مهندسی سازه و ساخت
سال:1395 | دوره:3 | شماره:3 |تعداد مقالات:10

توسعه روش های مختلف در ساخت پی های عمیق می تواند عاملی در جهت اجرای هرچه بهتر و بهینه تر پروژه های عمرانی بویژه در مناطق دارای خاک های مساله دار باشد. شمع های پیچشی پره ای بواسطه دارا بودن محاسنی همچون سرعت بالای اجراء، گستردگی دامنه کاربرد در خاک های مختلف، اجرای بدون صدا و ارتعاش، عملکرد موثر در فشار و کشش، تقویت پی های موجود و غیره در مقایسه با دیگر شمع های رانشی و یا درجاریز از جمله پرکاربردترین پی های عمیق محسوب می گردند. در این مقاله به بررسی عملکرد شمع های پیچی تک پره، دوپره و سه پره در شرایط بدون تزریق و با تزریق بوسیله مدلسازی فیزیکی در آزمایشگاه و همچنین مطالعه صحرایی پرداخته شده است. مدلسازی به کمک دستگاه فشار همه جانبه مخروطی (FCV) بر روی خاک ماسه ای انجام پذیرفت. همچنین اثر پس تزریق بر مقاومت این گونه شمع ها مورد ارزیابی قرار گرفته است. همچنین نتایج آزمایشات بارگذاری فشاری با روش تحلیلی مقایسه گردیده است. نتایج نشان می دهد عملکرد استوانه ای در خاکهای ماسه ای در شمع های پیچی مناسب نیست و با افزایش تعداد پره ها ظرفیت باربری شمع ها کاهش یافته است. عمل تزریق درشمع های سه پره باعث افزایش مقاومت بیشتری نسبت به شمع های تک پره و دو پره شده است.

در اکثر روش های متداول طراحی، خاک زیر سازه صلب فرض می شود در صورتی که در واقعیت صلب نیست. تا کنون مطالعات زیادی بر روی تاثیر اندرکنش بر پاسخ سازه صورت پذیرفته، ولی تاثیر این پدیده بر خرابی سازه چندان مورد توجه قرار نگرفته است. در این مطالعه به بررسی شاخص‏ خرابی غیر تجمعی کرزینگ که شاخص خرابی بر اساس انرژی می باشد، در سطوح شکل‏پذیری هدف 3، 4 و 5 در قاب های خمشی بتنی 5، 7، 10، 12، 15، 18 و20 طبقه تحت 7 عدد شتابنگاشت پرداخته شده است. خاک زیر سازه نیز با استفاده از مفهوم مدل های مخروطی مدل شده اند. نتایج نشان می دهد که در قاب های کوتاه مرتبه که دارای لاغری کمی هستند عدم در نظر گرفتن اثر اندرکنش خاک و سازه در طراحی سازه ها در جهت اطمینان می باشد ولی با افزایش ارتفاع قاب ها (افزایش لاغری) به همراه افزایش شکل پذیری اثر اندرکنش خاک و سازه در طبقاتی موجب افزایش خرابی می گردد که این افزایش در نقاطی تا 14 درصد به خصوص در طبقات فوقانی پیش میرود که این موضوع اهمیت در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه را در سازه های لاغر نشان می دهد. در خاک متوسط در اکثر موارد پاسخ ها به حالت صلب بسیار نزدیک می باشند. ولی در بررسی خرابی در معیار کلی قاب، اثر اندرکنش خاک و سازه موجب کاهش شاخص خرابی میگردد. در شاخصی تجمعی که مبنای انرژی داشته باشد، اثر اندرکنش خاک و سازه بر روی شاخص خرابی در المان تیر بیشتر از المان ستون می باشد.

مصالح بنایی از قدیمی ترین مصالح ساختمانی هستند که در اکثر سازه های تاریخی موجود و بسیاری از سازه های جدید مورد استفاده قرار گرفته اند. در این مطالعه با بهره گیری از مقیاس مزو، به بررسی رفتار دیوار تحت بارگذاری یکنواخت توسط نرم افزار Abaqus پرداخته شده است. مهم ترین عامل در تعیین رفتار سازه بنایی درز های ناپیوستگی است که با عنوان رابط بین واحدها و ملات شناخته می شود. در اکثر مطالعات انجام گرفته پیشین برای مدل سازی المان رابط بین واحد و ملات از المان چسبنده استفاده شده است. در این مطالعه با حذف این المان ها و اختصاص دادن ویژگی های آن ها به سطوح واحدهای بنایی، مشاهده شد که ضمن کاهش حجم محاسبات مورد نیاز، نتایج انطباق خوبی با مطالعات تجربی دارد. یکی دیگر از عوامل مهم در رفتار دیوارهای بنایی، نحوه چیدمان واحدهای بنایی در کنار یک دیگر است. در این مطالعه تاثیر هم پوشانی ردیف های واحدهای بنایی بر روی مقاومت برشی و مد خرابی دیوار مصالح بنایی بررسی شده است. در انتها مشاهده شد که با افزایش هم پوشانی، مقاومت دیوار بنایی افزایش می یابد.

علی رغم کاربرد گسترده سیستم قالب تونلی در ساخت ابنیه، متاسفانه آیین نامه لرزه ای مشخصی برای طراحی این سیستم ساخت منتشر نشده است. بر اساس یک جستجوی کتابخانه ای، اطلاعات محدودی از رفتار لرزه ای این نوع سیستم سازه ای در مدارک فنی و تحقیقاتی موجود است. بدین جهت، رفتارسنجی و بررسی عملکرد لرزه ای ساختمان های ساخته شده با این تکنیک، با احتساب عوامل موثر بر پاسخ، بر اساس نتایج مستدل عددی، در فرآیند تهیه یک آیین نامه لرزه ای مورد توجه می باشد. به علاوه نوین بودن سیستم و لذا عدم وجود تجربه آسیب در زلزله های گذشته و خصوصا ماهیت تصادفی زلزله، اهمیت رویکرد احتمالاتی به مسئله و ضرورت توسعه منحنی های شکنندگی جهت استفاده در فرآیند جدید PBEE را آشکار می سازند. در این تحقیق، به بررسی رفتار لرزه ای ساختمان های قالب تونلی 2، 5 و 10 طبقه با پلان منظم پرداخته شده و ابتدا سطح عملکرد این ساختمان ها در زلزله طرح (دوره بازگشت 475 سال)، به روش تحلیل تاریخچه زمانی و بارافزون تعیین و سپس با استفاده از تحلیل دینامیکی افزایشی، برای مدل های مورد مطالعه، منحنی های شکنندگی به ازای سطوح مختلف خرابی در دیوارها و تیرهای رابط بینشان تهیه شده است. نتایج بیانگر ظرفیت و مقاومت بالای سیستم و عملکرد لرزه ای مناسب سازه هاست. به علاوه هر سه مدل، در زلزله طرح (دوره بازگشت 475 سال)، در سطح عملکردی قابلیت استفاده بی وقفه قرار گرفتند.

یکی از معیارهای پیشرفت بشر، توانایی ساخت سازه هایی عظیم تر و بلندتر می باشد. از یک طرف به دلیل رشد سریع در زمینه های فناوری کامپیوتر، کابل های فولادی با مقاومت بالا، تحلیل و ساخت پل های کابلی ایستا و از طرف دیگر به لحاظ ظاهر زیبا، جنبه های اقتصادی و آسان بودن ساخت، این نوع پل ها در نیم قرن اخیر از پر کاربردترین سازه ها برای پل های با دهانه متوسط تا بزرگ (از 200 متر تا 1000 متر) به شمار می آیند. وجود کابل های انعطاف پذیر در سازه اصلی پلهای کابلی باعث بروز رفتار متفاوت این سازه ها با سایر سازه ها می گردد. در این مقاله رفتار دینامیکی غیر خطی پل های کابلی ایستا و برخی عوامل موثر بر آن (نوع آرایش کابلها و نوع شکل پایلون) مورد توجه قرار گرفت. برای رسیدن به این منظور از نرم افزار CSI Bridge استفاده شده است. روش تحلیل غیر خطی تاریخچه زمانی به روش انتگرال گیری مستقیم مورد تحلیل قرار گرفت. به دلیل اهمیت مساله غیر خطی در رفتار سازه، در تحلیل های انجام شده رفتار غیر خطی هندسی سازه شامل اندرکنش نیروی محوری فشاری با لنگر خمشی و نیز اثر تغییر شکل های نسبتا بزرگ در سازه منظور شده است. در بررسی رفتار دینامیکی، رفتار سازه تحت اثر مولفه های زمین لرزه با در نظر گرفتن انواع مختلف شکل پایلون با توجه به حالات آرایش کابل مورد تحلیل و بررسی قرار گرفتند. نتایج حاصله نشان می دهد در پلهای کابلی با آرایش کابل موازی با پایلون H شکل و برای پل کابلی با آرایش کابل بادبزنی و شعاعی با پایلون A شکل، عملکرد مطلوب و بهتری دارد.

سیستم های باربر جانبی متداول، انرژی لرزه ای وارد بر سازه را از طریق تغییرشکل های ماندگار در اعضای اصلی سازه ای خود مستهلک می کنند. این عملکرد منجر به وقوع خرابی های سازه ای قابل ملاحظه ای در ساختمان ها پس از وقوع زمین لرزه های شدید می شود که در بسیاری از موارد تعمیر این خرابی ها حتی در صورت امکان پذیر بودن، توجیه اقتصادی نخواهد داشت. سیستم های با عملکرد گهواره ای نوع جدیدی از سیستم های باربر جانبی هستند که با هدف کاهش تغییرشکل های ماندگار در سازه پس از وقوع زمین لرزه های شدید و جلوگیری از ایجاد خرابی در اعضای کلیدی سازه ای از طریق هدایت این خرابی ها به سمت اعضایی قابل تعویض، ایجاد شد ه اند و به سرعت در حال توسعه هستند. در یک قاب با عملکرد گهواره ای پای ستون ها در قاب باربر لرز ه ای به پی متصل نمی شود و قاب قادر است آزادانه روی پی دوران کند. کابل های پس تنید ه ای که بالای قاب را به پی متصل می کنند، وظیفه بازگرداندن قاب دوران یافته به حالت اولیه خود را دارند و انرژی لرزه ای در هر دوران قاب، از طریق تغییرشکل های پلاستیک در المان های قابل تعویض که فیوز نامیده می شوند، مستهلک می گردد. در این پژوهش، رفتار لرزه ای یک قاب مهاربندی سه طبقه با عملکرد گهواره ای از طریق انجام آنالیز دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی، تحت دو شتابنگاشت Kobe و Northridge و هر یک با سه مقیاس سطح MCE، 1.2 برابر سطح MCE و 1.5 برابر سطح MCE، ارزیابی شده است. نتایج نشان می دهد که سیستم قاب مهاربندی شده با عملکرد گهواره ای عملکرد بسیار مطلوبی در استهلاک انرژی لرزه ای حتی تحت بارگذاری های سطح MCE دارد. همچنین، تغییرمکان ماندگار در سازه در انتهای مسیر بارگذاری ناچیز است. تنها نگرانی در مورد این سیستم ، احتمال وقوع خستگی در کابل های پس تنیده است که در اثر افزایش شدت تحریک های تکیه گاهی، قابلیت مرکزگرایی سیستم را تحت تاثیر قرار داده و پایداری آن را به خطر می اندازد.

استفاده از قوانین انتشار ترک بر اساس ضرایب شدت تنش جزء پرکاربردترین روشهای مهندسی مکانیک شکست است. مشخصه ضرایب شدت تنش به عنوان پارامترهای مهم در تجزیه و تحلیل شکست است. در تجزیه و تحلیل شکست الاستیک، ضرایب شدت تنش به میزان تنش نزدیک به نوک ترک و ارائه اطلاعات اساسی در مورد نحوه انتشار ترک را مشخص می کند. زمانی که بار گذاری و یا هندسه یک سازه حول ترک متقارن نباشد، پارگی در حالت مرکب از بارگذاری رخ می دهد، و ترک در یک خط مستقیم منتشر نمی شود. پس برای تعیین جهت جدیدی از انتشار ترک استفاده از معیارهای زاویه پیچ خوردگی لازم است. هدف از این کار ارائه مدل عددی از انتشار ترک تحت شرایط مرکب از حالت بارگذاری است. در هر ترک میزان افزایش طول، زاویه پیچ خوردگی به عنوان یک تابع از عوامل شدت تنش ارزیابی شده است. این پژوهش با هدف تعیین ضرایب شدت تنش برای مسئله انتشار ترک و تعیین مسیر رشد آن تحت آنالیز شکست الاستیک خطی است. محور اصلی این پژوهش بررسی چگونگی رشد و انتشار ترک در یک صفحه تحت بارگذاری کششی و شرایط مد مرکب می باشد. برنامه المان محدود ANSYS و برنامه رشد ترک FRANC3D برای شبیه سازی رشد ترک و برای محاسبه تنش و ضرایب شدت تنش مورد استفاده قرار می گیرد. با بررسی نتایج حاصل مشاهده شد، مسیر رشد ترک از امتداد اولیه 45 درجه و همچنین ضرایب شدت تنش بدست آمده از تحلیل با نتایج حاصل از روش تجربی، توافق خوبی دارند که دقت و صحت روش استفاده شده در این تحقیق را نشان می دهد.

طبق تعریف کمیته فنی شماره 207 انجمن بتن آمریکا (ACI)بتن غلتکی یا RCC نوعی بتن با اسلامپ صفر می باشد که عملیات حمل، پخش و تراکم آن با استفاده از ماشین آلات عملیات خاکی صورت می پذیرد. بتن غلتکی مخلوطی از سیمان، مصالح سنگی و آب است که برای ساخت پروژه های راهسازی، سدها، بازسازی سدها و ایجاد فرازبندها و بعضی نیازهای دیگر به کار برده می شود. این نوع بتن به منظور ایجاد تراکم مناسب، بایستی وزن ماشین آلات متراکم کننده را تحمل نموده و در خمیر آن برای پوشانیدن کلیه سنگدانه ها رطوبت کافی موجود باشد. با توجه به مصرف فزاینده و اقبال روزافزون به سازه های بتنی به ویژه بتن غلتکی استفاده از پوزولان ها و جایگزین کردن آنها با سیمان اهمیت بسزایی می یابد. امروزه استفاده از مواد افزودنی جایگزین سیمان با توجه به مزایای فنی (کاهش حرارت هیدراتاسیون) و مزایای اقتصادی، جایگاه ویژه ای در طرح اختلاط بتنهای غلتکی دارد و به ویژه به دلیل فراوانی منابع معدنی پوزولان در ایران، استفاده از آنها امری منطقی و اقتصادی است. در این تحقیق سعی شده است تا با استفاده از توف سبز شاهین دژ که از پوزولانهای در دسترس در استان آذربایجان غربی می باشد، خواص بتن تولیدی مورد آزمایش قرار گرفته و تاثیر این نوع پوزولان بر روی مقاومت فشاری، مقاومت کششی و نفوذپذیری بتن غلتکی نیز بررسی گردد.

امروزه با افزایش حملات تروریستی در نزدیکی اماکن شهری، طراحی ساختمان ها در مقابل بارهای ناشی از انفجار به ویژه در برخی ساختمان های حساس و شریان های حیاتی مورد توجه ویژه ای قرار گرفته است. هنگامی که یک انفجار رخ می دهد، انتشار امواج در فضا می تواند منجر به بروز خسارات شدید در سازه و به خطر افتادن جان افراد شود. با توجه به اینکه سازه های فولادی موجود به طور معمول بر اساس بارهای ثقلی و لرزه ای متعارف مورد طراحی قرار گرفته-اند، نیاز است عملکرد این سازه ها تحت بارهای ناشی از انفجار مورد بررسی قرار گیرد. در این مقاله مطالعات عددی بر روی مدل های سازه ای 2 بعدی با تعداد طبقات 2 و 5 دارای سیستم قاب ساده فولادی با مهاربند هم محور (CBF) صورت گرفته است. مدل ها بر اساس دستورالعمل UFC 3-340-02 در دو سطح مختلف بار انفجاری، در نرم افزار SAP 2000 مورد تحلیل دینامیکی غیر خطی قرار گرفته اند. مدل های سازه ای در این تحقیق یک بار به روش طراحی بر اساس عملکرد به ازای سطح عملکرد پایین (LS) و یک بار به روش ضرایب بار و مقاومت (LRFD) تحلیل و طراحی می شوند. طرح های حاصل از روش عملکردی با طرح های حاصل از روش ضرایب بار و مقاومت به لحاظ اقتصادی و ایمنی مقایسه می گردد.

در طراحی سازه های واقع در شهرهای کوچک به منظور مقاومت در برابر بارهای جانبی عموما از سیستم مهاربندی همگرای ویژه استفاده می گردد. این سیستم مهاربندی از طریق رفتار غیرالاستیک در مهاربند (کمانش و تسلیم کششی) متحمل تغییرشکل های بزرگی میشود. در مدل سازی های رایج، معمولا اثر ورق اتصال مهاربند در تامین صلبیت اتصالات تیر به ستون و در نتیجه بهبود عملکرد سیستم مهاربندی در رفتار پس کمانشی آن در نظر گرفته نمی شود. در این مقاله با استفاده از روش پیشنهادی رودر در مدل سازی ورق اتصال، به بررسی اثر صلبیت ورق اتصال در رفتار لرزه ای سیستم مهاربندی همگرا پرداخته شده است. برای این منظور، چهار قاب 3، 6، 9 و 12 طبقه یک بار به صورت رایج (مفصلی) و یک بار با استفاده از روش پیشنهادی رودر مدل سازی شده و سپس توسط نرم افزار OpenSees تحت تحلیل های غیر خطی استاتیکی و دینامیکی تاریخچه زمانی قرار گرفته اند. نتایج نشان می دهد که در قاب های مدل سازی شده به روش رودر ظرفیت باربری بیشتر، دریفت های کلی و میان طبقه ای کمتر و پایداری بیشتر است. همچنین مشاهده شد در این قاب ها ضریب رفتار و ضریب اضافه مقاومت ستون ها بیشتر می باشد.