Tészta hidak tervezése, avagy tartószerkezetek nyomatékmentesítése küllőrendszerek segítségével
Az első tészta híd építő versenyt 1983-ban rendezték meg Kanadában, azóta is nagy népszerűségnek örvend. A megmérettetés célja, hogy a fiatal mérnököket játékos formában bevonja a tartószerkezet tervezés és a mérnöki gondolkodás világába. A legismertebb versenyszámban a résztvevők egy megadott mennyiségű anyagból a lehető legnagyobb terhet elviselő hidat kell megépítsék. A felhasználható építőanyag nem más, mint száraz spagetti tészta, egy meglepően nagy szilárdságú, viszont rideg anyag.
Összevetve a versenyek során alkalmazott híd formákat, megfigyelhetjük, a versenyek résztvevői a szerkezetek, tervezése során törekszenek olyan formák keresésére, hogy a terhet a szerkezet hajlításmentesen egyensúlyozza. Viszont a legnagyobb teherbírású szerkezetek alig térnek el egymástól, úgy tűnik, a versenyzők már megtalálták a legideálisabb formát. Felmerül a kérdés, hogy a 40 éve változatlan szabályok mellett a verseny eléri-e eredeti célját, vagy időszerű lenne a tervezési feladat módosítása.
Fontos viszont, hogy egy ilyen verseny díjazásában nem csak a teherbírás számít. A versenyen külön értékelik a szép és arányos tartókat. Ez a szempont az építészek számára kulcsfontosságú, mivel egy építész tervező egy olyan szerkezetet szeretne létrehozni, ami egyszerre hatékony tartószerkezeti szempontból, de ugyanakkor impozáns látványt is nyújt.
Dolgozatomban olyan hajlításmentes szerkezetek formakeresésével foglalkozom, melyek egy ívből és az ív hajlításmentességét biztosító feszítőműből állnak, ahol a feszítőmű elemei egy közös pontban találkoznak. Ez a szerkezet topológia nem csak tésztahidakról lehet ismerős, többek közt feszítőműves fedélszékeken ferde kábeles hidakon, bútorokon, és kerekeken is alkalmazásra kerül.
Eszerkezetekhez kapcsolódóan bemutatok egy egyszerű geometriai szerkesztéseken alapuló módszert, ami alkalmas arra, hogy kiszámítsuk egy tetszőleges alakú ívben és a feszítőműben ébredő belső erőket. Az így kapott adatokat kiértékelve összehasonlítóvá válnak különböző alakú szerkezetek. A módszer felhasználásával megvizsgálom, hogy egy hagyományos tészta híd versenyen miért éppen a félkörív forma az ideális és miben lenne más egy ellipszis forma vagy egy hasonló kör forma, csak éppen több vagy kevesebb küllővel.
Megmutatom továbbá, hogy ez a formakeresési eljárás további szerkezet tervezési feladatokra is megoldást kínál. Például lehetőséget ad több ilyen szerkezet összekapcsolására az ív terhelése mellett.
Eredményeim alkalmazhatóságát a tészta híd építő versenyek módosított szabályaira való szerkezet javaslatokkal illusztrálom.