مهندسی سازه و ساخت
سال:1399 | دوره:7 | شماره:ویژه نامه 4 |تعداد مقالات:12

روش طراحی مستقیم براساس تغییرمکان یک روش طراحی می باشد که دارای الگوریتمی خیلی ساده جهت طراحی اعضا دارد و در سالهای اخیر محققین زیادی این روش را برای استفاده در طراحی سازه های مختلف توسعه دادند. این روش ابتدا برای سازه های بتنی و پلها بوجود آمد ولی بعدا برای سازه های فولادی نیز توسعه داده شد. قابهای خمشی، مهاربندهای درون محور، مهاربندهای برون محور و مهاربندهای کمانش تاب از جمله سیستمهایی هستند که با این روش طراحی شده اند. لیکن هنوز دیوارهای برشی فولادی مورد مطالعه قرار نگرفته اند. مهمترین پارامترهای طراحی مستقیم براساس تغییرمکان، تغییرمکان تسلیم ومیرایی چرخه ای می باشند که دراین مطالعه برای دیوارهای برشی فولادی تعیین می شود. برای این کار سیستم دیوار برشی فولادی شامل قاب خمشی فولادی و ورق فولادی انتخاب می شود. برای اینکه تاثیرعوامل مختلف برروی پارامترهای طراحی مشخص شود دو نوع قاب با ابعاد مختلف و ورقهایی به ضخامتهای 2، 4، 6، 8 و 10 میلی متر مورد ارزیابی قرار می گیرد. با کمک آنالیزهای استاتیکی چرخه ای عوامل موثر برروی پارامترهای طراحی تعیین و روابط ساده جهت مقاصد طراحی پیشنهاد می گردد. همچنین نتایج نشان دادند که تغییرمکان تسلیم و میرایی چرخه-ای عمدتا به ارتفاع قاب، ضخامت ورق و جنس مصالح بستگی دارد. رابطه ساده برای محاسبه میرایی دیوارهای برشی فولادی براساس شکلپذیری، ضخامت ورق و ارتفاع قاب پیشنهاد شد.

حفظ محیط زیست و کاهش میزان مصالح دورریز در طبیعت از موضوعات بسیار مهم است. امروزه مسیله استفاده از مصالح بازیافتی حاصل از تخریب ساختمان های فرسوده و استفاده مجدد از این مصالح در ساخت بتن مورد توجه قرار گرفته است. در این بررسی اثر افزودن مصالح حاصل از تخریب ساختمان ها به عنوان سنگدانه در تهیه مخلوط بتن مطالعه شده است. در این بررسی 9 عدد تیر بتن مسلح به عرض مقطع 150 میلیمتر، ارتفاع 200 میلیمتر و طول 1500 میلیمتر ساخته شد. در ساخت نمونه ها از سنگدانه بازیافتی به ترتیب با مقدار 0%، 50 % و 100% جایگزین سنگدانه طبیعی استفاده شده است. نمونه ها تحت انجام آزمایش خمش چهارنقطه ای استاتیکی بررسی شدند. هدف از انجام این آزمایش، بررسی رفتار برشی تیرهای ساخته شده از درصد مختلف سنگدانه بازیافتی با در نظر گرفتن اثر فاصله آرماتور عرضی است. تغییر مکان وسط تیر، نیروی برشی-تغییر مکان، نیروی برشی-کرنش و گسترش ترک های برشی از موارد مورد بررسی بوده است. از این رو، با بررسی نتایج به دست آمده از مطالعات آزمایشگاهی به بررسی رفتار برشی تیرهای بتن مسلح دارای سنگدانه بازیافتی پرداخته شده است. افزون بر این نتایج به دست آمده از ظرفیت برشی نمونه ها با روابط ارایه شده در آیین نامه CSA-A23، ACI318-08 و Eurocode 2 مقایسه شد. نتایج به دست آمده از این بررسی نشان می دهد که اختلاف قابل ملاحظه ای در رفتار برشی تیرهای ساخته شده از سنگدانه بازیافتی و طبیعی وجود دارد.

این تحقیق یک الگوریتم کنترل فعال فازی بهینه شده تحت بارگذاری زلزله های مختلف، با روش بهینه سازی جدید بسیار کارآمد در مورد سازه های عمرانی برگرفته از مسابقه طناب کشی پیشنهاد می دهد. روش کنترل بر پایه ترکیب شبکه عصبی فازی و روش بهینه سازی فراابتکاری بر پایه جمعیت مسابقه طناب کشی ارایه شده است. کارآمدی الگوریتم پیشنهادی بر روی پل بزرگراه بنچ مارک با جداگرهای پایه غیرخطی و اعضای سازه ای غیر خطی مجهز به محرک های هیدرولیکی ارزیابی شده است. الگوریتم قادر است ماهیت میدان نزدیک یا دور بودن زلزله را تشخیص داده و براساس آن نیروی کنترلی لازم را برآورد نماید. نیروی کنترلی در این تحقیق با استفاده از یک شبکه عصبی پنج لایه بدست آمده است. شبکه عصبی برای تقریب قوانین غیرخطی کنترل، به صورت بهینه توسط روش بهینه سازی معرفی شده، توانمند شده است و محرک های نصب شده بر روی پایه های پل را کنترل می نماید. پایداری قوانین کنترل حین بهینه سازی برای رسیدن به بهترین پارامترها، توسط تیوری لیاپانوف کنترل می شود. نتایج مدلسازی عددی به صورت اندیس عملکرد و قابل قیاس با روش های پیشین ارایه شده است. نتایج نشان می دهد الگوریتم پیشنهادی در تمامی شش رکورد زلزله آزمایش شده در این تحقیق، از روش های ارایه شده پیشین در کاهش پاسخ های سازه موفق تر بوده است. الگوریتم در کنار کاهش کلی پاسخ های پل، سبب کاهش میزان خسارات سازه ای وارد بر آن نیز می شود.

ازآنجاییکه پالایشگاه یکی از ارکان اساسی در صنعت نفت و گاز محسوب میشود، بررسی آسیبپذیری تجهیزات پالایشگاهی، شامل لوله ها، مخازن و. . . در برابر عوامل تهدیدکننده از جمله حوادث طبیعی بسیار حایز اهمیت است. این مساله بخصوص درکشور لرزه خیزی همچون ایران، از اهمیت مضاعفی برخوردار میباشد. در این پژوهش، یک مطالعه موردی با هدف ارزیابی آسیبپذیری لرزه ای قسمتی از سیستم لوله واحد آیزوماکس پالایشگاه تهران، انجام شده است. بدین منظور در گام اول جمع آوری اطلاعات، کلیه نقشه های ایزومتریک مربوط به خطوط لوله در پالایشگاه، بمنظور تعیین مشخصات مصالح، ابعاد هندسی و بارهای موجود گردآوری شده است. در گام دوم، خط لوله موردنظر در نرم افزار اجزاء محدود آباکوس تحت بارگذاریهای گرانش، فشارداخلی و با درنظرگرفتن اثر هرسه مولفه 157 رکورد زلزله تحت تحلیل تاریخچه زمانی دینامیکی قرارگرفته است و در گام سوم با دریافت خروجی تنش بیشینه خط لوله، برای هر 157 رکورد زلزله با بکارگیری روش تحلیلی، منحنیهای شکنندگی تک متغیره ترسیم شده است بطوریکه این منحنیها احتمال خرابی سیستم لوله را با تغییر مقادیر شتاب و یا سرعت بیشینه بصورت جداگانه نشان میدهند. سرانجام، توابع شکنندگی دومتغیره (سطوح شکنندگی) نیز که احتمال خرابی سیستم لوله را با تغییر مقادیر شتاب و سرعت بیشینه به صورت همزمان نشان می دهد، ترسیم شده است. با این هدف، بیشینه تنش فون مایسز در سیستم لوله به عنوان شاخص خرابی استفاده شده و مطابق آیین نامه ASME، تنش مجاز به عنوان آستانه محاسبه احتمال فراگذشت در نظر گرفته شده است. نتایج حاکی از آن است که استفاده از دو پارامتر زلزله در تهیه منحنی های شکنندگی، نتیجه قابل اطمینان تر و واقعی تری را ارایه می دهد. همچنین نتایج حاصل از تحلیل های دینامیکی تاریخچه زمانی برروی سیستم لوله مورد بررسی نشان میدهد که دو قطعه زانویی در سیستم خط لوله مورد بررسی بیشترین آسیب را میبینند.

در صورت طراحی و استفاده مناسب از میراگر های سیال ویسکوز درقاب های ساختمانی می توان نسبت به افزایش کارایی و عملکرد این قاب ها اطمینان بیشتری حاصل کرد. به این منظور دراینجا دو نوع بسیارپرکاربرد از قابهای مهاربندی فولادی شورون و قطری با تجهیز به میراگر سیال ویسکوز مورد مطالعه قرار گرفته است. تمامی مشخصات ابعادی و نیز مشخصات مقاطع و مصالح مورد استفاده برای تیرها، ستونها و مهاربندهای مدلهای قاب، مشابه درنظر گرفته می شود. با کمک نرم افزار توانمندopen-sees قاب های مورد نظر به صورت دو بعدی مدل سازی شده و تحت 15 شتابنگاشت حوزه های دور و نزدیک زلزله که بکمک یک الگوریتم فراابتکاری مقیاس شده اند، بارگذاری می شوند. از آنجا که میراگرهای ویسکوز، بعلت وابستگی به سرعت تحریک در اثر حرکت زمین و داشتن رابطه نیرو تغییرمکان غیرخطی، ذاتا نیازمند به انجام تحلیل های دینامیکی غیرخطی می باشند. لذا تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی افزایشی جهت مطالعه رفتار لرزه ای مدل های قاب فولادی و دستیابی به منحنی های شکنندگی انتخاب می گردد. نتایج مطالعه حاضر بیانگر این واقعیت است که بکارگیری میراگرهای ویسکوز در قابهای فولادی متعارف، موجبات کاهش قابل ملاحظه پاسخهای سازه ای (مانند نیروهای برشی پایه، جابجایی ها، شتابها، میزان پلاستیک شدگی اعضای اصلی سازه) و نیز افزایش قابل توجه انرژی مستهلک شده بصورت ویسکوز در سازه را فراهم می آورد. همچنین می توان این سیستم را برای تامین سطح عملکرد استفاده بدون وقفه در قاب های ساختمانی پیشنهاد داد.

یکی از مهم ترین اعضای سازه ای که عملکرد کلی سازه را به شدت تحت تاثیر قرار می دهد اتصال تیر به ستون است. عملکرد نامطلوب و خرابی این اتصالات می تواند در گام اول باعث خرابی موضعی و در گام بعدی موجب بروز خرابی پیش رونده در سازه و فروریزی آن گردد. در این مقاله به بررسی عملکرد دو اتصال گیردار خمشی از پیش تایید شده در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، در برابر بارهای ناشی از انفجار خارجی در فاصله ی 10 متری از یک ساختمان 1 طبقه در نرم افزار اجزای محدود آباکوس پرداخته می شود. ازاین رو ابتدا سازه مذکور تحت ضوابط لرزه ای طراحی شده، در ادامه اتصالات تیر به ستون به صورت دستی و طبق الزامات مبحث دهم مقررات ملی ساختمان طراحی شد. درنهایت اتصالات در نرم افزار آباکوس مدل سازی شده و تحت بار انفجاری مورد تحلیل و بررسی قرار گرفتند. نتایج به دست آمده حاکی از پاسخ مناسب اتصال پیچی BFP در مقایسه با اتصال جوشی WFP است. همچنین درصد خرابی اجزای اتصال WFP نسبت به درصد خرابی اجزای اتصال BFP بیش از 3 برابر بوده است. و اجزای بیشتری در اتصال WFP نسبت به اتصال BFP تحت بار انفجاری آسیب دیده است. مود غالب خرابی اتصالات، در اثر پیچش ستون بوده است درنتیجه اتصال پیچی به دلیل شکل پذیری بهتر، پاسخ مناسب تری را تحت بار انفجار ارایه می دهد.

به منظور طراحی دقیق تر سازه ها بایستی شناخت دقیق تری از رفتار آنها وجود داشته و تحلیل رفتار آنها با دقت بیشتر صورت گیرد. در طی دهه های گذشته روش های گوناگونی برای تحلیل سازه ها ارایه شده که هر کدام دارای نواقصی هستند. روش پری دینامیک، روشی جدید برای تحلیل مسایل است که با داشتن قابلیتهای منحصر بفرد توانسته است نواقص و محدودیتهای موجود در روش های قبلی و مرسوم همچون روش المان محدود را برطرف نموده و به عنوان یک روش قدرتمند در حل مسایل به کار گرفته شود. از سال 2000 میلادی و پس از ابداع این روش، مسایل گوناگونی با آن حل شده ولی کارهای بسیار محدودی در زمینه حل مسایل ارتعاش طولی اعضا و همچنین مدلسازی سازه های مشبک صورت گرفته است. در این تحقیق، رفتار این نوع از اعضا با روش پری دینامیک بررسی شده و با کدنویسی در نرم افزار متلب، قابلیت روش پری دینامیک برای در نظر گرفتن حالتهای بارگذاری استاتیکی و دینامیکی و همچنین تغییرات دما در انواع حالات نشان داده شده است. نتایج حاصل از روش پری دینامیک همخوانی بسیار نزدیکی با نتایج حاصل از روابط تحلیلی ارایه شده دارد. همچنین برای حالتهای خاصی از مسایل، یافتن جواب با روش های تحلیلی یا سایر روش ها غیرممکن یا مشکل است در حالی که با استفاده از روش پری دینامیک می توان به راحتی به جواب رسید. نهایتا، مدل پری دینامیک مربوط به اعضای محوری برای مدلسازی خرپاها توسعه داده شده و قابلیت این روش برای تحلیل انواع خرپاها نیز نشان داده شده است.

امروزه استفاده از بتن خودتراکم موضوع بسیاری از مطالعات می باشد. این مقاله مطالعات گذشته انجام شده در زمینه مقاومت برشی بتن خودتراکم را مورد بررسی قرار داده است. علاوه بر این، نتایج مقاومت برشی بتن خودتراکم با روابط مقاومت برشی آیین نامه های (آمریکا، اروپا، استرالیا و ژاپن) و همچنین روابط مکانیک شکست پیشنهادی برای مقاومت برشی توسط محققین گذشته مقایسه شده است. در انتها، نتایج آزمایش های مقاومت برشی بتن خودتراکم با بانک داده های مقاومت برشی بتن معمولی مورد مقایسه قرار گرفته است. جهت بررسی دقیق نتایج، از تحلیل های آماری (رگرسیون غیرخطی) جهت تعیین بهترین خط برازش شده و محدوده 95 درصد داده ها استفاده شده است. نتایج این مقایسه نشان می دهد که روابط آیین نامه های آمریکا، اروپا، استرالیا و ژاپن به ترتیب برای 88، 78، 95 و 100 درصد داده های بتن خود تراکم محافظه کارانه می باشد. حال آنکه روابط مکانیک شکست برای 40 تا 85 درصد داده های مقاومت برشی محافظه کارانه می باشد. علاوه بر آن، بررسی های آماری نشان می دهد که فقط 15 % داده های مقاومت برشی بتن خود تراکم خارج از محدوده 95 % داده های مقاومت برشی بتن معمولی قرار داردکلمات کلیدی: مقاومت برشی، بتن خودتراکم، بتن معمولی، مکانیک شکست، تحلیل آماری

در هنگام وقوع زلزله، ممکن است ساختمان های مجاور به یکدیگر برخورد کنند. ضربه زدن بین دو ساختمان بسته به شدت زلزله باعث ایجاد تخریبهای موضعی یا کلی در ساختمان ها می گردد. یکی از عواملی که می تواند از وقوع پدیده ضربه زدن تا حدود زیادی جلوگیری کند قرار دادن درز انقطاع برای ساختمان ها است. با استفاده از شاخص های خسارت می توان به طور دقیق میزان خرابی و آسیب وارد شده به ساختمان ها را به صورت موضعی و کلی ارزیابی کرد. شاخص خسارت پارک-آنگ، با در نظر گرفتن میزان تغییر شکل و میزان انرژی جذب شده در نیروهای رفت و برگشتی زلزله توسط اعضا میزان خرابی وارد شده به سازه را محاسبه می کند. در این پژوهش برای بررسی اثر نوع زلزله، بر روی شاخص خسارت پارک-آنگ در اثر برخورد دو قاب به یکدیگر، سه درزانقطاع 25%، 75%و 100%، درزانقطاع پیشنهاد شده توسط استاندارد 2800 ایران مورد بررسی قرار گرفته است. قاب ها بصورت منظم، نامنظم دارای طبقه نرم و نامنظم دارای طبقه خیلی نرم، تحت 5 رکورد زلزله حوزه نزدیک و 5 رکورد زلزله حوزه دور از گسل در نرم افزار OpenSees [1] مورد تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی قرار گرفته اند. در قاب منظم، میانگین مقادیر خسارت در زلزله حوزه نزدیک حدود 12% بیشتر از زلزله حوزه دور است. در قاب نامنظم نوع1 و نامنظم نوع2، میانگین مقادیر شاخص خسارت در حوزه نزدیک به ترتیب حدود 5% و 2% بیشتر از زلزله های حوزه دور است. هر چه میزان نامنظمی افزایش یابد، تاثیر نوع زلزله بر روی شاخص خسارت کمرنگ تر خواهد شد.

سرزمین ایران دارای آثار باارزش تاریخی و سابقه درخشان در استفاده از خشت میباشد که علیرغم موج کمرنگ شدن این شیوه معماری، امروزه بازگشتی دوباره به آن رقم خورده است. لذا جهت احیاء این شیوه معماری و همچنین حفاظت از میراث معماری خاکی، به عنوان یکی از شیوه های معماری با خاک گرایشاتی به خشت، در قالب مطالعه آثار گذشتگان (حفاظت) و فعالیتهای اجرایی (معماری معاصر) شکل گرفته است. پژوهش حاضر با فرض امکان بهبود خواص مکانیکی خشت از طریق شناخت خاک آغاز گردیده و هدف خود را بر روی بررسی تاثیر اصلاح دانه بندی خاک بر مقاومت فشاری خشت به عنوان یکی از پارامترهای موثر در پایداری سازه های گلین متمرکز کرده است. لذا با اتکا به تجربیات معماران بومی شهرستان اردکان، یزد و بهره گیری از دانش روز، 6 معدن خاک سنتی اردکان (که از قدیم برای خشت زنی استفاده شده و مورد تایید معماران سنتی اردکان است) گزینش شده و نمونه های فشاری به دو روش ساخت سنتی و همچنین با بکارگیری روش های تثبیت مکانیکی(کوبش) با تاکید بر تثبیت فیزیکی (اصلاح دانه بندی و افزودن ماسه اصلاح شده به خاک) ساخته شده و نهایتا مقاومت فشاری آنها، مورد آزمون و تحلیل قرار گرفته است. این مطالعه در قالب یک پژوهش کمی و به شیوه تجربی انجام شده که مبتنی بر مطالعات میدانی، بررسیهای محیطی و روش های تجربی-آزمایشگاهی بوده است. در این پژوهش از ماسه اصلاح شده به منظور اصلاح دانه بندی خاک معادن استفاده شده و نتایج حاصل از آزمون مقاومت فشاری بیانگر بهبود مقاومت فشاری در خشت تولید شده در مقایسه با روش سنتی تولید است. همچنین در درصدهای متفاوت اختلاط ماسه، کاهش یا نوسان مقاومت فشاری دیده میشود، لذا میتوان استدلال نمود که به منظور بهبود مقاومت فشاری خشت تولید شده علاوه بر تثبیت مکانیکی، اصلاح دانه بندی میتواند در تغییر مقاومت فشاری موثر باشد.

در چند دهه اخیر، ایده استفاده از دیوار برشی فولادی نازک، به عنوان یک سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی در طراحی و تقویت ساختمان ها، مورد توجه پژوهشگران و طراحان قرار گرفته است. در این تحقیق تلاش شده است ضریب رفتار (R)، ضریب اضافه مقاومت و ضریب تشدید کننده جابجایی در قاب خمشی بتن آرمه ویژه با دیوار برشی فولادی نازک و استفاده از روش طرح پلاستیک مبتنی بر عملکرد، مورد بررسی قرار گیرد. بدین منظور قاب هایی با سیستم دیوار برشی فولادی با تعداد طبقات مختلف، در نظر گرفته شده اند و آنالیز استاتیکی غیرخطی، روی این قاب ها با استفاده از مدل نواری در نرم افزار OpenSees انجام شده است. نتایج شبیه سازی با نتایج آزمایش تجربی مقایسه گردیدند و تطبیق قابل قبولی مشاهده گردید. در نهایت مقادیر ضریب رفتار (R)، ضریب اضافه مقاومت و ضریب تشدیدکننده جابجایی برای سیستم قاب خمشی بتن آرمه با دیوار برشی فولادی نازک بر اساس روش یوانگ محاسبه گردیده و به ترتیب برابر 9. 37، 2. 21 و 11. 06 برای روش طراحی در حالت حدی پیشنهاد شده است. همچنین استفاده از دیوار برشی فولادی در قاب خمشی بتن آرمه نشان از افزایش مقاومت، شکل پذیری، سختی الاستیک و نهایتا افزایش ضریب رفتار سازه را دارد.

بتن فراتوانمند نوع جدیدی از مصالح مرکب به شمار می آید که با نسبت آب به مصالح سیمانی پایین، توانایی تحمل تنش های فشاری تا 200 مگاپاسکال و تنش های کششی بالایی در حدود 10 مگاپاسکال را دارا می باشد. انرژی شکست بتن فراتوانمند از 8560 تا 40000 ژول بر متر مکعب متغیر است که این میزان تقریبا 220 برابر بزرگتر از انرژی شکست ملات معمولی می باشد. به دلیل خصوصیات برتر مکانیکی و دوام، بتن فراتوانمند توجه زیادی را در بین محققان به خود جلب کرده است. مقاومت فشاری بسیار بالا این نوع بتن منجر به کاهش وزن قابل توجه سازه و همچنین ساخت المان های سازه ای با ابعاد کوچک تر می شود. در این مقاله نمونه های بتن فراتوانمند حاوی الیاف پلی وینیل الکل بعد از عمل آوری در دوشرایط محیطی متفاوت، یکی شرایط استاندارد در دمای 23 درجه سانتی گراد و دیگری قرارگیری در آب گرم 70 درجه سانتی گراد، تحت آزمایش های مقاومت فشاری، خمشی و مقاومت الکتریکی قرار گرفتند. آزمایش های مقاومت فشاری و خمشی در سنین 28 روزه و 6 ماهه و آزمایش مقاومت الکتریکی در سن 6 ماه انجام شدند. با در دست داشتن اطلاعات مقاومت مکانیکی و دوام و ریزساختار، یک دید کلی و جامع از بتن های فراتوامند و قابلیت های آنها به دست آمد. نتایج نشان داد که الیاف PVA در بهبود مشخصات مکانیکی (به دلیل جلوگیری از گسترش ریزترک ها) از یک سو و همچنین افزایش کلی تخلخل ماتریس سیمانی از سویی دیگر تاثیر بسزایی داشت. ولی تاثیر الیاف روی مشخصات الکتریکی به شدت تحت تاثیر میزان جایگزینی دوده سیلیس با سیمان و همچنین نوع عمل آوری بود.