سازه های ماکارونی چیست؟
سازههای ماکارونی به سازههایی اطلاق میشود، که مصالح استفاده شده در آنها تنها ماکارونی و چسب می باشد. 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، موفقترخواهدبود. پل (تحت بارگذاری یکنواخت، متمرکز و متحرک )، Towercrain، انواع قابهای ساختمانی و ستونهای فشاری از جمله رایجترین سازههای ماکارونی میباشند.
هر ساله در این راستا مسابقات بزرگی در دانشگاههای معتبر دنیا بین دانشجویان رشته مهندسیعمران برگزار می گردد. این دانشگاهها از سالها پیش در این زمینه سرمایهگذاری 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 رایجترین رشتههای این مسابقات میباشند. بطور مثال طراحی و ساخت پل خرپایی تنها با استفاده از ۷۵۰ گرم ماکارونی ( معادل یک بسته ماکارونی ) که می تواند وزن زیادی را تحمل نماید.
طول دهانه پل یک متر و حداکثر ارتفاع پل نیممتر میباشد. پل روی دو تکیهگاه که از یکدیگر یک مترفاصله دارند قرار میگیرد و تکیه گاهها فقط قادر به وارد کردن عکس العمل عمودی میباشندو هیچ عکس العمل افقی در تکیهگاهها بر پل وارد نمیشود.
رکورد کسب شده در این رشته ( پل خرپایی ) معادل ۱۷۶ کیلوگرم میباشد، که این رکورد تقریبا ۲۳۰ برابر وزن خودسازه 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 مطرح می گردد 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 شده است.
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.
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 می باشند، ناشناخته میباشد و تنها راه بدست آوردن این ویژگیها ایجاد و ابداع آزمایشهای ساده و دقیق میباشد.
۲- ماکارونی بر خلاف بتن و فولاد دارای ضعفهای زیادی میباشد و این ضعفها کار را برای طراح مشکلتر میکند و اینجاست که ابداعات و خلاقیت هنرنمایی میکنند و برای رسیدن به رکوردهای بالا بهینهسازی 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 مهندسیعمران و معماری 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 می بایست 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 می بایست 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 بهینهسازی سازهها مطرح است.
معرفی انواع مختلف سازههای ماکارونی
۱-سازههای فشاری:
نوعی پل با دهانه کوتاه، که اکثر اعضای آن در فشار میباشند. از مزیتهای این رشته از طراحی اعضای فشاری و بررسی پدیده کمانش در آنها میباشد.
Tower Crain –۲
دراین نوع از سازههای ماکارونی ، هدف طراحی جرثقیلهایی است که بر روی برجهای بلند به کار گرفته میشوند. این سازهها باید قادر باشند با داشتن ارتفاع معین شعاع خاصی را تحت پوشش قرار دهند.
۳-پل با بار متمرکز:
این سازه از به هم پیوستن دو خرپای دوبعدی به وجود میآید و بارگذاری از وسط دهانه صورت میگیرد. این نوع پل هر سه نوع عضو فشاری، کششی و خمشی را دارا میباشد.
۴-پل با بار گسترده:
پل به شکل ظاهری خرپا میباشد، که بارگذاری به صورت گسترده و یکنواخت در تمام طول دهانه صورت میگیرد. در عمل میتوان چنین فرض کرد که تمام وسایل نقلیه به دلیل ترافیک به صورت ثابت بر روی پل قرار گرفتهاند.
پل با بار متحرک:
این نوع از سازهماکارونی در واقع پیشرفتهترین و کاملترین حالت از سازهها میباشد، که در آن طراحان اقدام به طراحی یک پل واقعی میکنند.بار قرار گرفته بر روی پل به صورت متحرک میباشد، که این امر با عبور دادن یک وسیله نقلیه کوچک با سرعت معین، که بر روی آن وزنه قرار داده میشود، صورت می گیرد.
آئین نامه سازههای فشاری:
سازههای فشاری:
این نوع از سازهها در واقع نوعی پل با دهانه کوتاه هستند، با این تفاوت که اکثر اعضای سازه نیروی فشاری را تحمل میکنند. هدف از طراحی این سازهها رسیدن به بالاترین بار تحمل شده در قبال کمترین وزن سازه میباشد.
هر گروه تنها قادر به ساخت یک سازه میباشد. هر گونه کوتاهی و قصور در مورد نحوه چسباندن اعضا به یکدیگر بر عهده خود شرکتکنندگان میباشد.
نوع مصالح:
تمام گروههای شرکت کننده ملزم به استفاده از یک نوع ماکارونی، با مقطع دایره ای، به قطر خارجی حداکثر ۴ میلیمتر میباشند، که نوع ومارک شرکت تولیدکننده اعلام خواهد شد. همچنین چسب به کار رفته در سازه میتواند از سه نوع چسب:
۱.حرارتی
Epoxy.۲( دوقلو )
Supper. glow.۳ ( قطره ای ) باشد.
ابعاد:
۱. حداقل دهانه پل برابر ۱۵ سانتیمتر میباشد.
۲. .عرض عرشه پل حداقل برابر ۱۰ سانتیمتر میباشد و سطح زیرین عرشه پل باید حداقل ۷.۵ سانتیمتر بالاتر از سطح زمین باشد.
۳. طول پل بین ۱۵ تا ۴۵ سانتیمتر و عرض آن بین۱۰ تا۲۰ سانتیمتر باشد.
۴. حداقل ارتفاع تراز بالای عرشه پل تا سطح زمین ۸.۷۵سانتیمتر میباشد.
قوانین:
۱. حداکثر تعداد اعضای گروه ۳ نفر میباشد.
۲. هرگونه تغییردر جنس ماکارونی از قبیل ( پرکردن ماکارونی با چسب یا مواد دیگر، حرارت دادن ماکارونی و غیره ) پذیرفته نخواهد شد. همچنین شرکتکنندگان فقط از چسب در محل اتصالات میتوانند استفاده نمایند.
۳. بریدن، قطع کردن و شکستن ماکارونی قانونی میباشد.
۴. حداکثر وزن پل ۴۵۰ گرم میباشد.
۵. شرکتکنندگان حداکثر مجاز به چسباندن ۲ رشته ماکارونی به یکدیگر و تشکیل پروفیل جدید هستند.
۶. به کار بردن هر ماده دیگری به غیر از ماکارونی و چسب مجاز نمیباشد.
۷. شرکتکنندگان قادر هستند از دیگر منابع برای کمک در طراحی سازه بهینه کمک بگیرند.
۸ . قبل از بارگذاری تمام سازهها چه از نظر نوع مصالح وچه از نظر ابعاد مورد بازبینی قرار
میگیرند و هرگونه تخلف از قوانین به معنای عدم پذیرفتهشدن سازه در مسابقات میباشد.
نحوه بارگذاری سازهها:
۱. پلها روی سطوح صافی قرار میگیرند.
۲. یک صفحه فلزی یا چوبی به ابعاد ۱۰ در ۱۵ سانتی متر روی عرشه پل قرار میگیرد.
۳. 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 ۲ سانتیمتر میباشد.
عوامل موثر در گزینش بهترین سازه:
۱.کارآمدی سازه:
حداکثر نسبت بار تحمل شده به وزن سازه.
۲. ارائه مقاله:
ارائه مقاله در مورد چگونگی طراحی، بهینهسازی و ساخت سازه فشاری توسط نرمافزار( power point).
