مهندسی عمران شریف
سال:1403 | دوره:40 | شماره:3 |تعداد مقالات:14

در طراحی سیستم های آبیاری قطره یی برای تعیین مقدار افت هیدرولیکی معمولاً از رابطه ی هیزن- ویلیامز استفاده می شود. در پژوهش حاضر، با استفاده از مدل های آزمایشگاهی و کاربرد لوله های پلی اتیلن با قطرهای 16، 20، 25، و32 میلی متر، میزان افت هیدرولیکی به ازاء دبی های مختلف و با توجه به محدوده ی سرعت مجاز اندازه گیری شد. سپس با تحلیل داده های مشاهداتی، رابطه ی جدیدی که مقدار افت هیدرولیکی را در لوله های 16 تا 32 میلی متر تابعی از دبی و قطر لوله محاسبه می کند، به دست آمد. رابطه ی ریاضی به دست آمده با نتایج حاصل از روش های متداول اندازه گیری افت هیدرولیکی و همچنین داده های محاسباتی مقایسه شد. مطابق با نتایج مطالعه ی حاضر، رابطه ی به دست آمده برای لوله های پلی اتیلن با قطرهای 16 الی 32 میلی متر و با عدد رینولدز بیش از 2000 با اطمینان بالایی پیشنهاد می شود. از مزایای رابطه ی به دست آمده، استقلال آن از ضریب افت C و دقت بالای آن است.

با توجه به ماهیت سه بُعدی و پیچیده ی جریان در آبراهه های سیلاب دشتی پیچانی و به ویژه بر اساس نقش مؤثر جریان های ثانویه و انتقال مومنتم در قوس ها، محاسبه ی پارامتر تنش برشی توسط روش-های ارائه شده برای کانال های مستقیم با چالش هایی مواجه است. روش تعادل مومنتم، که براساس حل معادله ی تعادل مومنتم برای نقاط جریان کار می کند، می تواند در تعیین پارامتر تنش برشی در کانال-های پیچانی استفاده شود. در یک مدل فیزیکی، شامل یک آبراهه ی آزمایشگاهی مستطیلی، مجرای پیچانی همراه با دو سیلاب دشت، تنش برشی در طول جریان با استفاده از روش تعادل مومنتم محاسبه و نتایج با روش توزیع لگاریتمی سرعت و تنش برشی رینولدز مقایسه شد. مقادیر بیشینه ی تنش برشی نسبی در روش های MBM، RSM، و LLM به ترتیب 43/5 و 24/7 در مقطع چهارم و 05/6 در مقطع اول بوده است. با توجه به بررسی نتایج، روش MBM می تواند به عنوان روشی کاربردی در ارزیابی مقادیر تنش برشی در پیچان رودها معرفی شود.

در پژوهش حاضر، به کمک یک مدل عددی کاملاً همبسته ی هیدرومکانیکال، پدیده ی فرونشست ناشی از استخراج آب های زیرزمینی از آبخوان ها با درنظرگرفتن آثار غیراشباع به روش بدون المان گالرکین (EFG) شبیه سازی شده است. به کمک مدل اخیر می توان یک پیش بینی مناسب برای تغییرات هد هیدرولیکی و میزان فرونشست زمین ارائه کرد. پس از حل مسائل محک، مدل نهائی برای حل مسئله ی فرونشست استفاده شد. نتایج پژوهش حاضر با نتایج روش المان محدود (FEM) برای یک آبخوان همسان و با درنظرگرفتن شرایط غیراشباع مقایسه و خطای فرونشست زمین 51/5٪ و خطای افت هدهیدرولیکی 35/13٪ محاسبه شد، که نشان از تطابق مناسب بین نتایج دو روش اخیر است. نتایج نشان می دهند که روش EFG قابلیت مدل سازی پدیده ی فرونشست را دارد. همچنین آثار غیرخطی استخراج آب های زیرزمینی در کاهش هد هیدرولیکی و افزایش فرونشست قابل تعیین است. درنهایت، یک مطالعه ی پارامتری به منظور بررسی میزان تأثیر ویژگی های ژئوتکنیکی آبخوان در میزان فرونشست انجام شد. پارامترهای مدول کشسان و ضریب پواسون بیشترین تأثیر را در میزان فرونشست زمین دارند و لازم است پیش از اجرای پروژه های برداشت آب های زیرزمینی، پارامترهای مذکور با دقت قابل قبول درنظر گرفته شوند.

یکی از روش های متعارف برای ارزیابی اندرکنش خاک و آلاینده، تعیین ظرفیت بافرینگ خاک است. محدودیت های آزمایش اخیر سبب شده است که امکان استفاده ی کمّی از نتایج آن توأم با خطای قابل ‎توجه باشد. هدف نوشتار حاضر، ارائه ی مبانی نظری و کاربردی استفاده از تئوری پتانسیل زتا برای بهینه سازی رفع آلاینده های فلز سنگین از خاک های رسی است. براساس نتایج پژوهش حاضر، با تعیین تغییرات پتانسیل سطحی رس در شرایط محیطی مختلف، رفتار نمونه ها به 3 ناحیه ی واجذبی (5/6> pH>2)، ناحیه ی پایدار (5/8≥ pH≥5/6)، و ناحیه ی نگهداشت (12> pH>5/8) تقسیم بندی شده است. بر این اساس، با انتخاب الگوی بهینه ی شدت بخشی بر مبنای تغییرات پتانسیل سطحی، امکان همسوکردن جهت جریان الکترواسمز با پدیده ی مهاجرت یونی و افزایش بازده روش الکتروکینتیک میسر می شود. استفاده از مبانی تئوریک پتانسیل سطحی رس، توأم با فازهای نگهداری آلاینده به عنوان یک راهکار تئوریک و اجرایی در روش های رفع آلودگی قابل استفاده است.

در مطالعه ی حاضر، یک مدل جدید جنبش زمین برای ایران، به منظور پیش بینی بیشینه ی شتاب زمین، طیف های شبه شتاب در میرایی های 2، 5، و 10 درصد و طیف های جابجایی با نسبت مقاومت به وزن 05/0 تا 3/0، در دوره های تناوبی 04/0 تا 4 ثانیه توسعه یافته است. پایگاه داده ی مطالعه ی حاضر، شامل 659 رکورد از 115 رویداد اصلی و پوسته یی کم عمق رخداده در ایران از سال های 1976 تا 2022 با محدوده ی بزرگای 4/7 Mw  5 و فاصله ی رومرکزی تا 200 کیلومتر بوده است. ضرایب اثر تصادفی در مدل رگرسیون، اثر مختلط برای ثبت تغییرات منطقه یی میان مناطق پنج گانه ی فلات ایران تعریف شده و هیچ گونه تفاوت آماری در بین مناطق مذکور ملاحظه نشده است. آثاز غیرخطی ساختگاه با استفاده از پارامتر 30VS (متوسط سرعت موج برشی در 30 متر فوقانی پروفیل خاک) در مدل توسعه یافته در نظر گرفته شد. توزیع باقیمانده های به دست آمده، شامل: باقیمانده های میان رویدادی، ایستگاه به ایستگاه، و رویداد- ایستگاه تصحیح شده، هیچ گونه سوگیری قابل توجهی را برای مدل توسعه یافته نشان نداده اند.

در دهه های اخیر، به استفاده از انرژی تجدیدپذیر باد به وسیله ی توربین های بادی فراساحلی توجه بسیاری صورت گرفته و گسترش استفاده از آن ها، سبب نصب توربین های بادی فراساحلی در مناطق لرزه خیز نیز شده است. اغلب برای پی توربین های بادی فراساحلی، که در محیط دریا در معرض بارهای سیکلیک، مانند: باد، موج، و جریان های دریایی قرار دارند، از مونوپایل استفاده می شود. در پژوهش حاضر، با انجام 6 آزمایش در محیط g1 به بررسی اثر عمق مدفون، قطر، و خشک و اشباع بودن خاک در عملکرد لرزه یی مونوپایل پرداخته شده است. یافته ها نشان داده اند که قرارگیری مونوپایل در محیط اشباع نسبت به محیط خشکی، سبب تضعیف عملکرد لرزه یی می شود و افزایش عمق مدفون نیز در ابتدا تا طولی مشخص، سبب بهبود و در طول های بیشتر از آن، سبب تضعیف عملکرد لرزه یی می شود. همچنین افزایش 57 درصدی قطر مونوپایل سبب افزایش 24 درصدی شتاب روسازه و افزایش 40 درصدی جابجایی ماندگار شده است، که نشان دهنده ی تضعیف عملکرد لرزه یی است.

در نوشتار حاضر، به بررسی کارایی توموگرافی کامپیوتری اشعه ی ایکس در بازرسی سازه های شهری و سازه های ساختمانی پرداخته شده است. توموگرافی اشعه ی ایکس، یک روش غیرمخرب براساس جذب اشعه ی ایکس است، که کاربرد فراوانی در زمینه ی پزشکی دارد. با استفاده از روش اخیر می توان به مطالعه و بررسی ساختار داخلی سازه های قدیمی در جهت رفع عیوب و حفظ ایمنی ساکنان و همچنین نگهداری هر چه بهتر آن ها پرداخت؛ به طور مثال، سازه های شهری مانند تیر های برق و علائم راهنمایی و رانندگی، که در اثر مخاطره های طبیعی و یا فرسودگی به طور سالانه باعث وقوع خسارت های مالی و یا حتی جانی می شوند. از ویژگی های روش توموگرافی اشعه ی ایکس می توان به دقت و سرعت بالای آن در بررسی عضو اشاره کرد. با توجه به قابلیت های روش مذکور، در پژوهش حاضر با استفاده از یک دستگاه بازرسی چمدان در محل فرودگاه مهرآباد، به بررسی تعدادی نمونه ی بتنی و چوبی جهت شناسایی عیوبی، مانند: ترک، حفره ها، و یا گره در نمونه های چوبی پرداخته شده است. نتایج نشان دادند که ارتباط مستقیمی با توان دستگاه و مدت تابش اشعه به نمونه وجود دارد. با توجه به نتایج می توان عیوبی، مانند: ترک در بتن و یا گره در چوب را مشاهده کرد.

وقوع پدیده ی روانگرایی در خاک های سُست ماسه یی در شرایط اشباع تحت بارهای لرزه یی موجب می شود ذرات خاک تمایل به کاهش حجم داشته باشند. به طوری که در صورت عدم امکان زهکشی، فشار آب حفره یی درون خاک افزایش می یابد و در شرایط تنش ثابت، تنش مؤثر بین ذرات به صفر نزدیک می شود. در چنین حالتی ذرات خاک هیچ گونه مقاومت برشی ندارد و حالت روانگرایی رخ می دهد. در پژوهش حاضر، تحلیل قابلیت اعتماد روانگرایی با درنظرگرفتن عدم قطعیت ها با استفاده از آخرین اصلاحات ارائه شده توسط ادریس و بولانژه (2014) برای روش ساده شده و با به کارگیری روش مربع لاتین بهبودیافته (IHS) انجام شده است. مقایسه ی نتایج روش IHS با شبیه سازی مونت کارلو نشان داد که روش پیشنهادی برای تحلیل روانگرایی قابل اعتماد است. تحلیل حساسیت انجام شده بر روی محدوده ی وسیعی از خاک های روانگرا و غیرروانگرا بر مبنای ضرایب تغییرات پارامترها نشان داد که تغییرپذیری پارامترهای خاک و بارگذاری زلزله می تواند تأثیر مهمی در احتمال روانگرایی داشته باشد.

از جمله موارد چالش برانگیز در آنالیز مودال عملیاتی، وابستگی روش های آن به قضاوت کاربر در جداسازی مودهای فیزیکی از مودهای جعلی و تفکیک مودهای واقعی سازه از یکدیگر است. در سال های اخیر، مطالعات گسترده یی درخصوص خودکارسازی روش های آنالیز مودال عملیاتی صورت گرفته است. در غالب پژوهش های مذکور تلاش شده است که با استفاده از روش های یادگیری ماشین نیاز به دخالت کاربر در محاسبه ی پارامترهای مودال به میزان کمینه برسد. در پژوهش حاضر، به منظور جداسازی مودهای فیزیکی از مودهای جعلی از روش خوشه بندی DBSCAN استفاده شده است. درنهایت، به کمک روش خوشه بندی سلسله مراتبی مودهای فیزیکی شناسایی شده از یکدیگر تفکیک شده اند. الگوریتم معرفی شده بر روی یک سازه ی 6 درجه ی آزادی و یک پل واقعی پیاده سازی شده است. نتایج نشان می دهند استفاده از الگوریتم خوش بندی DBSCAN نسبت به الگوریتم های پیشین مانند K means، توان بالاتری در تفکیک مودهای فیزیکی از ریاضی را دارد.

در سواحل ناحیه ی سواش، به دلیل اندرکنش جریان های ساحلی، آب زیرزمینی و رسوب ها بسیارمهم هستند. بر این اساس، مدل سازی عددی فرایندهای هیدرودینامیک- مورفودینامیک نیز اهمیت دارد. ارزیابی عملکرد مدل XBeach و دو ماژول SB و NH آن در شبیه سازی فرآیندهای سواش، مقایسه و حساسیت سنجی نتایج به عنوان خلأ مطالعاتی، در مطالعه ی حاضر مطرح بوده است. پژوهش حاضر با بازسازی عددی سه مطالعه ی آزمایشگاهی متفاوت به ارزیابی عملکرد مدل XBeach در شبیه سازی سواحل درشت دانه پرداخته و دریافته است که مدل XBeach عملکرد قابل قبولی در مدل سازی فرایندهای هیدرودینامیک و مورفودینامیک در ناحیه ی سواش سواحل داشته است. همچنین شبیه سازی با ماژول NH نسبت به ماژول SB عملکرد بهتری داشته است (با 5٪ خطای کمتر). خطای فازی در هنگام نفوذ/ تراوش آب به آبخوان در XBeach منجر به گسترش خطای مدل سازی عددی در محاسبه ی تغییرات پروفیل بستر و تراز سطح آبخوان شده است.

در اتصال های کف ستون متداول، با خمیری شدن میل مهارها و عدم تماس بین ورق کف ستون و بتن در حین بارگذاری، پینچینگ در نمودار هیسترزیس رخ می دهد. هدف پژوهش حاضر، ایجاد نوعی اتصال جوشی میل مهار زیر ورق کف ستون جهت ایجاد باربری لحظه یی در میل مهارها بدون خروج از مرکزیت نسبت به بال ستون است. بنابراین، جهت بررسی مقاومت، 4 نوع اتصال جوشی تحت کشش، شامل: جوش گوشه ی ویژه، جوش شیاری با نفوذ کامل، جوش شیاری استوانه یی، و جوش شیاری مخروطی از اتصال T- شکل طراحی شده مطابق با ضوابط آیین نامه ها و مدهای گسیختگی استفاده شده است. ظرفیت، نوع شکست، و میدان کرنش اتصال جوشی میل مهار در هر نمونه با حالت های مختلف به کمک روش همبستگی تصاویر دیجیتال سنجیده شده اند. در نتیجه، اتصال های جوشی تقریباً توانایی تحمل ظرفیت نهایی میل مهارها را داشتند و تا آخرین لحظه از بارگذاری، در حالت کشسان باقی ماندند. البته شکست میل مهارهای پُرمقاومت در ناحیه ی HAZ، پدیده ی مهمی است، که از طریق عملیات پیش گرمایش و پس گرمایش قابلیت کنترل دارند. همچنین جوش گوشه ی ویژه از لحاظ هزینه و سهولت اجرا نسبت به بقیه ی اتصال های جوشی، در اولویت اول قرار دارد.

اغلب کدهای طراحی بین المللی، بندهائی را برای دست یابی به رفتار شکل پذیر و جلوگیری از رفتار تُرد و خطرناک در قاب های بتن مسلح در نظر گرفته اند. هدف از بندهای مذکور، دست یابی به روش ستون قوی- تیر ضعیف در طراحی قاب های بتن مسلح است. بررسی شکست های پرتکرار در زمین لرزه های قوی دهه های اخیر نشان می دهد که حالت شکست تیر قوی- ستون ضعیف منجر به بروز خسارت های شدیدی در قاب های خمشی بتن مسلح شده است. این حالت شکست رایج می تواند به دو علت اصلی ایجاد شود؛ اول اینکه، در قسمت طراحی لرزه یی قاب های بتن مسلح برای شکل پذیری های مختلف، رابطه یی مابین ارتفاع تیر و عرض مقطع ستون تعریف نشده است، که این موضوع می تواند در نتیجه ی فرآیند طراحی موجب طرح تیرهای با مقاومت خمشی و سختی بیشتر نسبت به ستون شود، که نهایتاً باعث خسارت شدید به ستون ها و درنهایت، انهدام آن قاب ها طی زلزله های بزرگ شود. دوم اینکه، اثر بتن سقف و آرماتورهای مدفون در آن در مقاومت خمشی منفی تیرها یا به درستی تخمین زده نمی شود و یا در محاسبه ی لنگر خمشی منفی تیرها لحاظ نمی شود. که این امر نیز نهایتاً می تواند منجر به ضعف خمشی ستون ها نسبت به تیرها در یک اتصال شود. برای ارزیابی تأثیر نسبت ارتفاع تیر به عرض مقطع ستون در عملکرد لرزه یی قاب های خمشی بتن مسلح، چند مدل محاسباتی در چارچوب یک مطالعه ی پارامتریک مدل سازی و تحلیل شد ه اند. بدین منظور و در ابتدا، پس از راستی آزمایی یک مدل آزمایشگاهی با استفاده از روش اجزاء محدود و در نرم افزار آباکوس نسبت به توسعه ی مدل های عددی اقدام شده است. پارامتر های بررسی شده، شامل: ارتفاع و طول تیر طولی (تیر و بارگذاری جانبی در یک جهت) مدل، راستی آزمایی شده هستند. یافته های مطالعه ی عددی حاضر نشان می دهد که نیاز مبرمی برای درنظرگرفتن تبصره ی جدیدی در قسمت طرح لرزه یی قاب های بتن مسلح درخصوص محدودساختن نسبت ارتفاع تیر به عرض مقطع ستون به عدد 25/1 وجود دارد.

از مسائل مطرح در زمینه ی استفاده از سنگ دانه ی بازیافتی و پوزولان های جایگزین سیمان، عملکرد بلندمدت آن هاست. به منظور بررسی مسئله ی کنونی، با استفاده از یک نوع درشت‏دانه ی بازیافتی و دو نوع پوزولان (میکروسیلیس و زئولیت)، در مجموع 12 طرح اختلاط طراحی و ساخته شد. بررسی نتایج عملکرد مکانیکی نشان داد که تا سن 28 روز، استفاده از میکروسیلیس و زئولیت باعث بهبود مقاومت‏های فشاری و کششی به ترتیب 11-17 و 2-33 درصد شد، اما در بلندمدت اثر پوزولان‏های مصرفی کاهش یافت و به 2-10 و 5-8 درصد رسید. همچنین داده‏های درصد جذب آب و عمق نفوذ آب نشان داد که استفاده از میکروسیلیس تأثیر بیشتری برای بهبود خواص دوامی بتن حاوی سنگ دانه ی بازیافتی نسبت به زئولیت دارد، اما خواص دوامی همچنان ضعیف تر از نمونه ی بدون سنگ دانه ی بازیافتی است.

با افزایش بلندمرتبه سازی در پروژه های ساختمانی، استفاده از بالابرها برای جابجایی عمودی مصالح و نیروی انسانی اهمیت بیشتری یافته است. پژوهش های بسیاری در زمینه ی کاهش زمان سفر بالابرها در طبقات، طراحی بهینه ی سیستم های بالابری، بهینه سازی مسیر حرکت بالابر، و تعیین ترتیب سفر به طبقات، مدیریت مصرف انرژی آسانسورها، و نحوه ی زون بندی طبقات انجام شده است. اما، تاکنون بهینه سازی محل نصب و تعداد بالابرها بررسی نشده است. در نوشتار حاضر، یک مدل عدد صحیح خطی برای تعیین بهینه ی تعداد و مکان نصب بالابرها با درنظرگرفتن هزینه های نصب، اجاره، و عملیات بالابرها پیشنهاد شده است. تعداد بالابرهای استفاده شده می تواند در تعداد روزهای کاری پروژه تأثیر بگذارد و در نتیجه، تعداد روزهای کاری و تعداد بالابر به صورت هم زمان بهینه سازی می شود. مدل پیشنهادی با استفاده از یک پروژه ی مسکونی 20 طبقه آزمایش شده و نتایج نشان داده است که استفاده از مدل پیشنهادی می تواند منجر به کاهش هزینه ها و تعداد روزهای کاری پروژه شود.