مهندسی عمران امیرکبیر (امیرکبیر)
سال:1389 | دوره:42 | شماره:2 |تعداد مقالات:12

امروزه با توسعه سطح زندگی انسان ها و نیاز به فضاسازی مطلوب، لزوم احداث سازه هایی با رفتار لرزه ای مطمئن، اقتصادی و مناسب برای جانمایی های معماری متفاوت، احساس می شود. از این رو استفاده از سیستم های سازه ای فولادی با بادبندهای برون محور با شکل پذیری بالا که در سال 1977 توسط پروفسور پوپوف ابداع شده است، بسیار مناسب به نظر می رسد. در این پژوهش به بررسی رفتار واقعی این سیستم ها با استفاده از مطالعه بر روی ضریب رفتار آنها می پردازیم. رویکرد پایه در این پژوهش جهت بررسی ضریب رفتار با توجه به استفاده از استاندارد 2800 ایران، مطالعه اثرات شکل پذیری و اضافه مقاومت موجود در سازه از روی منحنی ظرفیت سازه به دست آمده از تحلیل بارافزون است. بنابراین قاب های ساختمانی منطبق با نیاز ساخت و ساز مرسوم، دارای قاب بادبندی برون محور با خروج از مرکزیت و تعداد طبقات متفاوت بررسی شده است. نتایج حاصل نشان دهنده ضعف سازه های طراحی شده در این مدل ها بر اساس ضوابط شکل پذیری آیین نامه 2800 ویرایش سوم (1384) در قبول تغییرشکل های نهایی مجاز و تحمل نیروی زلزله آیین نامه هستند. لذا به منظور حصول رفتار لرزه ای مناسب باید از ضریب رفتار کمتر و یا محدودیت تغییر مکان به مقادیر کمتر از ضوابط موجود استفاده کرد.

در این مقاله روش تحلیلی برای تخمین احتمال وقوع اشتعال های داخل ساختمانی پس از زلزله ارائه شده است. در این روش بر خلاف روش های مدل سازی موجود که بر اساس کارهای آماری می باشند، بسیاری از عوامل موثر بر وقوع اشتعال های پس از زلزله، و عدم قطعیت های آنها در نظر گرفته شده و با استفاده از جمع احتمالیِ احتمال وقوع اشتعال در هر المان قابل اشتعال، احتمال وقوع اشتعال برای هر ساختمان را جداگانه محاسبه می کند. بر اساس روش پیشنهادی، یک برنامه کامپیوتری بر اساس سیستم اطلاعات جغرافیایی برای مدل سازی اشتعال های داخل ساختمان پس از زلزله نیز تهیه شده است. تئوری این مدل برای جلوگیری از اندرکنش های پارامترهای موثر بر وقوع اشتعال ها، بر پایه گزینه زلزله است. اما قابلیت این را دارد که برای تعداد زیادی زلزله و روابط کاهندگی مختلف احتمال های اشتعال ها را به روش شبیه سازی مونت کارلو برای هر ساختمان تجمیع کرده و به همراه نرخ متوسط سالانه (یا دوره بازگشت) وقوع این احتمال ها ارایه نماید. این مدل برای منطقه 3 در شمال شرق شهر تهران مورد استفاده قرار گرفته و نتایج اولیه حاصل از تحلیل احتمالی مدل اشتعال پس از زلزله برای این منطقه به روش مونت کارلو ارائه شده است.

در بسیاری از ساختارهای زمین شناسی، نفوذپذیری ماتریکس سنگ در مقایسه با شکستگی های توده سنگ ناچیز است و شکستگی ها مسیر اصلی جریان سیال در توده سنگ هستند. رفتار جریان سیال درون شکستگی به دلیل افزایش کارایی مطالعات طراحی، اجرا و ایمنی سازه های زیرزمینی و روباز به عنوان یک موضوع مهم تحقیقاتی تلقی می شود. در این مقاله، جریان سیال یک فازی درون شکستگی های سنگی مطالعه شده است. دامنه محاسباتی یک شکستگی فرضی سه بعدی تولید شده و شبیه سازی جریان آرام و آشفته برای دامنه گسترده ای از سرعت های ورودی جریان و با استفاده از روش حجم محدود انجام شده است. افت فشار در بین مقاطع قائم متوالی در داخل شکستگی محاسبه شده و برای توصیف ارتباط بین دبی و افت فشار ناشی از جریان سیال استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که: (1) افت فشار استاتیک پیش بینی شده با شبیه سازی جریان آشفته برای محدوده عدد رینولدز 4.5 تا 89.5 به ترتیب %3 تا %17 بیشتر از مقادیر پیش بینی شده با شبیه سازی جریان آرام است؛ (2) قانون فورچی میر به خوبی با نتایج شبیه سازی جریان مطابقت دارد و رینولدز بحرانی 15 برای جریان غیر خطی پیشنهاد شده است.

پیش بینی کرنش حجمی و نشست ماسه های اشباع پس از اعمال بارهای لرزه ای نظیر زلزله از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مطالعه اثر ریزدانه های چسبنده بر پاسخ تغییر حجم ماسه های اشباع پس از بارگذاری سیکلی مورد بررسی قرار گرفته است. همه نمونه ها با استفاده از دستگاه سه محوری سیکلی و روش کنترل کرنش بارگذاری شده اند. این مطالعه نشان می دهد، افزایش فشار منفذی حتی در مقادیر کوچکتر از مقدار متناظر با روانگرایی، باعث تغییر حجم قابل توجه نمونه پس از بارگذاری سیکلی می شود. در مخلوط های ماسه - کائولینیت برای نسبت فشار آب منفذی کمتر از 60%، تراکم پذیری حجمی نمونه های حاوی 10% و 20% کائولینیت شبیه به مقدار تراکم پذیری حجمی ماسه تمیز می باشد. در فشارهای منفذی نزدیک به روانگرایی کامل، نمونه های حاوی 10% و 20% کائولینیت، کرنش حجمی نزدیک به 2 تا 2.5 درصد از خود نشان می دهند که مقدار آن کمی بیشتر از ماسه تمیز می باشد. در نسبت های فشار منفذی پائین نمونه های حاوی 30% کائولینیت تغییر حجمی بیش از بقیه نمونه ها تجربه می کنند، بطوریکه مقدار تراکم پذیری حجمی ثبت شده نزدیک به 4 مرتبه بزرگتر از بقیه نمونه ها می باشد.

با وجود ارائه روش های فراوان برای تحلیل دینامیکی سدهای بتنی در دامنه زمان، مطالعات برای یافتن روش هایی با کارایی بالاتر مورد توجه است. با توجه به لزوم تعیین پاسخ سد تحت رکوردهای گوناگون، روش مودال می تواند به طور موثری سرعت و کارایی تحلیل را بهبود بخشد. در این مقاله دو روش مودال برای تحلیل دینامیکی سدهای بتنی وزنی در اندرکنش با آب مخزن (با درجات آزادی فشار) مطالعه شده اند. روش مودال وابسته با استفاده از مودهای سیستم وابسته سد و مخزن به تحلیل مساله می پردازد و روش مودال غیروابسته از مودهای مجزای بدنه سد و آب مخزن برای تحلیل استفاده می کند. تعیین مودهای وابسته با توجه به نامتقارن بودن مساله مقادیر ویژه متناظر با آن، با پیچیدگی هایی همراه است. گرچه حل معادله حرکت سیستم با این روش بسیار سریع انجام می شود، در روش مودال غیروابسته به علت تقارن مساله مقادیر ویژه مربوط به آن، سرعت تعیین مودها زیاد است. حل معادله حرکت دینامیکی نیز در این روش با سرعت مناسب انجام پذیر است.در پایان، یک سیستم سد و مخزن نمونه مورد تحلیل قرار گرفته است. انجام تحلیل با دو روش مورد بررسی، نشان از کارایی بالای آنها به واسطه کاهش محاسبات و حافظه مورد نیاز در تحلیل دارد.

موضوع تحقیق حاضر، مقایسه مقاومت فشاری سطح و هسته ستون های حجیم، با نمونه های استاندارد می باشد. بدین منظور 8 طرح اختلاط با نسبت آب به سیمان 0.3 ساخته شد. علاوه بر طرح شاهد (بدون مواد جایگزین سیمان)، نمونه هایی با جایگزینی پوزولان طبیعی، خاکستر بادی و میکروسیلیس بجای درصدی از وزن سیمان تهیه گردید. پس از ساخت بتن، نمونه حرارتی در داخل محفظه نیمه آدیاباتیک قرار گرفته و تاریخچه دمایی توسعه یافته، به دستگاه ویژه عمل آوری نمونه های مقاومتی انتقال می یابد. برای مدل سازی بتن هسته و سطح ستون های حجیم، در زمان مقرر نمونه ها از شرایط یاد شده خارج و تا سن آزمایش بطور ویژه عمل آوری می شوند. نتایج حاصل نشان می دهد که در بتن های بدون پوزولان و حاوی پوزولان های طبیعی و خاکستر بادی، افزایش زمان قالب برداری باعث کسب مقاومت بیشتر نمونه های سطحی می شود. اما برداشت سریع تر قالب ها از روی بتن حاوی میکروسیلیس، باعث بهبود کسب مقاومت این نمونه ها می شود. همچنین میکروسیلیس باعث افت بیشتر مقاومت نمونه ها در شرایط هسته می شوند.

در اواخر دهه هفتاد میلادی Mesri و همکارانش با انجام مطالعات گسترده ای پیرامون نشست درازمدت خاک های ریزدانه، نظریه خود را مبنی بر ثابت بودن نسبت ضریب تحکیم ثانویه به شاخص تحکیم (Ca/Cc) ارائه نمودند. مطالعات فراوانی به منظور برابری نتایج آزمایشگاهی و یافته های ساختگاهی با این نظریه صورت گرفته است که تاکنون نیز ادامه دارد. در محدوده بررسی های انجام شده، تاکنون مطالعاتی بر روی خصوصیات تحکیم ثانویه خاک های نواحی مختلف ایران بر اساس مفهوم نسبت (Ca/Cc) در متون فنی گزارش نشده است و هیچگونه اطلاعاتی پیرامون مقادیر این نسبت برای خاک های ایران در دست نمی باشد. بنابراین در این مقاله به بررسی خصوصیات تحکیم ثانویه خاک های مختلف با تکیه بر مفهوم (Ca/Cc) پرداخته شده است. برای این منظور نمونه هایی دست نخورده از شش محل مختلف در نواحی شمالی ایران تهیه شده و آزمایشهای تحکیم یک بعدی بر روی آنها صورت گرفته است. در هر مرحله از بارگذاری به نمونه ها اجازه داده شده است تا به مدت یک تا سه هفته به تحکیم درازمدت خود ادامه دهند. در نهایت نسبت (Ca/Cc) برای تمامی نمونه ها بدست آمده است. روند تغییرات ضریب تحکیم ثانویه (Ca) در برابر شاخص تراکم (Cc) برای تمامی نمونه ها بیانگر وجود نسبت (Ca/Cc) منحصر بفردی برای خاک های نواحی مختلف مورد بررسی می باشد. مقایسه میان نتایج بدست آمده و روابط موجود در ادبیات فنی بیانگر ضعف این روابط و توانایی بالای مفهوم نسبت (Ca/Cc) در تخمین مشخصات تحکیم ثانویه نمونه ها می باشد.

تاکنون عمده توجهات در تحقیقات بتن خودتراکم روی طرح اختلاط و خواص مکانیکی آن بوده است و می توان گفت کارهای محدودی به منظور ارزیابی عملکرد این بتن از نظر دوام و پایایی صورت گرفته است. یکی از عوامل فیزیکی زیان آور بر روی دوام بتن، دمای زیاد است. هدف از انجام این پژوهش، بررسی تاثیر دمای زیاد بر خواص مکانیکی بتن خودتراکم حاوی پومیس، می باشد. پوزولان پومیس هم به صورت 15% وزنی جایگزین سیمان و هم 15% وزنی جایگزین فیلر استفاده شده و نسبت آب به سیمان در تمامی طرح اختلاط ها ثابت می باشد. نمونه ها پس از 28 روز عمل آوری، تحت شرایط یکسان و بدون اعمال هیچ گونه باری در کوره تا رسیدن به دماهای 200، 450، 600 و 800 درجه سانتیگراد با سرعت ثابت 2.5 (oC/min) حرارت دیدند و 2 ساعت در این دماها نگه داشته شدند. سپس با رسیدن دمای نمونه های داخل کوره به دمای محیط، آزمایش مقاومت فشاری و آزمایش های غیر مخرب نظیر چکش اشمیت و التراسونیک و همچنین توزین نمونه ها انجام گردید. با توجه به نتایج حاصل از آزمایش های فوق می توان گفت تا دمای 800 درجه سانتیگراد، تقریبا بتن خودتراکم با 15% وزنی پومیس جایگزین فیلر، دارای مقاومت پسماندی بیش از سایر نمونه ها می باشد.

در بسیاری از قاب های خمشی موجود از ستون های مرکب از دو نیمرخ I استفاده شده و اتصال تیر به آنها به کمک صفحات روسری و زیرسری انجام شده است. این اتصال به علت تغییرشکل زیاد ورق پوششی ستون، رفتار نیمه صلب، نیمه مقاوم و ترد خواهد داشت. برای تقویت اتصال، استفاده از سخت کننده های قائم پیشنهاد شده است.برای مقایسه رفتار اتصال قبل و بعد از تقویت، مدل پاره سازه یک طرفه با اتصال یاد شده به صورت تقویت شده و تقویت نشده با استفاده از روش اجزاء محدود تحت بار سیکلی با برنامه غیرخطی ANSYS تحلیل شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که استفاده از سخت کننده های قائم با اصلاح سازوکار انتقال نیرو و کاهش تغییر شکل ورق پوششی ستون دوبل، سبب می شود که رفتار اتصال تا حد قابل ملاحظه ای بهبود یابد.

در این مقاله، عملکرد سازه های فولادی بلند با سیستم دوگانه قاب - دیوار (شامل قاب خمشی فولادی و دیوار برشی بتن آرمه) در حوزه نزدیک به گسل لرزه زا با توجه به معیارهای پذیرش آیین نامه های FEMA356 ATC40 و دستورالعمل بهسازی لرزه ای، مورد بررسی قرار می گیرد. به منظور بررسی عملکرد سازه در حوزه نزدیک و مقایسه با عملکرد آن در حوزه دور از گسل و همچنین بررسی کفایت تحلیل های استاتیکی غیرخطی در بیان عملکرد سازه، تحلیل های تاریخچه زمانی غیرخطی تحت رکوردهای حوزه نزدیک و دور و تحلیل استاتیکی غیرخطی صورت گرفته و عملکرد سازه بر اساس معیارهای پذیرش آیین نامه های یاد شده، کنترل شده است. نتایج بدست آمده بیانگر آن است که بر خلاف عملکرد مناسب سیستم دوگانه قاب - دیوار در حوزه دور از گسل، عملکرد آن در حوزه نزدیک به گسل، به علت فراتر بودن تغییر مکان های جانبی نسبی بین طبقه ای از حدود مجاز، قابل پذیرش نمی باشد. از نتایج مهم دیگر می توان به ضعف آیین نامه 2800 در بیان ترکیب بار بحرانی ستون ها و همچنین ضعف روش های استاتیکی غیرخطی در بیان عملکرد سازه های بلند اشاره نمود.

در این تحقیق غلظت محلول سیلیکات سدیم در بهسازی سیلت غیر خمیری با روش تزریق الکتروکینتیک بررسی شده است. محلول های سیلیکات از طریق یک مخزن در کنار الکترود آند به درون خاک تزریق شده اند. تزریق سیلیکات سدیم مقاومت خاک را بسته به غلظت محلول، در مجاورت الکترود آند بین 5 تا 8 برابر افزایش داده است. تزریق 5 و 10 درصد از این محلول مقاومت خاک را در کل طول نمونه به مقدار قابل توجه افزایش می دهد. اگر چه محلول 20 درصد سیلیکات سدیم، مقاومت خاک را در مجاورت آند به شدت افزایش می دهد، اما تغییر قابل ملاحظه ای در مقاومت در سایر بخش های نمونه دیده نمی شود. بیشترین افزایش مقاومت در طول نمونه (طول نفوذ دوغاب) به تزریق محلول 5 درصد سیلیکات سدیم در آند و محلول 10 درصد اسید فسفریک در کاتد اختصاص دارد بطوری که مقاومت 3.3 تا 4.0 برابر شده است. کمترین عمق نفوذ دوغاب به تزریق محلول 20 درصد سیلیکات سدیم در آند اختصاص دارد. در این پژوهش نشان داده می شود که می توان با این روش برای شکل گیری یک شمع و یا بهسازی لرزه ای در زیر پی های موجود اقدام نمود.

پانل برشی، با جاری شدن برشی جان به عنوان یک فیوز شکل پذیر در سازه فولادی مهاربندی شده، انرژی زلزله را مستهلک می کند و موجب الاستیک ماندن سایر عناصر سازه می شود. به منظور بررسی تاثیر استفاده از سیستم پانل برشی یا تیر پیوند قائم در استهلاک انرژی اعمال شده به سازه، دو ساختمان پنج و هشت طبقه دو بعدی با مهاربندی شورون، با کمک پانل های برشی مورد بهسازی لرزه ای قرار گرفتند. با استفاده از سیستم پانل برشی، تقریبا تمام پارامترهای لرزه ای مورد بررسی، در سازه های پنج و هشت طبقه، بهبود یافتند. با کمک سیستم پانل برشی، متوسط تغییر مکان حداکثر بام، برش پایه حداکثر و شتاب بیشینه طبقات در ساختمان پنج طبقه به ترتیب 29، 70 و 62 درصد، کاهش نشان می دهند. در حالی که کاهش این پارامترها در ساختمان هشت طبقه، به ترتیب برابر 43، 27 و 40 درصد بود. این موضوع نشان می دهد تاثیر پانل برشی برای کاهش برش پایه حداکثر در سازه های کوتاه بیشتر است. در مجموع استفاده از پانل برشی به عنوان روشی کارآمد، منطبق با شرایط اجرایی کشور و بدون نیاز به واردات فنآوری خارجی برای طراحی لرزه ای ساختمان های فولادی جدید و بهسازی لرزه ای موارد موجود توصیه می شود.