مهندسی عمران شریف
سال:1395 | دوره:32-2 | شماره:2/2 |تعداد مقالات:14

اطمینان از سازه همیشه به عنوان یک اصل برای مهندسانی که مسوول طراحی پروژه های عمرانی بوده اند، مطرح بوده است. یکی از مکانیزم هایی که در دهه های اخیر توجه به آن افزایش پیدا کرده، خرابی پیش رونده است. از این رو در این پژوهش، با استفاده از آیین نامه ی GSA به بررسی میزان مقاومت خرابی پیش رونده در ساختمان های طراحی شده با شکل پذیری های مختلف بر طبق آیین نامه های ایران پرداخته شده است. ساختمان ها پس از طراحی برای بارگذاری های متداول، توسط دو روش تحلیل استاتیکی و دینامیکی غیرخطی برای حالت های مختلف حذف ستون تحلیل شده اند. براساس بارگذاری های تعریف شده در GSA، قاب خمشی معمولی و متوسط به ترتیب اضافه مقاومتی در حدود 80 و 33 درصد دارند. ولی با توجه به ضوابط راهنمای GSA، قاب خمشی ویژه ی طراحی شده براساس آیین نامه های ایران، قادر به تحمل بارهای مربوط به خرابی پیش رونده نبوده و برخی از حالت های حذف ستون در آن منجر به خرابی شده است. در واقع این گونه می توان بیان کرد که یک طراحی لرزه یی ویژه، هنگامی که شکل پذیری بیشتری در مقایسه با طراحی معمولی دارد، الزاما عملکرد بهتری تحت فرایند حذف ستون نخواهد داشت.

بررسی حاشیه ی ایمنی ساختمان ها در برابر فروریزش، بخشی از فرایند ارزیابی عملکرد فروریزش آنها در زلزله های شدید است. اغلب مطالعات در این زمینه بر روی ساختمان های متقارن صورت پذیرفته است. این مطالعه، حاشیه ی ایمنی فروریزش ساختمان های بتنی مسلح 5 و 10 طبقه را با سیستم قاب خمشی ویژه و تحت خروج از مرکزیت های جرمی 5، 10 و 20 درصد، با بررسی دو شاخص احتمال فروریزش و حاشیه ی نسبی فروریزش مورد توجه قرار داده است. نتایج نشان می دهد که افزایش خروج از مرکزیت جرمی در مدل های ساختمانی مورد مطالعه، که مقدار نسبت نامنظمی پیچشی کوچکی دارند، احتمال فروریزش آنها را کاهش می دهد. بهبود حاشیه ی ایمنی فروریزش این ساختمان ها با افزایش خروج از مرکزیت جرمی، ناشی از بروز رفتار پیچشی سخت تر در آنهاست. با افزایش ارتفاع ساختمان، اگرچه ظرفیت فروریزش کاهش یافته است، روند تغییرات شاخص های ایمنی تغییر عمده یی نکرده است.

حفاری تونل زیر سطح آب زیرزمینی در زمین های آبرفتی، باعث اندرکنش بلندمدت بین پوشش تونل و زمین اطراف می شود. در این مطالعه به منظور ارزیابی آثار به کارگیری زهکش محیطی در تونل در توزیع فشار آب حفره یی و میزان بار وارد بر پوشش، مدل سازی عددی تونل واقع در زیر سطح آب زیرزمینی با استفاده از نرم افزار به روش تفاضل محدود انجام شده است. شرایط مرزی مختلفی از قبیل: تونل زهکشی شده، تونل زهکشی نشده، و سیستم زهکشی با نفوذپذیری متغیر مورد ارزیابی قرار گرفته است. اثر پارامترهای هندسی تونل از قبیل: قطر و ارتفاع خاک روباره و همچنین تراز آب زیرزمینی مورد بررسی و آثار مخرب بسته شدن سیستم زهکشی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان داده اند که با به کارگیری زهکش محیطی در دیواره ی تونل، به چه میزان فشار آب وارد بر پوشش کاهش می یابد. همچنین با کاهش عملکرد سیستم زهکشی در بلندمدت، بار فشار آب حفره یی وارد بر پوشش افزایش می یابد، لذا نرخ افزایش مورد بررسی قرار گرفته است.

پژوهش های انجام شده در ایران بر روی سنگ دانه های مصنوعی، تاکنون بیشتر بر پایه ی سبک دانه های رس منبسط شده انجام شده است. این در حالی است که سنگ دانه های شیل منبسط شده یا لیاپور به دلیل عدم شناخت مهندسان کشور کمتر مورد توجه قرار گرفته است. از آنجایی که در این پژوهش برای تعیین مستقیم مشخصات ارتجاعی این سبک دانه ها به دلیل عدم وجود سنگ مادر استانداردی وجود ندارد، از ترکیب روش آزمایشگاهی با روش تئوری مواد مرکب، برای اولین بار خواص مکانیکی هر دو سبک دانه ی لیکا و لیاپور ساخت کشور به دست آمده و با سبک دانه های تولیدی سایر کشورها مقایسه شده است. در بخش آزمایشگاهی با ترکیب سبک دانه ها با ماتریس ماسه ی سیمان و ساخت نمونه های استوانه یی مرکب، مشخصات ارتجاعی ماده ی زمینه و ماده ی مرکب تعیین شده است. سپس در بخش تئوری مواد مرکب، با استفاده از روش میکرومکانیک و معکوس مدل همگن سازی موری- تاناکا، به تعیین مشخصات ارتجاعی سبک دانه براساس ویژگی ماده ی زمینه و ماده ی مرکب پرداخته شده است. نتایج آزمایش ها بیان گر افزایش نمایی مدول ارتجاعی نسبت به افزایش وزن مخصوص دانه یی و افزایش خطی مدول ارتجاعی نسبت به افزایش مقاومت خردشدگی سبک دانه های مورد استفاده است. همچنین نتایج نشان می دهند که سنگ دانه های شیل منبسط شده، مدول ارتجاعی و مقاومت خردشدگی به مراتب بیشتری نسبت به دانه های رس منبسط شده دارند و حتی دانه های ریز آن باعث افزایش سختی ماتریس ملات ماسه سیمان می شود.

پیش بینی رفتار آبرفت درشت دانه در مهندسی ژئوتکنیک، یکی از مهم ترین مسائل است، که در گذشته تلاش های زیادی برای مدل سازی آن انجام شده است. رفتار ژئوتکنیکی آبرفت درشت دانه در مسائل مختلف مهندسی ژئوتکنیک همواره مورد توجه پژوهشگران مختلف بوده است. هدف اصلی این نوشتار تعیین پارامترهای موثر در رفتار آبرفت درشت دانه به کمک دستگاه چمبر و آزمایش پرسیومتری است. طراحی و ساخت دستگاه چمبر جهت انجام آزمایش پرسیومتری در این پژوهش انجام شده است. به منظور بررسی اثر سیمانتاسیون تعدادی آزمایش پرسیومتری بالغ بر 100 آزمایش در محل، در اعماق مختلف در آبرفت درشت دانه انجام شده است. همچنین با شبیه سازی شرایط محل در محیط آزمایشگاه بدون سیمانتاسیون، تعدادی آزمایش پرسیومتری در دستگاه چمبر انجام شده است. در نهایت، نتایج آزمون های انجام شده با یکدیگر مقایسه و پارامترهای رفتاری مختلف ژئوتکنیکی آبرفت درشت دانه گزارش شده است.

در این مطالعه با انجام آزمایش های المان خمشی و سه محوری تناوبی، سرعت موج برشی و مقاومت روان گرایی یک نوع ماسه ی تمیز و همچنین ترکیب های مختلف آن با ریزدانه ی غیرخمیری تا 25% اندازه گیری شده است. روش ساده ی نیمه تجربی نیمه تحلیلی برای ایجاد همبستگی بین سرعت موج برشی و مقاومت روان گرایی پیشنهاد شده است. ضمن بررسی تاثیر ریزدانه ی غیرخمیری در سرعت موج برشی و همچنین مقاومت روان گرایی ماسه های سیلت دار، تاثیر ریزدانه ی غیرخمیری در همبستگی این دو پارامتر بررسی شده است. نتایج حاصل نشان دهنده ی کاهش سرعت موج برشی و همچنین مقاومت روان گرایی با افزایش سیلت به ماسه است. براساس نتایج پژوهش، همبستگی سرعت موج برشی و مقاومت روان گرایی ترکیب های مختلف ماسه و ریزدانه ی غیرخمیری، خاص آن ترکیب است. روش های موجود ممکن است مقاومت روان گرایی ماسه های سیلت دار را دست کم و یا دست بالا پیش بینی کنند.

در این نوشتار با بهره گیری از روش اجزاء منفصل به شبیه سازی آزمایش دومحوره بر روی خاک دانه یی پرداخته شده است. یکی از موارد مبهم در زمینه ی شبیه سازی این آزمایش، چگونگی تاثیر شرایط مرزی در رفتار نمونه در مقیاس های میکرو و ماکرو است. در این راستا، 4 نوع از شرایط مرزی مختلف شامل: شرایط مرزی صلب، شرایط مرزی انعطاف پذیر با رشته ی خارجی و نیروی نرمال بر مرز، شرایط مرزی انعطاف پذیر با رشته ی خارجی و نیروی افقی، و شرایط مرزی انعطاف پذیر بدون رشته ی خارجی در نظر گرفته شده است. مقایسه ی نتایج حاصل از تحلیل های صورت گرفته برای هر یک از حالت های مذکور نشان می دهد که استفاده از مرز صلب به عنوان مرزهای جانبی امکان دست یابی به شرایط حالت بحرانی را فراهم می سازد، اما قابلیت تعقیب روند تشکیل نوار برشی را ندارد. در مقابل، مرزهای انعطاف پذیر به علت آزادی عملی، که برای ذرات تحت بار فراهم می کنند، قابلیت آشکارسازی نوار برشی را دارند.

در این نوشتار با انجام مطالعات آزمایشگاهی بر روی دو مدل پی دایره یی به قطرهای 11.3 و 30 سانتی متر واقع بر بستر غیرمسلح و مسلح با 1، 2 و 3 لایه ی مخلوط خاک خرده لاستیک دانه یی، رفتار بار - نشست پی بررسی شده است. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که ضخامت بهینه ی مخلوط خاک- خرده لاستیک صرف نظر از مقیاس آزمایش ها (اندازه ی مدل پی)، جهت دست یابی به بیشینه ی باربری و کمینه ی نشست در حدود 0.4 قطر مدل پی است. همچنین استفاده از دو لایه ی مخلوط با فاصله ی بهینه ی معادل 0.2 قطر مدل پی از یکدیگر به جای استفاده از یک لایه ی مخلوط با ضخامتی معادل مجموع ضخامت دو لایه می تواند موجب بهبود بیشتر رفتار بستر شود. با افزایش تعداد لایه های مخلوط خاک- خرده لاستیک، نرخ افزایش در بهبود باربری بستر کاهش می یابد، به طوری که با افزایش لایه ها به بیش از 3 لایه و خارج شدن آن ها از حوزه ی تاثیر تنش وارد بر پی، انتظار بهبود بیشتر در رفتار بستر وجود ندارد.

یکی از مهم ترین عوامل در بحث متراکم سازی خاکریزها، تعیین ضخامت لایه های خاکریزی است، که با توجه به تاثیر مستقیم در میزان هزینه و زمان انجام پروژه، همواره مورد توجه کارشناسان امر بوده است. در این نوشتار به منظور بررسی پارامترهای موثر در ضخامت لایه های خاکریز مهندسی، از جمله شرایط بستر و انرژی غلتک، از مدل سازی عددی دو بعدی در شرایط کرنش صفحه یی استفاده شده است. در این راستا از 4 نوع غلتک چرخ فلزی، چرخ لاستیکی، پاچه بزی، و چرخ فلزی ارتعاشی جهت متراکم سازی تک لایه ی خاکریز به ضخامت های 15، 30، 45 و 60 سانتی متر استفاده شده است. طبق نتایج به دست آمده در صورت استفاده از بسترهای تقویت شده به دلیل سختی بالا و افزایش انرژی اعمالی غلتک، امکان افزایش ضخامت لایه های خاکریز به میزان تقریبی 2 برابر ضخامت های 25-20 سانتی متر کنونی وجود دارد.

افزایش آگاهی از پاسخ دینامیکی غیرارتجاعی قاب های خمشی فولادی(SMRF)  و پیشنهاد روش هایی برای اندازه گیری بیشینه ی نیازهای لرزه یی موضعی این سازه ها با استفاده از اطلاعات مربوط به بیشینه ی نیازهای سراسری و طبقه یی (قابل تخمین از نیازهای سیستم SDOF معادل) اصلی ترین هدف این پژوهش است. محاسبه ی بیشینه ی نیازهای موضعی تیرها به کمک ضریب شکل پذیری کلی با توجه به اثر مودهای بالاتر از دیگر اهداف این پژوهش است. بدین منظور تعدادی سازه ی SMRF کوتاه، میان و بلند مرتبه با طبقات و دهانه های مختلف در نرم افزار DRAIN-2DX مدل سازی و با تحلیل تاریخچه ی زمانی غیرخطی (NTHA) و پوش اور (CPA) تحلیل شده اند. کلیه ی مقادیر محاسبه شده براساس میانگین نتایج تحلیل تاریخچه ی زمانی ارائه شده اند. مطالعات نشان داده است که مقادیر شکل پذیری تیر به مراتب بیشتر از شکل پذیری طبقه یی و کلی است. همچنین تاثیر مودهای بالاتر در افزایش شکل پذیری دورانی در طبقات فوقانی در ساختمان های بلند کاملا محسوس است. از طرفی هر چه تقاضای شکل پذیری هدف افزایش یابد، بیشینه ی شکل پذیری دورانی تیر بیش از پیش از شکل پذیری کلی فاصله می گیرد. به علاوه در دوره های کوتاه، تفاوت شکل پذیری دورانی تیر و شکل پذیری کلی مشهودتر است. با افزایش دوره ی تناوب (نرم ترشدن سازه) برای سطوح مختلف تقاضای شکل پذیری کلی، شکل پذیری دورانی تیر تقریبا ثابت و مستقل از دوره ی تناوب است. این موضوع بر روند توزیع نیازهای نیرویی و تغییرشکلی در دو حالت تحلیل CPA و NTHA ملاحظه شده است.

یکی از روش های کنترل غیرفعال سازه ها استفاده از میراگر جرمی تنظیم شده (TMD) است، که مقدار پاسخ با اضافه کردن درصدی از جرم موثر سازه تا حد مطلوبی کاهش می یابد. فرایند طراحی این میراگر شامل مشخص کردن پارامترهای آن یعنی جرم، سختی، و میرایی است. یکی از موضوعات اصلی در زمینه ی مطالعه و طراحی میراگر جرمی تنظیم شده، یافتن پارامترهای بهینه ی آن است. در این مطالعه براساس معادله ی بالانس انرژی در سازه، ضمن معرفی رابطه یی جهت کمینه سازی مقدار انرژی مازاد سیستم مرکب سازه و میراگر، جست وجوی عددی هدف داری جهت یافتن پارامتر بهینه ی میراگر برای کاهش پاسخ بیشینه ی لرزه یی سازه انجام شده است. این مطالعات برای دو حالت شتاب پایه ی هارمونیک و زلزله صورت گرفته و مطابقت خوبی بین نتایج به دست آمده و مطالعات گذشته در این زمینه مشاهده شده است. همچنین عملکرد میراگر بهینه در یک سازه با رفتار غیرخطی بررسی شده است.

از جمله مزایای دیوار برشی فولادی، در کنار سرعت و هزینه ی ساخت مناسب و همچنین موارد سختی اولیه، مقاومت و شکل پذیری بالای آن، امکان تعبیه ی گشودگی در هر محل دلخواه از پانل فولادی است. در این پژوهش ابتدا دیوارهایی با ضخامت ورق، نسبت ابعاد پانل و درصد گشودگی متفاوت در نرم افزار المان محدود آباکوس مدل سازی و روابطی که در گذشته برای تخمین میزان کاهش سختی و مقاومت ناشی از گشودگی پیشنهاد شده بود، اصلاح شده است. همچنین مشخصات لازم برای المان های تقویتی به گونه یی تعیین شده است که رفتار دیوار با و بدون گشودگی تحت بارگذاری مونوتونیک یکسان و روابطی نیز برای این منظور پیشنهاد شده است. نتایج حاکی از آن است که در صورت تقویت دیوار با روش پیشنهادی، رفتار دیوار و تنش وارده از ورق به قاب در دو حالت یکسان می شود و می توان از وجود گشودگی صرف نظر و دیوار را به روش های مرسوم مانند روش نواری مدل سازی کرد.

میخ کوبی خاک یک روش پایدارسازی شیب ها و گودبرداری هاست، که به دلیل انعطاف پذیری، سرعت، و سهولت اجرا و نیز اقتصادی تر بودن نسبت به دیگر سیستم های پایدارسازی، طی دهه های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. یکی از مزیت های دیوارهای پایدار شده با میخ، امکان صرفه جویی اقتصادی است. بنابراین طراحی بهینه ی چنین سیستم هایی باید با دقت خاصی انجام پذیرد. در این پژوهش ضمن تامین پایداری های کلی و داخلی حایل های پایدارشده با میخ، کاهش هزینه ی ساخت به عنوان یک مساله ی بهینه سازی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور برنامه یی به زبان Matlab تهیه شده است، که در آن برای عملیات بهینه سازی از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. با استفاده از این برنامه، اثر برخی پارامترهای مهم قیمتی، از جمله هزینه ی حفاری چاله ها، فولاد و بتن پاشیده (شاتکریت)، در طراحی بهینه مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است.