سازه های ماکارونی چیست؟ (اطلاعاتی در مورد سازه های ماکارونی)

[boushehromran]

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 .
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 عمرانو معماري 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.


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


















معرفي انواع مختلف سازه هاي ماكاروني




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 - 2


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 .


3-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 4


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 .






آئين نامه سازه هاي فشاري:






سازه هاي فشاري :


اين نوع از سازه ها در واقع نوعي پل با دهانه كوتاه هستند ، با اين تفاوت كه اكثر اعضاي سازه نيروي فشاري را تحمل مي كنند . هدف از طراحي اين سازه ها رسيدن به بالاترين بار تحمل شده در قبال كمترين وزن سازه مي باشد.


هر گروه تنها قادر به ساخت يك سازه مي باشد. هر گونه كوتاهي و قصور در مورد نحوه چسباندن اعضا به يكديگر بر عهده خود شركت كنندگان مي باشد .






نوع مصالح :


تمام گروه هاي شركت كننده ملزم به استفاده از يك نوع ماكاروني، با مقطع دايره اي، به قطر خارجي حداكثر 4 ميلي متر مي باشند ، كه نوع ومارك شركت توليد كننده متعاقبا اعلام خواهد شد. همچنين چسب به كار رفته در سازه مي تواند از سه نوع چسب :


1.حرارتي


Epoxy 2. ( دوقلو )


Supper glow 3 .( قطره اي ) باشد.


ابعاد :


1. حداقل دهانه پل برابر 15 سانتي متر مي باشد.


2. .عرض عرشه پل حداقل برابر 10 سانتي متر مي باشد و سطح زيرين عرشه پل بايد حداقل 5/7 سانتي متر بالاتر از سطح زمين باشد.


3. طول پل بين 15 تا 45 سانتي متر و عرض آن بين 10 تا 20 سانتي متر باشد.


4. حداقل ارتفاع تراز بالاي عرشه پل تا سطح زمين 75/8 سانتي متر مي باشد.






قوانين :


1. حداكثر تعداد اعضاي گروه 3 نفر مي باشد.


2. هرگونه تغييردر جنس ماكاروني از قبيل ( پركردن ماكاروني با چسب يا مواد ديگر ، حرارت دادن ماكاروني و غيره ) پذيرفته نخواهد شد.همچنين شركت كنندگان فقط از چسب در محل اتصالات مي توانند استفاده نمايند.


3. بريدن ، قطع كردن و شكستن ماكاروني قانوني مي باشد.


4. حداكثر وزن پل 450 گرم مي باشد.


5. شركت كنندگان حداكثر مجاز به چسباندن 2 رشته ماكاروني به يكديگر و تشكيل پروفيل جديد هستند.


6. به كار بردن هر ماده ديگري به غير از ماكاروني و چسب مجاز نمي باشد.






7. شركت كنندگان قادر هستند از ديگر منابع براي كمك در طراحي سازه بهينه كمك بگيرند.


8 . قبل از بارگذاري تمام سازه ها چه از نظر نوع مصالح وچه از نظر ابعاد مورد بازبيني قرار مي گيرند و هرگونه تخلف از قوانين به معناي عدم پذيرفته شدن سازه در مسابقات مي باشد.






نحوه بارگذاري سازه ها :


1. پل ها روي سطوح صافي قرار مي گيرند.


2. يك صفحه فلزي يا چوبي به ابعاد 10 در 15 سانتي متر روي عرشه پل قرار مي گيرد.


3. بار به صورت مداوم روي صفحه فلزي يا چوبي كه روي عرشه پل قرار دارد، اضافه مي گردد، تا آنجا كه پل بدون هرگونه شكستگي در كل يا قسمتي از آن قادر به تحمل بار باشد . همچنين در هنگام بارگذاري حداكثر خيز قابل قبول براي پل 2 سانتي متر مي باشد.






عوامل موثر در گزينش بهترين سازه:






1.كارآمدي سازه:


حداكثر نسبت بار تحمل شده به وزن سازه.


2. ارائه مقاله:


ارائه مقاله در مورد چگونگي طراحي ، بهينه سازي و ساخت سازه فشاري توسط نرم افزار power point)( .










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 :


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.




منبع: parsigold.com