شرح کارگاه


پروژه آموزشی ساخت سازه های ماکارونی

 

 

کاربرد عملی سازه های ماکارونی:

ماکارونی ماده ای است که در فشار واکنش و کشش متفاوت عمل می کند، یعنی مانند فولاد در کشش بسیار قوی می باشد و در فشار مانند بتون نسبتاً خوب مقاومت می کند. ماکارونی از لحاظ مقاومتی تقریباً ­یک دویستم فولاد یا بتون عمل می کند و می توان از آن برای انجام آزمایشات اولیه استفاده کرد. بدین صورت که طرح آماده شده را توسط ماکارونی ساخته و مورد آزمایش قرار می دهیم و مشکلات طرح و نقاط ضعف را شناسایی می کنیم. همچنین از این سازه ها برای بهینه کردن مقاطع و اتصالات می توان استفاده کرد.
 

کاربرد سازه های سبک:

در طرح های کلان اجرایی صرفه جویی اقتصادی بسیار حائز اهمیت است. به جهت استفاده از مواد گران قیمت(فولاد و بتون) درساخت پل ها، باید این نکته را مورد توجه قرار داد که کاهش مصالح مصرفی باعث کاهش بسیار زیاد قیمت تمام شده می شود. مثلاً اگر 15% از وزن سازه کم شود، این میزان کاهش را می توان در مورد هزینه ها نیز برآوردکردو در یک پروژه که در حد میلیاردی هزینه دارد 15% صرفه جویی بسیار قابل توجه می باشد.
 

کاربرد سازه های سنگین:

در پل های عظیم که بار های مختلفی باید بررسی شوند و پل باید از ظرفیت باربری خیلی بالایی برخوردار باشد، می توان از سازه های سنگین یا متمرکز استفاده کرد و مانند برآوردی که برای سازه های سبک انجام شد، برای این نوع پل ها نیز طرح ها بهینه شوند.
به غیر از اعضاء سازه، اتصالات نیز بسیار مهم می باشند که باید آنها نیز به دقت طراحی گردند. باید سعی شود این اتصالات حداقل شوند به این دلیل که یکی از نقاط ضعف سازه، اتصالات است و بیشترین خطاهای ساخت در این نقاط ایجاد می شوند. همچنین طراحی اتصالات باید با مقاومت بیشتری انجام شود و با این کار وزن سازه افزایش می یابد.    
معرفي سازه ماكاروني :
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 سال ها پيش در اين زمينه سرمايه گذاري كرده تا ذهن خلاق دانشجويان را فعال سازند و از طرح ها و پژوهش هاي آنها در عمل استفاده كنند . طراحي و ساخت پل و ستون هاي فشاري     رايج ترين رشته هاي اين مسابقات مي باشند. پل روي دو تكيه گاه قرار مي گيرد و تكيه گاه ها فقط قادر به وارد كردن عكس العمل عمودي مي باشند و هيچ عكس العمل افقي در تكيه گاه ها بر پل وارد نمي شود . اينجا يك سئوال ممكن است مطرح 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 ويژگي ها ايجاد وابداع آزمايش هاي ساده و دقيق مي باشد.
2-       ماكاروني بر خلاف بتون 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 وبتون .
 
اهداف كلي طرح :
1-       اين طرح در وهله اول مي تواند به عنوان يك طرح آموزشي بسيار مفيد و سودمند براي دانشجويان رشته مهندسي عمران ايفاي نقش نمايد، زيرا اين امكان را به دانشجويان مي دهد كه، با استفاده از مصالح ارزان، سبك و قابل دسترس ( ماكاروني به جاي بتون 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 :
 
1-       Bridge2 copyسازه هاي فشاري :
نوعي پل با دهانه كوتاه،كه اكثر اعضاي آن در فشار    مي باشند. از مزيت هاي اين رشته ازمسابقات طراحي اعضاي فشاري و بررسي پديده كمانش در آنها مي باشد .
 
 
 
 
 
 
 
2-       Tower Crain :
دراين نوع از سازه هاي ماكاروني ، هدفTower14 copy
طراحي جرثقيل هايي است كه بر روي
برج هاي بلند به كار گرفته     مي شوند .
اين سازه ها بايد قادر باشند با داشتن ارتفاع معين شعاع خاصي را تحت پوشش قرار دهند .
 
 
 
 
 
 
  
 
Img38 copy
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 .
دراین نوع سازه ها بار بصورت نقطه ای به گره وسط وارد می شود. از لحاظ رکوردگیری در این رشته ، دو نوع سازه معرفی می شوند:
الف: سازه سنگین که رکورد محاسبه شده بر اساس وزن تحمل شده تقسیم بر وزن سازه می باشد.
ب: سازه آزاد که رکوردگیری فقط بر اساس وزن تحمل شده می باشد.
 
 

4-       Photoshop2پل با بار گسترده :

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 .
 
 
 
 
 
 

5-       Mobile copyپل 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 .
 

 
 
6-       سازه های سبک:

این نوع سازه باید وزنه 2kg را به مدت 3 دقیقه تحمل نماید.
 

7-       سازه هدفمند:

این نوع سازه باید وزنه 25kg را به مدت1 دقیقه تحمل نماید.
 

8-       سازه محافظ تخم مرغ:

این نوع سازه باید به صورت پوسته ای طراحی شده و از شکستن تخم مرغ که از ارتفاع مشخص پرتاب         می شود، جلوگیری کند.