خرپا

خرپا (به انگلیسی: Truss) سازه‌ای صلب است که همه اعضای آن در یک صفحه قرار داشته باشند و مجموع آن شبکه مثلثی پایدار ایجاد کند.شبکه مثلثی تغییر هندسه نمی دهد مگر در یکی از اعضایش مشکلی نظیر خمش یا شکستگی داشته باشد. البته خرپا های پایداری وجود دارند که تشکیل شبکه مثلثی نمی دهند،لکن این خرپاها نیز شامل گروه های مثلثی می باشند که با قوانین استاتیکی به همدیگر مرتبط شده اند.

خرپاها از جملهٔ ساده‌ترین سازه‌های باربر هستند که در کل به عنوان سازه خمشی عمل نموده و در سقف‌ها، پل‌ها، و سازه‌های هوا و فضا مورد استفاده قرار می‌گیرند. دراین گونه سازه‌ها به علت عدم وجود نیروی برشی و لنگر خمشی در تک تک اعضاء متشکله خرپا، اتصالات باید به صورت مفصلی مدل شود.

مهندس معمار ایتالیایی آندره پلادیو اولین کسی است که نقشه خرپا را کشیده و در آثارش میتوان آن را پیدا کرد.

انواع

خرپاها به سه دسته زیر تقسیم‌بندی می‌شوند:

خرپای ساده: با مفصل نمودن سه عضو در انتهای یکدیگر و ایجاد شکل مثلث ساده تشکیل میشود که به آن مثلث بنیادی خرپا می گویند. توسعه خرپا هر بار با اضافه نمودن دو عضو و یک گره صورت می‌گیرد. اعضای جدید در گره جدید به یکدیگر مفصل شده و انتهای دیگر آن‌ها به گره‌های موجود مفصل می‌گردند که به آنها خرپاهای ساده می گویند.

خرپای مرکب: این نوع خرپا ترکیبی از چند خرپای ساده است.
خرپاهای پیچیده و مبهم:خرپایی که عضو دوگروه ساده و مرکب نباشد خرپای مبهم است.

انواع خرپا خرپاها را در یک تقسیم‌بندی ساده می‌توان به گونه‌های زیر تقسیم نمود: ۱- خرپای دوبعدی: در این دسته از خرپاها تمامی اعضای خرپا را می‌توان در یک صفحه جای داد. این بدان جهت است که از لحاظ هندسی اختلاف بعدی در نحوه قرارگیری و جهت‌گیری اعضا وجود ندارد. بسیاری از طرح‌های کلاسیک خرپا در این دسته جای می‌گیرند. توانایی تحمل تنش‌ها و بارهای صفحه‌ای و حجم و ابعاد متناسب از نقاط قوت این گونه برشمرده می‌شوند.

خرپای سه بعدی: خرپای این دسته از خرپاها بر خلاف نمونه قبل شامل شبکه‌ای از اعضا و اتصالات‌اند که روی هم حجمی را دربرگرفته و در امتداد هر سه محور مختصات امتداد یافته‌اند. قدرت تحمل بارها و تنش‌های سه بعدی از مزایای این گونه خرپا به‌شمار می‌رود که البته این مزایا با هزینه حجیم بودن سازه حاصل می‌گردند.
خرپای چندگانه:

این دسته از خرپاها با هدف حذف نقاط ضعف و حفظ نقاط قوت دو گونه قبل ابداع گردیده‌اند. در این گونه از خرپاها معمولاً لینک‌های وسط به صورت تکی و لینک‌های بالا و پایین به صورت دوگانه یا چندگانه طراحی می‌گردند. قدرت تحمل بارهای صفحه‌ای و مقاومت خمشی و کمانشی مناسب در جهات گوناگون، در عین حفظ ابعاد متناسب از جمله نقاط قوت این گونه‌اند.

خرپا (Truss) سازه ای صلب و مثلثی شکل می‌باشد که اعضای آن مستقیم و بدون انحنا بوده و اتصال اعضا ی آن با یکدیگر به صورت مفصل (لولا) می‌باشد. اگر اعضای خرپا همگی در یک صفحه موجود باشند به آن خرپا، خرپا صفحه ای می‌گویند. خرپا‌ها توانایی تحمل نیروهای کششی و فشاری را دارند و تحت اثر نیروهای وارد شده تغییر هندسی نمی‌دهند مگر آنکه یکی از اعضای آن خم شود یا بشکند.

به دلیل نوع اتصال اعضای خرپا به صورت مفصل با یکدیگر نیروی گشتاور در خرپا تأثیری ندارد و به همین دلیل خرپاها جزء سازه‌های سادهٔ باربر محسوب می‌شوند که در پل‌ها، سقف‌ها، در سواله‌ها با دهانه‌های بلند و سازه‌های هوا فضا کاربرد دارند. خرپا‌ها به دلیل سه عضوی و مثلثی شکل بودنشان پایدار می‌باشند ولی اشکالی که دارای چهار عضو یا بیشتر باشند ناپایدار بوده و تحت اثر نیروهای وارد شده فرو می‌ریزند.

انواع خرپا :

خرپا ساده simple truss: با اتصال سه عضو در دو گره به صورت مفصلی با یکدیگر یک مثلث تشکیل شده که به آن مثلث بنیادی خرپا گفته می‌شود. توسعه خرپا هر بار با اضافه نمودن دو عضو و یک گره صورت می‌گیرد. اعضای جدید در گره (محل تقاطع دو یا چند عضو را گره می‌گویند) جدید به یکدیگر مفصل شده و انتهای دیگر آن‌ها به گره‌های موجود مفصل می‌گردند. خرپاهایی که بدین نحو ایجاد می‌گردند به خرپاهای ساده موسومند.
خرپای مرکب یا Compounded Trusses: خرپای مرکب خرپایی است که از اتصال و ترکیب دو یا چند خرپای ساده ایجاد می‌گردد.
خرپای پیچیده و مبهم: به خرپایی که شرایط خرپای ساده و مرکب را نداشته باشد خرپای مبهم گفته می‌شود.

مدل‌های خرپا:

نوع خرپا	شکل خرپا	جنس خرپا	محل استفاده	توضیحات
پرات (Pratt)		معمولا فولاد، در بعضی موارد چوب	معمولا در سقف و پل	دهانه حداکثر در حدود ۳۰ الی ۶۰ متر
هاو (Howe)		معمولا چوب	معمولا در سقف، در گذشته برای سخت پل نیز مورد استفاده بود	دهانه حد اکثر حدود ۳۰ متر
فینک (Fink)		معمولا فولاد	معمولا در سقف	معمولا دهانه در حدود ۲۰ متر
قوسی (Bowst ring)		معمولا فولاد	معمولا در سقف	معمولا برای سقف انبارها و گاراژها، دهانه ممکن است به ۳۰ متر برسد
وارن (Warren)		فولاد	معمولا در پل	دهانه تا حدود ۶۰ متر
پارکر (Parker)		فولاد	معمولا در پل	دهانه‌های حدود ۵۰ تا ۱۰۰ متر
بالتیمور (Baltimore)		فولاد	معمولا در پل	دهانه‌های بیش از ۱۰۰ متر
خرپا ی K) K truss)		فولاد	معمولا در پل	دهانه‌های بیش از ۱۰۰ متر

مهاربندی جانبی خرپا :

اعضای خرپا لنگر خمشی را تحمل نمی‌کنند، می‌توان اعضا خرپا را از پروفیل‌های نازک تری ساخت. با نازک شدن پروفیل ها مسئله پایداری ارتجاعی آنها مهم میشود.پایداری اعضا در صفحه توسط گره ها تامین می گردد و برای پایداری در جهت های جانبی هم از مهاربند استفاده می شود که شکل ضربدری دارند.

معینی و نامعینی خرپا :

اگر تعداد گره‌های خرپا را J بنامیم، تعداد اعضا خرپا را M و R تعداد مؤلفه‌های واکنش تکیه گاهی مستقل موجود باشد روابط زیر بر قرار می‌باشد

اگر M+R2J باشد خرپا نامعین استایی است ولی پایداری هندسی و ایستایی خرپا باید بررسی شود.
خرپایی که کمتر از 2J-R عضو داشته باشد حتماً ناپایدار می‌باشد.

اتصالات خرپا :

پس از تعیین حداقل سطح مقطع اعضا، طراحی اتصالات خرپا آخرین گام در طراحی خرپا می‌باشد. اعضای خر پاها به وسیله جوش، پیچ و مهره ویا پرچ به یکدیگر متصل می‌شوند. بر اساس نیازهای پروژه، اتصالات خرپا داخلی (مفاصل) می‌تواند به شکل سفت و سخت، نیمه سفت و سخت، یا لولا طراحی شود.

نگارخانه

منابع

اخوان لیل آبادی، محمد رضا، طاحونی، شاپور، تحلیل سازه‌ها ۲، انتشارات جهاد دانشگاهی واحد صنعتی امیر کبیر، تهران ۱۳۸۴. شابک ‎۹۶۴-۶۰۹۶-۱۲-۳