مهندسی عمران شریف
سال:1396 | دوره:33-2 | شماره:2/2 |تعداد مقالات:12

امروزه استفاده از جداگر لرزه یی به عنوان یک سیستم مقاوم در برابر زلزله به سرعت در حال افزایش است، به طوری که در سال های اخیر در ایران، مطالعات بسیاری بر روی آن انجام شده و نتایج آن به صورت دستورالعمل طراحی ساختمان های با جداساز لرزه یی به چاپ رسیده است. اما در آیین نامه مذکور به اثرات زلزله های حوزه نزدیک در نیازهای لرزه یی اشاره یی نشده است. زلزله های حوزه نزدیک به دلیل ماهیت تخریبی شدید، اهمیت خاصی دارند، به گونه یی که مطالعات وسیعی بر روی این نوع رکوردها و تاثیر آنها در سازه های مختلف انجام شده است. در نوشتار حاضر، به بررسی نیازهای لرزه یی ساختمان های با جداگر پرداخته شده است. در سازه های مورد بررسی، اثر زلزله های مزبور در نیازهای لرزه یی مورد بررسی قرار گرفته است. پارامترهایی همانند جابه جایی بین طبقه یی، توزیع نیروی زلزله در ارتفاع و تغییرمکان در جداگرهای لرزه یی مورد مطالعه و بحث قرار گرفته و با روش و مقادیر پیشنهادی در آیین نامه مقایسه شده است.

بهینه سازی، ابزاری قدرتمند برای کاهش هزینه های غیرضروری در مسائل اجرایی است. از آنجایی که مسائل بهینه سازی ترکیبی مانند: مساله فروشنده دوره گرد (TSP) و انواع مسائل مسیریابی وسیله نقلیه ((VRP از نوع N P-hard هستند، توصیه های تخصصی مبتنی بر حل آن ها توسط الگوریتم های فراابتکاری است. در نوشتار حاضر، مطالعه یی تفصیلی بر پیشینه به کارگیری الگوریتم کلونی زنبور صورت گرفته است. نتایج مطالعات پیشین، حاکی از توانایی قابل توجه الگوریتم مذکور در بهبود پاسخ های مسائل مختلف است. در تکمیل موارد بیان شده، نتایج مدل سازی الگوریتم کلونی زنبور مصنوعی با به کارگیری عملگرهای بهبوددهنده برای ارتقاء کارکرد الگوریتم، در قالب 2 مساله فروشنده دوره گرد و مسیریابی وسیله نقلیه توسط نویسندگان نیز تاییدی بر ایده مطرح شده است. به طوری که نتایج اجرای الگوریتم بر مسائل نمونه معتبر، نشان از بهبود در پاسخ های 2 مساله مذکور دارد، که این امر گواهی بر تولید پاسخ های با کیفیت با استفاده از الگوریتم کلونی زنبور برای حل مسائل پیچیده و عملکرد موفق آن در قیاس با سایر الگوریتم های جمعیت محور در بهبود نتایج است.

روند ایجاد معیارهای شکست سنگ و نیز دقت آن ها در پیش بینی مقاومت سنگ تحت تنش های مختلف، نشان دهنده عملکرد مناسب معیارهای موجود در ارزیابی ویژگی های مقاومتی سنگ است. عدم جواب گویی دقیق معیارهای تئوریک برای پیش بینی مقاومت سنگ برای اغلب سنگ ها به علت ماهیت طبیعی ذاتی سنگ ها به اثبات رسیده است. همچنین ارائه معیارهای تجربی نیز مستلزم انجام مطالعات و انجام آزمون های سه محوری بر روی سنگ های مختلف است. در نوشتار حاضر، معیارهای شکست مهم سنگ از جمله: هوک- براون، فرانکلین و بنیاوسکی، به عنوان معیارهای تجربی پرکاربرد در زمینه مهندسی سنگ انتخاب و سپس با استفاده از الگوریتم بهینه سازی تابو ثابت های هر معیار تعیین شده است. نتایج مطالعه حاضر نشان می دهد که استفاده از بهینه سازی تابو در به دست آوردن پارامترهای انواع معیارها می تواند پوش گسیختگی بهتری را برای شکست سنگ ایجاد کند. همچنین اصلاح فرمولاسیون معیار گسیختگی فرانکلین نیز انجام شده است.

در پژوهش حاضر، روش نوینی برای تنظیم میراگر جرمی با درنظر گرفتن هم زمان پاسخ های پایدار و گذرا و میرایی سازه ارائه شده است. برای انجام این کار، تابع اولیه زمانی نیومارک اصلاح شده و فرایند بهینه سازی با کمینه سازی میانگین قدرمطلق نسبت جابه جایی سازه انجام شده است. در نتیجه، مقادیر مختلف نسبت جرم و بسامد سازه و نسبت های بهینه بسامد میراگر جرمی به صورت عددی به دست آمده است. سنجش عملکرد میراگر جرمی پیشنهادی با دو میراگر جرمی دیگر نشان می دهد که برای نسبت های جرمی کاربردی، احتمال کوچک بودن پاسخ سازه کنترل شده با شیوه پیشنهادی بیش از دیگر روش هاست. نتایج عددی نیز آشکار می سازد که برای حالت نزدیک به تشدید، اگرچه تمام میراگرها با خارج ساختن سازه از حالت ذکرشده سبب کاهش جابه جایی آن می شوند، ولی میراگر پیشنهادی، اثر کاهنده تری در پاسخ سازه دارد.

در پژوهش حاضر، از روش عددی اجزاء مجزا جهت شبیه سازی مخلوط ماسه و خرده لاستیک استفاده شده است. بدین منظور، چندین نمونه شامل ماسه تمیز و مخلوط با درصد خرده لاستیک های %10، %20، %30، و%50 در نظر گرفته شده و رفتار آن ها تحت بارگذاری تنش های همه جانبه 50، 100، 200، و 400 کیلوپاسکال و بارگذاری فشاری انحرافی مطالعه شده است. شبیه سازی ها در فضای دوبعدی با کد DISC انجام و دانه ها به صورت دایره در نظرگرفته شده اند. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که با افزایش درصد خرده لاستیک، سختی نمونه ها کاهش یافته است، در صورتی که با توجه به شکل دایروی ذرات، مقاومت برشی مخلوط تا اختلاط %30، افزایش و سپس کمی کاهش یافته است. همچنین، با افزایش سطح تنش، مدول سختی اولیه نمونه ها کاهش داشته است. سپس نتایج شبیه سازی ها با نتایج کارهای آزمایشگاهی مقایسه شده است، که نشان از تطابق خوب میان روندهای مشاهده شده در رفتار مکانیکی نمونه های شبیه سازی شده و واقعی در آزمایشگاه است.

وقوع زمین لرزه های بزرگ در نزدیکی شهرهایی که در حوزه نزدیک قرار دارند غیرقابل انکار است. حرکت زمین در حوزه نزدیک، خصوصیات متفاوتی نسبت به حوزه دور از گسل دارد. پس از زمین لرزه های مخربی همانند: لاندرز (کالیفرنیا، (1992، چی چی (تایوان، (1999، و کوجاالی) ترکیه، (1999، جامعه مهندسی به فکر درنظر گرفتن ویژگی های متفاوتی در طراحی سازه های نزدیک گسل افتاده است، که یکی از آن ها، گسلش سطحی است. با توجه به اینکه اثر مخرب گسلش سطحی در بسیاری از آیین نامه های طراحی سازه ها در برابر زلزله نادیده گرفته شده است، در نوشتار حاضر به بررسی اثر مخرب آن پرداخته شده است. در پژوهش حاضر، با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود ABAQUS به بررسی اثر صلبیت فونداسیون در تغییر مسیر گسلش پرداخته شده و لایه خاک و فونداسیون گسترده با ضخامت های مختلف و با اعمال اندرکنش خاک و فونداسیون، تحت جابه جایی های ناشی از زلزله قرار گرفته اند. نتایج نشان داده است که افزایش صلبیت فونداسیون، موجب تغییر مسیر گسلش می شود.

قاب های فولادی با مهاربندهای کمانش تاب، به عنوان یکی از سیستم های جدید در سازه ها مورد استفاده قرار گرفته است. هزینه نسبتا زیاد برای تامین این سیستم سازه یی باعث شده است که پژوهشگران همواره به دنبال روش هایی برای بهینه سازی هزینه های لازم با تامین عملکرد لرزه یی موردنیاز در سازه ها باشند. در پژوهش حاضر، به بررسی تغییرات طول ناحیه تسلیم مهاربندهای کمانش تاب با کاهش سطح مقطع مهاربندها در سطوح عملکرد قاب های فولادی پرداخته شده است. نتایج نشان می دهد که کاهش سطح مقطع مهاربندهای کمانش تاب بیش از %50 موجب تغییر سطح تقاضای لرزه یی در مدل های مورد مطالعه از ایمنی جانی به آستانه فروریزش شده است، که نتیجه مذکور برای ارزیابی و طراحی ساختمان های مختلف بر اساس سطوح عملکرد موردانتظار قابل استفاده خواهد بود. نتیجه این تحقیق می تواند در کاهش هزینه های مصالح مربوط به مهاربندهای کمانش تاب گردد و باعث گسترش کاربرد این مهاربندها در ساختمان ها با کاربری و میزان خطرپذیری مختلف شود.

محاسبه نشست تحکیم خاک های ریزدانه اشباع، اهمیت زیادی در طراحی سازه های ژئوتکنیکی و آبی دارد. طی فرایندهای زمین شناسی در برخی از توده های خاک، نواحی ماسه یی وجود دارد که زهکشی در آنها از تمامی سطوح جانبی انجام می شود و به این نواحی، لنزهای محصورشده ماسه گفته می شود. در محاسبات تحکیم این قبیل خاک ها، استفاده از تئوری تحکیم یک بعدی ترزاقی و فرض لایه یی و همگن بودن خاک، از دقت محاسبات می کاهد. در پژوهش حاضر، تاثیر اشکال و نحوه قرارگیری لنزهای ماسه یی، با کمک روشی بدون شبکه بر روی رفتار تحکیمی خاک بررسی شده است. نتایج مدل سازی عددی نشان داده اند که شکل و توزیع مکانی لنزها باعث ایجاد تغییراتی در توزیع فشار آب حفره یی خواهد داشت که این امر اثر معناداری در زمان رسیدن به نشست تحکیمی نهایی خاک مورد مطالعه دارد. همچنین با توجه به تنوع لایه های زمین و شکل پیچیده لنزها، استفاده از روش مذکور منجر به نتایج مطلوب تری در مقایسه با سایر روش های متداول می شود.

یکی از مهم ترین مسائل در تحلیل و طراحی سازه ها، وجود ترک و نقص در سازه هاست. بسیاری از سازه ها که ترک دارند، به صورت تحلیلی قابل حل نیستند، از این رو، حل مسائل مکانیک شکست با روش های عددی به یکی از مسائل مهم تبدیل شده است. نوشتار حاضر به توسعه یک روش نیمه تحلیلی جدید به نام روش معادلات مجزا پرداخته است، که در آن با استفاده از نظریه مکانیک شکست ارتجاعی خطی، ضرایب میدان ارتجاعی مجانبی نوک ترک، که به ضرایب سری ویلیامز شهرت دارند، محاسبه و با محاسبه 4 ضریب اول سری ویلیامز، میدان جابه جایی و تنش تقریب زده شده است. در ادامه، با تعریف دستگاه مختصات مرجع در نوک ترک و تعریف یک فرم جدید از بردار نیروهای گره یی، مساله ترک در روش معادلات مجزا پیاده سازی شده و با حل دو مثال عددی، روش معادلات مجزا مورد صحت سنجی قرار گرفته است.

امروزه روش های متعددی برای اصلاح خصوصیات فیزیکی و رفتار مکانیکی خاک های نامناسب موجود است. روش های مذکور شامل: تراکم، تحکیم، پیش بارگذاری، تزریق، تثبیت با افزودن مواد شیمیایی و... است. امروزه به کارگیری خرده لاستیک فرسوده جهت تسلیح خاک ها، روشی مناسب برای افزایش مقاومت و ظرفیت باربری خاک هاست. استفاده از خرده لاستیک علاوه بر جنبه تاثیر آن در پارامترهای مقاومتی خاک می تواند تاثیر به سزایی در بازیافت این مواد دور ریز ایجاد کند. در پژوهش حاضر، آزمایش های مقاومت برشی بر روی مصالح رس کائولینی به عنوان مصالح مبنا و همچنین با افزودن خرده لاستیک به عنوان مصالح مسلح شده انجام شده است. آزمایش ها شامل آزمایش سه محوری در دو حالت زهکشی شده و زهکشی نشده و همچنین آزمایش های نسبت باربری کالیفرنیا بر روی هر دو مصالح است. نتایج آزمایش ها بهبود پارامترهای مقاومت برشی و شکل پذیری رس های مسلح شده با خرده لاستیک را نسبت به رس مبنا نشان می دهند.

در نوشتار حاضر، به فرمول بندی وحل مساله طراحی شبکه های حمل ونقل چنددوره یی (MPNDP) پرداخته شده است. به عبارت دقیق تر با وارد کردن مساله زمان در مساله طراحی شبکه حمل ونقل به حل مساله طراحی شبکه همراه با زمان بندی بهینه پروژه ها به طور هم زمان اقدام می شود. در حالت کلی، مساله طراحی شبکه چنددوره یی حمل ونقل در زمره مسائل بسیار پیچیده قرار دارد و روش های معمول و سنتی برای حل آن ناکاراست. در این نوشتار از دو روش ابتکاری یکی بر اساس روش جستجوی ممنوعه و دیگری روش تندترین نزول برای حل مساله استفاده شده است. روش تندترین نزول از لحاظ رسیدن به جواب بهینه در مسائل با ابعاد کوچک، به مراتب قوی تر از روش ابتکاری جستجوی ممنوعه عمل می کند، اما با بزرگ شدن ابعاد مساله، کارایی آن به شدت کاهش می یابد. بنابراین، روش جستجوی ممنوعه می تواند به عنوان روش عملی تر برای مسائل با ابعاد بزرگ معرفی شود. به عنوان مثال، در شبکه آزمایشی شهر سایوکس فالز وقتی تعداد پروژه ها از 3 به 6 عدد می رسد، زمان حل در روش جستجوی ممنوعه از 2 به 8 دقیقه افزایش می یابد، درحالی که زمان حل در روش تندترین شیب از 5 به 90 دقیقه می رسد. در مثال مذکور، با افزایش تعداد دوره های زمانی از 7 به 10 سال، زمان حل در روش جستجوی ممنوعه از 4 به 10 دقیقه، و در روش تندترین شیب از 25 دقیقه به 118 دقیقه افزایش یافته است.

در نوشتار حاضر، ضریب رفتار و عوامل تاثیرگذار آن و همچنین ضریب بزرگ نمایی تغییر مکان جانبی به کار رفته در ویرایش چهارم استاندارد 2800 ایران برای قاب های خمشی فولادی متوسط ارزیابی شده است. برای تعیین پارامترهای موثر در ضرایب مذکور، علاوه بر روش ارائه شده در استاندارد 2800، از رویکرد جدیدتر FEMA-P695 نیز استفاده شده است. نتایج حاصل از تحلیل های استاتیکی غیرخطی بر روی مدل هایی با تعداد طبقات مختلف نشان داده است، که متوسط ضریب مقاومت افزون برای مدل های مختلف بر اساس روش دوخطی کردن استاندارد 2800 و روش FEMA-P695 به ترتیب 1.80 و 2.37 است. همچنین مقادیر متوسط ضریب رفتار محاسبه شده در حد مقاومت بر اساس دو روش مذکور به ترتیب 3.98 و 5.26 است، در حالی که مقادیر پیشنهادی ضریب مقاومت افزون و ضریب رفتار حد مقاومت برای قاب های خمشی متوسط در ویرایش چهارم استاندارد 2800 به ترتیب 3 و 5 هستند. بنابراین روش پیشنهادی در FEMA-P695 برای ارزیابی پارامترهای عملکردی سازه، تطابق بهتری با ضریب رفتار ذکرشده در استاندارد 2800 برای قاب های خمشی فولادی متوسط دارد. همچنین متوسط ضریب بزرگ نمایی تغییرمکان جانبی3.67 به دست آمده است، که اندکی کمتر از مقدار متناظر به کار رفته در استاندارد 2800 برابر با 4 است.