2 سانتی متر می باشد.

عوامل موثر در گزینش بهترین سازه:

1.کارآمدی سازه:

حداکثر نسبت بار تحمل شده به وزن سازه.

2. ارائه مقاله:

ارائه مقاله در مورد چگونگی طراحی ، بهینه سازی و ساخت سازه فشاری توسط نرم افزار power point) ( .

3. زیبایی طرح ارائه شده.

آئین  نامه پل خرپایی