કેંચી

કેંચી (truss) : બાંધકામમાં આધાર માટે મુકાતું ચોકઠું. ઇમારતો, પુલો, રેલવે પ્લૅટફૉર્મ, ઔદ્યોગિક એકમોના વર્કશૉપ, સાઇકલ, બસ તથા મોટરોનાં સ્ટૅન્ડ વગેરે અનેક સ્થળોએ કેંચીનો ઉપયોગ થયેલો જોવા મળે છે. છાપરું તથા અન્ય ભારને સહીસલામત રીતે ટેકવી રાખવાનું કામ તે કરે છે. કેંચીનો ઉપયોગ ભાર વહન કરવાનો છે.

લાકડાં, કૉંક્રીટ કે અન્ય વિવિધ પદાર્થોના એકમોનાં ચોકઠાં બનાવીને કેંચીની રચના કરવામાં આવે છે. પરંતુ તેમાં પોલાદનો ઉપયોગ વ્યાપક રીતે જોવા મળે છે.

રચના : સીધા ઘટકોના વિવિધ આકારનાં જોડાણો રચીને કેંચી તૈયાર કરવામાં આવે છે. આકૃતિ 1માં ત્રણ સીધા એકમોનું જોડક-બિંદુઓ ક, ખ અને ગ ઉપર જોડાણ રચીને એક ત્રિકોણ આકારની સાદી કેંચી બનાવવામાં આવે છે.

કેંચીનો પાયાનો એકમ ત્રિકોણ છે. એક કરતાં વધુ ત્રિકોણોને અન્યોન્ય જોડીને મોટી કેંચીઓ બનાવી શકાય છે. આકૃતિ 2માં છ ત્રિકોણોની શ્રેણીબંધ રચનાથી બનાવેલ કેંચી દર્શાવેલી છે. ત્રિકોણ કે ત્રિકોણોના ગુણકથી બનેલી કેંચીઓ સામર્થ્ય (strength) અને ર્દઢતાની ક્ષમતા ધરાવે છે. ચતુષ્કોણ આકાર અસમતોલ હોવાથી કેંચીમાં તેનો ઉપયોગ નહિવત્ થાય છે.

કેંચીના ઘટકોમાં આડછેદ વિવિધ આકારના હોય છે. ચોરસ કે લંબચોરસ આકાર ઉપરાંત લોખંડની કેંચીઓમાં અગલ, ટી, પાઇપ તેમજ ચૅનલ આડછેદનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

જોડાણ : જોડાણબિંદુઓએ અનેક એકમોને જોડવા લોખંડની કેંચીઓમાં પ્લેટ વપરાય છે. તેને ગસેટ પ્લેટ કહે છે. ગસેટ પ્લેટ અને એકમોનું જોડાણ રિવેટ, વેલ્ડ અથવા નટ-બોલ્ટથી કરવામાં આવે છે.

કેંચીના પ્રકારો : કેંચીના વિવિધ પ્રકારો અને આકારો આકૃતિ 3માં દર્શાવ્યા છે. કેંચીનો ગાળો (span) અને ઢાળ (slope) કેંચીના પ્રકારની પસંદગીમાં મહત્વનો ભાગ ભજવે છે. ગાળો મોટો થતો જાય તેમ ત્રિકોણોની સંખ્યા પણ વધે છે.

એક જ તલમાં ઘટકો ધરાવતી કેંચીને સમતલ કેંચી (plane truss) અથવા દ્વિપરિમાણી કેંચી કહે છે, જ્યારે કેંચીનું તલ એક ન હોય તેવી કેંચી બિનસમતલીય અથવા ત્રિપરિમાણી કેંચી (space truss) કહેવાય છે.

ઔદ્યોગિક એકમો અને મકાનોના બાંધકામમાં સામાન્યત: દ્વિપરિમાણી કેંચીનો ઉપયોગ જોવા મળે છે. ત્રિપરિમાણી કેંચીનો ઉપયોગ વિવિધલક્ષી છે. પુલ, વીજવાહક તારના ટાવર અને ડિસ્ક ઍન્ટેના ટાવર આનાં ઉદાહરણ છે.

અપર્યાપ્ત, પર્યાપ્ત અને અતિરિક્ત કેંચીઓ : ધારો કે કેંચીનાં જોડાણબિંદુઓની સંખ્યા j છે. જે કેંચીના એકમોની સંખ્યા n, 2j – 3 કરતાં ઓછી હોય તેને અપર્યાપ્ત અથવા ન્યૂન (deficient) કેંચી કહે છે.

આકૃતિ 3 : કેંચીના પ્રકારો : (અ) કિંગ પોસ્ટ < 6 મીટર, (બ) ક્વીન પોસ્ટ (6થી 9 મીટર), (ક) ચાર પૅનલ, ત્રિકોણાકાર હાઉ કેંચી (6થી 8 મીટર), (ડ) છ પૅનલ ત્રિકોણાકાર હાઉ કેંચી (8થી 24 મીટર), (ઇ) સપાટ હાઉ (6થી 24 મીટર), (એ) ફીંક કેંચી (9 મીટર), (ઐ) સપાટ પ્રેટ કેંચી (6થી 24 મીટર), (ઓ) સંયોજિત ફીંક કેંચી (12થી 18 મીટર)

જે કેંચીમાં ઘટકોની સંખ્યા 2j – 3 બરાબર હોય તે પર્યાપ્ત કે પૂર્ણ (perfect) કેંચી કહેવાય છે.

ઘટકોની સંખ્યા 2j – 3 કરતાં વધારે હોય તો તે અતિરિક્ત (સંખ્યાધારક) કેંચી તરીકે ઓળખાય છે.

અપર્યાપ્ત કેંચીઓ નિરુપયોગી છે. અતિરિક્ત કેંચીઓની ર્દઢતા (stiffness) ચડિયાતી હોય છે અને તે બહોળા ઉપયોગમાં લેવામાં આવે છે.

કેંચીઓના ઘટકની સંખ્યા અને જોડકબિંદુઓની સંખ્યા પર આધારિત કેંચીઓના પ્રકારો આકૃતિ 4માં દર્શાવેલ છે.

જોડાણ અને ટેકા : કેંચીઓમાં ઘટકોના જોડાણમાં ખીલી-જોડ (pin joint) તે આદર્શ જોડાણ કહેવાય છે. આ પ્રકારના જોડાણથી એકમો નમન (bending) ભારથી લચી જાય છે અને તેથી એકમોમાં અક્ષીય ભાર પરિણમે છે. નમનભારના અભાવથી એકમોની ડિઝાઇન સરળ બને છે અને એકમો વજનમાં હલકા થાય છે.

આકૃતિ 4 : કેંચીઓ બાજુઓ અને જોડકબિંદુઓના સંબંધો : (અ) અતિરિક્ત કેંચી, એકમોની સંખ્યા n = 11, જોડકબિંદુઓ = 6, n > 2j – 3; (બ) એકમોની સંખ્યા n = 17, જોડકબિંદુઓ j = 10, n = 2j – 3, સમતોલ કેંચી (balanced truss) (પર્યાપ્ત કેંચી); (ક) એકમોની સંખ્યા  n = 6, જોડકબિંદુઓ j = 5, n < 2j – 3, અપર્યાપ્ત કેંચી (deficient truss); (ડ) પૅનલ 1 અને 3 અતિરિક્ત પૅનલ 2 અપર્યાપ્ત, સંયુક્ત પ્રકારની કેંચી

પરંતુ આદર્શ ખીલી-જોડ માત્ર એક રિવેટ હોય તો જ શક્ય બને છે. વેલ્ડનાં જોડાણોમાં આદર્શ ખીલી-જોડ શક્ય નથી. પરંતુ આડછેદની સરખામણીએ ઘટકની લંબાઈ વધારે હોય તે પરિસ્થિતિમાં નમનભારનું પ્રમાણ નહિવત્ (negligible) હોય છે. સામાન્યત: કેંચીની વિશ્લેષણપ્રક્રિયામાં જોડાણો ખીલી-જોડવાળાં (pin-jointed) હોય છે તેવું અનુમાન ઇજનેર સહેજે કરી લે છે.

સામાન્યત: કેંચીના ટેકા રોલર પ્રકારના અથવા મિજાગરા પ્રકારના હોય તે આદર્શ ગણાય છે. રોલર પ્રકારના ટેકામાં સંપૂર્ણ જડતાનો અભાવ હોઈ તે જરૂર પડ્યે ખસી શકે છે અને ઘૂમી શકે છે, જ્યારે મિજાગરા-જોડ ટેકા ખસવાની ક્ષમતા ધરાવતા નથી પરંતુ તેમાં ઘૂમન(rotation) ને અવકાશ હોય છે. સામાન્ય રીતે કેંચીનો એક ટેકો મિજાગરા પ્રકારનો અને બીજો રોલર પ્રકારનો હોય તે આવકારપાત્ર છે.

ભારની ગણતરી : કેંચીના પ્રત્યેક ઘટકમાં કેટલો ભાર આવશે તેની ગણતરી વિવિધ પદ્ધતિએ થઈ શકે છે. ગણતરીની એક પદ્ધતિને જોડકબિંદુની પદ્ધતિ (method of joints) કહે છે. આ પદ્ધતિમાં જોડકબિંદુ ઉપરનાં બળોના સમતોલન-સમીકરણનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

બીજી એક રીત તે છેદન રીત (method of section) તરીકે જાણીતી છે. આ રીતમાં કેંચીનો કોઈ એક કલ્પિત રેખાથી છેદ કરીને છેદની એક બાજુનાં બધાં બળોનું સમતોલ-સમીકરણ રચવામાં આવે છે અને તેના ઉકેલથી ઘટકો ઉપર આવતા ભારની કિંમત કાઢવામાં આવે છે. ત્રિપરિમાણ કેંચીઓના વિશ્લેષણ માટે તાણ વિચળાંકની પદ્ધતિનો ઉપયોગ થાય છે જેમાં કમ્પ્યૂટરનો ઉપયોગ અનિવાર્ય છે. તદુપરાંત વિશ્લેષણમાં મદદરૂપ થાય તેવા કમ્પ્યૂટર સૉફટવેરની ઓછી કિંમતે ઉપલબ્ધિને કારણે તેનો ઉપયોગ સહજ થઈ ગયો છે. કમ્પ્યૂટરના ઉપયોગ માટે બે ઉપલબ્ધ પદ્ધતિઓ  નમ્યતા (flexibility) પદ્ધતિ અને ર્દઢતા (stiffness) પદ્ધતિ – માંથી વ્યાપક રીતે ર્દઢતા પદ્ધતિ વપરાય છે.

કેંચીની ઊંચાઈ અને કૅમ્બર : કેંચીની સંરચનામાં ઊંચાઈનું વિશિષ્ટ મહત્વ છે. કેંચીની ઊંચાઈની અસર અનેક રીતે નોંધપાત્ર છે. સમાન ગાળાની કેંચીમાં ઊંચાઈ ઓછી તેમ તેના ઘટકોમાં ભારનું પ્રમાણ વધારે જોવા મળે છે. પરિણામે તેના માટે મોટા આડછેદની જરૂરિયાત ઊભી થાય છે. ઘટકોના આડછેદ મોટા તેમ કેંચીની કિંમત વધારે થાય છે.

ઊંચાઈ વધારવામાં આવે તો એકમોની લંબાઈમાં વધારો થાય છે અને ખર્ચ વધે છે. આથી ઊંચાઈ અને કેંચીના વજન વચ્ચે ખર્ચને લક્ષમાં રાખીને નિર્ણય કરવો પડે છે. છાપરાનો ઢાળ અને કેંચીની ઊંચાઈ પણ પરસ્પર સંબંધિત છે. વળી ઢાળની પસંદગી પવનની અસરને ધ્યાનમાં રાખીને કરવાની હોય છે.

સામાન્ય રીતે મધ્યમ ગાળાની કેંચીઓની ઊંચાઈ તેના ગાળાના 1/6થી 1/5 જેટલી રાખવામાં આવે છે. જોકે મોટા ગાળા માટે આ ઊંચાઈ વધુ ગણાય છે અને તેથી મોટા ગાળામાં તેનું પ્રમાણ 1/12થી 1/8 જેટલું રાખવાની પ્રથા પ્રચલિત છે.

કેંચીના તળિયાના ઘટકો સમક્ષિતિજ રાખવાને બદલે થોડા ઊંચા રાખવામાં આવે તો કેંચીની ઢતા વધે છે. તળિયાના ઘટકોની રેખા અને ટેકાને જોડતી સમક્ષિતિજ રેખા વચ્ચેના અંતરને કૅમ્બર કહે છે. સામાન્યત: 60થી 80 મિલીમીટર જેટલું કૅમ્બર રાખવાની પ્રથા પ્રચલિત છે.

કેંચીનું વજન : કેંચીની ડિઝાઇન કરતી વખતે ઇજનેર કેંચીનું વજન કેટલું થશે તેનો અંદાજ બાંધે છે. સામાન્યત: કેંચી ઉપર આવનાર ભારના દશમા ભાગ જેટલું કેંચીનું વજન થાય તેમ માનવામાં આવે છે. જોકે પુલ માટેની અને બીજી મોટી કેંચીઓના વજનની ગણતરી માટે સમીકરણોનો ઉપયોગ પણ કરવામાં આવે છે.

કેંચી અને વળી (purlin) : છાપરાના એકમો વળી ઉપર મૂકવામાં આવે છે અને તેની સાથે તેનું ર્દઢ જોડાણ કરવામાં આવે છે. વળીને કેંચી ઉપર ટેકવવામાં આવે છે. સામાન્ય રીતે કેંચીના ઉપરના મુખ્ય ઘટક (principal rafter) ઉપર જ્યાં જોડકબિંદુઓ હોય છે ત્યાં વળીને ટેકવવામાં આવે છે. કેંચીનું અંતરણ (spacing) તે વળીનો ગાળો છે. અંતરણ વધુ તેમ વળીનો ગાળો વધારે હોય છે. વળી કેંચીનું અંતરણ ઔદ્યોગિક એકમોના લાંબા વર્કશૉપમાં જેમ ઓછું તેમ કેંચીની સંખ્યા વધે છે. બીજી બાજુએ કેંચીના અંતરણમાં વધારો થાય તો તેના ઉપરનો ભાર વધે છે અને કેંચી અને વળીનું ખર્ચ વધે છે. આથી કુલ ખર્ચને ધ્યાનમાં રાખીને કેંચીના અંતરણ અને તેની સંખ્યા વિશે નિર્ણય કરવામાં આવે છે.

હલકી અને વજનદાર કેંચીઓ : છાપરાની કેંચીઓ પ્રમાણમાં હલકી ગણાય છે. કેંચીઓનાં વજન તેના ગાળા ઉપર આધારિત હોય છે. સામાન્યત: દર મીટરે 1થી 2 કિલો ન્યૂટન જેટલું છાપરાની કેંચીનું વજન હોય છે, જ્યારે માર્ગના પુલોની કેંચીનું વજન દર મીટરે 2થી 4 કિલો ન્યૂટન અને રેલવે પુલની કેંચીનું વજન દર મીટરે 10થી 15 કિલો ન્યૂટન જેટલું થતું હોય છે.

માર્ગ અને રેલવે પુલની કેંચીઓ વજનદાર અને તોતિંગ હોય છે. તેના ઘટકો અનેક આડછેદના સંયોજનથી રચવામાં આવે છે. મોટા ગાળા અને ઊંચાઈની કેંચીઓની રચનામાં ઇજનેરી કૌશલની ખૂબી દેખાઈ આવે છે.

સપાટ (flat) હાઉ અને પ્રૅટ પ્રકારની કેંચીઓ પુલ માટે વપરાય છે. આકૃતિ 3(ઇ અને ઐ)માં આ પ્રકારની કેંચીઓ દર્શાવેલ છે. તેના મથાળાના એકમો નીચેના એકમો સાથે સમાંતર હોવાથી તેને સપાટ હાઉ અને સપાટ પ્રૅટ કેંચીઓ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. જોકે બહુ મોટા ગાળાવાળા પુલ માટે કેંચીની ઊંચાઈ વધારવા મથાળાના એકમો ઢાળવાળા રચી કેંચીની ઊંચાઈ વધારવામાં આવે છે.

સૂર્યકાન્ત વૈષ્ણવ