سازه ماکارونی

دروس سازه ای كه در رشته مهندسی عمران در دانشگاه های ایران تدریس می شود ، معمولا به طور كلی به صورت تئوریك تدریس می گردد و دانشجویان كمتر این دروس را به صورت عملی تجربه می كنند ، بنابراین شاید فهم این دروس به صورت عمیق در حین دوران تحصیل ممكن نباشد.
ساخت سازه هایی توسط فولاد و یا بتن صرفا برای آموزش هم مقدور نمی باشد ، چرا كه هزینه تمام شده این كار بسیار بالا است . بنابراین در سرتاسر دانشگاههای معتبر دنیا ، سعی شده است ، تا با استفاده از مصالح ارزان قیمت ( به جای بتن و فولاد ) و مدل كردن سازه های واقعی توسط این مصالح ، آموزش دروس سازه ای به صورت عملی ممكن شود . ماكارونی یكی از این مصالح جایگزین می باشد . این عنصر سازه ای جدید به دلیل برخی از خصوصیات ویژه مثل ( سبكی ، دسترسی ساده و ارزان بودن ) بیشتر از دیگر مصالح مشابه مورد توجه قرار گرفته است .



سالانه در آمریكا مسابقات بزرگی در این زمینه بین دانشجویان برگزار می گردد و سازه های ساخته شده توسط ماكارونی به دلیل طراحی بهینه، به ركورد های غیر قابل باوری دست پیدا می كنند .
هدف از استفاده از ماكارونی به عنوان عنصر سازه ای
1. در واقع ماكارونی بر خلاف فولاد و بتن عنصر سازه ای ناشناخته ای می باشد . این بدان معنی است كه خصوصیات ماكارونی شامل حداكثر تنش كششی ، حداكثر تنش فشاری ، مدول الاستیسیته ، نحوه كمانش ماكارونی و دیگر خصوصیات ماكارونی كه مورد نیاز برای طراحی و تحلیل سازه می باشند ، ناشناخته می باشد و تنها راه بدست آوردن این ویژگیها ایجاد وابداع آزمایش های ساده و دقیق می باشد .
2. ماكارونی بر خلاف بتن و فولاد دارای ضعف های زیادی می باشد و این ضعف ها كار را برای طراح مشكل تر می كند و اینجاست كه ابداعات و خلاقیت هنر نمایی می كنند و برای رسیدن به ركورد های بالا بهینه سازی سازه ها مطرح می گردد .
3. ارزان بودن ماكارونی نسبت به مصالحی چون فولاد و بتن .
اهداف كلی طرح
1. این طرح در وهله اول به عنوان یك طرح آموزشی می تواند بسیار مفید و سودمند برای دانشجویان رشته مهندسی عمران ایفای نقش نماید ، زیرا این امكان را به دانشجویان می دهد كه ، با استفاده از مصالح ارزان ، سبك و قابل دسترس ( ماكارونی به جای بتن و فولاد ) دست به طراحی و ساخت سازه های مختلف زده و با این كار كلیه دروس فراگرفته در رشته سازه را به عمل تجربه نمایند .
2. دانشجویان می بایست با استفاده از مسائل تئوریك فرا گرفته در دروس مقاومت مصالح و آزمایشگاه های مربوط به آن تلاش نمایند تا خصوصیات عنصر سازه ای جدید را كشف نمایند .
3. دانشجویان می بایست با استفاده از تحلیل سازه ها و با بكارگیری نرم افزار های كامپیوتری به طراحی و آنالیز سازه مورد نظر بپردازند.
4. طراحی و ساخت یك سازه بهینه كه تحت عنوان بهینه سازی سازه ها مطرح است .
معرفی سازه ماكارونی
سازه های ماكارونی به سازه هایی اطلاق می شود ، كه مصالح استفاده شده در آنها تنها ماكارونی و چسب می باشد . این سازه ها در مقیاس كوچكتر نسبت به سازه های واقعی طراحی و توسط ماكارونی و چسب ساخته می شوند و پس از ساخت مورد بارگذاری قرار می گیرند .
در واقع این سازه ها به عنوان ماكت ساخته نمی شوند و سازه ای كه بار بیشتری را تحمل می كند ، موفق تر خواهد بود . پل ( تحت بارگذاری یكنواخت ، متمركز و متحرك ) ، Towercrain ، انواع قاب های ساختمانی و ستون های فشاری از جمله رایج ترین سازه های ماكارونی می باشند.
هر ساله در این راستا مسابقات بزرگی در دانشگاه های معتبر دنیا بین دانشجویان رشته مهندسی عمران برگزار می گردد . این دانشگاه ها از سالها پیش در این زمینه سرمایه گذاری كرده تا ذهن خلاق دانشجویان را فعال سازند و از طرحها و پژوهش های آنها در عمل استفاده كنند . طراحی و ساخت پل و ستون های فشاری رایج ترین رشته های این مسابقات می باشند . بطور مثال طراحی و ساخت پل خرپایی تنها با استفاده از 750 گرم ماكارونی ( معادل یك بسته ماكارونی ) كه می تواند وزن زیادی را تحمل نماید . طول دهانه پل یك متر و حداكثر ارتفاع پل نیم متر می باشد . پل روی دو تكیه گاه كه از یكدیگر یك متر فاصله دارند قرار می گیرد و تكیه گاهها فقط قادر به وارد كردن عكس العمل عمودی می باشند و هیچ عكس العمل افقی در تكیه گاهها بر پل وارد نمی شود . ركورد كسب شده در این رشته ( پل خرپایی ) معادل 176 كیلو گرم می باشد ، كه این ركورد تقریبا 230 برابر وزن خود سازه می باشد . همچنین طراحی و ساخت سازه های فشاری كه قادر به تحمل بار هایی بیش از نیم تن می باشند ، از دیگر نمونه های این سازه ها هستند . اینجا یك سئوال ممكن است مطرح می گردد ، آیا جنس ماكارونی در دست یافتن به ركورد های بالا موثر است ؟
در این زمینه تحقیقاتی روی محصول های مختلف شركت های ماكارونی دنیا انجام گرفته و ماكارونی شركت Rose ایتالیا به عنوان بهترین ماكارونی برای این هدف شناخته شده است .
البته لازم به ذكر است كه قدرت و مهارت طراح در ارائه یك طرح موفق ، بسیار مهم تر از جنس ماكارونی در رسیدن به ركورد های بالا می باشد .
معرفی انواع مختلف سازه های ماكارونی
سازه های فشاری :
نوعی پل با دهانه كوتاه ، كه اكثر اعضای آن در فشار می باشند . از مزیت های این رشته از مسابقات طراحی اعضای فشاری و بررسی پدیده كمانش در آنها می باشد .
Tower Crain :
دراین نوع از سازه های ماكارونی ، هدف طراحی جرثقیلهایی است كه بر روی برجهای بلند به كار گرفته می شوند .این سازه ها باید قادر باشند با داشتن ارتفاع معین شعاع خاصی را تحت پوشش قرار دهند .
پل با بار متمركز :
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 ، كششی و خمشی را دارا می باشد .
پل با بار گسترده :
پل به شكل ظاهری خرپا می باشد ، كه بارگذاری به صورت گسترده و یكنواخت در تمام طول دهانه صورت می گیرد . در عمل می توان چنین فرض كرد كه تمام وسایل نقلیه به دلیل ترافیك به صورت ثابت بر روی پل قرار گرفته اند .
پل با بار متحرك :
این نوع از سازه ماكارونی در واقع پیشرفته ترین و كامل ترین حالت از سازه ها می باشد ، كه در آن طراحان اقدام به طراحی یك پل واقعی می كنند .بار قرار گرفته بر روی پل به صورت متحرك می باشد ، كه این امر با عبور دادن یك وسیله نقلیه كوچك با سرعت معین ، كه بر روی آن وزنه قرار داده می شود ، صورت می گیرد .