آزمایش ساخت پل مقاوم در برابر زلزله

آزمایش ساخت پل مقاوم در برابر زلزله – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه راه – ساختمان، معماری، عمران

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

آزمایش ساخت پل مقاوم در برابر زلزله

اهداف

هدف از این پروژه کاربرد مفاهیم اولیه مهندسی جهت طراحی و ساخت پلی است که بتواند در برابر نیروهای مختلف از جمله زلزله مقاومت نماید. بدین منظور می‌بایست پل کوچکی از چوب بلسا، یکنوع چوب سبک و محکم که معمولا برای ساخت نمونه از آن استفاده می‌کنند، ساخت که بتواند در برابر لرزه شدید زمین به هنگام زمین لرزه واقعی مقاومت داشته باشد. این پل فاتح بعنوان ابزاری انتخاب گردیده که می‌تواند توده بسیاری را به روی خود آنهم در حال لرزش و به هنگام شدیدترین زمین‌لرزه‌ها تحمل نماید.

این پروژه گروهی بوده و جهت تکمیل آن به زمانی برابر با  سه الی پنج هفته نیاز خواهد بود. تیمها یا گروهها معمولا دارای سه تا چهار عضو می‌باشند. از طرف دانشگاه ایالت سن‌جوز (مرکز کاستاریکا، شهری در غرب کالیفرنیای آمریکا) کمک هزینه تحصیلی به سه تیم برتر اعطا گردید. جهت برگزاری مناسب این رقابت هر یک از تیمهایی که بدنبال این کمک هزینه بودند می‌توانستد حداکثر یک عضو ارشد داشته باشند.

شرایط لازم جهت حضور دانشجویان

این مسابقه جهت دانشجویان کلاس مقدماتی مهندسی طراحی گشته بود. در نظر گرفته شده بود که محدوده وسیعی از دانشجویان در هر یک از دوره‌های مهندسی بتوانند در این رقابت نام نویسی و شرکت نمایند. داشتن اطلاعات قبلی در زمینه طراحی پل الزامی نبود، اما بسیاری از دانشجویان قبلا با چنین رقابتهایی در دوره دبیرستان آشنا شده بودند. دانش مقدماتی برداری اضافه می‌توانست دانشجویان را در گروههای منفرد در آنالیز نیرو یاری نماید.

با اعمال تغییراتی این رقابت می‌توانست برای دانشجویان رده بالاتر مهندسی ساختمان نیز کاربرد داشته باشد. برای آنکه دانشجویان ارشدتر نیز حضور یابند می‌توان کاربرد استاتیک را بسط داده، بوسیله روشهای کلاسیک انحرافها را ارزیابی نموده، یا آنکه با در نظرگیری طرح مناسب و دسته بندی اعضا راه را برای حضور آنها هموار کرد.

مفاد سخنرانی

آموزشیاران می‌توانند ویژگیهای مختلف را در سخنرانی خود گنجانده تا آنکه دانشجویان را برای این رقابت آماده نمایند. مواردی که دانشجویان باید انجام دهند شامل آنالیز خرپا و محاسبه میزان انحراف اولیه می‌باشد. این موارد را می‌توان به هنگام سخنرانی آموزشیاران به دانشجویان گوشزد نمود، مخصوصا آنالیز بردار نیروهای خرپا. بعلاوه، شرح مختصری از پیکربندیهای خرپا، که در کتابهای مختلف یا در وب سایتها لیست شده، را می‌توان به دانشجویان عرضه داشت تا آنکه فهم بهتری از خرپاهای پل بطور کل داشته باشند.

موردی که پس از تکمیل پروژه توسط یک از کلاسها بدان پی‌بردم مشکل محدودیت هندسی پایه جناحی پل و بلوکهای بار بود. کاملا مشهود بود که بسیاری از تیمها توجه کافی به محدودیتها نداشته و مخصوصا بدین مسئله توجه نداشته که چگونه این آیتمها باید بصورت سه بعدی بطور مناسب در کنار هم قرار گیرند.

آموزشیاران بدین نتیجه رسیدند که می‌بایست در برنامه کاری بازنگری داشته باشند، بگونه‌ای که دانشجویان بتوانند ترسیمات خود را بطور کامل ارائه نمایند.

یکی دیگر از موارد بالقوه که باعث نگرانی می‌شد مواد بود. دانشجویان در خصوص استفاده از مواد کاملا سردرگم بودند. چوب بلسا، و نه زیرفون، می‌بایست مورد استفاده همه اعضا قرار می‌گرفت. زیرفون دارای ظاهری صاف و تقریبا دارای دانسیته دو برابر چوب بلسا می‌باشد. یکی از اهداف این ساخت آن بود که تمامی چوبها باید چوب بلسا ۸/۱ اینچی باشند. برخی از دانشجویان آنرا چوبی با بعد حداکثر mm4 در نظر گرفته و برای خرید آن به بازار رفتند. ولی معمولا چیزی را که دریافت داشتند بلسای ۱۶/۳ اینچی بود که چوب مناسبی بشمار نمی‌آمد. بعلاوه، برخی از فروشندگان بجای بلسا  زیرفون تحویل دادند. همچنین میزان چوب مورد نیاز نیز خود قابل توجه بود و باید چوب کافی برای ۳۰۰ نفر دانشجوی مهندسی فراهم می‌شد. فروشندگان محلی نیز چوبهای موجود را فروخته بودند. به همین دلیل پیشنهاد شد که آموزشیاران چوب لازم را تهیه و در اختیار تیمهای دانشجویی قرار دهند.

پس از آنکه داوران با نحوه کار آشنا شدند، برای هر تیم ۳۰ دقیقه جهت اتمام آزمایش پل در نظر گرفته شد.

ارزیابی دانشجویان بر اساس عملکرد پل، گزارش کتبی طراحی آن و نهایتا ارائه کنفرانس بصورت شفاهی می‌بود.

آزمایش ساخت پل مقاوم در برابر زلزله

اهداف فراگیری دانشجویان

بر پایه تاکید آموزشیاران، تمامی یا برخی از اهداف فراگیری زیر می‌بایست برای پروژه انتخاب گردد.

در آخر پروژه، دانشجویان می‌بایست قادر باشند :

• یک نمونه ساده مهندسی را طراحی نموده که با شرایط رقابت سازگار باشد.

• یک خرپای معین متقارن را بوسیله بردار اضافه آنالیز نمایند.

• میزان انحراف خرپا را تخمین بزنند.

• تکان خوردن پل را به هنگام زلزله متجسم شوند.

• نقش مهندسی ساختمان در طراحی پلی که بتواند در برابر زلزله مقاوم باشد را تشریح نمایند.

• گزارش کاملی از طراحی پروژه خود بنویسند.

• یک کنفرانس شفاهی را جهت پروژه خود منظم و ارائه نمایند.

• یک نمونه کوچک از مدل از قبل مشخص شده را بسازند.

اقلامی که باید جهت آزمایش ساخته شوند عبارتند از : بلوک تحمل توده  بار، بلوکهای توده افزایشی  و پایه‌های کناری پل.

شکل ۱ نشان دهنده بلوک تحمل توده بار می‌باشد. این ترکیب بوسیله پیچهای ۴/۱ اینچی به بسط دهنده‌های انتهایی متصل می‌شوند و بسوی مرکز بلوک امتداد می‌یابند. اعضای ۷۶/۲ اینچی می‌بایست از سطح بیرونی خرپا پیش آمده و سپس به خرپای وتر یا یال پایینی جهت نگه داشتن توده به پل بچسبد. ترکیب نشان داده شده می‌بایست از فولاد ماشینی ساخته شده باشد و در انتها دارای وزنی به میزان ۲۰۰۰ گرم باشد. بلوکهای توده افزایشی می‌بایست هر کدام دارای وزنی به میزان ۵۰۰ گرم بوده و بسوی انتهای میله ۳۹/۰ اینچی امتداد داشته باشد تا آنکه وزن افزایشی را اضافه نماید. این بلوکها دارای پهنای ۳۸/۱ اینچی بوده و بلندی آنها نیز ۹۷/۱ اینچ بعنوان بلوک اسمبل اصلی می‌باشد. همچنین درازای آنها ۵۷/۱ است. تمامی بلوکها به میزان اندکی در بعد بوسیله دستگاه تراش تنظیم گشته تا وزن درست را بدست آورند.

پایه‌های کناری پل را می‌توان از آلومینیوم یا فولاد ساخت. آنها باید بر اساس ابعاد تحویلی به دانشجویان درست شده باشند. آنها را باید به ابتدای جدول در سوراخهای ۱۶ اینچی بصورت مجزا پیچ کرد.

آزمایش ساخت پل مقاوم در برابر زلزله

آزمایش

در این بخش، پیشنهادات گوناگونی را جهت اجرای آزمایش با راحتی بیشتر تشریح می‌نمایم.

آزمایش نیروی ثقل و مقاومت عرضی

تکنسین‌های آزمایشگاه یکسری از پایه‌های کناری پل را ساخته تا آن را برای جدول ویبره بکار بریم. این کار به ما اجازه می‌دهد تا درجه‌های مدرجی را جهت خواندن انحراف افقی و عمودی نظیر آنچه در شکل ۲ دیده می‌شود نصب نمائیم. این درجات مدرج جهت انحرافهای عمودی بکار می‌رود و بما اجازه می‌دهد تا هر خرپا را قرائت نمائیم. میانگین این مقادیر برای تعیین انحراف گرفته می‌شود. همچنین، ما دریافتیم که استفاده از یک جیگ برای کنترل وضعیت هندسی، بحثهای راجع به آنکه آیا ابعاد درست انتخاب شده است یا خیر را از میان می‌برد. دانشجویانی که در عکس مشاهده می‌شوند از ”رینگ شیم“ (Ring of Shame)  جهت تصدیق ابعاد بیرونی استفاده می‌نمایند. از یک شافت جهت کنترل ابعاد داخلی استفاده شده و جیگ‌ها نیز برای کنترل حداکثر ابعاد خرپای مقطع عرضی و حداکثر بلندی وتر بالایی فراتر از بلندی پایه‌های کناری پل بکار گرفته می‌شوند. فرآیند آزمایش مقاومت عرضی از حداقل سختی خط عرضی اطمینان حاصل کرده، بگونه‌ای که حرکت زمین باعث تحریک توده می‌گردد.

آزمایش ساخت پل مقاوم در برابر زلزله

آزمایش زمین لرزه

از دانشجویان خواسته شد تا پلها را بر روی میز نصب نمایند و بگونه‌ای به وزن آن افزایند که نظیر آن باشد که چیزی در اجرای این فرآیند در حال تخریب می‌باشد. یک تخته چند‌لا در زیر پل گذاشته شد تا از سطح بالایی میز محافظت نماید، نظیر شکل ۳٫ دانشجویان باید پیچهایی را که وترهای پل را به بالای پایه کناری پل متصل می‌کند را سفت ‌نمایند. چنانچه این وترها شل بوده و قادر به لغزش باشند، این آزمایش بصورت مناسب انجام نخواهد شد.

شکل ۴ نشان دهنده  پل نصب شده با بلوک اتصال-‌ توده می‌باشد. بلوکهای توده افزایشی از هر سوی پل بسوی میله‌های افقی می‌لغزند. پین فلزی افقی نصب شده نزدیک انتهای توده‌های اضافی آنها را از چرخش حول میله به هنگام لرزش زمین باز ‌می‌دارد.

گسیختگی پل را می‌توان بر اساس لمس هر یک از اجزای پل یا ترکیب توده با تخته چند‌لای زیر و یا لمس هر یک از اجزای توده با هر قسمت از پل تعیین نمود.

بر اساس تقاضای یکی از آموزشیاران، درجه عالی‌تری از توده کاربردی مورد استفاده قرار گرفت (بجای ۱۰۰۰ گرمی که در ابتدا مشخص گردیده بود).  شکل ۶ نشان می‌دهد که یک دانشجو واشرها را در انتهای میله اضافه می‌نماید تا نتیجه کار بصورت مجتمع و یکپارچه درآید. آموزشیاران پس از آن توصیه کردند هر درجه مورد نظر را می‌توان بکار برد. میزان ۱۰۰۰ گرم ممکن است منجر به ایجاد گره شود.

برخی از پلها بعلت عدم تطابق با معیار دارای شرایط لازم نبودند. از آنجایی که چندین مورد اعطای هزینه تحصیلی در کار بود، ما نسبت به برگزاری منصفانه این رقابت تاکید داشتیم.  برخی از موارد نظیر شکل ۷ معیارها را نادیده گرفته بودند. اولین مورد آن بواسطه آنکه اتصالات با استفاده از بلسای اضافی محکم گشته بود رد گردید. دلیل رد دومین مورد نیز عدم مهیا ساختن وتر انتهایی در سطح پایه کناری پل بود.

شکل ۷٫ طراحیهای پل که دارای صلاحیت نبودند

تا آنجایی که ممکن بود پلهایی که دارای صلاحیت نبودند آزمایش گشته ولی در رقابت شرکت داده نشدند. دانشجویان بسیار مشتاق بودند تا ببینند که پلهای ساخته شده آنها حتی در صورتی که در مسابقه نهایی شرکت داده نشود دارای چه عملکردی می‌باشند.

آزمایش ساخت پل مقاوم در برابر زلزله

ارزیابی پروژه

این پروژه در بهار ۲۰۰۱ بوسیله ۳۰۰ دانشجوی دوره مهندسی و با کمک ۵ آموزشیار انجام پذیرفت. بطور کل تمامی دانشجویان بظاهر از این پروژه رضایت داشته‌اند. بعنوان توسعه دهنده پروژه، ما از اظهار نظر کلیه اشخاصی که در آینده از این پروژه استفاده می‌کنند تشکر و قدردانی می‌نمایم. در صورت امکان لطفا پرسشنامه ضمیمه را توسط دانشجویان خود پر کرده  و به آدرس زیر ایمیل نمائید:

با دریافت پرسشنامه‌های کامل، نسبت به آپدیت جمع‌های نشان داده شده زیر اقدام خواهم کرد. جهت پردازش داده‌ها، جمعیت دانشجویی را به دو دسته تقسیم کردم. هر کدام (۱۴۵ جواب) و دانشجویان سال اول (۸۴ جواب). از اینرو جمعیت گروه دوم شامل انبوهی از زیرمجموعه اول خواهد بود. در جدولها، اولین عدد برای تعداد جوابها تقسیم بر جمعیت اولین گروه (تمامی دانشجویان) می‌باشد و دومین عدد همان نسبت برای دانشجویان سال اول است.

ارزیابی اولین مورد پروژه

دانش مهندسی ساختمان

نتیجه گیری

• بیشترین جواب معمول، ۴۰% ار هر دو گروه، آن بود که دانشجویان با دانش اندک قبلی خود در این رقابت شرکت کردند و این قابلیت را داشتند تا به دانش خود بیافزایند.

• تقریبا چهار پنجم این احساس را داشتند که به دانش آنها افزوده و یا دارای افزایش یادگیری قابل توجهی بوده‌اند.

• سه چهارم سال اولیها این احساس را داشتند که آنها دارای دانش قبلی اندک و یا بسیار اندکی در خصوص مهندسی ساختمان می‌باشند.

داشتن دانش یا مهارت در خصوص پلها و زمین لرزه

نتیجه گیری

• بیشترین جواب معمول آن بود که دانشجویان با دانش اندک قبلی خود در این رقابت شرکت کردند و این قابلیت را داشتند تا به دانش خود بیافزایند.

• تقریبا سه پنجم این احساس را داشتند که به دانش آنها افزوده و در حدود چهار پنجم احساس می‌نمودند که یادگیری آنها  افزایش و یا تا حد  قابل توجهی بوده است.

• سه پنجم سال اولیها این احساس را داشتند که آنها دارای دانش قبلی اندک و یا بسیار اندکی در خصوص پلها و رفتار در برابر زلزله می‌باشند. این میزان افزایشی به میزان