مهندسی سازه و ساخت
سال:1396 | دوره:4 | شماره:1 (پیاپی 10) |تعداد مقالات:10

طراحی معمول سازه های قابی شکل مانند اسکله های باز با فرض گیرداری کامل اتصالات عرشه به پایه ها صورت می گیرد. ولی در عمل این اتصالات به علت وجود برخی عوامل به صورت نیمه گیردار می باشند. این نیمه گیرداری سبب تغییر در مشخصات دینامیکی سازه می شود. عدم قطعیت در گیرداری اتصالات عرشه به پایه ها با توجه به تمرکز عمده جرم در عرشه تاثیر بسزایی در پاسخ های سازه دارد. بنابراین، مطالعه روش های جدید در ارزیابی دقیق این پارامتر عدم قطعیت، جهت ارتقاء روش های بروزرسانی مدل های عددی، از اهمیت بالائی برخوردار است. از اینرو در این مطالعه کیفیت این اتصالات با استفاده از تغییرات فرکانس های طبیعی ارزیابی گردیده است. مدل یک اسکله ساحلی مورد آزمایش تحلیل مودال قرار گرفت. مدل عددی نیز در نرم افزار Ansys و نرم افزار MATLAB تهیه گردید. مساله تعیین درصد گیرداری اتصالات به صورت مساله بهینه سازی مبتنی بر فرکانس های عددی و تجربی مطرح و الگوریتم اجتماع ذرات جهت حل مساله بکار گرفته شد. برای بروز رسانی مدل اجزای محدود از فنرهای پیچشی خطی الاستیک، با سختی های محاسبه شده توسط الگوریتم، بجای اتصالات استفاده گردید. توسط روش پیشنهادی، نسبت به تعیین درصدهای گیرداری اتصالات اقدام و مدل اجزای محدود با قابلیت انطباق پذیری بیشتر با مدل واقعی تهیه گردید. بر اساس نتایج حاصله مشاهده می شود که نتایج مدل بروزرسانی شده توسط این روش، بسیار نزدیک به مدل واقعی می باشد.

امروزه پوزولان ها به عنوان جایگزین های مناسبی برای سیمان از لحاظ افزایش مقاومت و دوام بتن در شرایط محیطی نامناسب، صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش آلودگی محیط زیست محسوب می شوند. در این مقاله تاثیر ترکیب رس های کلسینه به عنوان پوزولان و میکروسیلیس و تاثیر هرکدام نیز به تنهایی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور 15 طرح مخلوط با نسبت آب به مواد سیمانی 0.38 ساخته شده است. در شش طرح فقط متاکائولن، زئولیت و یا میکروسیلیس وجود دارد و در هشت طرح دیگر متاکائولن و میکروسیلیس و یا زئولیت و میکروسیلیس با هم ترکیب شده اند. متاکائولن یا زئولیت با نسبت 10 یا 20 درصد و میکروسیلیس با نسبت 7 یا 10 درصد جایگزین سیمان مصرفی شده اند. یافته های اصلی این تحقیق نشان می دهد که استفاده از این نوع پوزولان ها می تواند سبب بهبود مقاومت فشاری و مقاومت الکتریکی بتن شود، به گونه ای که بهترین عملکرد تا سن 28 روز برای مقاومت فشاری مربوط به جایگزینی ترکیب 10درصد زئولیت با 7 درصد میکروسیلیس و برای مقاومت الکتریکی مربوط به جایگزینی ترکیب 10 درصد زئولیت با 10 درصد میکروسیلیس است.

با توجه به معایب رفتار لرزه ای مهاربندهای معمولی به لحاظ شکل پذیری اندک و منحنی هیسترزیس نامتقارن در کشش و فشار و وجود پینچینگ و در نتیجه کاهش میزان استهلاک انرژی، مهاربندهای کمانش ناپذیر به عنوان نسل جدید سیستم مهاربندی پیشنهاد شده اند. در این مقاله به بررسی نوع خاص از اینگونه مهاربندها با هسته فولادی و غلاف بتنی پرداخته شده و اثرات فاصله هسته از بتن محصور کننده این مهاربندها در قالب تحلیل اجزای محدود مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که مود کمانش و جذب انرژی این سیستم بسیار وابسته به مقدار این فاصله بوده و فاصله 2 تا 4 میلی متر باعث استهلاک بیشترین انرژی می گردد.

بهینه سازی توپولوژی بر اساس قابلیت اعتماد، منجر به یک توپولوژی بهینه با ارضای قیودی که شامل عدم قطعیت متغیرهاست، می گردد. به دلیل عدم قطعیت های ذاتی از قبیل بارگذاری خارجی، خواص مصالح و کیفیت ساخت، نمونه های اولیه و اعضا تولید شده ممکن است عملکردهای مورد نیاز را ارضا نکنند. در بهینه سازی توپولوژی بر اساس قابلیت اعتماد، هرکدام از این پارامترهای عدم قطعیت به عنوان متغیر تصادفی در نظر گرفته می شود و قیود قابلیت اعتماد، به منظور حاصل شدن سازه قابل اعتمادتر در فرمول بندی مساله بهینه سازی توپولوژی استفاده می شود. در این مقاله، به منظور به دست آوردن توپولوژی قابل اعتماد در دو سازه پل، بهینه سازی توپولوژی بر اساس قابلیت اعتماد از روش ریز ساختارهای ایزوتروپیک جامد با جریمه، استفاده شده است. روش های قابلیت اعتماد مرتبه اول و دوم به عنوان روش های تحلیل قابلیت اعتماد، به منظور در نظر گرفتن پارامترهای عدم قطعیت مربوط به بارگذاری، مدول یانگ و ضخامت استفاده می شود. مشخص شد که در توپولوژی های بهینه به دست آمده به وسیله بهینه سازی توپولوژی بر اساس قابلیت اعتماد، مقادیر نرمی بالاتر از مقادیر متناظر به دست آمده از روش بهینه سازی توپولوژی قطعی می باشد و با افزایش تعداد پارامترهای عدم قطعیت، نرمی سازه بیشتر می گردد.

کاهگل یکی از قدیمی ترین ملات های سنتی ایران است که قابلیت ها و تجربیات استفاده از آن در طول تاریخ، نشان دهنده آن است که می توان از آن، به عنوان یک پوشش مناسب برای حفاظت ساختارهای معماری خاکی استفاده نمود ولی لزوم تجدید دائمی آن، پس از هر بار فرسایش در مقابل بارندگی، حکایت از ناپایداری آن در مقابل رطوبت دارد؛ بنابراین یافتن روشهای علمی مناسب به منظور افزایش دوام و طول عمر مفید اندود کاهگل، بسیار ضروری به نظر می رسد. بررسی تاثیر مواد افزودنی مختلف تکتوسیلیکاتی میکرونیزه در ترکیب با ملات کاهگل به منظور افزایش دوام آن، نشان داد که با استفاده از 3 درصد افزودنی تکتوسیلیکاتی 45 میکرون میکروسیلیس تا 20 درصد، با زئولیت تا 85.6 درصد و با فلدسپات میکرونیزه تا 73 درصد می توان ضریب نفوذپذیری کاهگل را کاهش داد. به علاوه، افزودن 3 درصد وزنی میکروسیلیس، زئولیت و فلدسپات میکرونیزه 45 میکرون، مقاومت فشاری کاهگل را نیز نسبت به نمونه های شاهد به ترتیب تا 73.5، 36 و 71.5 درصد ارتقاءمی دهد. از سوی دیگر، ارزیابی میزان دوام نمونه های آزمایشگاهی تحت بارش مصنوعی با دستگاه شبیه ساز باران نشان داد که استفاده از 3 درصد وزنی میکروسیلیس، زئولیت و فلدسپات، میزان هدر رفت ماده جامد در نمونه ها را به ترتیب تا 15.8، 34 و 10.5 درصد کاهش و دوام آنها را در مقابل فرسایش ناشی از بارندگی افزایش می دهد. این مطالعات بیانگر آن است که با کاهش اندازه ذرات و دانه بندی ماده افزودنی، میزان تاثیر مثبت آنها نیز در بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی ملات کاهگل افزایش می یابد. این مطالعات همچنین نشان داد که درصد بهینه استفاده از مواد افزودنی تکتوسیلیکاتی میکرونیزه برای بهسازی اندود کاهگل 3 درصد وزنی است و افزایش میزان ماده افزودنی، تاثیر چندانی در ادامه روند بهسازی خواص فیزیکی و مکانیکی کاهگل ندارد.

در حوادث ناشی از انفجار، خسارات اولیه معمولا ناشی از اثر ضربه مستقیم ناشی از انفجار و در نتیجه آسیب و انهدام جدی اجزای سازه ای می باشد. در این حالت، فروپاشی اجزای سازه ای و متعاقب آن خرابی پیشرونده، ممکن است باعث افزایش خسارات و در نهایت باعث فروپاشی کلی سازه شود. از طرفی بررسی ها نشان می دهد اکثر ساختمان ها، بدون در نظرگرفتن میزان آسیب پذیری آن ها در برابر چنین بارهایی، طراحی و ساخته می شوند. در این مطالعه، پاسخ های کلی و جزئی در یک ساختمان با اسکلت بتن آرمه و میزان خرابی آن ها، در برابر بار انفجار، مورد ارزیابی واقع شده است. بدین منظور، با استفاده از روش المان محدود، ابتدا با استفاده از نرم افزار SAP2000 پایداری کلی ساختمان در برابر انفجار، مورد ارزیابی قرار گرفت و سپس با کمک نرم افزار LS DYNA، میزان و نحوه خرابی در اجزای کلیدی ساختمان بعد از وقوع انفجار مورد بررسی واقع شده است. این مطالعه در چهار حوزه ی تعیین بار انفجار، مدل سازی عددی به روش اجزا محدود، عملکرد مواد و مصالح تحت نرخ کرنش بالا و تحلیل دینامیکی غیرخطی سازه مورد بررسی قرار گرفته است. در این خصوص، برای افزایش ظرفیت باقی مانده یا مقاوم سازی ستون های بتن آرمه در برابر انفجار، دو نوع روش طراحی توصیه گردید. این روش ها، شامل اضافه کردن یک قفسه آرماتور اضافی به ستون و همچنین استفاده از ستون های کامپوزیتی دارای هسته فولادی مرکزی می باشد. نتایج نشان داد که استفاده از این نوع ستون ها، در مقایسه با زمانی که از ستون بتن آرمه متعارف استفاده می شود، می تواند تاثیر قابل توجهی در افزایش ظرفیت باربری اجزای سازه ای، در برابر بارهای ثقلی، بعد از وقوع انفجار، داشته باشند.

با توجه به حساسیت خواص مکانیکی فولاد در برابر افزایش دما، بررسی اثرات آتش بر روی سازه های فولادی از اهمیتی دو چندان برخوردار است. ستون ها به عنوان اجزای باربر اصلی یک سازه، می توانند به شدت در برابر آتش سوزی آسیب پذیر باشند. در این تحقیق رفتار ستون های ثقلی فولادی با مقطع جعبه ای تحت اثر آتش مورد بررسی قرار گرفته است. این نوع از ستون ها در طراحی سازه های فولادی معمول در ایران به طور عمده استفاده می شوند. در این تحقیق رفتار این ستون ها تحت اثر آتش توسط روش اجزای محدود بررسی شده است. بدین منظور ابتدا مدل اجزای محدود یک ستون فولادی طبق داده های آزمایشگاهی موجود، تهیه و مشابه نمونه آزمایشگاهی بارگذاری و تحلیلی شده است. پس از صحت سنجی نتایج حاصل از مدل اجزای محدود در مقایسه با داده های آزمایشگاهی، نمونه های مختلفی از ستون های ثقلی با مقطع جعبه ای بر اساس آیین نامه فولاد ایران طراحی و توسط نرم افزار آباکوس مدل سازی و تحلیل شده است. اثر نسبت عرض به ضخامت ورق های ستون، نسبت بار و میزان لاغری بر مقاومت نهایی ستون مورد بررسی قرار گرفته و زمان دوام با استفاده از بارگذاری آتش استاندارد ایزو 834 بدست آمده است. نتایج نشان داد که افزایش نسبت عرض به ضخامت و نسبت بار باعث کاهش زمان دوام می گردد و با افزایش دما میزان تاثیر نسبت عرض به ضخامت بر روی مقاومت نهایی ستون کاهش می یابد.

عامل اصلی تاثیرگذار در میراگرهای ضربه ای جهت کنترل نوسانات، ایجاد اغتشاش در دامنه نوسانات سازه با شکل گیری نیروهای کوچک ایجادشده توسط جرم های کمکی است که موجب کاهش نوسانات شدید می گردند. مدل سازی های انجام شده در حوزه میراگر ضربه ای تابه حال صرفا از طریق نرم افزار متلب صورت گرفته است که طبعا جنبه های کاربردی این نرم افزار در کارهای تحقیقاتی و مهندسی نسبت به نرم افزارهای معمول عمران همچون SAP2000 و ETABS محدودتر می باشد. در این مقاله ابتدا به مدل سازی سیستم یک درجه آزاد تحت بارگذاری هارمونیک با بیشینه دامنه 0.4g در نرم افزار SAP2000 و مقایسه نتایج حاصل با مدل عددی پرداخته شده و در نهایت بعد از صحت سنجی مدل ساخته شده، سیستم یک درجه آزاد مجهز به میراگر ضربه ای تحت رکورد دو زلزله بررسی می شود. بر اساس نتایج عدی مشخص شد، سیستم مجهز به میراگر ضربه ای تحت شتاب نگاشت زلزله های کوبه و نوتریج برای سازه های مدنظر در این مطالعه، به ترتیب منجر به کاهش 6% و 33% بیشینه دامنه ارتعاش می گردد. هم چنین در مدلسازی میراگر ضربه ای در سازه چهار طبقه با مهاربند همگرا باعث کاهش تغییرمکان نسبی طبقه تا 12% گردیده است.

در این مطالعه رفتار اتصال صفحه کامپوزیتی به پروفیل های فولادی به وسیله پیچ (اتصالات پیچی) و رفتار اتصال صفحه کامپوزیتی به پروفیل های فولادی به وسیله پیچ و چسب (اتصالات ترکیبی) موردبررسی قرارگرفته است. یکی از مولفه های تاثیرگذار برای طراحی اتصالات با بست های مکانیکی (پیچ، پرچ و ...)، فاصله بست های مکانیکی از لبه اتصال است (فاصله پایانی پیچ در اتصال). در آیین نامه ها، استانداردهای فاصله بست های مکانیکی از لبه ها و فاصله بست های مکانیکی از هم آورده شده است. منظور از فاصله پایانی پیچ برای اتصالات پیچی و ترکیبی که در بالا گفته شد، فواصل در محدوده استانداردهای تعیین شده برای فاصله پیچ ها از لبه ها و پیچ ها از هم است. در این بخش از مطالعه، اتصالات پیچی و اتصالات ترکیبی با فواصل پایانی متفاوت پیچ ها از لبه های اتصالات مدل سازی شده و موردبررسی قرارگرفته است. نتایج، تاثیر اساسی فاصله پایانی پیچ از لبه های اتصال بر مقاومت و مکانیسم شکست اتصالات پیچی را نشان داد. در اتصالات ترکیبی، برخلاف اتصالات پیچی، فاصله پایانی پیچ در راستای نیرو و عمود بر راستای نیرو، تاثیر جزئی بر مقاومت و مکانیسم شکست اتصال داشته است.یکی دیگر از موضوعاتی که در این مطالعه مورد تحلیل و بررسی قرارگرفته است، تاثیر افزایش طول هم پوشانی المان های اتصال برافزایش مقاومت اتصال بوده است. جهت بررسی تاثیر طول هم پوشانی بر مقاومت اتصالات، اتصالات ترکیبی با پیکربندی یکسان و طول هم پوشانی متفاوت المان های اتصال، مدل سازی شده است. نتایج، رابطه مستقیم بین افزایش طول هم پوشانی و افزایش مقاومت در اتصال را نشان داد. درنهایت معیار مناسب طراحی اتصالات ترکیبی ارائه شده است.

در این تحقیق از سنگدانه های بتنی بازیافتی به جای سنگدانه های طبیعی در بتن استفاده می شود و سپس بتن بازیافتی به وسیله الیاف تقویت می گردد. هدف از این مطالعه در ابتدا بررسی تاثیر ابعاد و همچنین میزان جایگزینی سنگدانه های بتنی بازیافتی بر خواص مکانیکی بتن و سپس بررسی تاثیر الیاف پلی پروپیلن و فولادی در بهبود خواص مکانیکی بتن بازیافتی است. نتایج نشان می دهد که با افزایش درصد جایگزینی مصالح بازیافتی به جای مصالح طبیعی، مقاومت فشاری بتن کاسته می شود. همچنین جایگزینی ماسه بازیافتی تا میزان 30 درصد، کاهش چندانی بر مقاومت فشاری بتن ندارد و می تواند به عنوان طرح اختلاط بهینه بتن بازیافتی مدنظر قرار گیرد. علاوه بر این در صورت استفاده از الیاف، مقاومت کششی و خمشی بتن بازیافتی به طور قابل توجهی افزایش می یابد که در این میان، الیاف فولادی نسبت به الیاف پلی پروپیلن از کارایی بالاتری در بهبود مقاومت کششی و خمشی بتن برخوردار است. همچنین بتن تقویت شده با الیاف پس از شکسته شدن، خرد و از هم گسیخته نمی شود و الیاف در حفظ پیوستگی بتن و جلوگیری از گسترش ترک ها نقش مهمی ایفا می کند.