پل ماکارونی
به نام انکه نامش به بزرگی دانستنی هاست
با سلامامسال دومین دوره ی مسابقات سازه های ماکارونی در دانشگاه آزاد اسلامی واحد استهبان برگزار شد.دو تیم از دانشگاه ما در این مسابقات شرکت کرد ولی دانشجویی جهت رقابت وجود نداشت.بدلیل ضعف در طراحی ومحاسبات سازه های سنگین تمامی محاسبات توسط اساتید هیات علمی محاسبه و به مرحله اجرا در آمد.
در این رقابت ها 70 نفر از دانشجویان رشته های عمران – معماری و نقشه برداری با هم رقابت کردند. از هر تیم 32 سازه شرکت کرده که در گرایش هدفمند یک که تحت بار 5 کیلوگرم است 20 سازه و درگرایش هدفمند دو که تحت بار 15 کیلوگرم است 12 سازه وجود دارد .
معرفی سازه ماکارونی
سازه های ماکارونی به سازه هایی اطلاق می شود ، که مصالح استفاده شده در آنها تنها ماکارونی
و چسب می باشد . این سازه ها در مقیاس کوچکتر نسبت به سازه های واقعی طراحی و توسط
ماکارونی و چسب ساخته می شوند و پس از ساخت مورد بارگذاری قرار می گیرند .
در واقع این سازه ها به عنوان ماکت ساخته نمی شوند و سازه ای که بار بیشتری را تحمل
می کند ، موفق تر خواهد بود . پل ( تحت بارگذاری یکنواخت ، متمرکز و متحرک ) ، Towercrain ،
انواع قاب های ساختمانی و ستون های فشاری از جمله رایج ترین سازه های ماکارونی 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 کرده تا ذهن
خلاق دانشجویان را فعال سازند و از طرحها و پژوهش های آنها در عمل استفاده کنند . 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 ماکارونی ( معادل یک بسته ماکارونی ) که می تواند وزن زیادی را تحمل نماید . طول دهانه پل یک متر و حداکثر ارتفاع پل نیم متر می باشد . پل روی دو تکیه گاه که از یکدیگر یک متر فاصله دارند قرار می گیرد و تکیه گاهها فقط قادر به وارد کردن عکس العمل عمودی می باشند و هیچ عکس العمل افقی در تکیه گاهها بر پل وارد نمی شود . رکورد کسب شده در این رشته ( پل خرپایی ) معادل 176 کیلو گرم می باشد ، که این رکورد تقریبا 230 برابر وزن خود سازه می باشد . همچنین طراحی و ساخت سازه های فشاری که قادر به تحمل بار هایی بیش از نیم تن می باشند ، از دیگر نمونه های این سازه ها هستند .
در این زمینه تحقیقاتی روی محصول های مختلف شرکت های 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 رکورد های بالا می باشد .
قوانین ساخت پل:
شرایط مصالح مصرفی:
برای ساختن قسمت های مختلف پل, تیم ها فقط و فقط مجاز به استفاده از ماکارونی و چسب طبق شرایط زیر میباشند:
- ماکارونی ها نباید تحت تغییر شیمیایی یا فیزیکی قرار گیرند.
- حداکثر قطر ماکارونی قابل استفاده 4 میلیمتر می باشد.
- از داخل ماکارونی های توخالی, تحت هیچ شرایطی نباید ماده دیگری, حتی ماکارونی عبور کند.
- تنها قسمتی که در آن می توان از ماده ای به غیر از ماکارونی و چسب استفاده کرد, ریسمان های بار گذاری می باشند.
- ریسمان ها یا قلاب های بارگیری می توانند از جنس طناب, سیم و... باشند:
1.EPOXY یا دوقلو.(از هر نوع چسبی که بتوان اسم دوقلو به آن داد.)
2. SUPER GLUE یا چسب قطره ای
3.چسب حرارتی
قوانین ابعاد پل:
- حداکثر طول پل 65 و حداقل آن 55 سانتیمتر میباشد, فاصله ی لبه به لبه ی تکیه گاه 55 سانتیمتر می باشد. بنابراین برای اینکه پل به روی تکیه گاه مستقر شود باید طولی بیشتر از 55 سانتیمتر داشته باشد.
- حداکثر ارتفاع پل 40 سانتیمتر می باشد.
- حداکثر ارتفاع پایین امدگی پل 10 سانتیمتر می باشد.(خیز منفی)
- حداکثر عرض پل 15 سانتیمتر است که می تواند در ارتفاع متغیر باشد.
- تذکر: قبل از بارگذاری پل, یک مکعب به سطح مقطع4.4باید بتواند در تراز تکیه گاه از عرشه ی پل عبور کند . بنابراین حداقل عرض پل 4 سانتیمتر خواهد بود............
قوانین وزن پل:
قبل از بارگذاری, پل ها وزن خواهند شد و تنها به پل هایی مجوز بارگذاری داده خواهد شد که وزن آنها زیر450گرم باشد.
قوانین اتصال اعضاء:
اعضای به کارگرفته شده در پل تنها باید دوسرآنها یعنی فقط ابتدا و انتهای آنها چسب کاری شود. پس باید توجه کرد تا در حین چسب کاری, چسب مربوط به اتصالات , روی اعضا مالیده نشود.
- باید توجه داشت برای عضوی با طول L تنها میتواند 25 L را چسب کاری کرد که این 25/L0 تنها باید در ابتدا و انتهای عضو باشد.
- برای المان های زیر 3 سانتیمتر با طول L می توان تا 5/0 L را چسب کاری کرد.
- در بین دو گره از سازه, حداکثر می تواند از6ماکارونی استفاده شود که لازم است فضای بین انها خالی از چسب باشد.
- منعی برای عبور اعضا از روی هم وجود ندارد و اعضا می توانند برای تشکیل گره در محل برخورد از روی هم عبور کنند.
- برای عضوهای تک رشته ای لزومی به قطع کردن عضو در گره وجود ندارد.
قوانین تکیه گاه:
- تعریف: گره هایی از پل که بر روی تکیه گاه قرار می گیرند را, گره های تماسی تکیه گاه می نامیم.
لازم است این گره ها از 12 عدد, یعنی 6 گره در هر طرف تکیه گاه تجاوز نکند.
شرایط بارگذاری:
در این مسابقه ابتدا پل توسط سرگروه, داخل دستگاه بارگیری قرار خواهد گرفت.سپس میله ی دستگاه بارگذاری به قلاب هایی که به همین منظور در پل تعبیه شده اند متصل می شود و بارگذاری به صورت کاملا متعادل و در یک زمان مشخص مقدار ثابتی کرنش, به تدریج به پل اعمال خواهد شد. یعنی سازه کاملا پیوسته بارگذاری خواهد شد و پس از شکستن سازه , بارگذاری متوقف خواهد شد.
- دربارگذاری میله ی دستگاه بارگذاری مستقیما به دستگاه ها متصل خواهد شد.لذا استفاده از هر وسیله ی دیگری اعم از چوب, میله ی فلزی و ... در محل قلاب ها مجاز نمی باشد.
- لازم است برای اتصال ریسمان های بارگذاری به پل تنها یک گره در هر صفحه ی خرپا انتخاب شود که این گره باید در وسط طول پل و در تراز تکیه گاه باشد. بستن ریسمان های بارگذاری به گره ای بالاتر از تراز تکیه گاه باعث حذف پل خواهد شد.
- طول ریسمان باید به اندازه ای باشد که از تراز تکیه گاه دقیقا 15 سانتیمتر پایین تر قرار گیرد.
- اتنخاب جنس ریسمان های بارگذاری به عهده ی طراح است و استفاده از هرنوع جنسی بلا مانع است.
- لازم است طراحی سازه به گونه ای صورت گیرد که میله ی بارگذاری با ریسمان های بارگذاری زاویه ?? درجه بسازند. درخواست زاویه ای غیر از ?? از طرف سرگروه ها ممکن نمی باشد. بنابراین نیرو باید کاملا عمودی به صفحه از تکیه گاه وارد شود.
- در ساخت سازه ها ریسمان باید قبل از بارگذاری توسط تیم شرکت کننده به سازه متصل شود و وزن ریسمان ها جزئی از وزن سازه تلقی می شود.
- بهتر است ریسمان ها از جنسی انتخاب شوند که در طول بارگذاری پاره نشوند. در صورت پاره شدن ریسمان ها بارگذاری متوقف می شود و پاره شدن ریسمان به منزله انهدام کل سازه است.
انتخاب بهترین سازه: پس از بارگیری, برای هر سازه عددی تحت عنوان راندمان محاسبه می شود. هر سازه که راندمان بالاتری داشته باشد از امتیاز بیشتری برخوردار خواهد شد.
- تعریف راندمان: وزن تحملی سازه تقسیم بر وزن خود سازه
-در سازه هایی با راندمان برابر, سازه ای که وزن کمتری دارد, امتیاز بیشتری خواهد داشت.
تذکر!!!: شرکت در این مسابقه به منزله ی پذیرفتن قوانین فوق می باشد. بنابراین اگر تخلفی توسط یکی از تیم ها در طول مسابقه صورت گیرد, نه تنها سازه ی آن گروه که تخلف در آن رخ داده است حذف خواهد شد بلکه اگر آن گروه با چند سازه در مسابقه شرکت کرده باشد , تمامی سازه هایشان از شرکت در مسابقه محروم می شوند.
پس از اعلام نتایج دوباره سازه های گروه های برتر چک خواهند شد و تمامی گره ها باز می شوند . مورد بررسی هیئت داوران قرار خواهند گرفت و در صورت عدمتعارض با آیین نامه مقام آن گروه تایید خواهد شد.
هدف از استفاده از ماکارونی به عنوان عنصر سازه ای
1.در واقع ماکارونی بر خلاف فولاد و بتن عنصر سازه ای ناشناخته ای می باشد . 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 می باشد و تنها راه بدست آوردن این ویژگیها ایجاد وابداع آزمایش های ساده و دقیق می باشد .
2.ماکارونی بر خلاف بتن و فولاد دارای ضعف های زیادی می باشد و این ضعف ها کار را برای طراح مشکل تر می کند و اینجاست که ابداعات و خلاقیت هنر نمایی می کنند و برای رسیدن به رکورد های بالا بهینه سازی سازه ها مطرح می گردد .
3.ارزان بودن ماکارونی نسبت به مصالحی چون فولاد وبتن .
اهداف کلی طرح
1.این طرح در وهله اول به عنوان یک طرح آموزشی می تواند بسیار مفید و سودمند برای دانشجویان رشته مهندسی عمران ایفای نقش نماید ، زیرا این امکان را به دانشجویان می دهد که ، با استفاده از مصالح ارزان ، سبک و قابل دسترس ( ماکارونی به جای بتن و فولاد ) دست به طراحی و ساخت سازه های مختلف زده و با این کار کلیه دروس فراگرفته در رشته سازه را به عمل تجربه نمایند .
2.دانشجویان می بایست با استفاده از مسائل تئوریک فرا گرفته در دروس مقاومت مصالح و آزمایشگاه های مربوط به آن تلاش نمایند تا خصوصیات عنصر سازه ای جدید را کشف نمایند .
3.دانشجویان می بایست با استفاده از تحلیل سازه ها و با بکارگیری نرم افزار های کامپیوتری به طراحی و آنالیز سازه مورد نظر بپردازند.
4.طراحی و ساخت یک سازه بهینه که تحت عنوان بهینه سازی سازه ها مطرح است .
این مطلب برای آشنایی دانشجویان عمران و معماری و شهر سازی ارائه می گردد.
امیدواریم که بزودی شاهد شکوفایی علمی دانشجویان این رشته باشیم.