مهندسی عمران و محیط زیست (دانشکده فنی)
سال:1392 | دوره:43 | شماره:3 (پیاپی 72) |تعداد مقالات:8

در طراحی قاب های فولادی با مقاطع متغیر، تحلیل سازه با فرض ابعاد اولیه برای اعضا انجام شده و پس از تحلیل با توجه به توزیع نیروهای داخلی، مقاومت و پایداری اجزای سازه، طرح اولیه اصلاح می شود. آزمون و خطا به صورت تحلیل مجدد قاب با ابعاد اصلاح شده و اصلاح دوباره ابعاد پس از تحلیل، تا یکسان شدن مقاطع طرح شده با مقاطع به کار رفته در تحلیل تکرار می شود. تعداد زیاد متغیرهای آزمون و خطا یعنی ابعاد مقاطع متغیر و طول ماهیچه اعضا، سبب می شود که در مواردی پس از صرف زمان قابل توجه، طرح نهایی به جوابی غیر از اقتصادی ترین جواب برسد. در این مقاله از الگوریتم های ژنتیک و میکروژنتیک برای رسیدن به طرح بهینه و اقتصادی قاب های فولادی با مقاطع متغیر استفاده شده است. نرم افزاری برای تحلیل خطی، طراحی و بهینه سازی قاب های فولادی با مقاطع متغیر و با استفاده از الگوریتم های ژنتیک و میکروژنتیک تهیه شده است. وزن سازه به عنوان تابع هدف و نسبت تغییرمکان نسبی طبقات، تنش اعضا و اندرکنش نیروی محوری و لنگر خمشی، به عنوان قیدهای طراحی در نظر گرفته شده اند. به کمک روش پیشنهادی، ابعاد بهینه اعضای قاب فولادی با مقاطع متغیر و طول بهینه ماهیچه قسمت های متغیر تعیین می شود. همچنین مزایای الگوریتم میکروژنتیک نسبت به الگوریتم ژنتیک و تاثیر نخبه گرائی الگوریتم ها در رسیدن به جواب بهینه بررسی شده است.

آلیاژهای حافظه دار شکلی کاربردهای متنوعی در مهندسی سازه دارند. استفاده از این مصالح به عنوان میراگر در مهاربندها نمونه ای از کاربردها می باشد. هر چند تحقیق در مورد استفاده از این آلیاژها به عنوان میراگر بیشتر شده است، اما این میراگرها به دلیل داشتن هزینه های ساخت بالا، خیلی جنبه اجرایی به خود نگرفته و بیشتر حالت تحقیقاتی دارند. در این مقاله سعی شده است تا مهاربندهایی ترکیبی از جنس فولاد و آلیاژهای حافظه دار ارائه گردند. به طوری که این مهاربندهای ترکیبی، هم از لحاظ اقتصادی قابل توجیه باشند و هم از لحاظ عملکرد لرزه ای، رفتار قابل قبولی را داشته باشند. به همین دلیل از شش مدل مهاربند ترکیبی استفاده شده است که در این مدل ها میزان مصرف طولی آلیاژ حافظه دار به ترتیب صفر، 20، 40، 60، 80 و 100 درصد می باشند. برای ارزیابی مدل ها از تحلیل دینامیکی غیر خطی استفاده شده است که تحت زلزله ال سنترو مقیاس شده با شتاب های حداکثر 0.6g و 0.9g قرار گرفته اند و در نرم افزار ANSYS v11 مدل سازی و تحلیل گردیده اند. نتایج مطالعات انجام شده مقادیر بهینه استفاده از درصد مهاربند ترکیبی را ارائه می دهد. به طوری که می توان با استفاده از طرح ارائه شده، سازه هایی با رفتار لرزه ای مناسب و با هزینه ساخت قابل توجیه طراحی و اجرا نمود.

محاسبه فشار هیدرودینامیکی مهمترین مساله در تحلیل مخازن ذخیره آب می باشد. در آیین نامه های رایج، رابطه فشار هیدرودینامیکی بر روی بدنه مخزن با فرض صلب بودن دیوارها به دست می آید و در مدل دینامیکی مخازن اثر مایع به صورت یک جرم افزوده بر روی دیوارهای مخزن در نظر گرفته می شود. در این مقاله به منظور در نظر گرفتن اثر انعطاف پذیری دیوارها در محاسبه فشار هیدرودینامیکی و در تحلیل دینامیکی سازه، از یک روش پیشنهادی المان محدود به صورت حل گام به گام استفاده می شود. روش پیشنهادی این مزیت را دارد که تحلیل در هر شرایطی دارای پایداری عددی بوده و در آن فشار هیدرودینامیکی به عنوان بار خارجی در هر گام زمانی در طول تحلیل تاریخچه زمانی بر روی دیوار مخزن قرار می گیرد. در تحلیل، دیوارهای مخازن مستطیلی با مقاطع مختلف منشوری و غیر منشوری مدل شده و پس از تحلیل تاریخچه زمانی با روش پیشنهادی تحت شتاب افقی زمین، پاسخ های دینامیکی شامل تغییر مکان ها و فشارهای هیدرودینامیکی مورد بررسی قرار گرفته اند. برای مدل های مختلف، جرم افزوده از رابطه میان شتاب دیوار مخزن و فشار هیدرودینامیکی تعیین شد. نتایج تحلیل نشان می دهند که جرم افزوده و فشار هیدرودینامیکی تابعی از انعطاف پذیری دیوارهای مخزن می باشند. در آیین نامه ها نسبت میرایی برای مخازن خالی و پر مقدار ثابت 5% پشنهاد شده است. به منظور بررسی اثر این نسبت بر روی پاسخ های دینامیکی، مخازن با نسبت های مختلف میرایی تحلیل شدند که نتایج نشان می دهند مقدار نسبت میرایی اثر زیادی بر روی پاسخ های دینامیکی دارد.

کمبود منابع آب با کیفیت مطلوب موضوع حائز اهمیت در مناطق خشک و نیمه خشک بوده لذا استفاده از منابع آب با کیفیت نامطلوب مانند زه آب ها از اهمیت خاصی برخودار می باشد. در این تحقیق تاثیر استفاده مجدد از آب زهکشی شور بر روی ویژگی های هیدرولیکی خاک دشت مغان مطالعه گردید. این پژوهش با سه تیمار شامل تیمار 1 شاهد (آبیاری با آب کانال)، تیمار 2 (اختلاط 30% زه آب با 70% آب کانال) و تیمار 3 (اختلاط 50% زه آب با 50% آب کانال)، در سه تکرار در قالب طرح کاملا تصادفی انجام شد. نمونه خاک دست نخورده، توسط استوانه هایی به ارتفاع 50 سانتیمتر و قطر حدود 30 سانتیمتر برداشته شد. پس از یک سال آبیاری تیمارها، ویژگی های هیدرولیکی خاک با روش معکوس برآورد گردید. روش معکوس استفاده شده، بر اساس الگوریتم بهینه سازی لونبرگ - مارکوارت بوده و برای تخمین ویژگی های هیدرولیکی خاک در شرایط غیرماندگار با زبان برنامه نویسی C++ نوشته شده و همراه با مدل پیشرو HydroGeoSphere به عنوان کد عددی استفاده گردید. در بالای ستون خاک با استفاده از یک منبع متصل به باران سازکه قطرات آب تولید می کرد، بارش مصنوعی ایجاد گردید. میزان زهکشی آزاد، از انتهای ستون خاک جمع آوری و اندازه گیری شد. با توجه به بارش و زهکشی اندازه گیری شده، با روش معکوس هدایت هیدرولیکی اشباع (Ks) و پارامترهای منحنی مشخصه آب خاک ون گنوختن (a، b و qr) که پارامترهای مجهول در محیط متخلخل غیراشباع می باشند، برآورد گردید. نتایج اعتبارسنجی نشان داد ویژگی های هیدرولیکی برآورد شده از دقت قابل قبولی برخوردار می باشند. نتایج تجزیه آماری نشان داد بیشترین حساسیت روش معکوس به پارامتر b نسبت به سایر پارامترها می باشد. استفاده از آب زهکشی، سبب کاهش معنی دار هدایت هیدرولیکی اشباع در تیمار سوم شده در حالی که اختلاف معنی دار بین تیمارهای اول و دوم در سطح 5 درصد مشاهده نگردید. نتایج نشان داد که آبیاری با آب زهکشی در تیمارهای مختلف، سبب اختلاف معنی دار در ویژگی های معادله ون گنوختن در سطح 5 درصد نشد. نتایج نشان داد استفاده از آب زهکشی پس از یک سال سبب کاهش معنی دار هدایت هیدرولیکی در سطح 5 درصد در تیمار با نسبت اختلاط 50 درصد با آب کانال در مقایسه با شاهد شده است؛ اما در تیمار با نسبت اختلاط 70 درصد با آب کانال تاثیر معنی داری بر ویژگی های هیدرولیکی خاک رسی در منطقه مورد مطالعه نداشت.

ترک در سازه های بتنی به ویژه در سازه های هیدرولیکی از مشکلات اصلی این نوع سازه هاست. شیب دار بودن سازه ها مثلا در کانال ها و تونل ها نیز مزید بر علت شده و خسارات زیادی را تحمیل می نماید. عوامل مختلفی موجب پدید آمدن ترک ها به ویژه در سطوح شیب دار پوشش بتنی می شوند که یکی از مهمترین این عوامل، انتخاب نادرست اسلامپ مخلوط بتن با توجه به شیب بتن ریزی می باشد. در بتن ریزی ها، اسلامپ بالای بتن باعث شره کردن و عدم پایداری بتن بر روی سطح شیب دار شده در حالی که اسلامپ کم نیز موجب کاهش کارآئی و عدم تحکیم مناسب بتن می گردد. در این پژوهش با ارائه طرح اختلاط مناسب برای بتن و طراحی مدلی قابل تنظیم برای شیب های مختلف و به ابعاد 100×600×1000 میلی متر سعی شده است که اسلامپ بتن های قابل اجرا در شیب های مختلف مشخص شده و با نمونه برداری از قسمت های مختلف سطح شیب دار و انجام آزمایش های گوناگون، خواص مکانیکی نمونه ها از جمله مقاومت فشاری، کششی و جذب آب مورد ارزیابی و مقایسه قرار گیرند. از نتایج قابل تامل در این پژوهش، علاوه بر تعیین مناسب ترین شیب به ازای نمونه های مختلف، کاهش مشخصات مکانیکی بعضی از پانل های بتن در قسمت پایین آن در مقایسه با قسمت بالای پانل در شیب بوده است که در صورت شره کردن بتن و سعی در نگهداری آن به وجود می آید و این می تواند دلیلی برای ایجاد ترک در بخش یک سوم پائینی شیب پانل ها به هنگام بهره برداری باشد.

مقیاس شدت زمین لرزه یکی از مشخصه های شتاب نگاشت ها می باشد که شدت یک زلزله را تعیین می کند. در این پژوهش دو نوع از مقیاس های شدت زمین لرزه اسکالر ارزیابی می شوند: تغییر مکان طیفی غیرارتجاعی (Sdi) و تغییر مکان طیفی غیرارتجاعی با ضریب مد بالاتر (IM1I&2E). این مقیاس ها برای ارزیابی عملکرد سازه ها تحت اثر زلزله های معمولی و نزدیک گسل مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین می توان این مقیاس ها را به عنوان ضریب مقیاسی برای شتاب نگاشت ها مورد استفاده قرار داد. برای ارزیابی دقت پاسخ های محاسبه شده ساختمان ها تحت اثر زمین لرزه های نزدیک گسل، از دو پارامتر «کفایت» و «کارآیی» استفاده می شود. هدف اصلی این مطالعه بررسی کارآیی و کفایت این مقیاس ها نسبت به پارامترهای نزدیک گسل، بزرگی زلزله و فاصله تا گسل برای مدل های ساختمانی با سیستم های دوگانه و خمشی فولادی و بتنی 3، 9 و 20 طبقه می باشد. رکوردهای نزدیک گسل انتخاب شده در جهت عمود بر گسل دوران داده می شوند. سپس مدل های دو بعدی با استفاده از روش تاریخچه زمانی غیرخطی تحلیل می شوند. در این پژوهش، نسبت تغییر مکان نسبی به ارتفاع طبقه بیشینه به عنوان پاسخ سازه ای در نظر گرفته می شود. پس از محاسبه مقیاس های شدت زمین لرزه، برای ارزیابی کارآیی و کفایت آن ها به ترتیب از انحراف معیار پس ماندها و پارامتری به اسم p-value، که از تحلیل رگرسیون نتیجه می شوند، استفاده می شود. نتایج نشان دهنده این مطلب است که برای افزایش دقت، این مقیاس ها باید با پارامتر دیگری مورد استفاده قرار بگیرند.

دریاچه ارومیه به عنوان یکی از بزرگ ترین دریاچه های ایران، مقصد نهایی مجموعه ای از رودخانه های شمال غرب کشور است. با توجه به تغییرات زیاد بارندگی و همچنین تغییرات دمای هوا، تراز آب نوسانات زیادی داشته است. آگاهی از این نوسانات در بررسی مسائل مرتبط، از جمله ریسک پذیری تاسیسات و سازه های وابسته، تغییرات ذخیره آبی دریاچه، ساخت و سازهای ساحلی، محیط زیست و بسیاری از عوامل دیگر اهمیت دارد. روش های مختلف شبکه عصبی مصنوعی و برنامه ریزی بیان ژن برای پیش بینی سطح آب دریا ها کاربرد دارند. ساختار درختی کروموزوم ها در روش برنامه ریزی بیان ژن، این الگوریتم را به ابزاری قوی و مناسب برای حل مسائل مدل سازی تبدیل می کند. در تحلیل حاضر از ساختار درختی برنامه ریزی بیان ژن و همچنین از شبکه عصبی مصنوعی برای پیش بینی نوسانات سطح آب در مقیاس های زمانی مختلف در نه ترکیب متفاوت، شامل مقادیر نوسانات تراز آب یک تا نه روز قبل به صورت ورودی در نظر گرفته شد تا بهترین حالت ممکن جهت پیش بینی انتخاب و ساختار درختی مدل بهینه معرفی گردد. پیش بینی ها با استفاده از داده های نوسانات تراز آب دریاچه ارومیه انجام پذیرفت و تراز سطح آب در دوره زمانی آذر 1375 تا آذر 1386 برای شبیه سازی به کار گرفته شد. نتایج حاصل، حاکی از دقت مطلوب برنامه ریزی بیان ژن در شبیه سازی نوسانات سطح آب می باشد و مدل های درختی حاصل، شامل سه زیر درخت (ژن) در مقیاس روزانه در جدولی ارائه شده است.

به منظور کاهش مشکلات زیست محیطی و ایجاد ارزش افزوده در پسماندهای جامد حاصل از جوهرزدایی کاغذ، پانل های سیمان - پسماند با سه نسبت پسماند به سیمان شامل 2 به 3، 1 به 1 و 3 به 2، چسب بتن به عنوان افزودنی در سه سطح 0، 10 و 15 درصد وزنی پسماند و کلراید کلسیم به عنوان افزودنی در دو سطح 0 و 5 درصد وزنی سیمان ساخته شد. برای هر تیمار حداقل سه تکرار انجام شد و خواص پانل ها شامل چگالی، مدول الاستیسیته، مدول گسیختگی، چسبندگی داخلی، جذب آب، واکشیدگی ضخامت، مقاومت کشش پیچ و مقاومت در برابر آتش مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که مقاومت خمشی و چسبندگی داخلی با افزایش مقدار پسماند کاهش می یابد و حداکثر این مقاومت ها در مقدار پسماند 40 درصد حاصل شد. اثرات نامطلوب پسماند بر خواص مذکور احتمالا ناشی از کم بودن قدرت اتصال پسماند در مقایسه با سیمان است. مقاومت کششی پیچ پانل ها22.7 kPa  اندازه گیری شد و جذب آب و واکشیدگی ضخامت پانل ها با افزایش مقدار پسماند به طور قابل ملاحظه ای افزایش یافت. با افزایش چگالی پانل ها، کاربرد چسب بتن و کلراید کلسیم همه خواص مورد بررسی مطلوب تر شدند. به طور کلی، در شرایط 40 درصد پسماند، 10 درصد چسب بتن و مقدار 5 درصد کلرید کلسیم، پانل هایی با چگالی حدود 0.8 گرم بر سانتیمتر مکعب قابل تهیه است که مناسب ترین خواص را به لحاظ مدول های خمشی، چسبندگی داخلی، سختی و واکشیدگی ضخامت نسبت به پانل کناف گچی موجود در بازار داشته باشند. جذب آب پانل های ساخته شده در این شرایط با جذب آب کناف گچی برابر بوده ولی واکشیدگی ضخامت آن به طور قابل توجهی از کناف گچی کمتر است. همچنین مقاومت در برابر آتش این پانل ها به طور قابل توجهی از پانل کناف گچی بیشتر بود.