مهندسی عمران مدرس
سال:1403 | دوره:24 | شماره:4 |تعداد مقالات:11

طرح اختلاط بومی بتن رویکرد نوینی است که به عنوان راهکار اقتصادی به منظور توسعه پایدار بسیاری از زیربناهای عمرانی در جهان مورد توجه قرار گرفته است. برای این منظور در این مقاله، یک روش کاربردی و اجرایی جهت افزایش کارایی و عمر روسازی های بتنی فرودگاه مشهد با استفاده از منابع معدنی بالقوه و نیز به حداقل رساندن هزینه های نگهداری معرفی شده است. در این مطالعه، 8 طرح اختلاط بتن با سنگدانه های دو معدن محلی مهریزی و رضایی نسبت به فرودگاه مشهد تهیه و سپس خواص مکانیکی و رفتار دوامی کلیه مخلوط ها جهت ارائه طرح اختلاط بهینه بومی انجام شد. نتایج نشان داد که با افزدون الیاف پلی پروپیلن به نمونه های حاوی میکروسیلیس، مقاومت خمشی نمونه های بتنی تا میزان 8.7 مگاپاسکال افزایش یافت. بر اساس نتایج، نمونه های بتنی حاوی سنگدانه های مهریزی در مقایسه با بتن های ساخته شده از سنگدانه های معدن رضایی عملکرد بهتری از لحاظ رفتار مکانیکی و دوامی نشان دادند. همچنین در بین مخلوط های معدن مهریزی، طرح اختلاط حاوی الیاف پلی پروپیلن و 7 درصد جایگزینی میکروسیلیس ازنا با سیمان به مراتب مقاومت و دوام بالاتری نسبت به دیگر نمونه ها را از خود نشان دادند. به نحوی که میزان بهبود مقاومت فشاری، مقاومت در برابر تهاجم یون کلر، پدیده ذوب و یخ و واکنش های قلیایی سیلیسی در مقایسه با نمونه شاهد پس از پایان دوره هریک آزمایش های مذکور به ترتیب برابر با 81/22%، 418%، 400% و 31/189% گردیده است. لذا بر اساس نتایج مذکور طرح اختلاط بومی با استفاده از مصالح معدن مهریزی جهت استفاده در اپرون فرودگاه مشهد پیشنهاد می گردد.

آلاینده­های حاوی فلز سنگین سرب همواره از منابع اصلی آلودگی محیط زیست در طی دهه­های گذشته است. فعالیت­های انسانی و صنعتی به طور مستقیم یا غیرمستقیم باعث ورود مقادیر انبوهی از آلاینده­های مبتنی بر سرب به سطح خاک و آب زیرزمینی شده است. تکنیک تثبیت و جامد­سازی (S/S) توسط سیمان، با کاهش قابل توجه تحرک و حلالیت سرب در خاک، ابزار مؤثری برای تصفیه خاک­های آلوده به سرب است. از سوی دیگر آلاینده فلز سنگین سرب بر روی زمان گیرش سیمان تأثیرگذار است و زمان گیرش به طور مستقیم بر کارایی ترکیبات سیمان تأثیرگذار است. بر این اساس فهم اندرکنش سرب و سیمان حائز اهمیت است. در این راستا هدف پژوهش حاضر بررسی تأثیر فلز سنگین سرب بر زمان گیرش و اندرکنش ریزساختاری سرب و سیمان است. بدین منظور محلول نیترات سرب با غلظت­های kg/cmol-solid 500 و 250، 100، 50، 25، 10، 0 به سیمان افزوده شد. بررسی اثر فلز سنگین سرب بر فرایند هیدراتاسیون و زمان گیرش خمیر سیمان توسط آزمایش­های زمان گیرش، پراش پرتو ایکس (XRD) و تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میزان تراوش و آبشویی آلودگی (TCLP) مورد تجزیه وتحلیل آزمایشگاهی قرار گرفته است. بر اساس نتایج حاصل از پژوهش، رسوب و کمپلکس شیمیایی فلز سنگین سرب به شکل Pb(OH)2 و Pb-C-S-H منجر به تعویق هیدراتاسیون سیمان و افزایش زمان گیرش اولیه و نهایی خمیر سیمان و تثبیت و جامد­سازی آلاینده فلز سنگین سرب شده است. با افزودن kg/cmol-solid 25 نیترات سرب زمان گیرش اولیه سیمان از 65 دقیقه به 155 دقیقه افزایش یافته است. نتایج ریز­ساختاری نشان داد سیمان در فرایند تثبیت و جامد­سازی (S/S) فلز سنگین سرب تا غلظت cmol/kg-solid 100 به خوبی عمل کرده و میزان آلاینده برای خاک در حد مجاز است.

سازه ها از جمله پل های بتنی، ممکن است در طول بهره برداری در معرض آسیب های تدریجی ناشی از شرایط محیطی مثل خوردگی قرار گیرند که این موضوع  باعث کاهش عمر مفید آنها خواهد شد. اطلاع از میزان عمر مفید باقیمانده سازه ها باعث می شود تا در زمان مناسب نسبت به بهسازی، مقاوم سازی و یا بازسازی آنها اقدام گردد. برای تعیین عمر مفید باقیمانده یک سازه، سه روش متداول تحت عناوین روش داده محور، روش فیزیک خرابی و روش ترکیبی وجود دارد. در این مقاله روش ترکیبی تعیین عمر مفید باقیمانده سازه ها، مورد توجه و پژوهش قرار گرفته است. هدف از این تحقیق پیشنهاد روشی مناسب برای پیش بینی عمر مفید باقیمانده سازه پل با عرشه بتن مسلح تحت خوردگی ناشی از یون کلراید با استفاده از شبکه بیزین است. عمر مفید باقیمانده قطعات بتن مسلح تحت حمله کلرایدی، شامل دو بخش زمان مربوط به مرحله آغازین خوردگی و زمان مربوط به مرحله انتشار یون کلر می باشد. برای تعیین بخش عمر مفید باقیمانده مربوط به مرحله آغازین، تحقیقات متنوعی انجام شده و کمیته ACI365 آمریکا نرم افزاری تحت عنوان Life-365 را برای این منظور پیشنهاد نموده است. برای تعیین بخش دوم عمر باقیمانده که مربوط به مرحله انتشار است، تحقیقات جامعی وجود ندارد و درکارهای عملی معمولا عددی ثابت و برابر با 6 سال در نظر گرفته می شود. این در حالی است که بخش دوم عمر باقیمانده نیز به عوامل متعددی از قبیل قطر میلگردها، پوشش بتن، تغییرات دمایی محیط و موارد دیگر بستگی دارد. این موضوع ضرورت تحقیقات بیشتر در این خصوص را روشن می نماید. در این مقاله با استفاده از داده های موجود در تحقیقات گذشته و تولید مجدد داده و بکارگیری شبکه بیزین، روابطی برای تعیین عمر مفید سازه پل در هر دو مرحله آغازین و انتشار ارائه گردیده است. به منظور ارزیابی نتایج حاصل از روابط پیشنهادی، مساله تعیین عمر مفید باقیمانده برای یک مدل عددی پل بتنی و نیز چند سازه دریایی واقع در خلیج فارس مورد بررسی قرار گرفت.  نتایج این تحقیق نشان می دهد که با استفاده از روابط پیشنهادی می توان دقت تخمین عمر مفید باقیمانده پل های با عرشه بتنی در معرض نفوذ یون کلراید را با تکیه بر داده های بدست آمده از بازرسی های میدانی سازه بهبود بخشید. در این پژوهش، عمر باقیمانده مربوط به مرحله انتشار کلراید در بتن، در بهترین شرایط 9.116 سال و در بدترین شرایط 2.73 سال تخمین زده شد.

زاویه اصطکاک خاک یکی از پارامترهای اساسی در مهندسی ژئوتکنیک است و به طور مستقیم بر پایداری سازه هایی مانند دیوار های حائل، شیب ها و پی ها تأثیر می گذارد. در این پژوهش یک شبکه عصبی پیچشی (Convolutional neural network)، با استفاده از پارامتر های ورودی عکس و جرم مخصوص خشک، برای پیش بینی زاویه اصطکاک اوج ماسه فیروزکوه، توسعه داده شد. برای این منظور، ابتدا 10 نمونه از ماسه فیروزکوه با دانه بندی های متفاوتِ 1S تا 10S تهیه و برای هر دانه بندی نیز سه جرم مخصوص خشک متفاوت در نظر گرفته شد. سپس زاویه اصطکاک اوج متناظر با 30 جرم مخصوص خشک برای 10 دانه بندی 1S تا 10S با استفاده از آزمایش برش مستقیم تعیین شد. برای آموزش و آزمون شبکه از هر نمونه 50 عکس گرفته شد. با توجه به اینکه در فرآیند آموزش شبکه، برای هر نمونه سه جرم مخصوص خشک متفاوت در نظر گرفته شد، در مجموع 1500 عکس برای بانک اطلاعاتی شبکه تهیه گردید. از این تعداد، 1125 عکس برای آموزش و 375 عکس برای آزمون شبکه استفاده شد. نتیجه آزمون شبکه عصبی پیچشی این پژوهش نشان داد که این شبکه می تواند با استفاده از عکس و جرم مخصوص خشک خاک به عنوان پارامترهای ورودی، زاویه اصطکاک اوج ماسه فیروزکوه را، با خطای نسبی نرمال شده 3/0 درصد، پیش بینی کند.

از آنجا که معمولا لایه­ های بتن ­ریزی در آنالیزهای عددی سدهای بتنی نادیده گرفته می ­شود در این مقاله با در نظر گرفتن رفتار ارتوتروپیک بتن، درزهای بتن­ ریزی که سبب ضعف در موقعیت ­ها و امتداد مشخصی در بدنه سد می­ گردند به نحو مطلوبی اعمال گردیده است. در ابتدا با استفاده از نرم­ افزار المان محدود FEAP تحلیل ­های لرزه ­ای غیرخطی انجام گردید سپس یک برنامه به زبان فرترن برای پیش­ بینی تاریخچه زمانی جابجایی نگاشته شد. هدف از این برنامه کاهش زمان مورد نیاز برای آنالیزها می ­باشد به طوری که با انجام آنالیز ثانیه ­های ابتدایی بارگذاری لرزه ­ای، با دادن ورودی ­های آموزشی به برنامه، پیش ­بینی مناسبی از روند پاسخ برای مابقی زمان بارگذاری حاصل گردد. همچنین می توان با آموزش دادن برنامه با حالت ایزوتروپیک و ارتوتروپیک، برای سایر حالات ارتوتروپیک در نسبت­ های ناهمسانگردی مختلف، نمودارهای تاریخچه زمانی را استخراج کرد. با توجه به نتایج به دست آمده این برنامه به خوبی قادر به پیش­ بینی نمودارها در زمان بسیار کم می ­باشد. علاوه بر این رابطه ­ای جهت پیش­ بینی جابجایی ­ها در حالت ارتوتروپیک ارائه شده است.

سرریزهای کنگره ای، جزء سرریزهای تاج طولانی هستند که راندمان دبی و ظرفیت انتقال آن ها بیشتر از سرریزهای خطی مشابه است. بررسی میزان اتلاف انرژی در این سرریزهای با راندمان بالا، بسیار مورد اهمیت برای مهندسان در سال های اخیر شده است. در این تحقیق، از چهار سرریز کنگره ای سینوسی شکل برای بررسی میزان اتلاف انرژی استفاده شد. سرریز اول دارای طول تاج 1/3 متر، سرریز دوم دارای طول تاج 1/5 متر، سرریز سوم دارای طول تاج 1/55 متر و سرریز چهارم دارای طول تاج 1/6 متر است. همچنین سرریز اول و دوم دارای ارتفاع 0/15 متر و نسبت عرض دهانه ورودی به خروجی 6/86 و سرریز سوم و چهارم دارای ارتفاع 0/18 متر و نسبت عرض دهانه ورودی به خروجی 7/67 است. نتایج چنین بود که با افزایش دبی جریان و یا افزایش عمق جریان در بالادست سرریز، اتلاف انرژی کاهش یافت. همچنین با افزایش طول موثر سرریزها، مقدار اتلاف انرژی افزایش می یابد. با افزایش نسبت عرض دهانه های ورودی به عرض دهانه های خروجی سرریز، میزان اتلاف انرژی افزایش یافت. میزان اتلاف انرژی در سرریز چهارم و سرریز سوم به ترتیب، بیشترین مقدار است. به طور میانگین و با افزایش 20 درصدی ارتفاع سرریز، میزان اتلاف انرژی 23/2 درصد افزیش می یابد.

سیمان یکی از پرمصرف ترین مصالح ساختمانی در دنیا به خصوص کوره ها محسوب می شود. با توجه به آلایندگی تولید سیمان 900 کیلوگرم گاز CO2 به ازای تولید هر تن سیمان بیشتر تحقیقات سال های اخیر جهت جایگزینی سیمان با یک ماده جدید سازگار با محیط زیست بوده است. نتیجه این تحقیقات منجر به معرفی ماده جدیدی تحت عنوان فراک شد. فراک به عنوان ترکیب عمدتا یک ماده چسباننده آهنی است که کربن منفی را به دست می دهد. ساخت این ماده جدید از گرد و غبار آهن همراه با نسبت هایی از پودرسنگ آهک، خاکستر بادی، متاکائولین و اگزالیک اسید تهیه می شود. هدف این پژوهش بررسی دوام و مقاومت ملات های ژئوپلیمری حاوی فراک و الیاف بازالت در حرارت بالا است. لذا، برای این منظور در گام نخست نسبت های مختلفی از سرباره جهت بهینه یابی جایگزین سیمان هیدرولیکی گردید. در گام دوم بهترین نسبت سرباره  در گام اول با نسبت های مختلفی از فراک مخلوط می گردد تا بهترین درصد جایگزینی فراک بدست آید و در نهایت با افزودن درصدهای مختلفی از الیاف بازالت به بهینه ترین نمونه های گام دوم  نمونه های ملات تهیه شد و در هوای آزاد  آزمایشگاه عمل آوری گردید. سپس نمونه­های 28 روزه در درجه حرارت های 200و600 درجه سانتیگراد مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که مقاومت ملات ژئوپلیمری حاوی فراک بترتیب افت ناچیز (14%) و افت محسوس (50%) را در دماهای مذکور کسب می کند و نمی تواند  مورد مناسبی جهت استفاده در بدنه کوره های گرمایی  باشد. نتایج نشان می دهد نمونه های با درصد الیاف کمتر (0.3 % ) مقاومت فشاری بیشتری را در  28روز(53.9 %) کسب کرده اند.

با توجه به محدودیت و عدم دسترسی به منابع آب شیرین، آب زیرزمینی به عنوان یک منبع شناخته شده، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مطالعه، از یک روش نوین حجم محدود موسوم به DDFV (Dual Discrete Finite Volume ) برای مدل سازی جریان و انتقال آلودگی در آب زیرزمینی استفاده شده است. در این روش، از شبکه بندی های ساختاریافته و ساختارنایافته استفاده شده که می تواند هندسه های پیچیده را مورد بررسی قرار دهد و معادلات جریان و انتقال آلودگی به دقت برای هر المان شبکه مثلثی مدل شده و غلظت آلودگی در مرکز و رئوس هر المان به دست آید. در ابتدا، معادله ی جریان در محیط غیراشباع حل شد و پارامترهای محتوای رطوبت و تراز سطح آب زیرزمینی محاسبه گردید. سپس با توجه به نتایج به دست آمده، سرعت حرکت آب در خاک برآورد شد. در نهایت، معادله آلودگی در محیط غیراشباع استخراج شد و مقدار غلظت در رئوس هر المان محاسبه گردید. این مدل در حالت های جریان ناپایدار در یک بعد و دو بعد بادقت بالا صحت سنجی شده است.با مقایسه حالت دوبعدی با حالت یک بعدی، مشخص گردید که نوسانات در حالت دوبعدی وجود ندارد.

هدف از انجام این پژوهش، بررسی اثر پارامترهای مختلف شامل شرایط تکیه­گاهی، نسبت تقاضا به ظرفیت اولیه عضو (DCR)، فاکتور اندازه مقطع (نسبت محیط به مساحت) و ضخامت پوشش عایق حرارت بر روی مدت زمان مقاومت ستون­های فولادی تحت اثر آتش می­باشد. به این منظور، چهار نمونه ستون با مقطع H شکل و چهار نمونه ستون با مقطع قوطی شکل با طول 4 متر در نرم­افزار آباکوس مدل­سازی شده و سپس با در نظر گرفتن اثر پارامترهای مختلف از چهار سمت تحت اثر منحنی آتش استاندارد قرار داده شده­اند. نتایج پژوهش حاکی از آن است که افزایش ضخامت مقطع قوطی شکل فولادی باعث افزایش مدت زمان مقاومت ستون فولادی تحت اثر آتش شده­است. اما افزایش پهنای مقطع اثر قابل توجهی بر زمان خرابی ستون نداشته است. همچنین افزایش ضخامت بال و کاهش ارتفاع جان در ستون­های H شکل موجب افزایش مدت زمان مقاومت ستون­ها تحت اثر آتش شده است. از طرفی نتایج نشان می­دهد که فاکتور اندازه مقطع، مقدار بارگذاری اولیه عضو و ضخامت پوشش محافظ اثر قابل توجهی بر زمان گسیختگی و خرابی ستون داشته و در نتیجه آن روابطی پارامتری جهت محاسبه زمان خرابی ستون­های حفاظت شده ارائه شده است. از مقایسه رابطه مبحث دهم مقررات ملی ساختمان و روابط ارائه شده در پژوهش حاضر مشخص می­شود که با در نظر گرفتن DCR اولیه معادل 7/0 در روابط پیشنهادی این مقاله، نتایج روابط به هم نزدیک می­شوند. این امر نشان­دهنده محافظه­کاری بیش از حد رابطه مبحث 10 برای بسیاری از سازه­های متداول است، در حالی­که روابط پژوهش حاضر، طراحی دقیق­تر و بهینه­تری از ضخامت پوشش عایق حرارت را به دست می­دهد.

پایه ها، المان های طراحی حیاتی برای پل تحت بارگذاری زلزله هستند، اطمینان از پایداری و سلامت آن ها برای ایمنی کلی پل بسیار مهم است. متداول ترین روش های موجود برای تشخیص آسیب که عمدتاً در عرشه پل مورد استفاده قرار می گیرد، روش های مودال هستند. این روش ها به دلایل مختلف دارای خطا در یافتن آسیب در سازه هستند. از طرفی این روش ها نیازمند اطلاعات پایه سالم هستند. در این پژوهش با ارائه روشی جدید و استفاده از مفهوم همبستگی، سعی شده با حداقل خطا و بدون داشتن اطلاعات پایه سالم، وجود آسیب و محل آن تشخیص داده شود. بدین منظور، بلندترین پایه از رمپ A مجموعه پل های شهید باکری تهران به عنوان پایه مورد مطالعه انتخاب و با استفاده از نقشه های چون-ساخت مدل غیرخطی دقیق در نرم افزار opensees ساخته شد. آسیب ایجاد شده در مدل، به صورت کاهش سختی در مصالح بتنی و کاهش سطح مقطع در مصالح فولادی مقطع بوده است. محل اعمال آسیب نیز در ارتفاع پایه در سه ناحیه 15، 25 و 35 درصد ارتفاع به صورت جداگانه اعمال شده است. داده ها با استفاده از سنسورهای سرعت سنج در ارتفاع پایه جمع آوری شد و در انتها با استفاده از مفهوم همبستگی و ارائه اندیس خرابی مبتنی بر این مفهوم، توانایی اندیس ارائه شده در یافتن وجود آسیب و محل آن در سناریوهای مختلف آسیب ارزیابی گردید. نتایج بدست آمده، نشان دهنده عملکرد مناسب این اندیس در تشخیص خرابی در سناریوهای مختلف و شدت های آسیب بین 10 تا 30 درصد می باشد.

موقعیت اولیه ذرات در روش هیدرودینامیک ذرات هموار SPH می تواند نقش مهمی در کاهش خطاهای عددی و کارایی آن داشته باشد. در این پژوهش با مبنا قراردادن مدل سازی بالاروی سطح آب ، و استفاده از تجارب مدل سازی های پیشین با روش هیدرودینامیک ذرات هموار، شش توزیع متداول توزیع ذرات شامل: توزیع مربعی SC، توزیع مثلثی Triangular، توزیع بر اساس الگوریتم WVT، توزیع براساس الگوریتم Greedy یا حریص، توزیع شش ضلعی Hexagonal و توزیع بر اساس الگوریتم فیبوناچی Fibonacci، مورد بررسی قرارگرفته است. بر اساس نتایج حاصل از بررسی فشار، سرعت و تراز سطح آزاد بالاروی سطح آب در زمان‎های متفاوت مطابق با مدل فیزیکی، میانگین کل خطای مدل سازی برای هریک از مدل ها (اختلاف مقادیر به دست آمده از مدل سازی با نتایج مدل آزمایشگاهی)، ارائه گردیده است. با توجه به نتایج به دست آمده مشخص گردید که دو مدل توزیع ذرات شش ضلعی و توزیع فیبوناچی دارای کمترین میزان میانگین خطای مدل سازی (به ترتیب 10.2% و 11.1%) هستند. علاوه بر این بر اساس نتایج به دست آمده، مدل WVT دارای خطای مدلسازی کمتری (حدودا 14%) نسبت به سه مدل با توزیع مربعی، مثلثی و Greedy است. لذا از آنجائیکه در این پدیده دو توزیع اولیه ذرات شش ضلعی و فیبوناجی دارای خطای مدل سازی کمتری نسبت به توزیع های دیگر هستند، برای مدل سازی پدیده بالاروی سطح آب به روش SPH بهره گیری از این دو توزیع اولیه قابل توصیه می باشد.