بررسی اجمالی نرم افزار SAP2000 به منظور مدل کردن یک خرپای ماکارونی

بخشی از فهرست مطالب پروژه بررسی اجمالی نرم افزار SAP2000 به منظور مدل کردن یک خرپای ماکارونی

طراحی شکل سازه 

نسخه های نرم افزار SAP2000 

مدل کردن سازه  

مشخصات مقطع

اعمال بار

تحلیل مدل

اصلاحات لازم 

ملاحظات هنگام ساخت

چسب مصرفی   

…

مقدمه:
با توجه به آنکه اینجانب منبع مناسبی برای آشنایی با نحوه مسابقات خرپای ماکارونی نداشتم و برای شرکت در این مسابقات هم وقت زیادی نبود برآن شدم تا نتایجی را که در این دوره بدست آوردم را دراختیار دیگر دوستان قرار داده تا توانسته باشم در حد امکانم زکات العلم خویش را پرداخت کرده باشم.
۱- طراحی شکل سازه :
چندین حالت و سلیقه مختلف برای  خرپاها وجود دارد. ابتدا میبایست یک شکل کلی برای سازه خود انتخاب نمائید مثل اینکه یال بالای آن قوس داشته باشد و یا مستقیم باشد یا مثلا خرپا معین و یا نامعین باشد , به هر گره آن حداکثر چند عضو وارد می شود و یا بطور مثال به سادگی در کار اهمیت می دهید و دقت در اجرای آن و یا کاهش نیروهای داخلی را مد نظر دارید . چراکه هنگام ساخت خرپا با دو مساله مواجه خواهید شد:
۱ –  تحلیل نیروی داخلی و کاهش  این نیروها با توجه به نتایج تحلیل و کم و زیاد نمودن اعضا  خر پا تا به نتیجه مطلوب رسیدن.
۲ – اجرای مشکل بعضی خرپاها.
بنا براین بر اساس یکی از پارامترهای فوق طراحی سازه را آغاز می نمائیم.
طراحی سازه:
طراحی دستی یک خرپا حتی اگر خرپای معین باشد بازهم کار مشکل و طولانی است. پس برای سرعت و دقت بیشتر در کار تحلیل نیروهای موجود در خرپا نیاز به یادگیری یکی از نرم افزارهای عمرانی در زمینه سازه می باشد که با توجه به شهرت و سادگی کار با نرم افزار SAP2000    به بررسی این نرم افزار مبادرت می نمائیم. این نرم افزار برای محاسبه اکثر پروژه های عمرانی مناسب است و براحتی می توان پروژه ها را مدل کرد.
۲- نسخه های نرم افزار SAP2000 :
نسخه های SAP2000    که توسط شرکت CSI   تولید می گردد تقریبا هر دو یا سه ماه به روز می شودو همواره در جهت سادگی مدل کردن و دقت در تحلیل و طراحی سازه پیش خواهد رفت. نکته مهم در این زمینه آن است آیا تمام نسخه های این نرم افزار قابل استفاده برای کار است یا خیر. گاهی اوقات برخی از نسخه های به بازار آمده این نرم افزار دچار برخی از مشکلات می باشد. علت آن این است که کپی های غیر مجاز باعث بسته شدن برخی آیکونهای برنامه از جمله آیکون RUN می شود. بنابراین سعی کنید همواره نام نسخه های جدید و سالم نرم افزار را از افراد مطمئن بپرسید.
آخرین ورژن این نرم افزار ۳/۰/۹ است که در سال ۲۰۰۵ تولید شده وسالم است. البته ورژن ۳۳/۸ نیز نسخه قبلی و خوبی است. در مقاله حاضر به تشریح کار با ورژن ۳/۰/۹ می پردازیم.
۳- مدل کردن سازه :
برای ساخت خرپا باید ابتدا ابعاد کلی سازه را وارد کنید . در واقع چهارچوب مدل با استفاده از خطوطی شطرنجی نرم افزار مشخص می گردد برای همین عمل پس از وارد شدن به نرم افزار در قسمت File>New   گزینه Grid Only    را کلیک میکنیم.
سپس در پنجره باز شده ابعاد مورد نیاز را وارد کرده و Ok کرده و خارج می شویم. دقت کنید که دراین قسمت فواصل محورهای شکل در جهات x وy وz خواسته میشود. همچنین فاصله این محورها پرسیده میشود.
اگر بخواهیم یک خرپا را مورد بررسی قرار دهیم نکته مهم این است که برای سادگی کار و زیبایی ظاهر بهتر است مقدار Y Direction  را برابر ۱ قرار دهیم و مقدارZ  direction  اهمیتی ندارد.
پیش از شروع به ترسیم می بایست به تنظیم نوع ماده مورد نظر اقدام نمود.
مواد پیش فرض SAP2000 برای سازه ها معمولا شامل بتن و فولاد و آلومینیوم میباشد. اگر بخواهیم این مواد را به عنوان ماده یک خرپای ماکارونی استفاده کنیم مشکل ایجاد شده این است که وزن این مواد باعث ایجاد خمش در اعضا شده و دیگر حالت خرپایی سازه از دست خواهد رفت. به این منظور و همچنین برای جلوگیری از ایجاد تنشهای غیر واقعی در مدل می بایست ماده ای را با خواص ماکارونی به نرم افزار معرفی کنیم.
به قسمتDefine>Materials رفته و در قسمت زیر جرم و وزن را برابر صفر قرار می دهیم. سایر موارد نیاز به تغییر ندارد.
 سپس okکرده و خارج میشویم.
نکته: دقت کنید که ماکارونی مقاومت فشاری خوبی دارد ولی از آنجا که در خرپا طول اعضا نسبت به مقطع آنها زیاد است(لاغری زیاد) باید سعی شود اعضای فشاری کمترین طول ممکن را داشته باشند.

۴- مشخصات مقطع:
در خرپا مقطع اعضا تفاوتی نمی کند. ولی برای اطمینان  از درستی محاسبات مقطع یک ماکارونی ضخیم با قطر ۴ میلی متر را برای آن معرفی می کنیم. دستور زیر را اجرا میکنیم و جداول زیر را پر میکنیم Define>Frame Section   :
حال در تصویر با باز شده می توانید از آیکونهای AutoCAD برای ترسیم و مشخص کردن ابعاد مقطع اقدام کنید. روی دکمه Done کلیک کرده و خارج می شویم.
برای ترسیم خرپا از گرینه زیر استفاده می کنیم :
Draw> Draw frame  
حال برای ترسیم اقدام کرده و بطور مثال خرپای زیر را ترسیم میکنیم
حال تکیه  گاههای سازه را مشخص می کنیم در ابتدا وانتهای سازه کلیک  می کنیم سپس با استفاده از گزینهAssign> Joint>Restraint  تکیه گاههای ساده و مفصلی را برای خرپا در ابتدا و انتهای آن تعریف میکنیم.
نکته: کلیه اتصالات در خرپاها(شامل تکیه گاهها هم میشود) مفصلی است ولی در عمل تقریبا  کلیه خرپاهایی که اجرا میشوند بصورت گیردار متصل میشوند برای SAP هم تفاوتی برای نوع اتصال وجود ندارد ولی بهتر است برای اطمینان اتصالهای اعضا بصورت مفصل معرفی گردد.
۵- اعمال بار:
بهترین حالت برای بارگذاری خرپای ماکارونی, اعمال بار واحد است. چراکه بصورت واضح می توان برآوردی از توان خرپا داشت. برای بار گذاری ابتدا نقطه اعمال بار را انتخاب می کنیم سپس به قسمت Assign> Joint load> Force  رفته و همانند شکل زیر بار معادل ۱-  در جهت Z  قرار می دهیم.
دقت کنید که نوع بار بصورت Dead پیش فرض است. بطور کلی در تحلیل خرپای ماکارونی تنها از بار مرده استفاده خواهد شد.
 6- تحلیل مدل:
اکنون به قسمت پایانی کار می رسیم ولی قبل ازشروع تحلیل مدل ابتدا می بایست مدل را بصورت دو بعدی برای نرم فزار معرفی نمائیم. برای این کار به قسمت:
 Analyze > Set Analyze  رفته و در قسمت باز شده روی دکمه xz  Plane کلیک کرده و خارج میشویم. مثل شکل …