13 جولای 2023 – توسط دانشگاه استون-تحلیل برداری و انرژی پتانسیل ثابت برای ارزیابی تعادل سازه‌های بنایی منحنی اعتبار: دکتر هاریس الکساکیس
یکی از محققان دانشگاه آستون یکی از قوانین اساسی ساخت و ساز را تغییر داده است. برای قرن‌ها از زنجیر آویزان به عنوان نمونه برای توضیح نحوه ایستادن طاق‌های بنایی استفاده شده است.مهندسان سازه با نظریه رابرت هوک، دانشمند قرن هفدهمی، آشنا هستند که یک زنجیر آویزان شکل یک قوس صلب را منعکس می کند.
با این حال، تحقیقات کالج مهندسی و علوم فیزیکی دانشگاه استون نشان می‌دهد که این باور رایج نادرست است، زیرا صرف نظر از شباهت‌ها، زنجیره آویزان و قوس دو سیستم مکانیکی ناسازگار هستند.
دکتر هاریس الکساکیس از انتقال علم از مکانیک نیوتنی به مکانیک لاگرانژی استفاده کرد که منجر به توسعه فیزیک و ریاضیات مدرن شد تا این را با دقت ریاضی ثابت کند.
در مقاله خود، “تحلیل برداری و انرژی پتانسیل ثابت برای ارزیابی تعادل سازه های بنایی منحنی” منتشر شده در ریاضیات و مکانیک جامدات، او به تعادل زنجیره آویزان و قوس بازنگری می کند و توضیح می دهد که این دو سیستم در چارچوب های فضایی متفاوت عمل می کنند .
یکی از پیامدهای این امر این است که زنجیره آویزان فقط به نیروی انتقالی نیاز دارد تا در حالت تعادل باشد در حالی که قوس معکوس به هر دو حالت انتقالی و چرخشی نیاز دارد. در نتیجه راه حل ها همیشه متفاوت هستند.
تحلیل دکتر الکساکیس ناسازگاری‌های ظریفی را در نحوه تفسیر و اعمال قیاس هوک در طول قرن‌ها برای طراحی و ارزیابی ایمنی قوس‌ها کشف کرد و محدودیت‌های عملی آن را برجسته کرد.
او گفت: “قیاس بین زنجیر آویز معکوس و شکل بهینه قوس های بنایی مفهومی است که عمیقاً در شیوه های تحلیل سازه ما ریشه دارد. سازه های منحنی به سنگ تراشان، مهندسان و معماران این امکان را می دهد که بارهای سنگین را حمل کنند و دهانه های بزرگ را با استفاده از مواد با استحکام کششی کم برای قرن ها، در حالی که شگفتی های میراث معماری جهان را ایجاد می کنند.”
با وجود سابقه طولانی این شیوه‌ها، یافتن فرم‌های سازه‌ای بهینه بتن با مواد طبیعی کم کربن و ارزیابی پایداری و ایمنی سازه‌های منحنی مثل همیشه موضوعی اصلی است..”
مقاله او یک روش تحلیل ساختاری جدید بر اساس اصل انرژی پتانسیل ساکن را پیشنهاد می‌کند که سریع‌تر، انعطاف‌پذیرتر بوده و به محاسبه هندسه‌های پیچیده‌تر کمک می‌کند.
در نتیجه، تحلیلگران برای به دست آوردن یک راه حل دقیق، نیازی به در نظر گرفتن تعادل هر بلوک جداگانه یا توصیف هندسی مسیر بار نیروهای رانش نخواهند داشت.
دکتر الکساکیس افزود: “ابزارهای تحلیلی که در این مقاله مورد بحث قرار گرفت، ما را قادر می‌سازد تا وضعیت و ایمنی سازه‌های میراثی را ارزیابی کنیم و سازه‌های منحنی پایدارتری مانند طاق‌ها و پوسته‌ها بسازیم. این است که آنها می توانند حجم کمتری داشته باشند و می توانند از مواد طبیعی اقتصادی، با استحکام کششی کم و کم کربن ساخته شوند که به ساخت خالص صفر کمک می کند.”
