انواع مختلفی از فلزات سلولی دوره‌ای خرپایی (PCM) معرفی شده‌اند، زیرا ثابت شده است که ساندویچ پانل‌های دارای هسته PCM به اندازه آنهایی که دارای هسته لانه زنبوری هستند مؤثر می باشند. نمونه‌ها عبارت از پیکربندی‌های هرمی، هشت‌گانه، و خرپای کاگوم شامل خم کردن فلز منبسط شده و بافندگی سیم هستند. معیارهای عمومی برای بازار پسندی هر نوع هسته ساندویچی شامل مورفولوژی، هزینه ساخت و مواد اولیه است. معیار مورفولوژی این است که هسته باید از یکی از سه PCM خرپایی برای بالاترین استحکام تشکیل شود. برای کاهش هزینه های ساخت، فرآیندهای ساده، مستمر و به خوبی توسعه یافته مورد نیاز است. فرآیندهای متداول شکل‌دهی فلز مانند کار با پرس و انبساط امیدوارکننده به نظر می‌رسند. با این حال، استحکام و هزینه ساخت به شدت به مواد اولیه مانند آلیاژهای فرفورژه و با استحکام بالا و معیار سوم بستگی دارد. 

ساخت هسته خرپایی:

برای یک هسته خرپایی تک لایه، یک فرآیند ساخت بر اساس فرآیند فلز منبسط شده از نظر هزینه ساخت و مواد خام جذاب خواهد بود. با این فرآیند، برش الگو و گسترش به صورت مش الماسی به طور همزمان در یک حرکت پرس بدون هیچ گونه تلفات مواد انجام می شود. سپس مش به شکل یک الگوی موج مثلثی خم می شود تا یک هسته خرپایی هرمی شکل بگیرد. با این حال، برای یک ورق فلزی با مقاومت بالا و یا ضخیم، ممکن است بدست آوردن هسته های خرپایی دقیق هندسی با کیفیت خوب آسان نباشد.
به عنوان یک جایگزین، استفاده از سیم به عنوان ماده اولیه پیشنهاد شده است. به عنوان مثال، سیم را می توان در یک شبکه فلزی ساده بافته و به شکل خرپای هرمی خم کرد. علاوه بر این، سیم را می توان به شکل موج مثلثی خم کرد و به شکل خرپایی هشت تایی مونتاژ کرد. سیم به عنوان ماده اولیه بسیار جذاب به نظر می رسد زیرا سیم با استحکام بالا و کیفیت خوب مانند سیم پیانو را می توان با هزینه کم ساخت. با این حال، اگر کسی سعی کند یکی از PCM های خرپایی را که قبلاً توضیح داده شد با استفاده از سیم های ضخیم برای استحکام بالاتر بسازد، تداخل بین سیم ها باعث انحراف پایه های تشکیل دهنده ساختار خرپا می شود. برای هسته های PCM خرپایی، ظرفیت بار بالا را می توان با افزایش چگالی نسبی هسته به دست آورد. یعنی پایه های خرپایی کوتاه و ضخیم باعث ظرفیت بارگذاری بالا می شود. با این حال، محدودیت های ذاتی در توپولوژی مانعی برای طراحی یک پانل ساندویچ با استحکام بالا با یک هسته PCM خرپایی تک لایه بوده است. پایه‌های کوتاه‌تر با قطر ثابت، هسته نازک‌تری ایجاد می‌کنند که به دلیل کاهش ممان دوم اینرسی مقطع، استحکام ساندویچ پانل را کاهش می‌دهد. برعکس، پایه‌های ضخیم‌تر با طول ثابت ممکن است استحکام بالاتری ایجاد نکنند، زیرا فاصله بین نقاط تماس با ورق‌های صورت بدون تغییر باقی می‌ماند و پایه‌های ضخیم‌تر هیچ کمکی به تقویت در برابر کمانش ورق‌های صفحه نمی‌کنند. در این کار، یک توپولوژی جدید برای PCM خرپایی، که آن را "خرپای زیگزاگ" نام گذاری می کنیم، معرفی شده است. این PCM خرپایی با خم کردن سیم ها ساخته می شود و هیچ تداخلی بین سیم ها ندارد و آزادی بیشتری در طراحی استحکام ساندویچ پانل دارد. آخرین مزیت به این معنی است که این هسته خرپایی انعطاف پذیری قابل توجهی را در طراحی چگالی نسبی آن فراهم می کند. راه حل های تحلیلی برای استحکام نرمال و برشی مشتق شده و با آن برای یک هسته هرمی مقایسه شده است. نتایج آزمایش‌ها برای نشان دادن عملکرد ساختاری ساختار هسته جدید تحت فشار خارج از صفحه و بارگذاری برشی درون صفحه ارائه شده‌اند.

خرپای زیگزاگ:

خرپای زیگزاگ را می توان گونه ای از خرپای هرمی در نظر گرفت. هنگامی که به عنوان هسته یک ساندویچ پانل استفاده می شود، رئوس خرپا هرمی نه تنها پایه ها را به هم متصل می کند، بلکه به صفحات جامد نیز می پیوندد. تا زمانی که اتصال با ورق های صورت حفظ می شود و ورق های صورت تغییر شکل نمی دهند، هر دو انتهای چهار پایه که هر خرپا واحد را تشکیل می دهند لازم نیست فقط در یک نقطه به هم بپیوندند. یعنی راس در عوض، نقطه اتصال را می توان به دو قسمت جدا کرد. رئوس متصل به صفحه بالا که در نمایش گرافیکی با دایره‌های کور مشخص می گردند، از هم جدا می‌شوند و در نتیجه تک ردیف خرپاها در حالی که همچنان به وجه متصل هستند، به دو قسمت جدا تفکیک می‌شوند. انتظار می رود که به دلیل جدا شدن تحت بار فشاری یا بارگذاری برشی، استحکام کاهشی نداشته باشد. به منظور کاهش مساحت اشغال شده توسط هسته خرپا، یکی از دو ردیف ممکن است به سادگی با چرخش یا جابجایی جهت خود را تغییر دهد. بزرگترین مزایای این توپولوژی جدید این است که هر ردیف را می توان با خم کردن سیم ها به یک الگوی موج مثلثی ساخت و هیچ تداخلی بین سیم ها وجود ندارد.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی
 

گروپیوس، بنیانگذار Bauhaus، یک سیستم میله گره (که اکنون به عنوان سیستم خرپا فضایی نامیده می شود) توسعه داد و اولین ساختارهای سیستم خرپا در سال 1942 به این روش ساخته شد. در مدت زمان کوتاهی، سیستم های خرپای فضایی به روشی رایج در پروژه های بزرگ مورد استفاده قرار گرفتند و توانستند پاسخگوی نیاز طراحان باشند. 

ساختار خرپا:

یک عضو واحد سیستم خرپای فضایی دارای 6 میله و 4 گره است. این عنصر واحد را می توان به راحتی با 3 میله که در جهات مختلف هستند تکرار کرد. در حال حاضر به عنوان یک سیستم ساختاری مشترک، سیستم های خرپایی با میله های فشاری کششی که توسط گره ها به یکدیگر متصل هستند، تشکیل می شوند. این سیستم با استفاده از گره ها به عنوان دروازه انتقال، بارها را در دو جهت انتقال می دهد. سیستم‌های خرپای فضایی بیشتر در ساختمان‌های صنعتی، مراکز خرید، نمایشگاه‌ها، مراکز نمایشگاهی و مجموعه‌های ورزشی استفاده می‌شوند. با این سیستم ها می توان دهانه های طولانی با ستون های کمتری ساخت و این ساختار مفیدتری را فراهم می کند. این سیستم ها نسبت به اکثر سیستم های سازه ای سبک تر هستند. به دلیل افزایش بارهای زلزله متناسب با جرم سازه، سیستم های خرپا فضایی با بارهای جانبی کمتری در طول مدت مواجه می شوند.

 
اهمیت  خرپا:

 زمین لرزه ها نیروهای عظیم نوسانی هستند که بر سازه های عمرانی وارد می شوند. خرپاها مقادیر شکل‌پذیری و چقرمگی بیشتری نسبت به سیستم‌های بتن مسلح دارند. این ثابت می کند که سیستم های خرپایی ظرفیت جذب انرژی بالاتری دارند. با استفاده از خرپاها میتوان دهانه های عریض را تا 150 متر ساخت. با این روش نیازهای معماری را نیز می توان با ساخت اشکال مختلف سیستم خرپایی فضایی (مربع، مستطیل و غیره) برآورده کرد. همچنین سیستم های خرپا را می توان به شکل سهموی و گنبدی تنظیم کرد. کابل ها، قیف ها و غیره را می توان به راحتی در فضاهایی که بین میله های سیستم خرپا فضایی تشکیل شده است، قرار داد. هر سیستم هندسی تعریف شده را می توان توسط سیستم خرپا فضایی تشکیل داد. این به معنای ارضای نیازهای معماری به روشی مطمئن است.
سبک ترین سیستم های فولادی هایپر استاتیک، سیستم های خرپا فضایی هستند. سیستم های خرپا فضایی سیستم های فوق استاتیک درجه بالا هستند. به عنوان دلیل این امر، بار عنصر ساختاری آسیب دیده به عناصر دیگر منتقل می شود و از پایداری سازه محافظت می شود. همچنین می توان نوار آسیب دیده را با یک عنصر جدید جایگزین کرد. عناصر خرپای فضایی تحت تأثیر بار خمشی نیستند، بنابراین ساخت دهانه های ایمن و طولانی با ستون های کمتر توسط خرپاهای فضایی امکان پذیر است. سیستم های خرپای فضایی تحت ترکیب های بارهای مختلف تغییر شکل می دهند. در این صفحه، عمر مفید سیستم‌های خرپای فضایی تحت تأثیر برف و بارهای حرارتی چرخه‌ای و اثرات خوردگی مورد مطالعه قرار می‌گیرد. به دلیل اصول توزیع تنش، هنگامی که تعداد معینی از عناصر خراب می شوند، سیستم های خرپای فضایی از کار می افتند.

خستگی خرپا:

خستگی اصطلاحی برای توصیف آسیب و شکست مواد تحت بارهای چرخه ای در کاربردهای مهندسی است. خرابی های خستگی عموماً در تنشی بسیار کمتر از استحکام نهایی ماده رخ می دهد. شکست در درجه اول به دلیل استرس مکرر از حداکثر به حداقل است. شکست خستگی ممکن است به اشکال مختلف مانند خستگی مکانیکی زمانی که اجزاء فقط تحت تنش یا کرنش نوسانی قرار دارند رخ دهد. خزش-خستگی هنگامی که اجزاء تحت بارگذاری چرخه ای در دمای بالا هستند به وقوع می پیوندد. این پدیده در واقع خستگی حرارتی مکانیکی است زمانی که هم بارگذاری مکانیکی و هم دمای چرخه ای وجود دارد. خستگی خوردگی زمانی رخ می دهد که اجزاء تحت بارگذاری چرخه ای در حضور یک محیط شیمیایی تهاجمی قرار دارند. بسیاری از متغیرها می توانند بر رشد ترک ناشی از خستگی ناشی از خوردگی تأثیر بگذارند. بسیاری از متغیرهای مهم مورد بررسی قرار گرفته اند و نتایج در تعدادی از مقالات مروری موجود است.
برای برخی از مواد، منحنی S-N برای مقادیر بزرگ N افقی می شود. حد تنش خستگی حداکثر دامنه تنش است که کمتر از آن، ماده هرگز شکست نمی‌خورد و مهم نیست تعداد چرخه‌ها چقدر باشد. استحکام خستگی (Fs)، تنشی که در آن شکست پس از تعداد چرخه های مشخص رخ می دهد. عمر خستگی (FL) تعداد چرخه هایی است که در سطح تنش مشخص شده از کار می افتند. شروع ترک در محل‌های تمرکز تنش (ترک‌های میکرو، خراش، فرورفتگی، گوشه‌های داخلی، پله‌های لغزش دررفتگی و غیره) رخ می دهد. کیفیت سطح مهم است. مرحله I، انتشار آهسته اولیه در امتداد صفحات کریستالی با تنش برشی حل شده بالااست که شامل فقط چند دانه است و دارای سطح شکستگی صاف است. مرحله دوم انتشار سریعتر عمود بر تنش اعمال شده است. ترک با کند کردن و تیز کردن مکرر در نوک ترک رشد می کند.
شکست خستگی عموماً تحت تنش کمتر از استحکام مواد ذکر شده رخ می دهد. شکست اساساً توسط یک بارگذاری چرخه ای بین مقدار حداکثر و حداقل ایجاد می شود. تنش موجی و تغییر شکل باعث خستگی مکانیکی می گردد. 

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی
 

مقدمه:
مواد برای کاربردهای تحمل بار معمولاً باید سفت، محکم و سخت باشند و برای بسیاری از کاربردها نیز باید سبک وزن باشند. جدا از آلیاژهای مبتنی بر آلیاژهای بریلیم (سمی) و آلیاژهای منیزیم (مستعد به خوردگی) که چگالی آنها بسیار حائز اهمیت است، بسیاری از آلیاژهای فلزی ترکیبی از استحکام تسلیم بالا (100-2000 مگاپاسکال) و چقرمگی شکست (10-500 مگاپاسکال در متر مربع) را ارائه می دهند. همه آنها بسیار بالاتر از 2000 کیلوگرم بر مترمکعب هستند و زیر 1000 کیلوگرم بر مترمکعب، مواد سلولی مختلف ساخته شده از فلزات، پلیمرها و مواد طبیعی به وفور یافت می شوند، اما اگر بارها به موازات آن اعمال شود، چوب بهترین ترکیب از خواص ساختاری را ارائه می دهد. با این حال جهت دانه چوب‌های طبیعی از ناهمسانگردی قابل‌توجهی رنج می‌برند و برای استفاده در سناریوهای بارگذاری چند محوری که مقاومت در برابر شکست در جهت دانه‌های طولی می‌تواند بسیار کم باشد، مشکل‌سازتر است. 

طراحی سلولی:
روشی برای طراحی مواد سلولی با استحکام بالا (یعنی مقیاس‌شده با چگالی) با آرایش استراتژیک خرپاها در یک آرایه تناوبی توسعه داده شده است، بنابراین یک ماده شبکه سلولی ایجاد می‌کند. بسیاری از ساختارهای سلول واحد مورد بررسی قرار گرفته‌اند، اما آن‌هایی که از سلول‌های واحد تحت سلطه کشش تشکیل شده‌اند، مانند خرپای هشت‌گانه (2D) مثلثی یا (3D) سفت‌تر و قوی‌تر از خمش (اتصال گره کم) هستند. علاوه بر این، این دو سلول واحد تحت سلطه کشش تقریباً همسانگرد بوده و شبکه های هشت گانه سبک وزن ساخته شده از آلیاژهای تیتانیوم می توانند به مقاومت فشاری 60 مگاپاسکال در تراکم 720 کیلوگرم بر مترمکعب برسند. با این حال، اطلاعات کمی در مورد چقرمگی شکست مواد شبکه سه بعدی وجود دارد.

شبکه سه بعدی:
شبکه خرپایی هشت‌بعدی شامل آرایش سه‌بعدی از شبکه‌های فرعی چهار وجهی است، که در آن گره‌ها یک ساختار مکعبی متمرکز روی صورت را تشکیل می‌دهند. ساخت شبکه‌های خرپایی هشت‌گانه در مقیاس میلی‌متری با استفاده از روش اتصال محکم یک تکنیک مونتاژ معکوس به عنوان یک رویکرد ریخته گری سرمایه گذاری انجام شده است. ساخت سازه های زیر میلی متری با استفاده از استریو لیتوگرافی همراه با آبکاری نیکل الکترولیز یا رسوب بخار با تکنیک های ترکیبی که شامل دو تکنیک می شود، آغاز شده است. لیتوگرافی فوتونی (TLP)، نوشتن لیزر مستقیم (DLW)، رسوب لایه اتمی (ALD) و اچ پلاسما ساخت شبکه های نانومقیاس (فرامواد) نیز با استفاده از روش های نوشتن مستقیم نیز در حال رشد و پیشرفت هستند.

شبکه دوبعدی:
برای شبکه های دوبعدی، مطالعات متعددی توسط روش اجزای محدود انجام شده است. مقیاس KIc، به صورت زیر است:
بررسی ها نشان می دهد دو عامل هندسی کنترل کننده چقرمگی شکست هستند:
1) چگالی نسبی، که مقدار مواد موجود برای مقاومت در برابر رشد ترک را تعیین می کند.
2) طول خرپا، که مقیاس طولی است که بر "بلانت شدن" نوک ترک حاکم است.
به طور کلی، مقدار برای کشش سلول های واحد تحت سلطه (برای یک ساختار مثلثی، d=1) نسبت به سلول های واحد تحت سلطه خمش (برای یک ساختار شش ضلعی، d=2) کوچکتر است که نشان دهنده مقدار قابل توجهی است. به طور کل استفاده از سازه های تحت سلطه کشش مانند خرپای هشت، بیشتر برای سازه های با چگالی نسبی کم سودمند است. برای فوم ها (ساختارهای تحت سلطه خمش سه بعدی)، مطالعات تحلیلی و تجربی d=3/2 را نشان داده اند. مقاومت در برابر شکست فوم‌ها معمولاً با طول ترک افزایش می‌یابد (یعنی رفتار منحنی R افزایش می‌یابد). جایی که تصادفی بودن یک فوم به دیواره‌های سلولی اجازه می‌دهد در پشت قسمت جلوی ترک زنده بمانند و سطح ترک‌ها را پل بزنند. با این وجود، چقرمگی شکست آنها بسیار کم است. روش "snap-fit" که توسط Dong  و هماکارانش پیشنهاد شد، یک روش مناسب برای ساخت شبکه های هشتگانه برای مطالعه شکست ارائه می دهد. در این روش، لایه‌های خرپاهای هرمی خارج از صفحه با ورق‌های صفحه باز از خرپای هشت‌گانه مسطح ترکیب می‌شوند و این فرآیند برای ایجاد نمونه‌هایی با ابعاد دلخواه تکرار می‌شود. مطالعه گزارش شده بیشتر از صفحات آلیاژی نازک Ti-6Al-4V برای ساخت ردیف های خرپاهای خارج از صفحه و لایه های خرپایی استفاده می کند. این آلیاژ صنعت هوافضا دارای نسبت استحکام به وزن تقریباً دو برابر آلیاژهای آلومینیوم است. حداکثر دمای سرویس به طور قابل توجهی بالاتر از آلومینیوم یا منیزیم و دارای مقاومت در برابر خوردگی عالی است. چگالی نمونه ها با دستکاری مقادیر l و t تغییر کرده و بین 300 تا 850 کیلوگرم مترمکعب طراحی شده است. منحنی‌های مقاومت حالت I با استفاده از طرح نمونه خمشی تک لبه (SENB) اندازه‌گیری می‌شوند و چقرمگی به عنوان تابعی از چگالی نسبی نمونه و طول خرپا اندازه‌گیری می‌گردد. سپس از نتایج برای ارزیابی مقیاس‌بندی چقرمگی شکاف استفاده می‌شود، زیرا اندازه سلول یک شبکه در رژیم نانوسکوپی کاهش می‌یابد.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی
 

تیر کامپوزیت U شکل:
 تیر کامپوزیت بتن فولادی U شکل برای تشکیل دنده ها ریخته می شود و فلنج بتن مسلح در محل ریخته می شود. فولاد U شکل و بتن تحت تأثیر تنش باند رابط و اتصالات برشی با یکدیگر همکاری می کنند. علاوه بر مزایای تیرهای مرکب فولادی و بتنی سنتی، تیر کامپوزیت بتنی فولادی U شکل دارای مزایای زیر است  
(1) بتن پر شده در دنده دارای اثر حمایتی بر روی صفحه جانبی U است. این شکل فولاد از کمانش موضعی و ناپایداری کلی جلوگیری می کند. 
(2) فولاد و بتن بی شکل یک بخش مرکب را تشکیل می دهند که می تواند ظرفیت باربری برشی را بهبود بخشد و از شکست برشی شکننده جلوگیری کند.
(3) فولاد U شکل یک اثر بازدارنده روی بتن دنده ای دارد که سفتی و ظرفیت باربری را تحت ممان خمشی منفی افزایش می دهد. 
(4) ورق فولادی شکل را می توان به عنوان قالب ساخت و ساز تیر بتنی استفاده کرد که می تواند روند کار را کاهش دهد، دوره ساخت و ساز را کوتاه کند و هزینه پروژه را نیز کم کند.
(5) بتن پر شده با فولاد U شکل می تواند گرما را جذب کند، سرعت گرمایش اجزای فولادی را کاهش دهد و مقاومت کلی تیرهای کامپوزیت در برابر آتش را بهبود بخشد. 
بنابراین، تیرهای کامپوزیت بتنی فولادی U شکل دارای چشم‌اندازهای کاربردی مهندسی گسترده‌ای هستند. تیرهای فولادی اورتد و درونگرا معمولاً در قسمت پایینی تیرهای مرکب استفاده می شوند. این اشکال از تیرهای فولادی U شکل دارای مقاطع باز هستند که اثر مهاری محدودی بر بتن داخلی دارند. شکست تیرهای فولادی U شکل و بتن داخلی می‌تواند منجر به لغزش یا خمش درام شود. بنابراین مقطع تیرهای فولادی U شکل باید اصلاح شود. سازه بتن آرمه ریخته گری در محل عموماً در دال بتنی بالای تیر کامپوزیت استفاده می شود که نیاز به قالب بندی در محل دارد و برای سازه های ساخته شده مناسب نیست.
بر اساس تیرهای مرکب بتنی فولادی U شکل موجود، این مطالعه تیرهای کامپوزیت بتنی سخت شده توسط خرپایزیگزاگ میلگرد ساخته شده با تیرهای فولادی U شکل را توسعه داد و خواص مکانیکی، حالت شکست و ظرفیت باربری آنها را تحلیل کرد.

کاربرد زیگزاگ در هنر:
در حال حاضر محققان بر روی تیرهای مرکب بتنی فولادی U شکل مطالعه کرده اند. برادفورد اثرات لغزش بین فولاد U شکل و بتن و خواص خمشی و خواص کمانش موضعی صفحه فولادی تیرهای مرکب بتنی فولادی U شکل با دیواره نازک خمیده سرد را مطالعه کرد. نتایج تجربی نشان داد که بتن داخلی فولاد U شکل می‌تواند به طور موثر خواص خمشی را بهبود بخشد که پایداری کلی و ظرفیت باربری تیرهای کامپوزیت را افزایش می‌دهد. یک تیر کامپوزیت بتنی فولادی جدار نازک یا "پیش تعبیه شده" در حالت های اتصال برشی selftapping پیشنهاد شد و یک آزمایش فولادی و بتن دیواره نازک برای مطالعه عملکرد اتصال برشی دو حالت اتصال برشی طراحی شد. با این حال، اتصال برشی فقط برای صفحات فولادی نازک با ضخامت کمتر از 2 میلی متر مناسب بود.

معرفی عرشه خرپایی:
عرشه خرپا فولادی توسط میله‌های فولادی و ورق‌های فولادی ساخته می‌شود که یکی از انواع عرشه‌های فولادی برای ساختمان‌های مرتفع است. این نوع در مقایسه با سایر عرشه‌های فولادی دارای مزایای زیر است:
-    باعث کاهش عوامل افزایش دهنده هزینه ها میشود:
 
استفاده از ورق های فولادی موجدار را تغییر می دهد و به عنوان یک الگو در طول زمان نصب، دوز ورق های فولادی را کاهش می دهد. در عین حال، نیاز لایه گالوانیزه ضد خوردگی را برای ورق های فولادی پروفیل کاهش می دهد.

-    حالت نیروی دال کف را در طول زمان ساخت تغییر می دهد:
 این می تواند استحکام بیشتری را ارائه دهد، تا دهانه های دال بدون پشتیبانی بزرگتر را در خود جای دهد.

-    هزینه نگهداری مشتری را کاهش می دهد:
 ورق فولادی راه راه فقط به عنوان یک الگو برای مرحله ساخت و ساز استفاده می شود. نیازی به درمان برای محافظت در برابر آتش یا برآورده کردن الزامات عمر ساختمان در ضد خوردگی نیست، بنابراین نیازی به در نظر گرفتن هزینه نگهداری نمی باشد.

سازه ساختمانی مرتفع و فوق بلند:
بلندمرتبه ها و فوق بلندمرتبه ها نه تنها دارای الزامات بسیار سختگیرانه ای در مورد کیفیت سازه هستند، بلکه دارای الزامات ویژه ای برای دوره ساخت و ساز و ایمنی محل میباشند. کثرت چهره های کاری نسبتاً مستقل و ایمن و کاهش حجم کار پشتیبانی در محل و تخریب شابلون ها و بهبود بسیار پیشرفت ساخت و ساز ازمزایای این سازه ها است.

سازه فولادی دهانه بلند:
طراحی مکانیکی علمی و معقول، کفپوش خرپایی فولادی را قادر می‌سازد تا نیازهای طراحی دهانه بزرگ بدون پشتیبانی 5 متری را برآورده کند. در طول فرآیند ساخت و ساز واقعی و قبل از ریختن بتن، می‌توان یک تکیه‌گاه موقت ساده را در دهانه دال قرار داد تا الزامات ساخت و ساز را برآورده کند. در عین حال، می تواند از الزامات مقاومت دال در استفاده از فاز اطمینان حاصل کند و پیشرفت ساخت و ساز را سرعت بخشد و هزینه ها را کاهش دهد.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی

بررسی خرپا در دماهای مختلف:
مطالعه زیر برای معرفی احتمالات انتخاب گرید فولاد ضد زنگ برای کاربرد سازه ای در مورد طراحی دمای معمولی اتاق (RT) و اقدامات آتش نشانی انجام شده است. هدف این بررسی، مقایسه مواد مورد نیاز برای درجات مختلف فولادهای زنگ نزن است. مقایسه این امکان را فراهم می کند که با در نظر گرفتن قیمت مواد، جنبه هزینه را نیز پوشش دهد. مقایسه ها بر اساس نتایج سایر وظایف پروژه SAFSS است که در منابع مختلف داده های کافی وجود دارد. بنابراین برخی از جزئیات ممکن است با توصیه های نهایی که در گزارش نهایی پروژه SAFSS ارائه می شود متفاوت باشد.
   
خواص مواد:
خواص مکانیکی مواد به عنوان تابعی از دمای فولاد مورد بررسی قرار گرفته است. برای گریدهای فریتی 1.4521، 1.4509 و 1.4003 خواص در پروژه SAFSS تعیین شده است. گریدهای آستنیتی و فریتی انتخاب شده برای این مطالعه، قدرت تسلیم را از 230 نیوتن بر میلی‌متر مربع تا 380 نیوتن بر میلی‌متر مربع در دمای اتاق پوشش می‌دهند.
خواص مکانیکی در دمای اتاق و در دمای آتش بستگی به درجه فولاد ضد زنگ دارد. در مورد آتش، پارامترهای مهم مواد که بر مقاومت سازه تأثیر می گذارد، کاهش در استحکام تسلیم و مدول الاستیسیته به عنوان تابعی از دمای فولاد است. خواص مکانیکی در شرایط آتش سوزی برای درجه های آستنیتی در EN 1993-1-2 ضمیمه C و در کتابچه راهنمای طراحی Euroinox آورده شده است. خواص مکانیکی در دمای آتش برای فولادهای زنگ نزن فریتی در پروژه SAFSS، WP4 حدود 4.1 مقاومت در برابر آتش ساختاری تعیین شده است.
بر اساس نوع فولاد ضد زنگ (یعنی فریتی و آستنیتی) گروه بندی فولادهای زنگ نزن به کلاس های خاصی در دمای آتش دشوار است. گریدهای 1.4509 و 1.4521 مشابه هستند. به نظر می رسد خواص مکانیکی مربوط به آلیاژهای شیمیایی باشد و مخصوص درجه خاصی است.
در حدود دماهای 700 درجه سانتیگراد و 800 درجه سانتیگراد، بسته به درجه فولاد ضد زنگ، مقادیر مقاومت تسلیم بسیار متفاوت است. تفاوت مشخصی در کاهش قدرت تسلیم بین گریدهای فریتی و آستنیتی وجود دارد. شیب کاهش در گریدهای فریتی در دمای 700 درجه سانتیگراد و 800 درجه سانتیگراد تندتر است که مطابق با دمای 15 دقیقه و 30 دقیقه در یک آتش سوزی استاندارد است. پایدارترین کاهش، نسبتاً در استحکام تسلیم با درجه 1.4571 رخ می دهد. در دمای مربوط به آتش سوزی 15 دقیقه ای (حدود 700 درجه سانتی گراد) درجه فریتی 1.4521 بالاترین قدرت تسلیم را دارد. نقاط قوت درجه فریتی 1.4509 و گریدهای آستنیتی 1.4571 و 1.4318 فقط اندکی کمتر است. در دمایی مطابق با آتش سوزی 30 دقیقه ای (حدود 800 درجه سانتیگراد) استحکام تسلیم درجه آستنیتی 1.4571 دارای قدرت تسلیم برتر است. درجه آستنیتی 1.4318 دارای استحکام تسلیم بالایی در دمای اتاق است، اما دارای مقداری بین 1.4301 و 1.4571 در دماهای مربوط به آتش سوزی 30 دقیقه است. درجه فریت 1.4003 عملکرد خود را به سرعت در دماهای بالاتر از 600 درجه سانتیگراد از دست می دهد. فولاد کربنی تقریباً شکل منحنی مشابهی با درجه فریتی 1.4003 دارد. مقادیر ضریب کاهش برای مدول الاستیسیته برای تمام گریدهای فولاد ضد زنگ یکسان است. گریدهای فریتی دارای مدول الاستیسیته کمی بالاتر در دمای اتاق در مقایسه با آستنیتی ها هستند، بنابراین در دمای آتش نیز مقادیر بیشتری ایجاد می کنند. تمام گریدهای فولاد ضد زنگ دارای مدول الاستیسیته بسیار بالاتری نسبت به فولادهای کربنی در دمای آتش هستند.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی
 

خرپاها یک گزینه پرکاربرد و مقرون به صرفه در ساخت طیف وسیعی از سازه های صنعتی و عمرانی مختلف هستند. آنها متشکل از تعدادی عضو هستند که به صورت مثلث‌های متصل مرتب شده‌اند و همین ساختار منجر به ساختار کلی آن شده و به عنوان یک جسم واحد عمل می‌کند. از خرپاها بیشتر در ساخت سقف ها، پل ها و برج ها استفاده می شود. برای هر ساخت باید از نوع مناسب خرپا استفاده گردد. در این مقاله نگاهی به انواع مختلف خرپاهای مورد استفاده در صنایع گوناگون انداخته شده است. برای این منظور ابتدا در مورد اصول ساخت خرپا مطالبی بیان گردیده است.

ساختار خرپا:

هر خرپا از یک شبکه مثلثی تشکیل شده است. نحوه قرار گرفتن آنها در کنار هم توزیع یکنواخت وزن و نیرو را امکان پذیر می سازد. سازه های ساخته شده با استفاده از خرپا نیز قادر به مقابله با تغییر تنش و فشار بسیار بالایی هستند، بدون اینکه خم شوند یا دچار شکستگی گردند. هر واحد مثلثی در خرپا با اعضای مستقیم ساخته شده است. انتهای هر عضو به مفاصل متصل است که گره نامیده می شود. علاوه بر این، هر خرپا دارای سه عنصر اساسی برای خود است که شامل موارد زیر می باشد:

• وتر بالای خرپا که اغلب در حالت فشرده است.
• آکورد پایین که اغلب در تنش است.
• مهاربندی بین دو آکورد.

تشکیل یک خرپا سازه ها را قادر می سازد تا بارهای سنگین را تحمل کنند. این زمانی اتفاق می افتد که آکوردها در برابر فشار و کشش مقاومت کنند. دلایل دیگر استفاده از خرپاها عبارتند از:

1. دستیابی به دهانه های بزرگ
2. به حداقل رساندن وزن یک سازه
3. کاهش انحراف.

سه نسخه اصلی از ساختار خرپا وجود دارد:

• یک خرپای ساده دارای ساختار مثلثی منفرد است و بیشتر در ساخت سقف ها استفاده می شود.
• یک خرپای مسطح دو بعدی است. این نوع خرپا زمانی وجود دارد که همه اعضا و گره ها در یک سطح مسطح باشند.
• یک خرپای اسپیس فریم سه بعدی است. نمونه ای از این نوع خرپا در دکل برق یا مخابرات استفاده می گردد.

در این سه نوع اصلی، انواع مختلفی از خرپا وجود دارد که در طول سال های متمادی و بنا به نیاز مهندسان و صنعتگران توسعه یافته اند. در ادامه به بیان انواع خرپا پرداخته شده است:

خرپای پرت:

خرپای پرت در قرن نوزدهم ساخته شد. این خرپا شامل اعضای عمودی است که در فشار هستند و اعضای مورب که تحت کشش قرار دارند. طراحی این نوع خرپا بسیار کارآمد است، زیرا باعث می شود از فولاد کمتری در اعضای مورب استفاده شود. این همچنین ساخت خرپا را آسان تر می کند.

این نوع خرپا بیشتر برای دهانه های افقی با نیرویی که بیشتر عمودی است استفاده می شود. برای ساخت سازه های ساده که مقرون به صرفه بودن در آن ها اهمیت زیادی دارد، بسیار سودمند است. هنگامی که بارها عمودی نیستند، خرپا به خوبی کار نمی کند.

خرپای وارن :

خرپای وارن یکی از رایج ترین طرح های خرپا است که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد. تاریخچه دقیق آن مشخص نیست اما جیمز وارن برای اولین بار این طرح را در سال 1848 به ثبت رساند. طرح این خرپا از مثلث های متساوی الاضلاع تشکیل شده است. این باعث می شود که بار به طور یکنواخت در سراسر یک سازه پخش شود. با این حال، سازه در توزیع وزن تحت یک بار نقطه ای به خوبی نیست، بنابراین زمانی که بار دهانه ای وجود دارد بهتر است از آن استفاده شود.

خرپای  K :

خرپای K  یا K Truss توسط فلپس جانسون که رئیس شرکت Dominion Bridge در مونترال کانادا بود، اختراع شد. این یک نسخه پیچیده تر از Pratt Truss است. تفاوت اصلی این دو طرح این است که اعضای عمودی در K Truss کوتاهتر هستند. این بدان معنی است که مقاومت در برابر کمانش بهبود یافته است.

مشکل اصلی طراحی این خرپا این است که اعضا همیشه آنطور که انتظار می رود رفتار نمی کنند. آنها ممکن است در فشار با بارهای خاص و در کشش با بارهای دیگر باشند. این امر طراحی در سطح بهینه را دشوار می کند.

خرپای هاو:

این نوع طراحی در پل توسط معمار آمریکایی ویلیام هاو ساخته شده است. اساس طراحی شبیه به خرپای پرت است. با این حال، تیرهای مورب به سمت مرکز پل شیب دارند در حالی که در طرح خرپایی پرت به سمت بیرون شیب دارند. این بدان معناست که اعضای مورب یک خرپای هاو در حالت فشرده و اعضای مورب یک خرپای پرت در کشش هستند. این دو نوع خرپا اغلب در موقعیت‌های مشابه استفاده می‌شوند، اما خرپاهای پرت اغلب اعضای خالی بیشتری نسبت به خرپاهای هاو دارند.

خرپای فینک :

خرپای فینک توسط آلبرت فینک ابداع شد. شکل اصلی این طرح دارای اعضای وب است که یک الگوی V تکرار شونده را تشکیل می دهند. این خرپاها بیشتر از سایر انواع خرپا به اعضای مورب متکی هستند. این باعث می شود آنها در انتقال بار به تکیه گاه کارآمد باشند. نسخه های دیگری از خرپا فینک و همچنین طراحی اولیه وجود دارد. این نسخه ها عبارتند از Double Fink و Fan Truss.

خرپای گامبرل:

از خرپای گامبرل در ساخت سقف استفاده می شود که دارای دو شیب مختلف با شیب از مرکز است. خرپا دارای شکل بیرون زده می باشد. این بدین معنی است که می تواند به راحتی در یک مرکز توخالی نصب شود. در هنگام ساخت ساختمان هایی مانند انبار از جنس چوب از این نوع خرپا استفاده می شود، در واقع این بدین معنی است که این طرح بیشتر شبیه یک قاب است تا یک خرپا. مشتقاتی از این طرح خرپایی وجود دارد که به نام سقف مانسارد یا سقف فرانسوی شناخته می شود که در فرانسه بسیار محبوب است.

خرپای کمربند:

خرپاهای تیرچه دار دارای طراحی بلند و مستقیم هستند. آنها یک وتر بالا و یک وتر پایین دارند که با تارهای مورب و تارهای عمودی از هم جدا شده اند. آکورد بالا همیشه در حال فشرده سازی است و وتر پایین همیشه در کشش است. تارها بسته به جهت آنها می توانند در کشش یا فشار باشند. خرپاهای تیر چوبی برای ساختمان های بزرگ عالی هستند و با نازک کاری فولادی عالی به نظر می رسند. در درجه اول، نقش یک خرپای تیر، حمایت از سایر عناصر سازه ای در قاب است، مانند خرپاهای سنتی. به همین دلیل، خرپاهای تسمه دار به گونه ای طراحی شده اند که فوق العاده محکم و سفت باشند.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی