مهندسی عمران شریف
سال:1398 | دوره:35-2 | شماره:4/1 |تعداد مقالات:14

یکی از پارامترهای مهم در نتایج تثبیت خاک های رسی، درصد و نوع کانی های رسی موجود در خاک است که در روش های متداول تثبیت با آهک، به آن توجه کمتری شده است و بنابراین، نتایج روش های مذکور مغایرت های قابل توجهی با یکدیگر دارند. در همین راستا، در پژوهش حاضر به منظور انجام مطالعات ریزساختاری و درشت ساختاری فرایند تثبیت، ترکیب های مختلف بنتونیت و کایولینیت که حاوی انواع و درصدهای مختلف کانی های رسی هستند، با درصدهای مختلف آهک آزمایش شده اند. بر روی نمونه های مورد مطالعه پس از 7 و 28 روز عمل آوری، آزمایش های تک محوری انجام شد. در راستای انجام مطالعه ی ریزساختاری، عکس های SEM مطالعه شدند. نتایج مطالعات انجام شده، بیانگر آن است که تثبیت با آهک موجب افزایش حدود 2 تا 10 برابری مقاومت تک محوری نمونه های رسی نرم می شود. لازم به ذکر است که اندرکنش خاک افزودنی، میزان پیشرفت واکنش های پوزولانی طی زمان، ترکیب بهینه ی خاک و آهک و نیز بازدهی فرایندتثبیت به شدت وابسته به انواع و درصد کانی های رسی موجود در خاک است.

گودبرداری های عمیق در خاک های رسی نرم می تواند در اثر ایجاد نشست ها و جابه جایی های قابل توجه به دلیل پدیده ی خزش دچار مشکل شود. در پژوهش حاضر، تاثیر لحاظ کردن زمان انجام فعالیت ها و خزش اتفاق افتاده در خاک های رسی نرم در میزان جابه جایی افقی در دیواره ی گودبرداری های عمیق بررسی شده است. در بررسی انجام شده، ابتدا گودبرداری عمیق که با روش ترکیبی مهارهای پیش کشیده و میخ کوبی اجرا شده اند و در آن ها لایه های خاک های رسی نرم وجود دارد، با 3 مدل رفتاری مختلف: موهر کولمب، سخت شونده و خاک نرم با رفتارخزشی به صورت عددی مدل سازی و سپس نتایج حاصل با داده های اندازه گیری شده ی واقعی پروژه های مذکور مقایسه شده است. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که اگر زمان انجام فعالیت ها به همراه مدل رفتاری خزشی در مدل سازی عددی لحاظ شود، نتایج به دست آمده انطباق بهتری را به نسبت مدل های رفتاری غیرزمان مند با شرایط واقعی پروژه خواهد داشت.

در پژوهش حاضر به بررسی عمق آب شستگی در شرایط جریان دایمی و غیردایمی و بستر مسلح و غیرمسلح با استفاده از سیستم عصبی فازی تطبیقی (آنفیس) و الگوریتم های بهینه سازی پرداخته شده است. مدل سازی ها به دو دسته ی برآورد عمق آب شستگی در جریان دایمی با استفاده از داده های صحرایی پل های مناطق مختلف آمریکا و برآورد عمق آب شستگی در جریان غیردایمی و شرایط بستر مسلح و غیرمسلح با استفاده از سه مجموعه داده ی آزمایشگاهی تقسیم می شود. در پژوهش حاضر، به منظور بهبود مدل سازی ها پس از مدل سازی با کل مجموعه ی داده ها، داده های پرت حذف شده اند، سپس در مدل سازی های آب شستگی در جریان غیردایمی که تعداد پارامترهای ورودی زیاد است، با استفاده از روش های کاهش ابعاد، تعداد پارامترها کاهش یافته و سپس به منظور بهینه سازی آموزش مدل ها از الگوریتم های ژنتیک و ازدحام ذرات استفاده شده است. نتایج مدل سازی ها در جریان دایمی حاکی از آن است که مدل آنفیس در مقایسه با روابط تجربی، نتایج دقیق تری ارایه می دهد. در مدل سازی ها جریان غیردایمی نیز نتایج حاکی از عملکرد مناسب تر مدل عصبی فازی تطبیقی در مقایسه با روابط تجربی است. همچنین حذف داده های پرت و کاهش تعداد پارامترها باعث بهبود نتایج آنفیس شده و در بهینه سازی آموزش سیستم عصبی فازی تطبیقی، هر دو الگوریتم عملکرد مناسبی ارایه داده اند. هر چند مدل بهینه شده توسط الگوریتم ازدحام ذرات در آموزش سیستم، عملکرد موفق تری داشته است.

در مطالعه ی حاضر، اثر تغییر زاویه ی المان های قطری در ضریب رفتار، ظرفیت فروریزش و منحنی شکنندگی فروریزش سازه های دایاگرید فولادی بررسی شده است. برای این منظور، پس از تحلیل استاتیکی غیرخطی مدل ها در نرم افزار OpenSees، ضریب رفتار این نوع سیستم سازه یی با روش پیشنهاد شده در 19− ATC محاسبه شد. سپس، به منظور ارزیابی عملکرد لرزه یی و صحت سنجی ضریب رفتار محاسبه شده، نسبت به انجام تحلیل های دینامیکی غیرخطی افزایشی)IDA(اقدام و منحنی های شکنندگی فروریزش با استفاده از 44 رکورد زلزله ی حوزه ی دور استخراج شدند. در ادامه، با کمک متدولوژی پیشنهاد شده در دستورالعمل 695FEMA P-و با درنظر گرفتن عدم قطعیت های مختلف، اعتبار ضرایب عملکرد لرزه یی به کار گرفته شده کنترل شد. در فرایند مدل سازی، رفتار پس کمانش اعضاء قطری در نظر گرفته شد. نتایج به دست آمده نشان می دهند تاثیر تغییر زاویه ی المان های قطری در ضریب رفتار به نسبت ارتفاع به عرض سازه بستگی دارد. همچنین با افزایش زاویه ی اعضاء قطری، عدم قطعیت در داده های فروریزش کاهش می یابد.

ایجاد ساختمان های مرتفع و نزدیک به هم سبب می شود که در هنگام زلزله به سبب اختلاف در ارتفاع و سیستم های مقاوم لرزه یی، رفتار متفاوتی از ساختمان های مجاور بروز کند و جابه جایی جانبی آن ها منجر به برخورد)ضربه(می شود. لذا با هدف جلوگیری از برخورد آن ها، نوشتار حاضر به تخمین «نیاز زاویه ی درز انقطاع» در بالاترین تراز برخورد از ترکیب های هم جواری دوتایی قاب های خمشی فولادی 2 تا20 طبقه، تحت رکوردهای زلزله های حوزه ی دور و نزدیک گسل پرداخته و مقادیر به دست آمده از تحلیل دینامیکی تاریخچه ی زمانی غیرخطی با ضوابط استاندارد 2800 مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که در برخی حالت های هم جواری، ضوابط استاندارد 2800 منجر به تخمین دست پایین زاویه ی درز انقطاع می شود. همچنین میانگین افزایش نیاز اشاره شده در حالت های مورد بررسی تحت مولفه ی عمود بر گسل زلزله های حوزه ی نزدیک، به ترتیب 1٫ 48 و 1٫ 35 برابر مقادیر حاصل از زلزله های حوزه ی دور از گسل و مولفه ی موازی گسل زلزله های حوزه ی نزدیک است.

در نوشتار حاضر، فرمول بندی روش المان های کاربردی اصلاح شده جهت تحلیل خطی سازه ها در محدوده ی تغییرشکل های کوچک بیان شده است. همانند روش المان کاربردی، سازه به صورت مجموعه یی از المان های صلب در نظر گرفته می شود، با این تفاوت که هر دو المان از سازه به وسیله ی فقط یک فنر که سختی محوری، برشی و چرخشی دارد، به یکدیگر متصل می شوند. تغییرشکل ها در سازه به کمک اصل کمینه ی انرژی پتانسیل کل محاسبه می شوند. نتایج نشان می دهند تحلیل یک تیر کنسولی با روش پیشنهادی، حتی با مدلی که شامل تعداد کمینه ی المان است، خطای محاسباتی کمتر از 2٪ دارد. در حالی که حل همین مسیله به کمک روش المان های کاربردی با همین ابعاد المان، بیش از 31٪ خطای محاسباتی دارد. همچنین زمان محاسباتی روش پیشنهادی، کمتر از 40٪ زمان محاسباتی در روش المان های کاربردی با 10 سری فنر اتصال است.

مشاهده ی خسارت های وارده به ساختمان ها در اثر زلزله ی نورثریج (1994) روشن کرد که برخلاف رفتار مورد انتظار، شکست های ترد در اتصال ها در سطح دوران های خمیری بسیار پایین تری در مقایسه با ظرفیت اتصال روی داده است. برای رفع نقیصه ی رخداده، پژوهشگران اتصال های جدیدی را پیشنهاد کرده اند که اتصال پس کشیده یکی از آنهاست. اتصال پس کشیده از کابل های پس کشیده و اتلاف کننده ی انرژی ساخته می شود. کمبود مطالعات عددی درباره ی عوامل موثر در رفتار اتصال پس کشیده، انگیزه ی مطالعه ی حاضر است. در نوشتار حاضر به کمک آباکوس و صحت سنجی مدل سازی، 3 نمونه از اتصال مدل سازی و تاثیر عواملی، همچون: استفاده از نبشی با طول و ورق تقویتی با عرض بزرگتر، نیروی پس کشیدگی بزرگتر و استفاده از نبشی جان در رفتار اتصال مطالعه شده است. در محدوده ی مدل های نوشتار حاضر، نتایج نشان می دهد که افزایش طول نبشی و عرض ورق تقویتی از یک سو و به کارگیری نبشی جان به عنوان ایده یی جدید، باعث افزایش ظرفیت خمشی، اتلاف انرژی و سختی اتصال می شود. به علاوه، افزایش نیروی پس کشیدگی، مقاومت اتصال را به اندازه ی 6٪ افزایش می دهد.

سازه های امن زیرزمینی، سازه هایی هستند که در عمق مشخصی از سطح زمین، عموما به وسیله ی بتن مسلح ساخته می شوند و سپس خاکریزی به عنوان سربار روی آن ها اجرا می شود. در پژوهش حاضر، با مدل سازی سه بعدی محیط خاک و لایه ی مسلح کننده ی ژیوفوم در نرم افزار اجزاء محدود آباکوس، به بررسی کارایی ژیوفوم به عنوان مانع جداساز انفجاری در خاکریز سربار سازه ی زیرزمینی پرداخته شده است. به منظور بررسی کارایی ژیوفوم در کاهش بیشینه ی فشار ناشی از بار انفجاری، از متغیر درصد کاهش در روند تحلیل ها استفاده شده و نتایج نشان داده است که استفاده از لایه ی ژیوفوم، بیشینه ی فشار توسعه یافته در خاکریز سربار در اثر انفجار را به طور چشم گیری)تا 61\٪ (کاهش می دهد. همچنین با تغییر طول و عرض لایه ی ژیوفوم در محدوده ی 2 تا 8 متر، درصد کاهش، 15٫ 8\٪ افزایش یافته است. از سوی دیگر، با افزایش ضخامت خاکریز سربار لایه ی ژیوفوم، درصد کاهش، 9+\٪ تغییریافته است که با درنظر گرفتن شرایط خاص هر پروژه، ازجمله نمودار هزینه فایده، می توان مقدار بهینه یی برای هر یک از متغیرهای بیان شده به دست آورد. در انتها، رابطه یی برای محاسبه ی درصد کاهش به دست آمده است که در طراحی خاکریزهای دفاعی هوشمند کارایی دارد.

یکی از مکانیسم های خرابی که در دهه های اخیر توجه به آن افزایش پیدا کرده است، خرابی پیش رونده است. وقوع حوادث مختلفی، از قبیل: انفجار، آتش سوزی، برخورد وسایط نقلیه، خطا در محاسبات یا ساخت و. . . می توانند باعث ایجاد خرابی موضعی در سازه شوند و در برخی موارد گسترش آن ها می تواند منجر به تخریب کل سازه و یا بخش بزرگی از آن شود، که پدیده ی مذکور را خرابی پیش رونده می نامند. در نوشتار حاضر، به بررسی رفتار قاب خمشی فلزی با اتصال گیردار با مقطع کاهش یافته، ورق کناری و ورق زیر سری و روسری با جان تقویت شده تحت اثر خرابی پیش رونده پرداخته شده است. جهت بررسی پتانسیل خرابی پیش رونده از ساختمان های 6، 9 و 12 طبقه)بیانگر ساختمان های کوتاه مرتبه، میان مرتبه و بلندمرتبه(با سیستم قاب خمشی فلزی متوسط استفاده شده است. آنالیزهای روش مسیر جایگزین خرابی پیش رونده ی انجام گرفته نشان می دهد که اتصال با مقطع کاهش یافته، مقاومت بالاتری نسبت به اتصال با ورق کناری و اتصال گیردار مستقیما تقویت شده ی جوشی دارد، به گونه یی که مقدار جابه جایی آن تا 20\٪ کمتر است. از مجموع 81 مدل تحلیل شده، در 19 مدل شکست سازه اتفاق افتاده است، که در حدود 30\٪ آن ها مربوط به مدل های با اتصال کاهش یافته، 33\٪ مربوط به مدل های با اتصال با ورق کناری و 37\٪ شامل مدل های با اتصال گیردار مستقیما تقویت شده ی جوشی هستند.

بررسی رفتار خزشی خاک های ریزدانه تحت بارگذاری ثابت در طول زمان از مسایل قابل توجه در روند ارزیابی رفتار آن ها و نشست های درازمدت پی ها و جابه جایی های جانبی سازه های نگهبان مختلف است. خاک های دانه یی، اغلب خزش قابل توجهی ندارند. در پژوهش حاضر که بر روی نمونه های خاک های ریزدانه ی رس و لای مناطق مختلف شهر مشهد صورت گرفته است، با استفاده از انجام آزمایش های تحکیم روی نمونه های دست نخورده با ادامه دادن بارگذاری ثابت در طول زمان منطبق بر روند مطالعات خزشی تعدادی از پژوهشگران، تغییرمکان های خزشی بعد از مرحله ی تحکیم اصلی بررسی شده است. همچنین نتایج ضرایب تحکیم ثانویه ی نمونه ها با مطالعات پیشین کنترل و با استفاده از تحلیل های آماری رگرسیون، روابط همبستگی ضرایب خزشی با سایر پارامترهای مشخصات فیزیکی ریزدانه به صورت کاربردی جهت ارزیابی سریع روند جابه جایی خزشی خاک های ریزدانه ی رس و لای ارایه شده است.

در نوشتار حاضر، رفتار لرزه یی مخازن جداسازی شده ی ذخیره ی آب، تحت اثر زلزله های با زمان تناوب بلند بررسی شده است؛ چرا که زمان تناوب نسبتا بالای مخازن مذکور باعث می شود در برابر زلزله های با دوره های تناوب بلند حساس باشند. برای این منظور، از روش نوینی به نام تحریک بحرانی، برای اولین بار استفاده شده است که در آن زلزله های بحرانی هر سازه با توجه به مشخصات و پارامترهای آن، تولید و به سازه ی موردنظر اعمال می شوند، تا بتوان عملکرد لرزه یی سازه ی موردنظر را در حین زلزله و پس از آن بالا برد. برای بررسی رفتار مخازن تحت زلزله های با دوره های تناوب بلند، از سه نوع مخزن پهن، متوسط و لاغر مجهز به دو نوع جداگرهای لاستیکی با هسته ی سربی و اصطکاکی پاندولی استفاده شده است که تحت اثر زلزله های بحرانی قرار گرفتند. با توجه به این مفهوم که زلزله های بحرانی (به عنوان بیشینه ی زلزله یی که در منطقه ی موردنظر برای مخازن مذکور ممکن است رخ دهد) بسیار بزرگ تر و قوی تر از زلزله ی اصلی خواهند بود، نتایج به دست آمده نیز نشان می دهند که استفاده از روش تحریک بحرانی، سبب بحرانی تر شدن مخازن می شود و استفاده از آن موجب درک بهتر عملکرد مخازن ذخیره ی آب در برابر بیشینه ی زلزله در منطقه ی موردنظر می شود.

بعد از یک زلزله ی شدید، تعداد زیادی پس لرزه به دلیل اندرکنش پیچیده ی تنش بین و در داخل صفحات تکتونیکی به وقوع می پیوندد. اگرچه بزرگی پس لرزه ها عموما کوچک تر است، لیکن شدت حرکت زمین می تواند بزرگ تر باشد و مقدار انرژی متفاوتی نسبت به زلزله ی اصلی داشته باشد. در پژوهش حاضر، عملکرد سازه های کوتاه مرتبه ی قاب خمشی فولادی با مهاربند واگرا تحت تاثیر توالی لرزه یی بررسی شده است. برای این منظور، سازه های کوتاه مرتبه ی 3، 5 و 7 طبقه در نرم افزار D3 Perform تحت تحلیل دینامیکی تاریخچه ی زمانی قرار گرفته و با رسم منحنی شکنندگی سازه ها در سطوح عملکرد مختلف، آسیب پذیری لرزه یی سازه ها بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش تعداد طبقات، آسیب پذیری کاهش می یابد و احتمال فراگذشت خرابی در زلزله های دور از گسل بیشتر از زلزله های نزدیک گسل است. همچنین در بحث توالی لرزه یی با تکرار زلزله ی اصلی، معمولا در زمانی زلزله ی دوم تاثیرگذار است که PGA آن از زلزله ی اول بزرگ تر باشد.

در بیشتر مطالعات بررسی کاهش خسارت های ناشی از زلزله، اقدام به تحلیل خطر زلزله و همچنین پیش بینی جنبش حرکت زمین توسط روابطی موسوم به روابط پیش بینی حرکت زمین انجام می شود. هدف نوشتار حاضر، دستیابی به رابطه ی پیش بینی حرکت زمین با میزان پایداری بالاست. بدین منظور، به بهینه سازی ضرایب مدل پیش بینی بور و آتکینسون (2008) پرداخته شده است. برای تحقق هدف ذکر شده از الگوریتم ژنتیک با تابع هدف معیار بیشینه ی درست نمایی برای افزایش میزان تناسب رابطه بر روی مجموعه ی داده های مورد استفاده و تابع هدف بازنمونه گیری داده ها برای افزایش پایداری رابطه استفاده شده است. داده های مورد استفاده در مطالعه ی حاضر، بخشی از داده های جهانی مرکز مطالعات مهندسی زلزله ی پاسفیک با تعداد 15348 رکورد بوده است. به منظور ارزیابی مدل اشاره شده، آزمون های آماری بر روی آن انجام و نتایج به دست آمده با 8 مدل از روابط نسل جدید مقایسه شده است. نتایج مقایسه ی پژوهش حاضر حاکی از آن است که مدل به دست آمده، کمترین میزان بیشینه ی درست نمایی (LLH) به مقدار 1٫ 9 و همچنین پایدارترین رابطه از نظر معیار بازنمونه گیری داده (RSA) با نموداری صعودی و نزدیک ترین به عدد 1 است. نتایج سایر آزمون های آماری، از جمله: معیارهای خطا، معیار ضریب تعیین، و معیار کارایی با نتایج به ترتیب 0٫ 86، 0٫ 98 و 88٫ 19 نیز حاکی از قابل قبول بودن و کارایی بالای مدل اشاره شده است.

در طی زلزله های پیشین، تعداد زیادی از شمع های استفاده شده دچار آسیب شده اند که متاسفانه در نمونه های کمی از آن ها، اطلاعاتی قابل استفاده به ثبت رسیده است. هدف از پژوهش حاضر، مدل سازی شمع و خاک براساس روش وینکلر و آنالیز احتمالاتی آن تحت بار دینامیکی زلزله با اعمال عدم قطعیت در پارامترهای ورودی خاک و بتن است. برای این منظور با برنامه نویسی در محیط متلب، آنالیز دینامیکی در حوزه ی زمان با استفاده از روش نیومارک و شبیه سازی مونت کارلو به عنوان ابزاری جهت آنالیز احتمالاتی با یکدیگر ادغام شدند تا توزیع احتمالاتی جابه جایی، سرعت و شتاب هر نقطه از شمع تعیین شود. جهت صحت سنجی، نتایج جابه جایی شمع و طیف پاسخ شتاب ساختگاه در حالت قطعی مقایسه شده است. از جمله مهم ترین دستاوردهای پژوهش حاضر، می توان به تعیین تابع توزیع احتمال بیشینه ی جابه جایی شمع و بررسی احتمالاتی تاثیر طول شمع در جابه جایی آن در یک آنالیز دینامیکی اشاره کرد.