مهندسی عمران شریف
سال:1400 | دوره:37-2 | شماره:2/2 |تعداد مقالات:14

پژوهش حاضر برای بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان روی سرریز گابیونی عریض در ابعاد مختلف طرح ریزی شده است. آزمایش ها جمعاً برای 12 مدل با سه طول 100، 200 و 300 میلی متر و دو ارتفاع 100 و 200 میلی متر و دو دانه بندی گابیون 31/1 و 93/2 میلی متر انجام پذیرفته است. ابتدا با ایجاد شرایط آزاد جریان پایین دست سرریز، ضریب دبی برای سرریزهای لبه پهن گابیونی و صلب مقایسه شد. پس از حصول اطمینان از صحت آزمایش ها، با افزایش عمق پایین دست به منظور مستغرق ساختن سرریز گابیونی، رفتار جریان در استغراق های مختلف بررسی شده است. چهار وضعیت هیدرولیکی برای سرریز گابیونی بر اساس عدد فرود جریان در روند آزمایش ها تشخیص داده شد. وضعیت ها عبارت اند از: جریان آزاد، جریان با پرش پایین دست، جریان با فرم موجی بر سطح آب در پایین دست و جریان کاملاً مستغرق. نتایج نشان دادند با تغییر جریان از حالت آزاد به مستغرق پیش بینی می شود جریان درون گذر از گابیون کاهش یابد و جریان از روی سرریز عبور کند. این بدین معناست با افزایش عمق پایین دست جریان، رفتار هیدرولیکی سرریز گابیونی عریض تغییر می کند و از سرریز گابیونی به سرریز لبه پهن تغییر وضعیت می دهد. در انتها، با استفاده از میزان درجه ی استغراق و عدد فرود بالادست، معادله یی برای تعیین محدوده ی هیدرولیکی رژیم های جریان ارائه شده است.

در مطالعه ی حاضر، به منظور بررسی تغییرات به وجود آمده در حدود اتربرگ و تنش برشی خاک های ماسه یی رس دار از آزمایش های حدود اتربرگ و برش مستقیم در درصدهای مختلف نانورس بر روی ماسه های رس دار با ترکیب گوناگون درصدهای ماسه و رس انجام شده است. همچنین، جهت بررسی میکروسکوپی بافت نمونه ها از میکروسکوپ الکترونی روبشی برای پیمایش سطح نمونه ها استفاده شده است. بررسی تصاویر نشان می دهد ذرات نانورس در صورت نبود رس در نمونه ی خاک (یعنی خاک ماسه یی خالص) یا عدم پراکندگی یکنواخت، اثر معکوس در رفتار خاک خواهند داشت. در صورت وجود رس در خاک ماسه یی و همچنین پراکنده شدن یکنواخت نانورس در خاک، پارامترهای ژئوتکنیکی خاک بهبود می یابند. برای خاک مورد مطالعه در پژوهش حاضر، بهترین ترکیب از نظر مقاومت برشی، مربوط به خاکی است که از ترکیب 80% ماسه و 20% تشکیل شده و با افزودن 4% نانورس به آن، بهترین نتیجه از نظر مقاومت برشی به دست آمده است.

انرژی زمین گرمایی یکی از منابع نامحدود انرژی در سطح جهان است. یکی از راه های برداشت انرژی مذکور، استفاده از شمع های حرارتی است که علاوه بر انتقال بار سازه ی بالایی، وظیفه ی انتقال حرارت بین زمین و ساختمان را دارند. از این رو توده ی خاک و شمع متحمل بارهای حرارتی می شوند که می توانند مشخصه های مکانیکی و مقاومتی سطح مشترک خاک و شمع را تحت تأثیر قرار دهند. به همین منظور، برای بررسی تأثیر دما در مقاومت سطح مشترک خاک و شمع، مجموعه ی آزمایش های برش مستقیم به صورت تحلیل همبسته ی ترموهیدرومکانیکی، برای اولین بار در نرم افزار المان محدود آباکوس بررسی شده است. در مدل سازی انجام شده، تغییرات مقاومت برشی سطح مشترک خاک رس ایلیت و بتن تحت تأثیر بار مکانیکی و ترمومکانیکی بررسی شده است. اصلی ترین نتیجه ی پژوهش حاضر نشان می دهد که با افزایش دما به میزان 50 درجه ی سانتی گراد، مقاومت سطح مشترک خاک و شمع به طور متوسط به اندازه ی 20 کیلوپاسکال افزایش می یابد.

استفاده از دیوارهای گهواره یی به عنوان یک جایگزین در جهت رفع برخی نواقص لرزه یی دیوارهای برشی همانند خسارت چشم گیر در پایه و تغییرمکان ماندگار، با استقبال گسترده یی روبرو شده است. علی رغم کارهای آزمایشگاهی مختلف درخصوص عملکرد لرزه یی دیوارهای گهواره یی، تاکنون مدلی تحلیلی، که رفتار غیرخطی آن را تحت زلزله پیش بینی و میزان خسارت در سطح دیوار را مشخص کند، ارائه نشده است. هدف از پژوهش حاضر، ارائه ی روشی کاربردی جهت مدل سازی و تخمین خسارت دیوارهای گهواره یی با کابل های پس کشیده تحت بارگذاری لرزه یی است. بدین منظور جهت مدل سازی دیوار گهواره یی از نرم افزارPerform3D استفاده شده است. جهت اطمینان از صحت مدل سازی، نتایج آزمایشگاهی با نتایج تحلیلی مقایسه شده اند، که مدل پیشنهادی به خوبی می تواند رفتار غیرخطی دیوار گهواره یی را تحت زلزله پیش بینی کند. همچنین با استفاده از شاخص خرابی، میزان خسارت وارده به دیوار با بهره گیری از نتایج مدل سازی برآورد شده است، که مقایسه ی بین خرابی برآورد شده و دیوار آزمایشگاهی انطباق بالایی را نشان داده است.

ارتعاش حاصل از پی ماشین آلات، دامنه ی وسیعی از کرنش های برشی را در بستر ایجاد می کند. مدول برشی دینامیکی و نسبت میرایی بستر تابعی از دامنه ی کرنش برشی هستند؛ بنابراین، انتخاب مقادیر مناسب خصوصیات دینامیکی اخیر، متناسب با دامنه ی کرنش برشی غالب حاصل از اثر ارتعاش سیستم، اهمیت زیادی در طراحی پی ماشین آلات دارد. در نوشتار حاضر، طراحی و ساخت سیستم آزمایش مدل پی مرتعش (FMRT) با توانایی ایجاد دامنه ی وسیعی از کرنش های برشی در بستر مدنظر است. سیستم آزمایش FMRT، انجام آزمایش ارتعاش پایدار و آزاد و اندازه گیری پاسخ دینامیکی پی و خصوصیات دینامیکی بستر را در سطوح مختلف کرنش برشی میسر می سازد. همچنین سیستم اخیر، قابلیت تولید ارتعاش هارمونیک سینوسی قائم، افقی و مایل خالص و ارتعاش هارمونیک ناشی از یک جرم دوار را دارد. در نوشتار حاضر، نمونه یی از آزمایش های FMRT و کاربرد همبستگی نتایج آن ها ارائه شده است. از جمله قابلیت های دستگاه می توان به غیرمخرب بودن، تکرارپذیری، دقت، هزینه ی مناسب، زمان کوتاه انجام آزمایش، امکان کنترل خطاهای احتمالی و امکان استفاده در کارگاه و آزمایشگاه اشاره کرد.

در نوشتار حاضر، به بررسی آثار اصلاحی پلیمرهای استایرن بوتادین رابر و استایرن آکریلیک در خواص مکانیکی و دوام مخلوط های پایه سیمان آلومینات کلسیم پرداخته شده و نتایج نشان داده است که اصلاح ساختار مخلوط ها با پلیمرهای استایرن بوتادین رابر و استایرن آکریلیک سبب کاهش مقاومت فشاری، افزایش مقاومت خمشی و کششی مخلوط های اصلاحی در مقایسه با مخلوط شاهد می شود. همچنین در بررسی آزمون های دوام نیز مشخص شد که اصلاح ساختار مخلوط ها به واسطه ی پلیمرهای مذکور، سبب کاهش میزان نفوذپذیری یون کلراید و همچنین جذب حجمی و موئینه یآب نسبت به مخلوط شاهد می شود، که میزان کاهش نفوذ نسبت به مخلوط شاهد در هردو پلیمر اخیر با افزایش درصد مصرف تشدید می شود. در مجموع با توجه به نتایج حاصل می توان عملکرد مطلوب تری برای استایرن بوتادین رابر نسبت به استایرن اکریلیک به ویژه در شرایط عمل آوری مرطوب لحاظ کرد.

در نوشتار حاضر، تأثیر نسبت مواد سازنده، ترکیب سرباره و زئولیت به عنوان پیش ماده و نیز افزودن الیاف امباس در مشخصات مکانیکی ملات ژئوپلیمری، به صورت آزمایشگاهی با 180 نمونه و 18 طرح اختلاط بررسی شدند و پارامترهای نسبت ماسه به سرباره، نسبت سیلیکات سدیم به هیدروکسیدسدیم، غلظت محلول، الیاف امباس و در جایگزینی بخشی از سرباره با زئولیت، پارامترهای موردنظر بودند. نتایج آزمایشگاهی نشان دادند که کاهش نسبت ماسه به سرباره و کاهش نسبت سیلیکات سدیم به هیدروکسیدسدیم و افزایش غلظت هیدروکسیدسدیم و الیاف امباس به ترتیب باعث افزایش تا 26، 6، 20 و 14 درصدی مقاومت فشاری شدند. مدول گسیختگی نمونه های الیافی، تا 38\٪ رشد را در مقایسه با نمونه های بدون الیاف تجربه کرد. با وجود کاهش قابل توجه خواص مقاومتی ملات ژئوپلیمری حاوی زئولیت، در پروژه هایی که هدفشان، کسب مشخصات مقاومتی بسیار بالایی نباشد، می توان با توجه به تعداد زیاد معادن زئولیت طبیعی موجود در کشورمان (ایران) و در نتیجه دسترسی آسان به زئولیت طبیعی، به صورت ترکیبی از زئولیت و سرباره استفاده کرد.

پیشروی آب شور دریا به سمت رودخانه باعث تنزل کیفیت آب شیرین می شود. کنترل هیدرولیکی پیشروی آب دریا به منظور کاستن از تبعات منفی آن، مستلزم شناخت هر چه بهتر مکانیزم های مؤثر در آن است. در پژوهش حاضر سعی شده است تا با مدل سازی عددی نفوذ شوری در آب سطحی با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت به بررسی تأثیر تغییر چگالی آب دریا و همچنین تراز آب رودخانه در میزان نفوذ شوری پرداخته شود. همچنین سیستم پرده ی حباب هوا به عنوان راهکاری برای جلوگیری از پیشروی شوری بررسی شده است. نتایج حاکی از آن است که چگالی آب دریا و تراز آب رودخانه با میزان پیشروی آب شور رابطه ی مستقیم دارند. بدین گونه که به ازاء افزایش 2/0 درصد چگالی آب دریا، میزان پیشروی آب شور به میزان 86 درصد بیشتر می شود و با کاهش 19 درصدتراز رودخانه، نفوذ شوری به میزان 45 درصد کاهش می یابد. همچنین سیستم پرده ی حباب هوا با ایجاد جریان چرخشی از پیشروی آب شور در آب شیرین جلوگیری می کند.

نمودار اساسی شبکه، بیانگر متوسط تردد بر حسب متوسط چگالی معابر یک محدوده از شبکه ی معابر شهری است که ظرفیت و چگالی بحرانی ظرفیت و چگالی بحرانی محدوده از آن استخراج می شود. ناهمگنی چگالی خودروها در معابر یک محدوده باعث پراکندگی و ناپدید شدن شاخه ی ازدحام در نمودار اساسی شبکه آن می شود که تخمین مستقیم پارامترهای ذکر شده را با برازش منحنی ناممکن می سازد. در پژوهش حاضر، ابتدا نمودار اساسی شبکه برای ناحیه یی از شبکه ی شهر مشهد با تلفیق داده های شناساگرهای حلقه یی و دستگاه های ثبت موقعیت مکانی و تعداد مسافران خودروهای حمل ونقل همگانی تخمین زده شده است. سپس از روش بازنمونه گیری تصادفی برای کاهش اثر ناهمگنی در نمودار اساسی شبکه و تخمین چگالی بحرانی و ظرفیت شبکه استفاده شده است. نتایج حاصل از به کارگیری روش بازنمونه گیری تصادفی نشان می دهد در شرایطی که امکان تخمین مستقیم پارامترهای نمودار اساسی شبکه وجود ندارد، می توان با استفاده از روش اخیر، مقادیر ظرفیت و چگالی بحرانی را در هر اندازه از یک نمونه ی مشخص به دست آورد.

در حوزه ی ساختمان های نامنظم در پلان، شناخت مناسبی از عملکرد فروریزش ساختمان های نرم پیچشی در دست نیست. مطالعه ی حاضر، به بررسی دقیق تر مسئله ی مذکور در ساختمان های قاب خمشی بتنی ویژه پرداخته است. نسبت حاشیه ی فروریزش، معیار سنجش عملکرد مفروض است. ساختمان های نمونه، در 4 حالت از توزیع سختی طراحی و عملکرد فروریزش آن ها در حالت های مختلفی از خروج از مرکزیت جرمی بررسی شده است. مدل سازی و تحلیل در نرم افزار OpenSEES صورت گرفته و رفتار خمیری اعضا با روش مفصل خمیری متمرکز شبیه سازی شده است. براساس نتایج به دست آمده، نامنظمی ناشی از توزیع نامتقارن سختی جانبی، تأثیر محسوسی در عملکرد فروریزش مدل های ساختمانی نرم پیچشی ندارد. از سوی دیگر، با تغییر موقعیت مرکز جرم در مدل ها، حاشیه ی ایمنی فروریزش بهبود می یابد. به طوری که در حالت خروج از مرکزیت 30\٪ ، حاشیه ی ایمنی مدل ها به طور متوسط 17\٪ بیشتر از مدل های ساختمانی بدون خروج از مرکزیت است. براساس نتایج به دست آمده، ضوابط خروج از مرکزیت تصادفی در ساختمان های مطالعه شده الزام آور نیست.

در نوشتار حاضر، پاسخ لرزه یی سطح دره ی آبرفتی گوسی شکل در برابر امواج مهاجم برون صفحه ی SH با زوایای برخورد مختلف ارائه شده است. روش عددی اجزاء مرزی نیم صفحه در حوزه ی زمان برای تهیه ی مدل مذکور پیشنهاد شده است که فقط با گسسته سازی وجه میانی دره، قادر به تحلیل محیط با کمینه ی المان است. ضمن اشاره ی مختصر به فرمول بندی روش و تحلیل مثال صحت سنجی، الگوی بزرگ نمایی سطح دره ی آبرفتی گوسی با تکیه بر پارامترهای نسبت امپدانس و شکل در حوزه ی زمان/بسامد حساسیت سنجی شده است. در ادامه، پاسخ گذرای محیط درونی آبرفت و بستر سنگی پیرامون توسط تصاویر لحظه یی در تکمیل نتایج حوزه ی زمان نمایش داده شده است. در انتها با تعیین بزرگ نمایی بیشینه و برازش خطی، نتایج حاصل در قالب کاربردهای مهندسی جمع بندی شده است. رفتارسنجی پاسخ نشان داد که کلیه ی پارامترهای ذکر شده در بروز الگوهای مختلف بزرگ نمایی سطح حوزه ی رسوبی مؤثر هستند، چنانچه بیشینه ی خطر برای سازه های سطحی در نسبت امپدانس کمینه، نسبت شکل بیشینه و در زوایای تابش قائم و افقی امواج به ترتیب در مرکز و لبه ی آبرفت مشاهده شد دستاوردهای حاصل می تواند در تکمیل آیین نامه های لرزه یی موجود پیرامون موضوع اثر محلی ساختگاه استفاده شوند.

بیشتر سازه های عمرانی به مرور زمان و تحت شرایط محیطی و بارهای خارجی دچار آسیب می شوند و همواره وقوع خرابی امری اجتناب ناپذیر است. لذا تشخیص آسیب، موضوع بسیاری از مطالعات بوده است. در این زمینه، تبدیل موجک که یک ابزار ریاضی توانمند پردازش سیگنال است، در حوزه ی پایش سلامت، نظر بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده است. پژوهش حاضر به پایش سلامت ساختمان پیش ساخته ی پانلی کامل بر مبنای نتایج آزمایشگاهی و به کمک روش تبدیل موجک پیوسته پرداخته است و آسیب هایی که ممکن است در سازه های مذکور رخ دهند، ارزیابی شده است. با توجه به نتایج آزمایشگاهی و تحلیل نتایج توابع موجک مختلف، موقعیت خرابی به کمک تابع 5 coif با پارامتر مقیاس 8 با موفقیت شناسایی شده است. همچنین اثر مودهای بالاتر در نمایش شدت خرابی محسوس تر بوده است، به طوری که در مود پیچشی سازه، بیشینه ی ضرایب موجک بزرگ تر و شدت خرابی بیشتر نمایان شده است.

سازه های زیرزمینی از جمله ایستگاه های مترو حین حملات تروریستی، یک سازه ی امن و راهبردی هستند. در پژوهش حاضر سعی شده است میزان تأثیرپذیری ایستگاه های خط 7 متروی تهران تحت انفجار قوی سطحی به کمک نرم افزار اجزاء محدود LS-DYNA مطالعه شود. با توجه به تغییرشکل های بزرگ، که در مدل به وجود می آید، از روش ALE (Arbitrary Lagrangian Eularian) استفاده شده است. در ابتدا، یک مدل خاک بدون مقطع ایستگاه تحت انفجار سطحی مطالعه شده و مقادیر به دست آمده از نرم افزار با توصیه نامه ی 1− 855− 5TM جهت صحت سنجی مقایسه شده است. در ادامه، به مطالعه ی چاله ی ایجاد شده در اثر انفجارهای 3، 7 و 11 تن پرداخته شده و پاسخ ایستگاه های مترو تحت انفجار 11 تن TNT، که قدرت معادل قوی ترین موشک غیرهسته یی حاضر است، در عمق های مختلف بررسی شده است. نتایج مطالعات نشان می دهند ایستگاه هایی که در عمق بیشتری از 19 متر قرار گرفته اند، بدون آسیب و امن هستند.

یکی از رویکردهای چندجانبه ی مقابله با آثار تخریبی سوانح، که در سال های اخیر به آنها توجه شده است، رویکرد تاب آوری است. در پژوهش حاضر، به تبیین و ارزیابی «مؤلفه ی استحکام» تاب آوری لرزه یی برای دو نوع سازه ی فولادی با اسکلت مقاوم لرزه یی حاوی پنل های با مهاربندی همگرا و شورون در دو پیکربندی یک سویه و دوسویه در دو تیپ کوتاه و میان مرتبه پرداخته شده است. ابتدا با انتخاب پیکربندی های مناسب سازه یی و مدل سازی رفتار غیرارتجاعی اعضا، دسته یی از رکوردهای حوزه ی نزدیک لرزه یی به سازه ها اعمال شده است، سپس با انجام تحلیل های دینامیکی افزاینده (IDA)، پاسخ ها استخراج شدند و پایه یی برای تهیه ی منحنی های شکنندگی لرزه یی قرار گرفتند. پس از آن «مؤلفه ی استحکام» تاب آوری لرزه یی برای سازه های مورد مطالعه تعیین و ارزیابی شدند. نتایج نشان دادند که شاخص های مؤلفه ی استحکام تاب آوری لرزه یی پیکربندی شورون یک سویه در سازه های کوتاه مرتبه و پیکربندی دوسویه در سازه های میان مرتبه تا 9\٪ بزرگ تر از شاخص مربوط به پیکربندی های دیگر هستند.