پایان نامه بررسی سازه‌های باز شونده و جمع شونده در 56 صفحه ورد قابل ویرایش 

فهرست مطالب

فصل اول

1-1 مقدمه. 1

1-2 تعریف سازه‌های فضایی باز شونده و جمع شونده 2

1-3 موارد كاربرد سازه‌های فضایی باز شونده و جمع شونده 2

1-3-1 موارد نیاز به سازه‌های باز شونده و جمع شونده 2

1-3-2  مزایای سازه‌های فضایی باز شونده و جمع شونده. 2

1-3-3 موارد استفاده 3

1-4 مكانیزم‌های مختلف در سازه‌های باز شونده و جمع شونده 4

1-4-1 مكانیزم‌های چتری.. 4

1-4-2 مكانیزم المان‌های تا شونده مفصلی (زانویی) 5

1-4-3 مكانیزم المان‌های قیچی سان.. 5

1-4-4 مكانیزم كشویی.. 5

1-4-5 سازه‌های باد شده با هوا 6

1-4-6 مكانیزم سازه‌های تا شونده صفحه ای.. 6

1-5 بافتار مختلف در سازه‌هایی باز شونده و جمع شونده 6

1-5-1 سازه‌های خطی.. 7

1-5-2 شبكه‌های تخت... 7

1-5-3 شبكه‌های بلوری.. 7

1-5-4 چلیك استوانه ای با نقش دو طرفه. 8

1-5-5 چلیك استوانه ای با نقش سه طرفه. 9

1-5-6 گنبدهای كروی با نقش دو طرفه. 9

1-5-7 گنبدهای كروی با نقش سه طرفه. 10

1-5-8  گنبدهای كروی با المان‌های قیچی سان 3 لولایی.. 10

1-5-9 گنبدهای كروی ژئودزیك.... 11

1-5-10 سایر انواع سازه‌های باز شونده و جمع شونده 11

1-6 طرح گره‌ها و اتصالات و روش‌های باز و بسته كردن سازه 11

1-7 تاریخچه سازه‌های فضا كار باز و جمع شونده 12

1-8 نمونه‌هایی از سازه‌های جمع شونده و باز شونده از سراسر دنیا 12

2-1 طراحی هندسی سازه های فضایی بازشونده وجمع شونده 16

2-1-1  اصول كلی و روابط هندسی.. 16

2-1-2 طراحی هندسی در شبكه‌های فضایی تخت مشكل از واحدهای چند ضلعی منتظم  17

2-2  رفتار سازه های باز شونده و جمع شونده در مرحله باز و بسته شدن  23

2-2-1  بررسی پارامترهای هندسی موثر بر رفتار سازه در حین باز و بسته شدن  23

2-2-2 تغییرات كمیت‌های سازه ای در حین جمع شدن سازه 26

2-2-3  پارامترهای موثر بر رفتار غیر خطی سازه در حین باز شدن.. 27

2-3 تحلیل و طراحی.. 32

2-3-1 روند آنالیز ماتریسی سازه‌های باز شونده و جمع شونده 32

2-3-2 روند طراحی سازه‌های باز شونده و جمع شونده 39

2-3-3 طرح المان‌های كابل و میله. 39

2-3-4 طرح المان‌های قیچی سان.. 40

2-4 بهینه یابی سازه های بازشونده و جمع شونده 41

2-4-1  فرآیند طراحی بهینه. 41

2-4-2  رابطه سازی مسائل بهینه یابی.. 41

2-4-3  رابطه سازی سازه فضا كار باز شونده و جمع شونده 42

2-4-4 متغیرهای از پیش تعیین شده 43

2-4-5 متغیرهای طراحی.. 43

2-4-6  تابع هدف... 43

2-4-7  قیدهای طراحی.. 43

2-4-8  نمودار جریان بهینه یای وزن سازه تاشو. 45

2-4-9  روش‌های نو در بهینه سازی.. 45

2-4-9  روش‌های نو در بهینه سازی.. 46

2-5 كارهای آتی و زمینه‌های تحقیق آینده 47

منابع.. 48

مقدمه

سازه‌های فضایی را می‌توان به عنوان برگی بر گرفته از طبیعت دانست، فرم‌های طبیعی از صلبیت فوق العاده ای برخوردارند واز حداقل مصالح برای حداكثر استفاده سازه ای بهره می‌گیرند ]1[ سبكی و نصب سریع، چند منظوره بودن، تنوع در شكل و طرح عدم نیاز به نیروی زیاد در مراحل نصب و برچیدن، سهولت حمل ونقل، قابلیت استفاده در ابعاد ودهانه‌های مختلف و ... از جمله عواملی می‌باشند كه استفاده روز افزون این نوع سازه‌ها را در دنیای علم و فن آوری توجیه پذیر می‌سازند ]2[ توسعه قابل توجه سازه‌های فضا كار مرهون تلاش و  فعالیت مهندسان نخبه دنیا در اواخر قرن نوزدهم می‌باشد. ]3[

گر چه در ابتدا هدف از بكار گیری سازه‌های فضا كار بعنوان سازه‌هایی موقت بود ولی در عمل از آنها به عنوان سازه‌هایی دائمی‌استفاده شد و به انواع مختلف و با مصالح متفاوت در كشورهای گوناگون طراحی و اجرا گردید.

احتیاج به سازه‌های متحرك كه به طور ساده و سریع نصب گردد و قابل حمل و نصب مجدد در مكانهای مورد نیاز باشد باعث پیدایش سازه‌های فضا كار باز شونده و جمع شونده شد كه با رشد روز افزون استفاده از این نوع سازه‌ها بخصوص در كشورهای صنعتی توجه پژوهشگران و صنعت گران به این سازه‌ها افزایش یافت. ]6[ در كشور ما هر سال زلزله‌های مخرب و سیل‌های وایرانگر عده ای از هموطنانمان را بی خانمان می‌كند، زلزله زدگان و سیل زدگان نیاز مبرم به سر پناه دارند در این میان استفاده از این سازه‌ها می‌تواند كمك موثری در حفظ جان و مال این عزیزان داشته باشد، به غیر از این كاربردهای فراوان این نوع از سازه‌های فضایی تلاش روز افزون پژوهشگران و صنعت گران این مرز و بوم را می‌طلبد و امید آنست كه آن چه در این سمینار ارائه می‌گردد، ذره ای هر چند كوچك در راه رشد و اعتلای كشور عزیزمان باشد.

1-2 تعریف سازه‌های فضایی باز شونده و جمع شونده 

یك سازه باز و جمع شونده تشكیل شده است از قطعات پیش ساخته یا المان‌هایی كه می‌توانند باز و بسته شوند و در حالت‌های از پیش تعیین شده قرار بگریند ضمن این كه توانایی تحمل بار را نیز دارند. ]4[

1-3 موارد كاربرد سازه‌های فضایی باز شونده و جمع شونده

برای این كه كاربردهای مختلف این نوع سازه‌ها را بررسی ‌كنیم ابتدا باید موارد نیاز و همچنین مزایای آنها در مقایسه با انواع سازه‌ها مورد مطالعه قرار بگیرد و سپس كاربردهای مختلف آنها ذكر شود.

1-3-1 موارد نیاز به سازه‌های باز شونده و جمع شونده 

سازه‌های باز شونده و جمع شونده زیر مجموعه ای از آن دسته از سازه‌ها هستند كه به سرعت و سهولت قابل نصب بوده و می‌توان آنها را به راحتی برای استفاده مجدد جمع آوری كرد نیاز به چنین سازه‌هایی از زمان‌های قدیم وجود داشته است ]10[. یعنی از هنگامی‌كه قبایل چادر نشین برای یافتن مرتع و چراگاههای بهتر از جایی به جایی دیگر نقل مكان می‌كردند سازه‌های كوچك وسبك و متراكم شده ای مانند سیاه چادرها، خیمه سرخ پوستان و چادر كروی عشایر چنین نیازی را بر آورده می‌كردند، اكثر این سازه‌ها با وصل كردن میله‌های راست ساده در روی زمین به یكدیگر نصب شده و با پارچه‌ها ی سخت پوشیده می‌شوند. باز كردن و نصب آنها برای ابعاد متوسط هر چند .وقت زیادی نمی‌گرفت اما به هر حال وقت گیر بود، مخصوصا در شرایط نامساعد آب وهوایی مشكل آفرین می‌نمود]12[

1-3-2  مزایای سازه‌های فضایی باز شونده و جمع شونده. 

می‌توان بر اساس نحوه ساخت و استفاه مزایای زیر را برای این نوع سازه‌ها ذكر كرد

1- پیش ساخته بودن

2- سبك وكم حجم بودن

3- سهولت حمل ونقل

4- نصب سریع و آسان

5- عدم نیاز به نیروی متخصص و تجهیزات كم برای نصب و برچیدن سازه

6- قابلیت جمع آوری و انتقال و نصب مجدد

7- نوع در شكل و طراحی

8- قابلیت استفاده در ابعاد وانداره‌های مختلف

9- چند منظوره بودن

1-3-3 موارد استفاده

برخی از كاربردهای مورد  انتظار برای این نوع سازه‌ها عبارتند از:

1-  سرپناههای اضطراری

2-  پل‌های اضطراری

3-  ساختمان‌ها در نقاط پرت و دور دست

4- گنبدها و یا چلیك‌های كروی و سهموی ثابت و متحرك

5- پوشش‌های محافظتی موقت

6-  جرثقیل‌ها، پله‌ها، برج‌ها، و دكل‌های باز و جمع شونده

7- داربست‌ها، قالب بندیها، اسكلت بندی یا آمارتور بندی برای سازه‌های دائمی‌

8- سر پناه به عنوان سایبان یا محافظ در برابر بارندگی

9- آنتن‌های بشقابی

شكل 1-2-1 نمونه ای از آنتن های بشقابی [5]

10- اردوگاههای سبك وزن و سازه‌های تفریحی

11- دیوارهای جدا كننده یا سازه ای

12- درب‌ها و دریچه‌های ورود و خروج

13- گلخانه‌ها و سایر كاربرد‌های كشاورزی

14- بازو‌ها و اندامهای سیار

15- وسایل اسباب بازی

16- ابزارها و وسایل مكانیكی و صنعتی

17-  صنایع هوا فضا

1-4 مكانیزم‌های مختلف در سازه‌های باز شونده و جمع شونده

به طور كلی می‌توان سازه‌های باز شونده و جمع شونده را از لحاظ مكانیزم و طرح اولیه به چند دسته تقسیم كرد كه در زیر به آنها اشاره می‌كنیم.

1-4-1 مكانیزم‌های چتری 

ایده  و طرح این دسته از سازه‌ها بر اساس عملكرد چتر ساده باران می‌باشد و شامل یك پایه ثابت و یا متحرك بوده كه گرد آ گرد آن گروهی از میله‌ها وجود داشته و بوسیله لغزاندن یك گره در امتداد پایه به سمت بالای آن باز می‌شود البته سازه‌های چتری دیگری نیز وجود دارند كه با استفاده از مكانیزم‌های دیگر مانند مكانیزم المان قیچی سان (SLE) [1] ساخته می‌شوند كه به آنها مكانیزم چتری نمی‌گویند ]2[

شكل 1-4-1 یكنوع مكانیزم چتری ]2[

1-4-2 مكانیزم المان‌های تا شونده مفصلی (زانویی) 

این مكانیزم شامل میله‌هایی است كه وقتی مكانیزم باز می‌شود مفصل‌هایی كه دو میله را به هم متصل كرده اند طوری قفل می‌شوند كه دو میله مانند قطعه پیوسته منفرد عمل كند ]6[

شكل 1-4-2 مكانیزم المانی های تا شونده مفصلی]2[

1-4-3 مكانیزم المان‌های قیچی سان 

اصول كار این مكانیزم بر اساس عملكرد پانتو گراف می‌باشد، برای استفاده سازه ای از این مكانیزم باید آن را محدود نمود تا قابلیت باربری پیدا كنند و پایدار شود. ]2[ ]13[

-3 تحلیل و طراحی  

برای طراحی سازه‌های فضایی باز شونده جمع شونده نیز به نتایج آنالیز سازه نیازمندیم اما وجود گره‌های لولایی در میان المان‌های قیچی سان یكی از مشكلات اساسی در آنالیز سازه‌هاست، چنانچه می‌دانیم در اكثر نرم افزارهای آنالیز سازه‌ها گره‌های قابل معرفی در سازه  یا مفصلی و یا صلب و یا فنری می‌باشند در حالیكه در سازه‌های باز شونده وجمع شونده، گره‌های میانی المان‌های قیچی سان مانند اتصال لولای یك قیچی عمل می‌كند. اما چنانچه می‌دانیم گاهی اوقات ممكن است با ترفندها و شگردهایی خاص و با استفاده از انعطاف پذیری برنامه كامپیوتری كاری را انجام دهیم كه در ظاهر امكان پذیر نبوده است.

همان گونه كه می‌دانیم سازه‌های باز شونده و جمع شونده از نوع سازه‌های فضایی بوده و تعداد المان‌ها و گره‌های آنها بعضا ممكن است بحدی زیاد باشد كه برنامه‌های كامپیوتری معمول جوابگوی آن نباشد، دگرگونی‌های وسیعی كه توسط كامپیوتر در قلمرو و تحلیل و طراحی و بهینه یابی سازه ای به وجود آمده است تا زمانی كه همزمان با آنها در تولید داده‌های ورودی كه امری وقت گیر، كسل كننده و مستعد خطاست، پیشرفتی حاصل نشود با یكدیگر هماهنگ نخواهند شد.

نوشین وقتی مشاهده كرد كه كنترل داده‌ها دشوار تر و خسته كننده تر از تولید داده‌هاست افكار خود را روی این نكات متمركز كرد، این ملاحظات باعث شد تا او در سال 1975 میلادی جبر فرمكسی (Formex) را به شكل ابتدایی ابداع كرد این اندیشه بالنده موجب توسعه بیشتر و انتشار آنها در سال 1984 میلادی گردید، این امر با پیدایش پیش فورمین  (Formian)، یك زبان برنامه نویسی كه به استفاده از تلفیق مفاهیم فرمكسی امكان تغییر داده‌های تا شه‌ها را در زمان اجرای برنامه می‌دهد دنبال شد. ]14[

2-3-1 روند آنالیز ماتریسی سازه‌های باز شونده و جمع شونده

در این بخش به فرموله كردن آنالیز سازه‌های فضایی باز شونده و جمع شونده متشكل از المان‌های قیچی سان در حالت باز شده و تحت بارهای وارده با استفاده از روش مستقیم سختی می‌پردازیم.] 4[

شكل (2-3-1) یكی از اعضای یك المان قیچی سان را نشان می‌دهد، این عضو در دو انتهای i و k بصورت مفصلی و در نقطه میانی j بصورت لولایی با سایر اعضا متصل شده است، فرض می‌كنیم المان دارای محور طولی مستقیم الخط بوده مقطع عرضی در طول عضو ثابت باشد دستگاه مختصات محلی  نیز طوری انتخاب شده است كه محور  آن منطبق بر محور طولی گذرنده از مركز مقاطع عرضی بوده و  نیز در جهات اصلی مقاطع عرضی هستند. ] 4[

L₁ طول قطعه ij،L₂  طول قطعه jk، A سطح مقطع عرضی I_y ممان اینرسی مقطع عرضی حول محور y، I_z ممان اینرسی مقطع عرضی حول محور z،j ثابت پیچشی مقاطع عرضی، E ضریب الاستیسته و G ضریب الاستیسته برشی می‌باشند. ] 4[