اصول و طراحی ساخت سازه‌های ماکارونی

مقدمه

یکی از معیارهای موثر در اعتلای سطح علمی دانشجویان و علاقه‌مندان به طراحی و ساخت سازه‌های ماکارونی، به موازات بهره‌گیری از استادان لایق در امر آموزش این نوع از سازه‌ها، وجود مراجع مفید در زمینه‌های مختلف آموزشی است. مجموعه حاضر، بر اساس نیازمندی‌های احساس شده در طی این چند سال و با نگاه آینده پژوهی نگارش شده است.
پس از گذشت حدود 7 سال از فعالیت بر روی طراحی و ساخت انواع سازه‌های ماکارونی در سال 1386 موفق به ثبت رکورد جهانی شدیم و با مدارک و مستندات لازم ، ثبت رکورد را در اداره ثبت اختراعات در اوایل سال 1387 با توجه به آیین‌نامه مسابقات کشور کانادا که نزدیک به 27 سال است در سطح دنیا برگزار می‌گردد و بی‌شک معتبر‌ترین مسابقه بین‌المللی در دنیا می‌باشد، در گرایش سازه‌های سبک با وزن پل 47 گرم و تحمل وزنه 2 کیلوگرمی به مدت 5 دقیقه و در گرایش سازه‌های سنگین با وزن پل 530 گرم و تحمل وزنه 258 کیلوگرمی با راندمان 486.79 موفق به ثبت گردیدیم.
با توجه به سابقه تدریس چند ساله در خصوص طراحی و ساخت سازه‌های خاص در بسیاری از دانشگاه‌های دولتی‌، دانشگاه‌های آزاد اسلامی و مراکز علمی- تحقیقاتی و کسب نتایج و مقام‌های بسیاری در سطح کشوری و همچنین دریافت دعوتنامه‌های بسیار از سوی دانشگاه‌های معتبر کشور‌های مختلف و از آن جمله دعوت 3 سال متوالی از سوی دانشگاه British Columbia و Okanagan College کشور کانادا جهت شرکت در مسابقات بر خود تکلیف دانستیم و مجموعه حاضر را برای اولین بار در سطح دنیا و برای استفاده اساتید، دانشجویان، دانش‌آموزان و تمام کسانی که به فعالیت در عرصه سازه‌های ماکارونی علاقه دارند، آماده نموده‌ایم.
بدیهی است این کتاب به دلیل نگارش و چاپ اول در سطح دنیا بی شک خالی از اشتباه نبوده و ایراد بر آن وارد است و سپاسگذار خواهیم شد از تمامی سروران که بعد از مطالعه، اشکالات و ایرادات موجود را منعکس نمایند تا پس از بررسی در چاپ‌های بعدی لحاظ گردد.
بر خودمان واجب می‌دانیم از یاران و همراهان خود در دوران فعالیت در زمینه طراحی و ساخت سازه‌های ماکارونی، جناب آقایان مهندس مسعود شاطرشیرزاد ، مهندس رضا شیرخانی و سرکار خانم مهندس نیلوفر آریا که در آن دوران در کنارمان بودند و همچنین جناب آقای مسعود مقامی ریاست محترم مرکز تحقیقات و مطالعات فاتب که با تمام مشکلات و سختی‌ها ما را حمایت و همراهی نموده اند، قدردانی نماییم.

مسعود شفقی – شهریار طاووسی تفرشی

فهرست مطالب

 فصل اول: استاتیک و تحلیل سازه
 1.1 تحلیل استاتیکی 3
 2.1 تحلیل دینامیکی 3
 3.1 تحلیل سازه های صفحه ای 3
 4.1 تحلیل سازه های فضایی 4
 5.1 دو فرض اساسی در تحلیل سازه 4
 6.1 آنالیز غیرخطی 5
 1.6.1 تکیه گاه ساده یا مفصل 5
 2.6.1 تکیه گاه غلطکی ROLLER 5
 3.6.1 تکیه گاه گیردار FIXED 5
 4.6.1 تکیه گاه میله ای LINK 6
 5.6.1 تکیه گاه ارتجاعی 6
 7.1 معادلات تعادل در سازه های صفحه ای 7
 8.1 سازه ها 8
 9.1 انواع سازه های معین 9
 1.9.1 معین خارجی 9
 2.9.1 معین داخلی 9
 10.1 پایداری و ناپایداری یک سازه 9
 11.1 ناپایداری خارجی هندسی 10
 12.1 معادلات شرط CONDITIN EQUATION 11
 13.1 تعیین ناپایداری و درجه نامعین قالب ها 12
 1.13.1 پایداری خارجی و تعیین درجه نامعین خارجی 12
 14.1 روش های تعیین درجه ی نامعینی قاب ها 12
 1.14.1 شمارش معادلات و مجهولات 13
 2.14.1 شمارش حلقه هاو کادرهای بسته 13
 3.14.1 تبدیل قاب به شاخه های معین 13
 1.2.14.1 روش کادر بسته 16
 15.1 قواعد مربوط به رسم نیروی برشی 18
 16.1 قواعد مربوط به رسم دیاگرام خمشی 18
 17.1 کابل ها 22
 18.1 خرپاها 24
 19.1 انواع خرپاها 24
 1.19.1 خرپای ساده 24
 2.19.1 خرپای مرکب 24
 3.19.1 خرپای مبهم یا پیچیده 25
 20.1 پایداری و ناپایداری خرپاها تعین درجه نامعینی خرپاها 25
 21.1 آنالیز خرپای معین 26
 22.1 تست بارصفر 26
 23.1 ابتدا نکاتی در مورد قوسها 27
 24.1 حل قسمت دوم مسئله بدون دانسته های استاتیکی 29
 25.1 حل مساله ی پایداری و ناپایداری 31
 26.1 خط تاثیر INFLUCNCE LINE 33
 27.1 تعریف خط تاثیر 34
 1.27.1 روش اول 34
 2.27.1 روش دوم 36
 3.27.1 روش سوم 37
 4.27.1 روش چهارم 38
 27.1 روش پنجم 47
 28.1 موارد استفاده ی خط تاثیر 47
 29.1 کاربرد دوم خط تاثیر 49
 30.1 محاسبه ی تغییر شکل تیرها 50
 31.1 معادله ی دیفرانسیل تغییر شک تیرها 50
 32.1 قضایای لنگر سطح 52
 1.32.1 روش لنگر سطح – بارالاستیک- تیر مزدوج 52
 1.1.32.1 قضیه اول لنگر سطح 52
 2.1.32.1 قضیه دوم لنگر سطح 53
 33.1 نکاتی در مورد سهمی درجه nام 56
 2.32.1 روش تیر مزدوج ویا روش تیر فرضی 59
 34.1 آنالیز تقریبی سازه 63
 1.34.1 آنالیز خرپا 63
 2.34.1 آنالیز قاب های بادبندی شده تحت اثر بارهای جانبی 64
 3.34.1 آنالیز قاب های صلب تحت اثر بار قائم 64
 35.1 آنالیز صلب تحت اثر بارهای جانبی 64
 1.35.1 روش پرتال 64
 1.1.35.1 فرض اول 64
 2.1.35.1 فرض دوم 66
 3.1.35.1 روش دوم 66

 فصل دوم: پل ها و انواع آنها

 1.2 تاریخچه پل 71
 2.2 انواع پل ها 71
 1.2.2 پل های چوبی 71
 2.2.2 پل های تخته ای 72
 3.2.2 پل های سنگی 74
 4.2.2 پل های بتن
 5.2.2 پل های بتن مسلح 74
 6.2.2 پل های بتنی پیش تنیده 75
 7.2.2 پل های فلزی 75
 3.2 طبقه بندی پل های فلزی 75
 1.3.2 پل با تیرهای حمال 75
 2.3.2 پله قوسی 76
 4.2 عملکرد قوس 76
 5.2 قسمت های مختلف تشکیل دهنده یک قوس 76
 1.5.2 پاکار 76
 2.5.2 شانه 76
 3.5.2 تیزه 76
 4.5.2 شکنگاه 77
 5.5.2 آوارگاه 77
 6.2 چگونگی انتقال نیرو در قوس 77
 7.2 انواع قوس ها و موارد آنها 77
 1.7.2 قوس ساده یا تخت( قوس لنتو) 78
 2.7.2 قوس نیم دایره 78
 3.7.2 قوس شاخ بزی 78
 4.7.2 قوس نیمهبیضی 78
 5.7.2 قوس سهمی 79
 6.7.2 قوس هلالی 79
 7.7.2 قوس کمانی 79

 فصل سوم: سازه های ماکارونی
 1.3 ماکارونی چیست؟ 83
 2.3 معرفی سازه ی ماکارونی 83
 3.3 سازه های فشاری 84
 4.3 سازه های جرثقیلی 85
 5.3 پل با بارمتمرکز 86
 6.3 پل با بار گسترده 86
 7.3 پل با بار متحرک 86
 8.3 چگونه شروع کنیم ؟ 87
 9.3 به طور خلاصه، برای ساخت یک سازه، شما باید مراحل زیر را در پیش بگیرید 87
 10.3 آزمایش های انجام گرفته بر روی نمونه های ماکارونی 88
 1.10.3 آزمایش کشش بر روی ماکارونی ریز شرکت تک ماکارون 88
 2.10.3 آزمایش چگالی بر روی ماکارونی درشت (ضخیم) شرکت تک ماکارون 89
 3.10.3 آزمایش خمشی بر روی ماکارونی درشت‌(ضخیم) شکرت تک ماکارون 89
 4.10.3 آزمایش مدول الاستیسیته بر روی ماکارونی ریز شرکت تک ماکارون 89
 5.10.3 آزمایش ازدیاد طول نسبی بر روی ماکارونی درشت شرکت تک ماکارون 89
 11.3 تکنیک های ساخت سازه های ماکارونی 90
 1.11.3 ماکارونی 90
 2.11.3 چسب 90
 3.11.3 اتصال مفصلی 92
 4.11.3 اتصال صلب 92
 12.3 چگونگی ساخت 94
 13.3 چگونه رکورد را پیش بینی نماییم 94
 14.3 چگونه سازه ی ماکارونی را بهینه کنیم 95

 فصل چهارم: تحلیل و طراحی سازه ها
 1.4 تحلیل و طراحی سازه ها 99
 2.4 نرم افزارهای مورد استفاده 99
 3.4 پیش رض های نرم افزار ها 100
 4.4 تغییر شکل ها و تعادل نیروها 100
 5.4 اجزای سازه ای مدل 100
 6.4 بررسی مدل 101
 7.4 بررسی حساسیت ها 101
 8.4 تحلیل با اخرین تغییرات 102
 9.4 مستندسازی تحلیل 102
 10.4 بازتاب تحلیل در نقشه ها 102
 11.4 ارائه مدل و جواب های تحلیل 102
 12.4 بازبینی 103
 13.4 تحلیل کامپیوتری پل ماکارونی (مدل سازی هندسی پل ماکارونی) 103
 14.4 عرشه ی پل 106
 1.14.4 اثر گره ها 106
 2.14.4 احجام توپر نظیر اعضای فشاری و غیره 106

فصل پنجم: تحلیل یک سازه ی مدل با استفاده از نرم افزار
 1.5 تحلیل یک سازه ی مدل با استفاده از نرم افزار ANSYS 109
 1.1.5 گام اول: تهیه طرح مورد نظر به کمک یک نرم افزار طراحی مانند solid works 109
 2.1.5 گام دوم: وارد کردن مشخصات خرپا 109
 3.1.5 گام سوم: مشخص کردن نوع المان 110
 4.1.5 گام چهارم: وارد کردن خواص فیزیکی و مکانیکی خرپا 110
 5.1.5 گام پنجم: وارد کردن خواص فیزیکی و مکانیکی خرپا 111
 6.1.5 گام ششم: مدل سازی خرپا 111
 7.1.5 گام هفتم: مدل سازی خرپا 112
 8.1.5 گام هشتم: مدل سازی خرپا 112
 9.1.5 گام نهم: مدل سازی خرپا 113
 10.1.5 گام دهم: مدل سازی خرپا 113
 11.1.5 گام یازدهم: مدل سازی خرپا 114
 12.1.5 گام دوازدهم: مدل سازی خرپا 114
 13.1.5 گام سیزدهم: مدل سازی خرپا 115
 14.1.5 گام چهاردهم: مدل سازی خرپا 115
 5.1.5 گام پانزدهم: مدل سازی خرپا 116
 16.1.5 گام شانزدهم: مدل سازی خرپا 117
 17.1.5 گام هفدهم: مدل سازی خرپا 117
 18.1.5 گام هجدهم: مدل سازی خرپا 118
 19.1.5 گام نوزدهم: مش بندی خرپا 118
 20.1.5 گام بیستم: مش بندی خرپا 118
 21.1.5 گام بیست و یکم: مش بندی خرپا 119
 22.1.15 گام بیست و دوم: مش بندی خرپا 119
 23.1.5 گام بیست و سوم: مش بندی خرپا 120
 24.1.5 گام بیست و چهارم: مش بندی خرپا 120
 25.1.5 گام بیست و پنجم: تعیین تکیه گاه و بارگذاری 121
 26.1.5 گام بیست و ششم: تعیین تکیه گاه و بارگذاری 122
 27.1.5 گام بیست و هفتم: تعیین تکیه گاه و بارگذاری 122
 28.1.5 تعیین تکیه گاه و بارگذاری 122
 29.1.5 گام بیست و نهم: حل مسئله 123
 30.1.5 گام سی ام: دریافت نتایج (post processing) 123
 31.1.5 گام سی و یکم: بررسی وضعیت نیرو در هرلینک 124
 32.1.5 گام سی و دوم: بررسی وضعیت نیرو در هر لینک 124
 33.1.5 گام سی و سه: بررسی وضعیت نیرو در هر لینک 125

 فصل ششم: آیین نامه ی سازه های ماکارونی 
 1.6 ابعاد سازه 129
 2.6 تکیه گاه ها 129
 3.6 مشخصات اعضا و اتصال آنها 130
 4.6 وزن سازه 132
 5.6 مصالح مصرفی 132
 6.6 ریسمان بارگذاری 132
 7.6 شرایط بارگذاری 134
 8.6 داوری 135
 9.6 قوانین ساخت پل سبک 135
 1.9.6 ابعاد پل 135
 2.9.6 تکیه گاه ها 136
 3.9.6 مشخصات اعضا و اتصال آنها 137
 4.9.6 وزن پل 138
 5.9.6 مصالح مصرفی 138
 6.9.6 بارگذاری 139
 1.6.9.6 ریسمان بارگذاری 139
 7.9.6 شرایط بارگذاری 139
 10.6 قوانین ساخت پل هدفمند 139
 1.10.6 ابعاد پل 139
 2.10.6 تکیه گاه ها 140
 3.10.6 مشخصات اعضا و اتصال آنها 141
 4.10.6 وزن پل 142
 5.10.6 مصالح مصرفی 143
 6.10.6 بارگذاری 143
 1.6.10.6 ریسمان گذاری 143