علوم و مهندسی زلزله
سال:1394 | دوره:12 | شماره:1 |تعداد مقالات:8

در طراحی های اخیر، بهینه سازی سازه ها برای کمترین وزن، اهمیت زیادی پیدا کرده است. در این مطالعه از الگوریتم بهینه سازی ژنتیک که یک تکنیک بهینه سازی و جستجو بر اساس اصول ژنتیک و انتخاب طبیعی می باشد برای به حداقل رساندن وزن قاب های فولادی استفاده شده است. محدودیت های مربوط به مقاومت و خدمت پذیری از آیین نامه انجمن ساختمان های فولادی آمریکا (AISC) گرفته شده و در الگوریتم اعمال شده است. فرآیند طراحی، یک قاب و الگوی مهاربندی با کمترین وزن را به وسیله انتخاب مناسبی از مقاطع برای تیرها، ستون ها و اعضای بادبندی از مجموعه مقاطع استاندارد فراهم می کند. نتایج حاصل از این مطالعه نشان می دهد که بهینه سازی بر اساس به حداقل رساندن وزن قادر به بهبود عملکرد سازه ای نیز است.

اتصالات کاهش یافته در مقطع تیر به عنوان اتصالات شکل پذیر در قاب های خمشی ویژه شناخته می شوند. نمونه ای از اتصال مقطع کاهش یافته تیر که در آیین نامه های معتبر ساختمانی معرفی شده اتصال با کاهش مقطع بال تیر به وسیله برش شعاعی (RBS) می باشد. به منظور کاهش هزینه ساخت و همچنین اجرای ساده تر این نوع اتصال روش جدیدی بر مبنای ایجاد سوراخ های در بال تیر (DFC) به جای برش بال پیشنهاد شده است. در این پژوهش تاثیر فاصله اولین سوراخ روی بال تیر از بر ستون که به منظور کاهش مقطع ایجاد شده در رفتار لرزه ای اتصال DFC مورد ارزیابی قرار گرفته است. این مطالعه نشان می دهد که فاصله اولین سوراخ از بر ستون در بازه مکانی که بر اساس نسبتی از عرض بال تیر به میزان (0.45-0.7 bf) می باشد، رفتار شکل پذیر اتصال DFC را تامین می نماید.

بسیاری از سازه های حجیم و مهم مانند نیروگاه ها، پل ها، سدها و همچنین ساختمان ها از بتن به عنوان مصالح اصلی استفاده می نمایند. گسترش ترک یکی از دلایل اصلی و مهم شکست سازه های بتنی محسوب می شود. فرآیند شکل گیری و رشد ترک در بتن، یکی از موضوعات مهم و پیچیده است، زیرا بتن یک ماده ناهمگن بوده و عوامل متفاوتی مانند فرآیند ساخت و شیوه عمل آوری بتن، طول ترک اولیه، نرخ انرژی کرنشی آزاد شده بحرانی، عرض ترک، شرایط بارگذاری، شرایط جوی و... در ایجاد ترک خوردگی و رشد ترک تاثیر دارد. در این مقاله به بررسی تاثیر پارامتر انرژی کرنشی آزاد شده بحرانی (GG) در فرآیند گسترش ترک اولیه در تیرهای بتنی غیرمسلح پرداخته می شود. برای مدل سازی گسترش ترک اولیه از نرم افزار المان محدود آباکوس و روش المان محدود بسط یافته (Extended Finite Element Method) استفاده می شود. نتایج این تحقیق نشان می دهد که با افزایش نرخ انرژی کرنشی آزاد شده بحرانی در تیرهای بتنی با ابعاد یکسان، مقدار بار ماکزیمم شکست افزایش یافته و تغییر مکان دهانه بازشونده ترک (Crack Mouth Opening Displacement) افزایش می یابد.

روش های مرسوم طراحی لرزه ای سازه ها بر اساس ظرفیت سازه می باشند. بدلیل معایب روش های متداول، استفاده از جداگرهای لرزه ای بویژه در سازه هایی که دارای تجهیزات حساس هستند به عنوان یک راه حل موثر در محافظت از سازه ها در برابر زلزله شناخته می شود. در این تحقیق عملکرد قاب فولادی 2 طبقه با و بدون جداگر لرزه ای تحت زلزله های نزدیک گسل chichi، northridge و capemendocine مورد مطالعه قرار می گیرند و تاثیر عواملی چون نسبت مقاومت مشخصه به کل وزن سازه روی آن بررسی می شود. در ادامه عملکرد قاب مهاربندی شده و قاب خمشی با جداگر هسته سربی مقایسه می شود. نتایج نشان می دهد جداگر لرزه ای موجب عملکرد بهتر سازه در برابر زلزله می شود همچنین مقدار نسبت مقاومت مشخصه به وزن سازه بر روی عملکرد سازه تاثیر بسزایی دارد.

مطالعات تحقیقاتی در زمینه بتن های سنگین دارای گستره وسیعی است. کاربرد این نوع بتن ها به عنوان سپرهای محافظ در مراکز پزشکی و مراکز هسته ای و نیز به عنوان سپر مقاوم درپانل های تسلیحاتی- نظامی جایگاه خاص خود را دارا می باشد. بررسی مصالح بتنی و تکنولوژی مربوط به ساخت این نوع بتن ها، به عنوان ماده مورد استفاده در پانل های مقاوم، اساس شناخت رفتار آنها می باشد. ایلمنیت، لیمونیت، هماتیت، مگنتیت و باریت سنگدانه های معدنی مورد استفاده در تکنولوژی ساخت بتن های سنگین می باشند. در این پژوهش مشخصات مکانیکی بتن تولید شده توسط سنگ معدن باریت مورد بررسی قرار گرفته است. بنابراین ضمن انجام امکان سنجی ساخت بتن سنگین با توجه به منابع معدنی موجود در منطقه، بهینه ترین حالت در تولید انبوه و مناسب این محصول با بهترین کارآئی ارائه گردید. نهایتا با استفاده از نتایج حاصل، نحوه طرح و اجرای این نوع از بتن با حداقل هزینه و با استفاده از منابع قرضه محلی قابل دسترس، ارائه گردیده است.

تضعیف عمدی مقطع تیر در نزدیکی محل اتصال به ستون یک راه حل کاربردی برای ایجاد شکل پذیری و توانایی مقاومت در برابر تغییر شکلهای بزرگ چرخه ای در اتصالات قاب خمشی است. با این روش، مفصل پلاستیک در مقطع تضعیف شده تشکیل می گردد و این کاهش موضعی، تقاضای وارده بر روی اجزاء اتصال و احتمال آسیب پذیری آن را کاهش می دهد. بر همین اساس در طرح حاضر اتصال نوین خمشی تیر به ستون با مقطع کاهش یافته توسط جان آکاردئونی لوله ای شکل (TW-RBS: Tubular Web RBS connection) که با برش در جان پیوسته تیر در محل مورد نظر و جایگزینی یک لوله در جان بدست می آید، مورد مطالعه تحلیلی قرار می گیرد. نتایج تحلیلی نشان می دهد که استفاده از مقطع تضعیف شده با جان اکاردئونی لوله ای، با حذف اثر جان تیر در مقاومت خمشی مقطع، منجر به ایجاد فیوز شکل پذیر دور از اجزاء اتصال تیر به ستون می گردد. میزان کاهش ظرفیت خمشی تیر در محل مفصل پلاستیک بر اساس مشخصات ابعادی تیر و لوله مصرفی قابل محاسبه است بطوریکه سهم باقیمانده جان لوله ای در مقاومت خمشی مقطع با توان دو ضخامت لوله رابطه مستقیم و با ضخامت جان صاف تیر و همچنین قطر لوله رابطه معکوس خواهد داشت. تعیین محل بهینه قرارگیری جان لوله ای نیز با توجه به طول تیر و نسبت مدول پلاستیک تیر در محل مفصل پلاستیک به مقطع کل قابل ارزیابی است. همچنین نحوه کنترل برش در جان لوله ای با توجه به کمانش های موضعی و کلی حاصل از برش از دیگر نکات مورد طرح است. نتایج تحلیلی بیان می کند که بکارگیری لوله در جان تیر، کاهش سختی خمشی مقطع در محل مفصل پلاستیک را در حدود 14 الی 19% درصد به همراه دارد که این میزان کاهش در سختی خمشی با اتصال RBS20% برابری می نماید. همچنین این اتصال بر حسب سایز تیر مصرفی منجر به کاهش مقاومت خمشی مقطع در محل مفصل پلاستیک بین 22 تا 28% می گردد که بینابین نتایج حاصل از اتصال RBS20% و اتصال RBS50% است.

هدف اساسی در مهندسی عمران ایجاد طرحی است که در برابر نیازهای مورد نظر و نیز شرایط موجود، بیشترین کارآیی را داشته باشد. در بهینه سازی سازه ها این عمل، معادل با تعیین گروهی از متغیرهای طراحی است که بر حسب بارهای اعمال شده و قیدها و پارامترهای از پیش تعیین شده، موجب کمینه شدن تابع هدف گردند. در این تحقیق جهت بدست آوردن طرح بهینه شبکه های تخت دولایه فضاکار از روش الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. همچنین در این پژوهش سطح مقطع اعضاء و عمق شبکه دولایه به عنوان متغیرهای طراحی به صورت پیوسته بدست آورده شده، در ضمن وزن سازه نیز به عنوان تابع هدف انتخاب شده است. همچنین مقایسه شده کارآیی الگوریتم ژنتیک با برخی از روشهای دیگری با ذکر مثالی و برای بدست آوردن وزن بهینه با استفاده از الگوریتم ژنتیک از نرم افزار Matlab استفاده شده است. قیدهای که برای مساله بهینه سازی در این پژوهش درنظر گرفته شده شامل تغییر مکان گره ها، تنش ها و ضریب لاغری اعضا می باشند. نتایج نشان داد که استفاده از روش بهینه سازی ژنتیک روشی موثر در بهینه سازی شبکه های تخت دولایه می باشد.

ساختمان های دارای سیستم دیوار یا ترکیب دیوار- قاب دارای مقاومت موثری در برابر نیروی زلزله هستند و خرابی کمتری نسبت به ساختمان هائی که مقاومت جانبی آنها تنها بر قابها استوار است، از خود نشان داده اند.چهار نمونه دیوار سازه ای بتن مسلح (RC) با هدف مطالعه تاثیر آرماتورگذاری قطری و ترکیبی جان به روش المان محدود و توسط نرم افزار ABAQUS تحت بارگذاری دوره ای قرار گرفته اند. متغیرهای موردنظر در تحقیق شامل مقدار و وضعیت قرارگیری آرماتورها در جان بودند. دیواری که بصورت معمولی آرماتورگذاری شده و بدلیل شکست جان با یک افت ناگهانی در ظرفیت باربری، گسیخته شد. در حالی که دیوارهای مسلح شده با آرماتورهای قطری جان با یک مد نرمتر گسیخته شدند. نتایج تحقیق بوضوح نشان می دهد که آرماتورگذاری قطری جان ظرفیت بار جانبی دیوار را افزایش می دهد. ظرفیت اتلاف انرژی نمونه های دارای آرماتورگذاری قطری بیشتر از مورد دارای آرماتورگذاری معمولی است.