1. سازه های خرپایی لوله (همچنین به عنوان سازه های خرپا لوله فولادی، خرپاهای لوله یا سازه های لوله ای نیز شناخته می شوند) به سیستم های خرپایی مسطح یا فضایی تقسیم می شوند.
تفاوت با خرپاهای عمومی در نحوه اتصال گره ها نهفته است. ساختار شبکه از گره های توپ پیچ شده یا توپ توخالی استفاده می کند، در حالی که ساختار خرپا لوله گره های متقاطع را که مستقیماً با لوله های فولادی (لوله های فولادی گرد یا لوله های فولادی مربعی) در گره ها جوش داده شده اند، می پذیرد.
ساختار خرپا لوله دارای مزایای فرم گره ساده، ظاهر ساده و ظریف است. در همین حال، به دلیل استفاده از جوش متقاطع، برای جلوگیری از زنگ زدگی و نگهداری تمیزکاری نیز مفید است. با این حال، جوشکاری متقاطع الزامات خاصی برای تجهیزات فرآیند و پردازش دارد، بنابراین محدودیتهایی نیز برای ساختار خرپا لوله وجود دارد:
1) جهت وتر گره های متقاطع باید طوری طراحی شود که تا حد امکان با قطر بیرونی لوله فولادی مطابقت داشته باشد. برای اعضای با نیروهای داخلی متفاوت، اغلب از همان قطر خارجی لوله فولادی و ضخامت دیواره های متفاوت استفاده می شود. ضخامت دیواره نباید زیاد تغییر کند، در غیر این صورت میزان اتصال بین لوله های فولادی خیلی زیاد است. بنابراین، از استحکام مواد نمی توان به طور کامل استفاده کرد، که باعث افزایش مقدار فولاد مصرفی می شود. این یکی از دلایلی است که سازه های خرپایی لوله اغلب از فولاد بیشتری نسبت به سازه های شبکه ای استفاده می کنند.
2) پردازش و چیدمان گره های متقاطع پیچیده است، و شیارهای روی خطوط متقاطع متغیر است، برش دستی را دشوار می کند، بنابراین نیازمند نیازهای مکانیکی بالایی است.
3) سازه های خرپا لوله همه گره های جوشی هستند که نیاز به کنترل انقباض جوش و الزامات کیفیت جوش بالا دارند. علاوه بر این، همه آنها در محل جوش داده می شوند و در نتیجه حجم کار جوشکاری زیاد است.
با توسعه فناوری برش چند بعدی CNC، برخی از مشکلات در پردازش سازه های خرپا لوله برطرف شده است. در حال حاضر، برخی از شرکت های داخلی این فناوری را نصب کرده اند و امکان استفاده از سازه های خرپایی لوله های نقطه متقاطع را در مهندسی عملی فراهم می کنند.
ساختار خرپایی لوله باید یک فرم خرپای فضایی با مقطع مثلثی را اتخاذ کند که از یک وتر بالایی، یک وتر پایینی و یک عضو شبکه تشکیل شده است (شکل 2). عضو وتر را لوله اصلی و عضو وب را لوله شاخه می نامند. لوله اصلی دارای قطر ضخیم و متصل است که برای تقاطع و جوش لوله های انشعاب مناسب است. ابعاد طرح، عرض و ارتفاع خرپا باید بطور منطقی انتخاب شود تا تا حد امکان از برخورد خطوط جوش بین لوله های شاخه مجاور جلوگیری شود. ساختار ذخیره زغال سنگ را می توان با چندین خرپا لوله سه بعدی مطابق شکل 2 (الف) تجهیز کرد و میله های اتصال و تکیه گاه شیب باید بین هر خرپا تنظیم شود.
مدل مورد استفاده در محاسبه و تحلیل سازه های خرپایی لوله عمدتاً به سختی گره ها مربوط می شود. سه مدل تحلیل بر اساس لنگر خمشی انتهای میله و اندازه سفتی گره وجود دارد:
① با فرض اینکه همه اعضا لولایی دارند.
② با فرض اینکه همه اعضا صلب هستند و به عنوان عناصر تیر در نظر گرفته می شوند.
③ با فرض اینکه لوله اصلی یک المان تیر متصل محکم باشد، لوله انشعاب به لوله اصلی لولا شده است و لوله انشعاب فقط نیروی محوری را تحمل می کند.
2. گره های سازه خرپا لوله فولادی
برای سازه های خرپایی لوله های فولادی باید از گره های خرپایی لوله های مخصوص استفاده شود. گره خرپا لوله ذکر شده در اینجا نیازی به صفحات گره، گوی های توخالی یا اتصالات پیچ و مهره ای ندارد. در عوض، به لوله های فولادی (لوله های فولادی گرد یا لوله های فولادی مربعی) اشاره دارد که مستقیماً در گره متقاطع متقاطع و جوش داده می شوند. فقط دو لوله اصلی در یک محور به هم متصل می شوند و اعضای باقی مانده (یعنی لوله های انشعاب) از طریق خط متقاطع انتهایی پردازش شده و مستقیماً به سطح خارجی عضو عبوری (یعنی لوله اصلی) جوش داده می شوند. اعضای غیر نافذ ممکن است شکاف های خاصی (گره های نوع شکاف) یا همپوشانی جزئی (گره های نوع دور) در محل گره داشته باشند.
شکل گره های متقاطع مربوط به تعداد اعضای متصل است. هنگامی که عضو وب و عضو آکورد در یک صفحه باشند، یک گره صفحه منفرد است. هنگامی که عضو وب و عضو آکورد در یک صفحه نیستند، یک گره چند صفحه ای است.
به عنوان مثال ساختار خرپایی را در نظر بگیرید که در آن لوله های اصلی و شاخه هر دو لوله های دایره ای هستند که متقاطع هستند
برش خط تقاطع زمانی یک فرآیند تولید دشوار در نظر گرفته میشد، زیرا تعداد، زاویه و اندازه لولههای فولادی متقاطع متفاوت بود، که منجر به اشکال مختلف خطوط تقاطع و دشواری در عملیات شیار شد و آن را در سازههای خرپایی فضایی چالشبرانگیزتر میکرد. اما با توسعه فناوری برش CNC چند بعدی، این مشکلات برطرف شده است. در حال حاضر، برخی از شرکت های داخلی به این فناوری مجهز شده اند، بنابراین ساختار خرپایی لوله چشم انداز کاربردی خوبی در سازه های با دهانه بزرگ دارد.