مهندسی عمران شریف
سال:1402 | دوره:39 | شماره:1 |تعداد مقالات:12

در نوشتار حاضر، طیف عملکرد برای سازه های یک درجه آزادی برشی مجهز به دو نوع از دستگاه سختی منفی غیرفعال ارائه شده است. با استفاده از روش تحلیل تاریخچه ی زمانی غیرخطی برای پارامترهای مکانیکی مختلف دستگاه های سختی منفی، طیف عملکرد برای سازه های با دوره ی تناوب 0٫5 تا 2٫5 ثانیه برای هر دو نوع دستگاه به دست آمده است. برای انجام این کار، 12 رکورد زلزله با طیف طراحی آیین نامه ی ایران (استاندارد 2800) انطباق داده شده اند. از پارامترهای نسبت نیروی تسلیم دستگاه و سازه، به نیروی تسلیم سازه و همچنین نسبت سختی دستگاه به سازه برای تهیه ی طیف های عملکرد استفاده شده است. همچنین، برای بررسی کارایی طیف عملکرد در طراحی پارامترهای دستگاه سختی منفی و آثار آن در کاهش پاسخ سازه ها، از سازه ی پل بزرگراهی معیار استفاده شده است. پارامترهای هدف به دست آمده، نشان دهنده ی نتایج مطلوب طیف عملکرد در طراحی سیستم های سختی منفی و کاهش پاسخ هاست.

یکی از مؤلفه های کلیدی در تعیین عملکرد سازه، مؤلفه های زوال هستند. در نوشتار حاضر، به پیش بینی مؤلفه های زوال ستون های بتن مسلح توسط مدل های یادگیری ماشین پرداخته شده است. برای این منظور از 255 داده ی آزمایشگاهی مربوط به ستون های بتن مسلح از سال 1973 تا 2002، برای پیش بینی با روش های مختلف یادگیری ماشین انتخاب شده اند، که دچار سه نوع شکست: خمشی، برشی و خمشی ـ برشی بوده اند. در ادامه، عملکرد روش های یادگیری ماشین، شامل: آدابوست، شبکه ی عصبی مصنوعی (A N N) و جنگل تصادفی (R F) با هم مقایسه شده اند. در این راستا، تحلیل های دقیق توسط نرم افزار پایتون بررسی شدند و نتایج به دست آمده نشان دادند که مدل جنگل تصادفی دارای دقتی برابر 91٪ برای پیش بینی چرخش خمیری بعد از تسلیم $(\t h e t a_{p})$، 81\٪ برای چرخش خمیری از نقطه ی زوال مقاومت تا نقطه ی صفر مقاومت $(\t h e t a_{p c})$ و 88\٪ برای ظرفیت استهلاک انرژی نرمالایز شده $(\l a m b d a)$ نسبت به سایر الگوریتم ها بوده است. در ضمن، مدل جنگل تصادفی، نسبت به مدل های تحلیلی، بهبود پیش بینی قابل ملاحظه یی در تعیین مؤلفه های زوال داشته است.

روند فزاینده ی مصرف انرژی در صنعت ساخت وساز، مهندسان و طراحان سازه را به سمت بررسی روش هایی سوق داده است که در طی چرخه ی ساخت تا تخریب، میزان انرژی کمتری را مصرف می کنند. تقویت ویژگی های رسانش حرارتی المان های سازه یی و غیرسازه یی در کنار ویژگی های مکانیکی و مقاومتی علاوه بر گسترش زمینه های کاربردی مصالح مذکور، موجب کاهش قابل ملاحظه ی میزان انرژی مصرفی و کاهش پیامدهای مخرب زیست محیطی می شود، که هم سو با اهداف توسعه ی پایدار نیز است. در پژوهش حاضر، از روش ارتقاء یافته ی تحلیل شبکه یی (A N P)به منظور انتخاب پانل سازه یی و فولاد مناسب برای اجزاء سازه یی، به عبارت بهتر، سازه ی بهینه از نظر انرژی، استفاده شده است. معیارهای انتخاب سازه ی بهینه در مطالعه ی حاضر، ضریب رسانش حرارتی پانل ها، مدت زمان تأخیر حرارتی، وزن سازه و هزینه ی ساخت هستند. به منظور محاسبه ی پارامترهای مذکور، با مدل سازی یک سوله ی سه دهانه یی در نرم افزار V$19/2$2000S A P و با استفاده از روش A N P، انتخاب سازه ی بهینه از نظر میزان مصرف انرژی میسر شد. نتایج حاصل نشان می دهند که سوله با فولاد 37S T و استفاده از پانل با ضخامت ورق عایق 4 سانتی متری، رفتاری بهینه از منظر معیارهای مفروض خواهد داشت.

در مطالعه ی حاضر، تزریق پذیری روی خاک کربناته ی خلیج فارس (بوشهر) با محلول نانوسیلیس با ساخت نمونه های یک متری بررسی شده است. نمونه های ماسه ی کربناته با 5 ترکیب مختلف لای با درصدهای (0، 10، 20، 30 و 40) و 3 غلظت محلول با درصدهای (10، 20 و 30) تزریق شده اند، تا بتوان اثر عواملی، مانند: غلظت محلول، درصد ریزدانه و فشار تزریقی در میزان تزریق پذیری، نفوذ، و ارتباط آنها با یکدیگر را بررسی کرد. همچنین به منظور به دست آوردن غلظت بهینه ی تزریق، آزمایش های تک محوری با مقادیر مختلف درصد لای، 3 درصد مختلف غلظت و در 3 دوره ی عمل آوری انجام و مشاهده شد که تثبیت مؤثر و تمامی غلظت ها تزریق پذیر بوده است؛ به نحوی که غلظت 30٪، بهینه ی غلظت تزریقی است، که بهترین نتیجه را در افزایش مقاومت داشته است. همچنین غلظت 30٪ نسبت به غلظت 10٪ ، به طور میانگین 40٪ افزایش مقاومت را در پی داشته است.

در پژوهش حاضر، روشی برای حل معادله ی دیفرانسیل تحکیم غیرخطی با نفوذپذیری، تراکم پذیری و ضخامت لایه ی متغیر ارائه شده است، که بر اساس مفهوم حالت های آشفتگی است. در روش مذکور، جواب های معادله ی تحکیم غیرخطی به صورت ترکیبی از جواب های معادله ی تحکیم ترزاقی در دو شرایط اولیه و نهایی ارائه شده است. برای ترکیب جواب های معادله ی ترزاقی از تابع حالتی استفاده شده است که بر اساس نتایج به دست آمده از روش تفاضلات محدود استخراج شده است. پارامترهای روش ارائه شده بر اساس مشخصات خاک در دو سطح تنش مؤثر اولیه قبل از شروع تحکیم و سطح تنش مؤثر نهایی بعد از تکمیل تحکیم تعیین شده اند. برای بررسی راستی آزمایی روش ارائه شده از نتایج روش تفاضلات محدود و نیز نتایج آزمایشگاهی منتشر شده استفاده شده است. مقایسه ی نتایج روش ارائه شده با نتایج عددی و آزمایشگاهی نشان می دهد که نتایج روش ذکر شده، دقت بسیار خوبی دارد.

کارخانه های آب شیرین کن، پساب به جای مانده از شیرین سازی آب را مستقیماً به دریا تخلیه می کنند، که بسیار شورتر از آب دریاست و باعث تخریب محیط زیست می شود. استفاده از تخلیه کننده های مناسب، یکی از مهم ترین روش ها برای کاهش آثار زیست محیطی پساب های مذکور است. بیشتر مطالعات انجام شده در این زمینه مربوط به تخلیه ی پساب چگال از نازل دایره یی است. در پژوهش حاضر، برای اولین بار با استفاده از مدل آشفتگی (RNG) εK- به شبیه سازی پساب چگال تخلیه شده از نازل های دایره، مثلث و لوزی پرداخته شده است. پساب به صورت مستغرق مایل و با زاویه ی تخلیه ی 60 درجه نسبت به افق در محیط آبی ساکن و پویا تخلیه شده است. باتوجه به نتایج به دست آمده، هر چه پساب به صورت صفحه یی از نازل خارج شود، ارتفاع صعود بیشینه ی جت و فاصله ی افقی نقطه ی برخورد پساب به زمین کاهش و در مقابل میزان رقیق سازی پساب افزایش می یابد. همچنین نتایج نشان داد میزان پخش در لبه ی داخلی جت به دلیل وجود بستر و اثر کواندا، کمتر از میزان پخش در لبه ی خارجی جت است.

شناسایی آسیب در المان ها و تعلقات سازه یی، یکی از مهم ترین مراحل ارزیابی و پایش سلامتی در سازه است. پس از تشخیص آسیب های جزئی با ترمیم و یا تعویض المان های محتمل آسیب می توان از گسترش آسیب جلوگیری کرد و خسارت های اجتماعی و اقتصادی احتمالی را کاهش داد. در صنعت ساختمان، استفاده از صفحات جدارنازک فولادی رو به افزایش است. آسیب در اعضاء صفحه یی و به طور خاص دیوارهای برشی فولادی می تواند به صورت پیش رونده به سایر المان ها انتقال یابد و ایجاد خسارت سازه یی کلی کند. در نوشتار حاضر، به تشخیص و تعیین موقعیت آسیب های جزئی در المان صفحه یی فولادی پرداخته شده است. الگوریتم تشخیصی مبتنی بر تبدیل موجک پیوسته ی یک بُعدی و شکل های اولیه و ثانویه ی مودهای ارتعاشی دوبُعدی پیشنهاد و شاخص های تشخیصی D I-L و D I-W ارائه شده اند. نتایج نموداری بررسی های مربوط به هر دو شاخص پیشنهادی، کارآمدی و قابلیت تشخیص دوبُعدی موقعیت های مختلف آسیب را نشان می دهد؛ به نحوی که در منطقه ی آسیب، قله هایی برآمده از مقادیر شاخص های تشخیصی به صورت بی نظمی و اغتشاش پدید آمده است.

عملیات غربال گری سریع بصری (R V S)، ساده ترین و سریع ترین روش برای بررسی آسیب های لرزه یی یک ساختمان است. به دلیل وجود عدم قطعیت در ساختار R V S، از یک مدل منطق فازی به منظور ارزیابی آسیب پذیری لرزه یی در نوشتار حاضر استفاده شده است. به منظور آموزش مدل فازی نیز از یک الگوریتم اخیراً پیشنهاد شده ی بهینه سازی ازدحام ذرات مبتنی بر جست وجوی تطبیقی هدایت شده (G u A S P S O)، استفاده و نتایج ناشی از آن با الگوریتم های P S O و گرگ خاکستری (G W O) مقایسه شده است. از زلزله ی سال 1396 سرپل ذهاب ایران نیز به عنوان یک مطالعه ی موردی استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که مدل فازی آموزش دیده با الگوریتم G u A S P S O به ترتیب در 78، 67 و 78 درصد از معیارهای کارایی در سه مرحله ی: آموزش، اعتبارسنجی و در کل مجموعه ی داده های ورودی، عملکرد مناسب تری را در مقایسه با دو الگوریتم دیگر از خود نشان می دهند. همچنین مدل فازی بهبودیافته، عملکرد بهتری در پیش بینی خسارت لرزه یی دارد.

روش مرتبه ی اول هاسفر لین ـ راکیویتز فیسلر به شکل گسترده یی در تحلیل قابلیت اعتماد سازه ها استفاده شده است. با این حال، مرتبه ی بالای غیرخطی بودن تابع حالت حدی می تواند به ناپایداری حل مسئله در الگوریتم های بهینه سازی غیرخطی منجر شود. مطالعه ی حاضر قصد دارد تا ویژه سازی یک الگوریتم بهینه سازی غیرخطی عددی جهت یافتن نقطه ی طراحی در فضای استاندارد نرمال و احتمال شکست متناظر با آن را در قالب یک ساختارسازی جدید ارائه کند. روش برنامه ریزی توالی کمینه ی مربعات برای حل یک مسئله ی قابلیت اعتماد سازه ها، دارای همگرایی سریع و کارایی بالا در مرحله ی خطی سازی تابع حالت حدی است. روش مذکور، مسئله ی اولیه را با یک مسئله ی خطی کمینه ی مربعات از طریق گسسته سازی های پایدار برای ماتریس هسیان جایگزین می کند و همواره یک حل پایدار را نتیجه می دهد. بعد از دستیابی به پاسخ در مرحله ی خطی سازی، روش میانگین موردانتظار احتمالاتی با در نظر گرفتن ماتریس هسیان و فضای دوران یافته استفاده شده است، تا دقت محاسباتی پاسخ به دست آمده را به دقتی نزدیک به روش شبیه سازی مونت کارلو اصلاح کند.

به منظور کاهش آثار مودهای بالاتر در سیستم گهواره یی، اضافه کردن مفصل گهواره یی ثانویه در ارتفاع سازه رایج است. محل بهینه ی مفصل ثانویه به علت بازتوزیع نیروهای داخلی بین صفحات گهواره یی، چالش برانگیز است. در پژوهش حاضر، قاب مهاربندی فولادی دوگهواره یی دارای تعداد طبقات 12، 18 و 24، با استفاده از روش برهم نهی مودال اصلاح شده طراحی شده است. سپس محل مفصل ثانویه در هر طبقه تغییر یافته است تا محل بهینه برای کمینه سازی برش، لنگر واژگونی، بیشینه ی شتاب و جابه جایی نسبی طبقه تعیین شود. قاب های مورد بررسی تحت مجموعه ی شتاب نگاشت های دور از گسل، نزدیک گسل و نزدیک گسل با پالس قرار گرفته اند. نتایج نشان می دهد که قرار دادن مفصل در 40\٪ ارتفاع در اغلب موارد باعث کمینه سازی هر چهار تقاضا شده است. همچنین لنگر واژگونی دارای بیشترین حساسیت به محل مفصل ثانویه بوده و تغییرات مجموع آن به نحوی با برش همبستگی داشته است. از این رو، انتخاب لنگر واژگونی به عنوان تابع هدف بهینه سازی پیشنهاد می شود.

روش های گوناگونی برای بهبود پایداری خاکریز پیشنهاد می شود که از بین آن ها می توان به تسلیح خاک اشاره کرد. هدف از نوشتار حاضر، بهبود ضریب اطمینان خاکریز مسلح شده توسط ژئوتکستایل با زوایای گوناگون و مستقر بر خاک نرم با کمک نرم افزار P L A X I S بوده است. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که تغییر زاویه ی ژئوتکستایل از 0 تا 95/0 درجه در خاک ماسه یی، باعث کاهش 53 درصدی ضریب اطمینان خاکریز شده است. اما تغییر زاویه ی اخیر، در خاک رسی تأثیر اندکی گذاشته است، به نحوی که با افزایش زاویه ی ژئوتکستایل از0 تا 01/2 درجه، کاهش 9/2 درصدی در ضریب اطمین125/2 افزایش یافته است. همچنین، با افزایش اخیر مقاومت ژئوتکستایل، حد نشست خاکریز تا لحظه ی قبل از گسیختگی، 64/60بیشتر شده است.

پساب شور کارخانه های آب شیرین کن باعث تخریب محیط زیست می شود. در صورت تخلیه ی مناسب پساب، آثار زیست محیطی شیرین سازی آب کاهش می یابد. مدل های عددی، یکی از بهترین روش ها برای شناخت رفتار پساب تخلیه شده در محیط آبی هستند. در پژوهش حاضر، به اعتبارسنجی مدل های آشفتگی k-ω (SST) و Standard) و (RNG K-ε برای تخلیه ی پساب با استفاده از نازل های دایره و مربع پرداخته شده است. طبق نتایج به دست آمده، مدل های S S T، S t a n d a r d و R N G، مقدار Z را به ترتیب با خطایی در حدود 17ـ24، 5ـ12 و 9ـ17 درصد تخمین زده اند. مقدار Sm توسط مدل S t a n d a r d با 19ـ24 درصد خطا و توسط مدل S S T نیز با 25ـ30 درصد خطا برآورد شده است. مدل R N G عملکرد بهتری داشته و مقدار Sm را با خطای 13ـ18 درصد پیش بینی کرده است. مدل های S S T، S t a n d a r d و R N G، مقدار Si را به ترتیب در حدود 35، 25 و 20 درصد کمتر نسبت به نتایج مطالعه ی تجربی ارائه داده اند.