Sporto varžybose nugalėtojas aiškus ir neginčijamas beveik visada: laimi greičiausias, stipriausias, ištvermingiausias, taikliausias. Kokios varžybos galėtų atspindėti architektų, konstruktorių ir inžinierių gebėjimus? Kad ir statybos iš makaronų – jei varžybų dalyviai sutaria dėl žaidimo taisyklių ir randa objektyvius nugalėtojo išaiškinimo kriterijus.
Būtinos specialios žinios
Pirmajame Lietuvoje čempionate „Makaronų tiltai 2012“, surengtame Vilniaus Gedimino technikos universitete (VGTU), savo idėjas tikrino inžinerinės ir architektūrinės pakraipų studentai. Varžybų taisyklės paprastos: iš riboto kiekio medžiagų reikia sukonstruoti 1 metro tarpatramio tiltą. Statybai galima naudoti tik įprastus spagečius ir klijus, o bendra tilto masė turi būti ne didesnė kaip 1 kilogramas. Pagamintas tiltas veikiamas koncentruota jėga tarpatramio viduryje tol, kol suyra. Laimėtoja skelbiama komanda, kurios sukonstruotas tiltas išlaiko didžiausią apkrovą.
Tokia tiltų iš makaronų statymo idėja kilo 1983 metais Okanagano kolegijoje Kanadoje. 1988-aisiais čia vyko pirmas atvirasis tiltų iš makaronų statymo čempionatas, kuriame galėjo dalyvauti studentai iš viso pasaulio. Nuo to laiko varžybų taisyklės nežymiai keitėsi, tačiau esminė idėja – ribotos masės tiltas turi išlaikyti maksimalią apkrovą – liko tokia pat. Šiandien galiojančios taisyklės leidžia tilto statybai naudoti tik spagečius, o tilto masė ir tarpatramis turi atitikti minėtus svorio ir ilgio parametrus. Kasmet Okanagane rengiamos varžybos pripažintos oficialiu pasaulio čempionatu, kuriame dalyvauja komandos iš viso pasaulio universitetų.
2012 metais VGTU surengtos varžybos buvo tarsi nacionalinis čempionatas. Iš viso renginyje dalyvavo 6 komandos, pasirinkusios savitus ir architektūrinius, ir inžinerinius bei technologinius tilto sprendimus.
Varžybos – lyg praktinis darbas
Iš esmės makaroninio tilto projektavimas ir statyba visiškai atitinka bet kurio realaus statinio projekto įgyvendinimą. Čia susiduriama su analogiškomis problemomis: architektūrinės formos paieška, projektavimu, kompiuterine analize, medžiagų sąnaudų optimizavimu, mazgų konstravimu. Spagečiai šiam darbui pasirinkti neatsitiktinai – tai puikiai pažįstamas, nebrangus ir nepavojingas produktas. Svarbu ir tai, kad spagečių mechaninė elgsena artima statybinio plieno profiliuočių. Grynojo tempimo veikiamas spagetis gali atlaikyti didžiules jėgas, o gniuždomas greitai netenka pastovumo ir suklumpa. Jei spagetį pabandytume sulenkti, pastebėtume, kad ir lenkimui jis nėra atsparus – trapioji irtis vyksta veikiant visai mažoms apkrovoms. Analogiški mechaniniai dėsniai galioja ir realioms plieninėms spragoto tipo konstrukcijoms, sudarytoms iš mazguose sujungtų plieninių profiliuočių.
Kadangi medžiagų kiekis ribojamas ir statant tiltus, būtina siekti efektyvaus tempiamųjų, gniuždomųjų ir lenkiamųjų strypų stiprio išnaudojimo. Tuo tikslu reikia nustatyti kiekvieno atskiro strypo įrąžas. Dauguma varžybose dalyvavusių komandų taikė kompiuterinės analizės metodus ir kūrė tiltų konstrukcijų skaičiavimo schemas naudodamosi tam tikromis baigtinių elementų programomis.
Prieš varžybas – eksperimentai
Statybos inžinieriams yra žinoma, kad adekvatūs kompiuterinio skaičiavimo rezultatai gaunami tik tada, kai tiksliai apibūdinama mechaninė modeliavimui taikomų medžiagų elgsena. Tuo tikslu viena varžybose dalyvavusių komandų atliko eksperimentinius tyrimus tempiamajam įvairių makaronų rūšių stipriui nustatyti. Grynojo tempimo veikiamas spagetis, kurio skerspjūvio plotas sudaro apie 2 mm2, atlaikė 4 kg apkrovą. Tokiu būdu tempiamasis medžiagos stipris sudaro 20–30 MPa (apie 100 kartų mažiau nei plieno). Tam, kad būtų įmanoma tinkamai įvertinti gniuždomųjų strypų pastovumą, ta pati komanda eksperimentuodama nustatė ir tilto konstravimui pasirinktų makaronų tamprumo modulį – jis buvo apie 200 kartų mažesnis negu statybinio plieno ir sudarė 1 GPa.
Būtent gniuždomųjų strypų pastovumo užtikrinimas yra sudėtingiausia
