مهندسی عمران و محیط زیست (دانشکده فنی)
سال:1395 | دوره:46 | شماره:1 (پیاپی 82) |تعداد مقالات:9

یکی از علل بروز آسیب در سازه ها به هنگام زلزله، روانگرایی خاک های ماسه ای می باشد. آسیب های زیادی در اثر روانگرایی به سازه های مستقر بر روی این خاک ها وارد می شود؛ به ویژه زمانی که این سازه ها درون خاک روانگرا شده قرار می گیرند. شمع ها یکی از این نوع سازه-ها می باشند. شمع ها در واقع ستون های لاغری هستند که به صورت جانبی متکی به خاک پیرامون خود می باشند. شمع هایی که از لایه های خاک عبور می کنند، در اثر روانگرایی حاصل از زلزله، تکیه گاه جانبی خود را تا حد زیادی از دست می دهند. در این حالت شمع می تواند همانند ستون حمایت نشده، آمادگی برای ناپایداری محوری داشته باشد. این ناپایداری می تواند به کمانش جانبی شمع در جهت ضعیف تر و ایجاد مفصل پلاستیک بینجامد. تا به حال روش های مختلفی برای تحلیل و طراحی شمع ها در برابر بارهای لرزه ای ارائه شده است؛ ولی در این روش ها اثرات روانگرایی خاک روی رفتار شمع ها در نظر گرفته نشده است. بنابر این در این مقاله نشست قائم گروه شمع با در نظر گرفتن رفتار خاک روانگرا توسط نرم افزار FLAC3D مورد بررسی قرار می گیرد. در تحلیل های دینامیکی انجام شده، ضخامت لایه روانگرا و طول شمع ها به عنوان متغیر در نظر گرفته شده اند تا اثرات تغییر این دو پارامتر بر نشست گروه شمع آشکار گردد. در سال های اخیر، موارد زیادی از گسیختگی پی های شمعی در اثر روانگرایی خاک ها اتفاق افتاده است که این مسئله موجب تخریب سازه های بنا شده بر روی آن ها را به همراه داشته است؛ بنابر این این گونه به نظر می رسد که رفتار شمع ها و روش تحلیل آن ها در خاک های روانگرا شده به طور کامل شناخته شده نیست. با توجه به این موضوع و این که ساخت و ساز در مناطق ساحلی در نقاط مختلف کشور به طور چشمگیری افزایش یافته است، در این مقاله میزان نشست گروه شمع در خاک روانگرا مورد بررسی قرار گرفته است.

با افزایش تقاضا برای آب و انرژی برق آبی و از طرفی دیگر با توجه به رسوب گذاریمخازن سدها و مسایل زیست محیطی دیگر، بهره برداری از مخازن از پیچیدگی خاصی برخوردار است. در این تحقیق روش الگوریتم ژنتیک چندهدفه با رتبه بندی نامغلوب (NSGA-II) به منظور بهینه سازی چندهدفه مخزن سد سفیدرود به کار برده شده و علاوه بر قید های فیزیکی، مسائل و محدودیت های زیست محیطی نیز در نظر گرفته شده است. سپس به وسیله وزن دهی به توابع هدف، سناریو های مختلفی تعریف شده اند و بهترین راه حل متناظر با هر سناریو از میان مجموعه نقاط بهینه پارتو تعیین گردیده است. نتایج این تحقیق که نسبت به تحقیق حاکی از آن هستند که با استفاده از بهینه سازی خروجی جریان در مخزن سفیدرود می توان به یک مدیریت مناسب تر جهت تامین اهداف مورد نظر دست یافت. نتایج نشان می دهند که علاوه بر تامین مناسب تر نیاز آبی پایین دست می توان مقدار تولید انرژی برق آبی را بیش از 7 درصد نسبت به حالت مشاهداتی افزایش داد. همچنین در صورت نیاز به عملیات رسوب زدایی و با هدف تامین هشتاد درصد از نیاز آبی پایین دست، نه تنها می توان انرژی برق آبی تولیدی را 3 درصد نسبت به حالت مشاهداتی افزایش داد، بلکه مقدار رسوب خروجی نیز بیش از 47 میلیون تن افزایش خواهد داشت.

سازه ها در مناطق ماسه ای شل و نیمه شل اغلب بر روی فونداسیون های شمعی بنا می شود. اگر لایه های ماسه ای اشباع، باشد، وقوع پدیده روانگرایی بسیار محتمل می شود. روانگرایی و اثرات آن یکی از اصلی ترین دلایل خرابی شمع ها و سازه های متکی بر آن ها در زلزله های اخیر گزارش شده است. یکی از پارامترهای تاثیرگذار در رفتار دینامیکی شمع در مناطق مستعد روانگرایی دانسیته نسبی خاک می باشد. با افزایش دانسیته نسبی، مدول الاستیسیته، زاویه اصطکاک داخلی، و عدد نفوذ استاندارد خاک افزایش می یابد. با توجه به روابط موجود در علم مکانیک خاک افزایش دانسیته نسبی موجب افزایش ظرفیت باربری شالوده ها، بهبود خواص خاک، کاهش نشست نامناسب، پایداری شیروانی ها و کاهش خطر روانگرایی می شود. می توان اذعان کرد خاک با دانسیته نسبی بالا از نظر مهندسین خاکی مناسب جهت فعالیت های ژئوتکنیکی است و شرایط ایده آلی را حداقل برای طراحی های استاتیکی فراهم می کند. در این مقاله با بررسی رفتار شمع های بتنی و فولادی با قطر های مختلف در خاک های ماسه ای با دانسیته نسبی مختلف تحت پنج زلزله با فرکانس و شتاب بیشینه مختلف، اثر دانسیته نسبی بر روی رفتار شمع و خاک و دو مکانیزم مهم خرابی شمع ها در مناطق مستعد روانگرایی یعنی خمش و کمانش مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور تحلیل تنش- کرنش غیر خطی با استفاده از نرم افزار تفاضلات محدود FLAC در حالت کرنش مسطح و در نظر گرفتن مدل رفتاری غیر خطی برای روانگرایی خاک انجام گردید. نتایج نشان دادند که افزایش میزان تراکم خاک اگرچه موجب کاهش عمق روانگرایی و متعاقبا کاهش وقوع کمانش شمع می شود، اما احتمال وقوع گسیختگی خمشی و برشی را افزایش می دهد.

خستگی پدیده ای شناخته شده در عرشه های ارتوتروپیک فولادی است. یکی از تهدید آمیزترین موقعیت ها برای ترک خستگی در عرشه های ارتوتروپیک فولادی، جوش های طولی بین اتصال تیرچه طولی بسته و صفحه عرشه است. در این مطالعه، نقاط مستعد ترک خستگی در اتصالات تیرچه طولی به صفحه عرشه با تحلیل های اجزای محدود بررسی شده است. برای مطالعه تنش در اتصالات، یک عرشه ارتوتروپیک فولادی با نرم افزار اجزای محدود ABAQUS به صورت سه بعدی مدل سازی و مطابق آیین نامه پل آشتو شبیه سازی خستگی شده است. تنش در نقاط مستعد ترک خستگی در مقاطع مختلف بررسی و مستعدترین محل ترک شناسایی شده است. سپس با مدل سازی سطح مقطع مستعدترین محل ترک توسط یک ریز مدل دوبعدی، ارزیابی های خستگی به روش مکانیک شکست تحلیل شده است. تحلیل مکانیک شکست با در نظر گرفتن اندازه های مختلف ترک در محل مستعد خستگی انجام شده و رشد ترک با استفاده از انتگرال گیری عددی شبیه سازی شده است. نتایج نشان می دهند، در اتصال تیرچه طولی به صفحه عرشه، ترکی که از پنجه جوش شروع شده و به داخل ضخامت صفحه عرشه نفوذ می کند، در نزدیک ترین مقطع به تیر عرضی مستعدترین محل ترک خستگی است. همچنین تا هنگامی که عمق نفوذ ترک در داخل ضخامت صفحه عرشه کوچک (در مطالعه حاضر کمتر از یک میلی متر) است، رشد ترک در مقابله با تعداد دوره بارگذاری آهسته است. سپس، ترک سریعا با تعداد دوره بارگذاری بسیار کمتری تا عمق نهایی خود رشد می کند. بنابر این ضمن کنترل ترک برای عدم بحرانی شدن آن، برای کاهش میزان آسیب خستگی اتصال تیرچه طولی به صفحه عرشه، می توان با افزایش ضخامت عرشه و بالا بردن سختی آن، به این مهم دست یافت.

در این مقاله با جایگزینی پوزولان های زئولیت و متاکائولین به عنوان بخشی از سیمان، ضمن کاهش مصرف سیمان و کمک به حفظ محیط زیست، اثر آن ها بر دوام و خوردگی میلگرد در بتن خودتراکم مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای این منظور، طرح اختلاط های مختلفی حاوی زئولیت، متاکائولین و ترکیب آن ها با همدیگر ساخته شده و نتایج با نمونه شاهد مقایسه شده-اند. نسبت آب به پودر در کلیه طرح ها یکسان انتخاب شده است. آزمایش های انجام شده شامل مقاومت فشاری، جذب آب، نفوذ آب، مقاومت ویژه الکتریکی، نفوذ تسریع شده (مهاجرت) یون کلر و خوردگی تسریع شده می باشد. نتایج بیانگر این هستند که افزودن پوزولان های زئولیت و متاکائولین به صورت هم زمان به بتن خودتراکم موجب بهبود قابل ملاحظه دوام و خوردگی میلگرد در آن شده است. به طوری که طرح اختلاط حاوی 10 درصد زئولیت و 10 درصد متاکائولین ضریب نفوذ یون کلر را نسبت به نمونه شاهد 88 درصد کاهش و مقاومت در برابر خوردگی را 1.94 برابر بهبود داده است.

با توجه به حوادث ناشی از خرابی های پیشرونده در سال های اخیر، اکثر آیین نامه ها بر کنترل موضوع خرابی پیشرونده تاکید نمودند. تحلیل خرابی پیشرونده نقش مهمی در تشخیص پایداری سازه ها در اثر بمب گذاری، برخورد وسائل نقلیه، آتش سوزی و غیره دارد. تحقیق حاضر به تحلیل وضعیت خرابی پیشرونده سازه های طراحی شده بر اساس آیین نامه های رایج در ایران می پردازد. برای این منظور، چند نمونه ساختمان های با سیستم قاب خمشی فولادی متوسط (دارای تعداد طبقات و طول دهانه های متنوع)، انتخاب شد و با حذف ناگهانی هر یک از ستون های آن، امکان پل زدن بر روی المان های دیگر بررسی شد. در ارزیابی سازه ها از روش مسیر جایگزین، معرفی شده توسط آیین نامه DOD2009 استفاده شد. در تحلیل سازه ها، سه روش تحلیل استاتیکی خطی، تحلیل استاتیکی غیر خطی و تحلیل دینامیکی غیر خطی مورد استفاده قرارگرفت. نتایج نشان می دهند که، اکثر تیرهای موجود در قاب، قادر هستند پس از حذف ستون، بر روی المان های دیگر پل بزنند. هر چند بر اساس نتایج حاصل از تحلیل استاتیکی خطی بعضی از تیرها، در معرض خطر قرار دارند. تیرهای قرار گرفته در بالاترین طبقه ساختمان از این قاعده مستثنی هستند و در تمامی تحلیل ها از عملکرد مناسبی برخوردار نمی باشند. در مورد ستون ها نیز نتایج نشان می دهند که فقط بر اساس تحلیل استاتیکی خطی، بعضی از ستون ها مستعد خرابی هستند. به طور کلی می توان ادعا کرد بر اساس نتایج به دست آمده در این تحقیق، روش استاتیکی خطی نسبت به روش های دیگر محافظه کارانه تر عمل می نماید.

پیش ساخته سازی به معنای ساخت سازه در کارگاه و اتصال آن در محل اجرای سازه می باشد. سازه های پیش ساخته در نتیجه وجود اتصالات متفاوت، رفتار لرزه ای متفاوتی نسبت به سازه های درجا از خود بروز می دهند. اما ضریب رفتار، ضریبی مهم در تحلیل های خطی بوده که تابع رفتار لرزه ای سازه است. بنابر این با توجه به تاثیری که اتصالات پیش ساخته بر عملکرد لرزه ای این گونه سازه ها دارند، تعیین این ضریب در این سازه ها ضروری به نظر می رسد. در این تحقیق، سیستم های قاب خمشی پیش ساخته متوسط با تعداد طبقات 4، 6 و 8 و تعداد دهانه های 3 و 5 مورد بررسی قرار گرفت. تاثیر دو نوع از اتصال تیر به ستون پیش ساخته در نظر گرفته شد. همچنین از تحلیل استاتیکی غیر خطی (پوش اور) در سه شکل یکنواخت، مثلثی و مودال استفاده شده است. نتایج نشان دادند که سیستم قاب خمشی پیش ساخته با اتصالات نیمه صلب ضریب رفتار کمتری از سیستم های یکپارچه معادل خود دارد.

ویژگی های هیدرودینامیکی راکتورهای تصفیه فاضلاب با سرعت بالا از مهم ترین فاکتورهای موثر بر طراحی و راهبری راکتور می باشد. یکی از راکتورهای تصفیه با سرعت بالا، راکتور بافل-دار است که اخیرا برای تصفیه فاضلاب به صورت بی هوازی به کار گرفته شده است. این راکتور ساختاری اتاقک بندی شده داشته و هر اتاقک به دو بخش با جریان رو به پایین و رو به بالا تقسیم می شود. با توجه به این ساختار، تغییرات هیدرودینامیکی از قبیل سرعت و جهت جریان بر عملکرد راکتور اثرگذار بوده و هیدرودینامیک جریان نقش مهمی در راهبری این راکتور دارد. در این مقاله، ویژگی های هیدرودینامیکی جریان عبوری از یک راکتور بافل دار بی هوازی در مقیاس آزمایشگاهی به حجم 6 لیتر و دارای 8 اتاقک مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش ها در دو زمان ماند هیدرولیکی 110 و 332 دقیقه انجام پذیرفته و شاخص های هیدرودینامیکی مربوط به راکتور بررسی گردید که از آن جمله می توان به زمان ماند تجربی، فضای غیر فعال، شاخص اتصال کوتاه و راندمان هیدرولیکی اشاره کرد. همچنین رژیم جریان هیدرولیکی عبوری از راکتور مورد بررسی قرار گرفت. برای زمان های تئوریک مورد مطالعه، زمان ماند تجربی راکتور به ترتیب 98 و 327 دقیقه به دست آمد. حجم فضای غیر فعال برای زمان ماند 110 دقیقه برابر 11.14 درصد و برای زمان ماند 332 دقیقه تنها 1.5 درصد محاسبه گردید. شاخص اتصال کوتاه برای زمان ماندهای 110 و 332 دقیقه به ترتیب 0.409 و 0.252 و راندمان هیدرولیکی به ترتیب برابر 80% و 88% به دست آمد. با توجه به نتایج به دست آمده، می توان گفت در حالت کلی راکتور بافل دار بی هوازی، راکتوری با عملکرد هیدرولیکی نسبتا مناسب است. همچنین این راکتور دارای انتشار نسبتا پایینی بوده و به راکتورهای نهرگونه گرایش دارد.

در این تحقیق، اثر گندزدایی نانو ذرات نقره در آب بررسی شده است. با استفاده از نیترات نقره و سدیم سیترات، نانو ذرات نقره تولید شده و سپس روی پلیمر پلی یورتان پوشش داده شد و از آن به عنوان فیلتر استفاده گردید. مورفولوژی ذرات در محلول با میکروسکوپ TEM، بیشینه جذب نقره در محلول با اسپکتروفتومتر و وجود نقره در پلیمر بعد از پوشش دهی با EDX تعیین شدند. برای بررسی اثر گندزدایی نانو نقره در آب حاوی باکتری شاخص آلودگی آب (اشرشیاکلی) از محیط های کشت عمومی نوترینت آگار و محیط کشت اختصاصیEndo-c  آگار استفاده شد. همچنین اثر تغییرات کدورت و pH در راندمان گندزدایی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند در آلودگی زیاد (1×510 cfu/ml)، مدت زمان تماس لازم جهت گندزدایی کامل 10 دقیقه می باشد. در کدورت های مختلف در pH اسیدی راندمان حذف بین 94-92 درصد بود؛ ولی در شرایط خنثی و قلیایی راندمان حذف به 100% نیز رسید. البته تغییرات کدورت و pH باعث ایجاد تغییرات چشمگیری در راندمان گندزدایی نگردید. همچنین مقدار باقی مانده نقره در آب بعد از گندزدایی غیر قابل تشخیص بود.