مهندسی عمران شریف
سال:1396 | دوره:33-2 | شماره:2/1 |تعداد مقالات:17

در پل های یک پارچه، درز انبساط بین عرشه و کوله حذف و این کار باعث کاهش هزینه ساخت و نگه داری پل ها می شود. پل های یک پارچه اغلب شامل یک ردیف شمع فلزی در زیر کوله هستند. برای انتقال تلاش های ناشی از حرکت روسازه در اثر دما یا زلزله، نوع اتصال شمع به کوله، نقش مهمی در مقاومت جانبی پل دارد. میزان دفن شدگی شمع فلزی در داخل کوله، نیز نقش مهمی در مقاومت اتصال ایفا می کند. در نوشتار حاضر، رابطه یی جهت پیداکردن طول گیرایی شمع فلزی در داخل کوله بر اساس مقاومت خمشی شمع بسط داده شده و اثر استفاده از خاموت دورپیچ در اطراف شمع بررسی شده است. برای ارزیابی کارآیی روش ارائه شده، مدل های اجزاء محدودی بر اساس نتایج آزمایشگاهی ساخته شده اند. نتایج حاصل از مدل های اجزاء محدود، نشان دهنده کارآیی روش ارائه شده است و همچنین استفاده از خاموت دورپیچ باعث افزایش ظرفیت خمشی تا میزان %58می شود.

تهاجم سولفات ها به بتن یکی از عوامل موثر در کاهش عمر مفید سازه های بتنی است. در پژوهش حاضر، نسبت آب به سیمان و میزان سیمان مصرفی به ترتیب برابر 0.42 و 325 کیلوگرم بر مترمکعب بوده و نانورس مونت موریلونیت به میزان 0.2، 0.3، و 0.4 درصد وزنی جایگزین سیمان مصرفی شده است. پس از ساخت نمونه های مکعبی و 28 روز عمل آوری مرطوب، نمونه ها در محلول های سولفات سدیم و محلول ترکیبی سولفات سدیم و کلراید قرار گرفته و تغییرات وزن و مقاومت فشاری آنها در طول مدت قرارگیری در محلول ها بررسی شده است. نتایج آزمایش ها نشان داده است که استفاده از نانوذرات رس، علی رغم کاهش قابل توجه مقاومت فشاری بتن، باعث افزایش دوام بتن در برابر تهاجم عوامل مخرب می شود. یون های کلراید باعث کاهش میزان تهاجم یون های سولفات در بتن های متراکم می شوند. همچنین در بین طرح اختلاط های حاوی نانوذرات رس، دوام طرح اختلاط حاوی %0.3 نانورس در محلول ها بیشتر از سایر طرح اختلاط هاست.

مدل سازی عددی ترک در مهندسی، یکی از دغدغه های اساسی برای پژوهشگران این رشته است. اگرچه اجزاء محدود، قابلیت های مناسبی برای مدل سازی ترک دارد، اما به کارگیری توابع شکل و اجزاء خاص محدودیت هایی را در حل مسائل ناپیوسته ایجاد می کند. یکی از اهداف به کارگیری روش های عددی بدون شبکه و از جمله روش کمینه مربعات غلبه بر مشکل مذکور است. در این پژوهش، روش بدون شبکه کمینه مربعات گسسته جهت پیش بینی بازشدگی نوک ترک توسعه داده شده است، که بر مبنای آن، تئوری ترک چسبنده برای بررسی رفتار ترک و روش معیار مشاهده یی برای مدل سازی فیزیکی آن استفاده شده است. تئوری ترک چسبنده، ساده ترین روش برای ایجاد ناپیوستگی در تقریب های بدون شبکه است و سازگاری مناسبی با نحوه گسسته سازی حوزه فیزیکی دارد. مدل عددی و مدل ترک در محیط ویژوال فرترن برنامه نویسی شده و در نهایت، کارایی و دقت بالای روش کمینه مربعات گسسته با حل مسائل استاندارد و مقایسه نتایج حاصل از حل عددی با نتایج آزمایشگاهی و نتایج روش اجزاء محدود نشان داده شده است.

به دست آوردن تغییرمکان های اطراف تونل، یکی از موضوعات مهم در تونل سازی است. در نوشتار حاضر، به کمک روش های تفاضل محدود و اجزاء محدود و همچنین داده های اندازه گیری شده به ارائه روابطی جدید برای مقایسه تغییرشکل تونل در حالت های دوبعدی و سه بعدی و برای توده سنگ های سالم و درزه دار پرداخته شده است، که نتایج متفاوت آنها قابل توجه است. با توجه به اینکه در بسیاری از تحلیل های عددی، مدل سازی دوبعدی انجام می شود، روابط ارائه شده در نوشتار حاضر می تواند منجر به نتایج واقعی شود. مطابق با نتایج حاصل از تحلیل های مختلف در توده سنگ های سالم، مقدار تغییرمکان اطراف تونل در حالت دوبعدی بزرگ تر از حالت سه بعدی است، اما در توده سنگ های درزه دار مقدار تغییرمکان اطراف تونل در حالت دوبعدی کمتر از حالت سه بعدی است. همچنین نتایج حاصل از پژوهش حاضر، از طریق تونل سد گاوشان تایید شده است.

تاثیر گسلش در تونل ها، کمتر مورد مطالعه و پژوهش قرار گرفته است. افزایش نیاز به تونل و استفاده از روش حفاری تمام مکانیزه تونل موجب شده است که برای پوشش تونل از پوشش های قطعه یی استفاده شود. گسلش یکی از تغییرشکل های بزرگ و دائمی زمین است، که می تواند خسارت هایی را به سازه های در معرض آن وارد کند. برخورد تونل ها با گسل به جهت خطی بودن آنها محتمل است. در نوشتار حاضر، ضمن معرفی مدل سازی پدیده گسلش زمین و تونل قطعه یی حفرشده در خاک، رفتار تونل های مذکور به طور کیفی در گسلش عادی و معکوس مقایسه شده است. برای این منظور از مدل سازی فیزیکی در سانتریفیوژ ژئوتکنیکی استفاده شده است. نتایج تعدادی از آزمایش های گسلش شیب لغز عادی و معکوس با تونل قطعه یی ارائه شده است. در گسلش عادی ریزش خاک به درون تونل به دلیل بازشدگی حلقه ها و ایجاد فروچاله در سطح زمین مشاهده شده است. در گسلش معکوس فقط تغییرات طولی در تونل و سطح زمین مشاهده شده است.

با پیدایش هزاره جدید، پیشرفت های بسیاری در علوم مهندسی صورت گرفته است، ولی مساله پیش بینی پاسخ آبراهه های آبرفتی به تغییرات زیست محیطی و ساخته بشر هنوز در انتظار یک روش منطقی و قابل فهم است. رودخانه ها با تنطیم هندسه هیدرولیکی خود، تمایل به سازگاری با تغییرات وارده دارند. لذا شناخت و پیش بینی پاسخ هندسه هیدرولیکی، یک وظیفه اولیه مهندسی برای مدیریت و سامان دهی رودخانه ها به شمار می رود. از این رو در پژوهش حاضر، یک مدل تحلیلی برای ارزیابی شرایط پایدار) استاتیکی و دینامیکی (و تعیین روابط هندسه هیدرولیکی بازه یی پیشنهاد شده است که در آن سیستمی از معادلات با به کارگیری تئوری های حدی حل شده است. مقایسه توان های هندسه هیدرولیکی توسعه یافته در پژوهش حاضر با روابط موجود همخوانی مناسبی را نشان می دهد. در انتها، مدل با داده های صحرایی کشور انگلستان و ایران مورد واسنجی قرار گرفته و نتایج حاصل، حاکی از کاربرد مناسب مدل در رودخانه ها با کناره های مقاوم است. چرا که بر اساس مدل پیشنهادی، نسبت عرض سطح محاسباتی به مشاهداتی به طور متوسط از 0.40 در رودخانه هایی با کناره های با پوشش علفی بدون هرگونه درخت و درختچه، تا 0.72 در رودخانه هایی با کناره های با بیش از %50 پوشش درخت و درختچه تغییر می کند.

در پژوهش حاضر، تولید و کاربرد نانوکیتوسان کربوکسیل دارشده به وسیله اسیدسیتریک بررسی شده است. نانوذرات از اتصال عرضی گروه های آمینی کیتوسان با گروه های کربوکسیلی اسیدسیتریک تولید شده است. مشخصات نانوذرات کیتوسان با طیف سنج مادون قرمز، میکروسکوپ الکترونی پیمایشی و زتاسایزر آنالیز شده است. ظرفیت جذب نانوذرات کیتوسان برای حذف کروم VI از محلول های آبی و فاضلاب آبکاری و تعیین شرایط بهینه جذب بررسی شده است. بیشینه ظرفیت جذب در غلظت اولیه کروم VI، 70ppm، pH برابر 3 و مقدار جاذب برابر 3 گرم بر لیتر، و زمان 60 دقیقه برابر %94 در محلول های دست ساز و در فاضلاب واقعی %82.27 حاصل شده است. داده های جذب سطحی بیشترین تطابق را با مدل سیپس نشان داده اند. تطابق سینتیک جذب با مدل شبه درجه اول فقط در بعضی غلظت ها مشاهده شده است. پارامترهای ترمودینامیکی از قبیلDGo ، DHo و DSo بررسی شده است.

گودبرداری عمیق در خاک های سست می تواند منجر به تغییرشکل بیش از حد زمین و در نتیجه، ایجاد خسارت به ساختمان های مجاور گود شود. انتخاب مدل رفتاری مناسب با نوع خاک در مسائل مربوط به گودبرداری، پارامتری بسیار مهم در ارزیابی تغییرشکل های به وجودآمده در دیواره و کف گود است. در پژوهش حاضر، مدل سازی گودبرداری در خاک های رسی نرم و سخت با استفاده از مدل های رفتاری خاک سخت شونده، خاک نرم شونده، و موهر کولمب و همچنین گودبرداری مهارشده در خاک های ماسه یی سست و متراکم با استفاده از مدل های رفتاری خاک سخت شونده و موهر کولمب با استفاده از نرم افزار المان محدودی PLAXIS انجام و نتایج حاصل مقایسه شده اند. با توجه به نتایج به دست آمده، وابستگی قابل توجه تغییرشکل زمین و دیواره گود به مدل رفتاری انتخاب شده کاملا مشهود است.

در پژوهش حاضر با استفاده از روش تابع گرین، حل تحلیلی معادله انتقال آلودگی با ضرائب ثابت (سرعت و ضریب پراکندگی) در حالت 1 و 2 بعدی، به ازاء ترکیبات متفاوت شرایط مرزی در دامنه نامحدود، نیمه محدود، و محدود در رودخانه و برای شرایطی که بیش از یک منبع آلاینده با الگوهای زمانی دلخواه فعال باشند، تعیین شده است. همچنین به منظور تسریع در همگرایی سری های ایجادشده، با تعریف یک پارامتر بی بعد و استفاده از مفهوم تابع گرین زمان کوتاه و زمان زیاد، حالت زمان کم تابع گرین برای مساله مربوط با استفاده از اصول ریاضی استخراج شده است. در ادامه، حل های تحلیلی پیشنهادی با حل های تحلیلی پژوهشگران پیشین، داده های واقعی و مثال های فرضی ارزیابی و شاخص های آماری محاسبه شده است. نتایج، رضایت بخش بودن عملکرد حل های تحلیلی را نشان داده است. با توجه به بررسی های انجام شده در پژوهش حاضر می توان اذعان کرد که کامل ترین مجموعه حل های تحلیلی معادله انتقال آلودگی برای ترکیبات متفاوت شرط مرزی قابل کاربرد در رودخانه با استفاده از روش تابع گرین در پژوهش حاضر ارائه شده است.

در نوشتار حاضر، اثرات ساختگاهی با استفاده از روش المان مرزی سه بعدی مدل سازی شده و مطالعه جامع حساسیت در دره سه بعدی و تغییرات آن در طول، که وجه تمایز بارز پژوهش حاضر در قیاس با مطالعات پیشین است و به شکل نسبت بازشدگی تعریف می شود، انجام شده است. علاوه بر بررسی پارامتر مذکور، اثر پارامترهای مشخصات موج ورودی، شامل: بسامد، نوع و جهت برخورد موج، و همچنین مقایسه بین رفتار دینامیکی دره های نیم منشوری، منشوری، و غیرمنشوری انجام و الگوهای مختلف بزرگ نمایی سطح دره های سه بعدی در برابر برخورد امواج برشی SH و SV ارائه شده است. نتایج نشان می دهند پارامتر نسبت بازشدگی در طول دره تاثیر محسوسی در جواب های به دست آمده از مدل سه بعدی دارد. علاوه بر این قابل مشاهده است که اثر تغییرات طول دره در نتایج به دست آمده تابعی از بسامد است.

در پژوهش حاضر، تصفیه خاک آلوده به نفت خام (آلودگی اولیه(6000m g/K g با استفاده از روش الکتروکینتیک بهبود یافته با سورفکتنت های SDS و Saponin در مقیاس آزمایشگاهی بررسی شده است. آزمایش ها در سلول الکتروکینتیک از جنس پلکسی گلاس به ابعاد 30x6x5cm در مدت 7 روز انجام شده اند. در پژوهش حاضر، اثر غلظت سورفکتنت) غلظت SDS برابر با 0.1، 0.2 و 0.3 و غلظت Saponin برابر با 0.05، 0.1 و 0.2 درصد وزنی (و ولتاژ) 1 و 2 ولت بر سانتی متر (در میزان حذف نفت از خاک ارزیابی شده است. طبق نتایج حاصل، با کاربرد Saponin در ولتاژ1 V/c m ، بیشترین میزان حذف در غلظت بحرانی (%0.1) برابر با %18.35به دست آمده است، درحالی که SDS توانسته است %26.14 از نفت خام را در بیشترین غلظت سورفکتنت (%0.3) حذف کند. از طرفی با افزایش ولتاژ به 2V/c m در آزمایش های با غلظت بحرانی سورفکتنت ها، راندمان حذف حدود 6-4 درصد بهبود یافته است.

در پژوهش حاضر، اثر زلزله های حوزه نزدیک در پاسخ لرزه یی یک سیستم خاک شمع سازه مورد بررسی قرار گرفته است. اثر جهت پذیری پیش رونده، که یک پالس بزرگ در ابتدای تاریخچه زمانی سرعت حرکت زمین را شامل می شود، مخرب ترین پدیده مشاهده شده در حرکات شدید زمین در حوزه نزدیک گسل است. این پالس با دامنه بزرگ و با زمان تناوب متوسط تا بلند، قسمت عمده انرژی لرزه یی ناشی از گسیختگی در گسل را در بر می گیرد. برای بررسی اثرات حوزه نزدیک، یک مدل سه بعدی خاک شمع سازه مورد استفاده قرار گرفته است. مدل سازی با از نرم افزار آباکوس (ABAQUS) انجام شده است. مدل هایپوپلاستیک von Wolffersdorff با درنظرگرفتن مفهوم کرنش بین دانه یی برای مدل سازی خاک غیرچسبنده) ماسه (استفاده و رفتار سازه به صورت غیرخطی در نظر گرفته شده است. 8 رکورد حوزه ی نزدیک ثبت شده بر روی سنگ به مدل موردنظر اعمال شده اند. نتایج به دست آمده نشان می دهند که پالس های سرعت حوزه نزدیک، اثر قابل توجهی در رفتار سیستم دارند، و تقاضاهای تغییرمکان ناگهانی بزرگ بر روی شمع ها و سازه ایجاد می کنند. بنابراین سازه، تغییرشکل های غیرخطی بزرگی را تحمل می کند و زمان تناوب آن افزایش می یابد. باید به این نکته توجه کرد که هنگامی که زمان تناوب افزایش یافته سازه نزدیک به زمان تناوب پالس سرعت است، شدت تغییرشکل های غیرخطی افزایش می یابد. به علاوه، همبستگی های مثبتی میان مقادیر PGV و PGD رکوردهای حرکت زمین و تقاضاهای تغییرشکل در شمع ها وجود دارند.

هدف از پژوهش حاضر، توسعه یک الگوریتم بهینه سازی بر مبنای روش تقریب سازگار برای طراحی بهینه قاب های خمشی بتن مسلح است. بدین منظور، طراحی قاب های خمشی بتن مسلح به عنوان یک مساله بهینه سازی فرموله شده است، که در آن متغیرهای طراحی عبارت از ابعاد مقاطع بتنی و مساحت آرماتورها هستند. تابع هدف، هزینه کل قاب شامل: هزینه بتن ریزی، قالب بندی، و آرماتوربندی برای تک تک اعضاء سازه است. قیود طراحی بر اساس آیین نامه طراحی تعریف شده اند. در مدل پیشنهادی جهت طراحی بهینه، تابع هدف و قیود طراحی بر مبنای مفهوم تقریب سازگار به طور صریح فرموله و مساله اصلی بهینه سازی با چند مساله بهینه سازی ساده جایگزین شده است. هر زیرمساله ابتدا بر مبنای نتایج تحلیل سازه و تحلیل حساسیت تعریف و سپس با استفاده از برنامه ریزی درجه دوم متوالی حل و نشان داده شده است که الگوریتم پیشنهادی طی فقط چند چرخه طراحی به همگرایی می رسد.

پیشرفت زیرساخت، از جمله عناصر مهم توسعه اقتصادی در کشورهاست. در چند دهه اخیر، تامین بودجه پروژه های زیرساختی از طریق قراردادهای واگذاری امتیاز انجام پذیرفته است. در قراردادهای واگذاری امتیاز، تامین مالی پروژه توسط بخش خصوصی انجام می شود و بازگشت این سرمایه از طریق درآمدهای حاصل از دوره امتیاز به دست می آید. از مشخصه های پروژه های زیرساختی، زمان طولانی اجرا و حجم بالای سرمایه گذاری است. به همین دلیل، برآورد هزینه ریسک و تحلیل مالی، یکی از عوامل موثر در موفقیت پروژه هاست. در نوشتار حاضر، با استفاده از اطلاعات مطالعات امکان سنجی و تحلیل احتمال اندیشانه با روش مونت کارلو، روشی پیشنهادی برای برآورد هزینه ریسک ارائه شده است، که در آن اثر تورم و نرخ بهره وام در نظر گرفته شده است. نتایج نشان می دهد که روش پیشنهادی، در ارزیابی مالی مناقصات مربوط به پروژه ها بسیار موثر بوده و با افزایش ثبات اقتصادی در طول دوره ساخت، احتمال شکست پروژه ها کاهش یافته است.