نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز
سال چهل و پنجم شماره 3 (پیاپی 80، پاییز 1394)

صفحات مثلثی از جمله سازه های زیست محیطی هستند که با اصلاح الگوی جریان در قوس رودخانه از بروز آبشستگی در پاشنه ساحل جلوگیری و باعث تثبیت ساحل می شوند علاوه بر این، آن ها موجب ترمیم و توسعه زیستگاه آبزیان رودخانه نیز می گردند. از آن جا که در رابطه با فاصله قرارگیری این سازه ها از یکدیگر در قوس معیاری ارائه نشده است، این تحقیق جهت بررسی تاثیر قرارگیری صفحات مثلثی در قوس ملایم 90 درجه بر توپوگرافی بستر با فواصل 4، 5، 6 و 8 برابر طول موثر صفحه (Le) انجام گردید. در این پژوهش، زاویه صفحات مثلثی نسبت به ساحل بالادست 30 درجه بوده است. آزمایش ها تحت شرایط مختلف جریان (اعداد فرود 243 /0، 262 /0، 292 /0 و 321 /0) انجام شدند. نتایج نشان دادند که، صفحات مثلثی سبب انحراف جریان از ساحل بیرونی به طرف مرکز و قوس داخلی مجرا و در نتیجه تشکیل خط القعر در نزدیکی ساحل داخلی شده اند. با افزایش فاصله صفحات از یکدیگر، مقدار فرسایش خط القعر کاهش یافت. به طور متوسط حداکثر عمق آبشستگی خط القعر در فواصل4Le و 5Le، 6Le، 8Le به ترتیب 36 /0، 33 /0، 3 /0 و 26 /0 برابر طول موثر اولیه سازه بوده است. در همه آزمایش ها حداکثر عمق آبشستگی، در پنجه صفحات رخ داد. با افزایش فاصله بین صفحات، حداکثر عمق آبشستگی و گسترش آن تا ساحل بیرونی افزایش یافت به طوری که فاصله 8 برابر طول موثر سازه، فاصله مناسبی برای صفحات مثلثی نیست. به طور متوسط حداکثر عمق آبشستگی در فواصل4Le، 5Le، 6Le و 8Le به ترتیب 38 /0، 46 /0، 52 /0 و 66 /0 برابر طول موثر اولیه سازه بود.

در هیدرولیک رودخانه ها، بستر متحرک بوده و مقاومت در برابر جریان یا ضریب زبری متغیر است. در این حالت، نمی توان رابطه مقاومت را به طور مستقیم و بدون آگاهی از نحوه تغییر ضریب مقاومت در شرایط مختلف جریان و رسوب، به کار برد. با توجه به تاثیر پارامترهای متعدد در ضریب زبری، تاکنون رابطه قطعی جهت محاسبه ضریب زبری ارائه نشده است. در این تحقیق، ابتدا آزمایشات لازم در کانالی در حالت فرم بستر دون متعادل جهت به دست آوردن داده های هیدرولیکی مورد نیاز ترتیب داده شد. سپس با استفاده از شبکه های عصبی پیش خور و شعاع مبنا از یک سو و نیز شبکه های عصبی- فازی از سوی دیگر، مقدار ضریب زبری مانینگ برای هر دو حالت بابعد و بی بعد پیش بینی گردید. نتایج حاصله نشان داد که شبکه عصبی قابلیت و کارایی بالایی در شبیه سازی ضریب زبری بستر داشته و مدل عصبی- فازی با وجود کارایی بهتر نسبت به شبکه های شعاع مبنا دارای عملکرد ضعیف تری در مقایسه با شبکه پیش خور است. با توجه به نتایج حاصل از تحلیل حساسیت مشخص شد که پارامتر مستقل Reبرای ضریب زبری با بعد و پارامتر مستقل R/D50برای ضریب زبری بی بعد بیشترین تاثیر را بر روی ضریب زبری دارند. به لحاظ کمی نیز در بهترین حالت ارزیابی آزمون نرم افزار Matlab، برای شبکه پیش خور در حالت با تابع هدف بی بعد 935 /0 R= و 908 /1 MNE= و در حالت با تابع هدف با بعد 941 /0 R=، 2/04 MNE=، برای شبکه شعاع مبنا با تابع هدف بی بعد 8/ 0R= و 029 /0 MNE= و در حالت تابع هدف با بعد 83 /0 R= و 0229 /0 MNE= و نهایتا برای شبکه عصبی- فازی در حالت با تابع هدف بی بعد 912 /0 R= و 662 /2 MNE= و برای حالت با تابع هدف بابعد 922 /0 R= و 472 /2 MNE= مشاهده گردید که دقت بالای پیش بینی ها را نشان می دهد.

از مشخصه های بارز در عملکرد سرریز پلکانی، قابل ملاحظه بودن استهلاک انرژی در طول آن در مقایسه با انواع سرریزهای دیگر می باشد. با توجه به این ویژگی، کوشش جهت کسب دیدگاهی دقیق تر در ارتباط با پارامتر استهلاک انرژی و نهایتا افزایش مقدار آن، محور اکثر تحقیقات مربوط به این نوع از سرریزها بوده است. در این مطالعه جهت ارزیابی تاثیر پارامتر هایی چون عمق بحرانی (yc)، تعداد پله ها (N) و شیب کف پله ها (a)، با ثابت در نظر گرفتن نسبت طول و ارتفاع کلی سرریز، از مدل نرم افزار Flow-3D به عنوان یک نرم افزار قوی در تحلیل میدان جریان، استفاده گردیده است. به منظور صحت سنجی عملکرد مدل عددی مربوطه در تخمین پارامتر استهلاک انرژی نیز یک مدل فیزیکی سرریز پلکانی در یک کانال جریان آزمایشگاهی مورد آزمایش قرار گرفته و با استفاده از سیستم پردازش تصویر، تغییرات پروفیل سطح جریان ارزیابی شده است. نتایج حاصل نشان می دهند که با افزایش مقدار دبی، میزان استهلاک انرژی کمتری حاصل می شود. تعداد پلکان و شیب معکوس روی پله ها نیز از جمله عوامل دیگری هستند که بر میزان استهلاک انرژی تاثیر می گذارند. با افزایش تعداد پلکان و شیب معکوس روی هر پله، استهلاک انرژی بیشتر می شود. به طوری که در مدل 4 پله ای و با شیب ثابت 4 درجه، تغییرات دبی از 03 /0 به 08 /0 متر مکعب بر ثانیه، باعث کاهش میزان استهلاک انرژی به اندازه 5 /1% گشته در حالی که در دبی ثابت 03 /0 متر مکعب بر ثانیه، تغییر حالت پله از شیب صفر به شیب 4 درجه موجب افزایش استهلاک انرژی به میزان 9 /0% گردیده است. نهایتا، نظر به اهمیت روز افزون محاسبات نرم در مطالعه مسائل عملی، به ارزیابی پارامتر استهلاک انرژی روی سرریز پلکانی با استفاده از سیستم استنتاج فازی پرداخته و اقدام به تهیه یک مدل سیستم استنتاج فازی بر اساس شرایط موجود شده است. مشاهده می گردد که نتایج حاصل از سیستم استنتاج فازی با مقادیر پیش بینی شده توسط مدل سازی عددی و داده های آزمایشگاهی دارای تطابق مناسبی است. ارزیابی نتایج حاصله، دلالت بر کارآئی مفهوم سیستم استنتاج فازی در محاسبه پارامتر استهلاک انرژی در سرریزهای پلکانی دارد.

تحلیل غیر خطی تنش در تیرهای عمیق بتن مسلح به روش عناصر محدود در این مقاله ارائه شده است. عوامل غیر خطی در نظر گرفته شده در نرم افزار NAOC، پلاستیسیته بتن در فشار، تسلیم میلگردها، ترک خوردگی بتن در کشش، خرد شدن بتن در فشار و پلاستیسیته میلگردها می باشند. اطلاعات لازم برای تحلیل برنامه، وارد شده و در داخل فایل ورودی ذخیره می گردد. گرافیک برنامه برای ترسیم شکل کلی سازه و موقعیت میلگردها در المان ها همراه با زیرنویس های مناسب، شکل تغییر شکل یافته سازه، نمودار بار- خیز و... از جمله ویژگی های ممتاز این برنامه است. نتایج حاصل از تحلیل در فایل خروجی ذخیره می شوند. نتایج به دست آمده برای مدل سازی های مختلف توسط نرم افزار و مقایسه آن با نتایج آزمایشگاهی، دقت، کارایی و قدرت برنامه را برای تحلیل غیر خطی تیرهای عمیق روشن می سازد.

خاک های واگرا بخش های وسیعی از سطح زمین را به خود اختصاص داده و یکی از عوامل مهم در گسیختگی در شالوده های سطحی و عمیق و نیز خرابی در دیگر سازه های عمرانی همچون سدهای خاکی می باشند. بخش قابل توجهی از این نوع خاک ها دارای خواص خمیری و پتانسیل واگرایی کم هستند. تحقیقات گسترده ای در خصوص شناخت و تعیین میزان واگرایی خاک ها انجام شده، اما تاکنون اتفاق نظر کلی و جامع در خصوص معیارهای ارزیابی آزمایش های واگرایی وجود ندارد. در پژوهش حاضر بخشی از خاک های کشور که شواهد تجربی و تحقیقاتی مبنی بر وجود پتانسیل واگرایی در آن ها مشاهده شده، مورد آزمایش قرار گرفت. در همین راستا 28 نمونه از خاک های با خواص خمیری و پتانسیل واگرایی کم از مناطق مختلف کشور جمع آوری و آزمایش های کرامب، هیدرومتری دوگانه، پین هول و شیمیایی روی آن ها انجام شد. صحت سنجی آزمایش ها بر اساس مقایسه نتایج آزمایش های مختلف با یکدیگر و نیز به صورت کیفی با استفاده از عکس های SEM انجام شد. نتایج حاصل نشان می دهند معیارهای واگرایی در خاک های رسی با خواص خمیری و پتانسیل واگرایی کم باید اصلاح گردند. همچنین دست خوردگی نمونه ها تاثیر زیادی بر نتایج آزمایش ها دارد. مضاعف این که معیار شیمیایی شرارد نیز در خاک های مورد مطالعه نیاز به اصلاحات اساسی دارد.

در سال های اخیر با پیشرفت تکنولوژی، استفاده از نقشه های زمینی و عکس های ماهواره ای برای بررسی تغییرات هیدروژئومورفولوژیکی حوضه ها مرسوم گشته است. لیکن این روش ها اغلب پر هزینه و زمان بر بوده و یا به دلیل وا رد ، ر ات ری ارا ان نیست؛ لذا معیار پیچیدگی که در تحلیل سری های زمانی مطرح است می تواند معیار مناسبی برای ارزیابی و سنجش میزان تغییرات فرایندهای هیدرولوژیکی موجود در یک حوضه باشد. با محاسبه مقدار پیچیدگی حوضه می توان بی نظمی موجود در حوضه را به دست آورد که تغییرات بی نظمی و یا پیچیدگی حوضه نشان دهنده تغییرات هیدرولوژیکی به وجود آمده در حوضه است. در این تحقیق برای سنجش میزان پیچیدگی فرایندهای هیدرولوژیکی در حوضه آبریز دریاچه ارومیه از روش جدیدی به نام روش موجک-آنتروپی استفاده شده است. در این روش ابتدا سری های زمانی فرایندهای هیدرولوژیکی مورد نظر به بازه های زمانی کوچک تر تقسیم شده و هرکدام از این زیرسری ها با استفاده از تبدیل موجک تجزیه و در نهایت معیار پیچیدگی موجک-آنتروپی برای هر یک از بازه های زمانی محاسبه شد. نتایج به دست آمده حاکی از آن هستند که علاوه بر کاهش تراز آب در دریاچه ارومیه، نوسانات سطح آب نیز در حال کاهش است، بنابر این الگوی نوسانات سطح آب دریاچه ارومیه در حال تغییر است که این تغییر الگو سبب کاهش پیچیدگی تراز آب دریاچه شده است. کاهش پیچیدگی تراز آب می تواند در اثر عوامل طبیعی نظیر تغییر نوسانات بارش، دما، رطوبت و یا عوامل انسانی باشد. عوامل انسانی نظیر افزایش جمعیت، توسعه شهرسازی و... تاثیر مستقیم در کاهش نوسانات سری زمانی رواناب دارد. طبق نتایج حاصل از بررسی تغییرات پیچیدگی سری های زمانی بارش، دما، رطوبت و رواناب، پیچیدگی سری زمانی رواناب منطقه در دوره زمانی مورد مطالعه کاهش بیشتری (92 /57%) نسبت به پیچیدگی سری های زمانی بارش (9 /1%) و دما (05 /7%) داشته است و این نشان می دهد که دلیل اصلی کاهش پیچیدگی تراز آب دریاچه ارومیه مربوط به کاهش پیچیدگی رواناب می باشد. بنابر این نقش عوامل انسانی در کاهش پیچیدگی تراز آب دریاچه ارومیه به مراتب بیشتر از عوامل طبیعی بوده است.

ایمنی و کارایی سازه ها تحت اثر پدیده های طبیعی همچون زلزله های شدید همواره از دغدغه های اساسی در طراحی سازه ها بوده اند. اخیرا گسترش کنترل سازه ها به صورت غیر فعال، نیمه فعال و فعال مورد توجه ویژه ای قرار گرفته است. میراگر جرمی فعال یکی از ابزارهای کنترلی فعال می باشد. اساس کار این سیستم همانند سیستم کنترل غیر فعال با میراگر جرمی تنظیم شده می باشد؛ با این تفاوت که یک عملگر فعال و یا یک محرک بر سیستم غیر فعال اضافه می شود. توابع BPF توابع ویژه ای هستند که در مسائل انتگرالی و دیفرانسیلی به دلیل تعاریف صریح و فرمول بندی ساده آن دارای مزیت های زیادی هستند. در این مقاله با بهره گیری از مزیت های توابع BPF نظیر تعریف ساده آن ها که باعث تقریب ساده مسائل پیچیده می شود، در کنترل فعال سازه مجهز به میراگر جرمی فعال راه حلی ارائه شده است. پس از فرمول بندی مساله کنترل با استفاده از این توابع با مدل سازی یک سازه 10 طبقه، دقت روش پیشنهادی مبتنی بر توابع BPF با نتایج حاصل از روش LQR مقایسه شده است. نتایج حاکی از آن هستند که با کاهش هزینه محاسباتی روش پیشنهادی از دقت بالایی برخوردار می باشد.

استفاده از دیوارهای برشی فولادی تقویت شده به دلیل جلوگیری از کمانش ورق ها تحت بارهای سرویس باد و زلزله و همچنین سختی، مقاومت و جذب انرژی بالاتر نسبت به دیوارهای مشابه بدون تقویت در طرح ساختمان های بلند مرتبه مورد توجه است. ایجاد بازشوهای متمرکز به دلایل معماری و ایجاد بازشوهای گسترده به دلایل محاسباتی در این گونه پانل ها محتمل می باشد. در این مقاله، پارامترهای رفتاری پانل های تقویت شده بدون بازشو و با بازشوهای متمرکز و گسترده مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاکی از کاهش سختی، مقاومت، شکل پذیری، جذب انرژی و مقدار ضریب رفتار به دلیل افزایش میزان بازشوها بوده و در عوض ضریب اضافه مقاومت افزایش می یابد. همچنین نتایج نشان دادند که پانل های تقویت شده با بازشوی گسترده دارای سختی و مقاومت الاستیک کمتر و ضریب رفتار بزرگ تر نسبت به مورد مشابه با بازشوی متمرکز هستند و در دیوار برشی فولادی دارای سخت کننده با بازشوی متمرکز و گسترده با افزایش 48 درصدی سطح بازشو ها، مقدار ضریب رفتار به ترتیب 16 درصد و 8 درصد کاهش یافته است.

تغییر شکل های دراز مدت خزشی در واقع توسعه کرنش های حجمی و برشی وابسته به زمان است که از مقاومت ویسکوز ساختار خاک ناشی می شود. وابستگی تغییر شکل خزشی خاک ها به سطح تنش های اعمالی و آب حفره ای موضوع مهمی می باشد. از آن جایی که نشست های دراز مدت در اثر خزش اتفاق می افتد، بنابر این محاسبه و پیش بینی این تغییر شکل ها اهمیت زیادی دارد. در این تحقیق بر روی نمونه های خاک ماسه رس دار، در راستای بررسی تاثیر سطوح تنش و آب حفره ای بر رفتار خزشی، آزمایش تحکیم یک بعدی تک مرحله ای و چند مرحله ای انجام شده و مکانیسم خزشی با در نظر گرفتن تغییر شکل قائم ذرات شرح داده شده است. نتایج آزمایش ها بر اساس ارتباط ضریب تراکم ثانویه و تخلخل بیان شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که در نمونه اشباع به دلیل اصطکاک پایین ذرات و دارا بودن استعداد لغزشی بالا، با افزایش تنش، نمونه متراکم تر، به بیانی پایدارتر شده و با مرور زمان میانگین نیروهای داخلی کاهش یافته و تغییر شکل های خزشی کمتری مشاهده می شود. در حالی که نمونه خشک رفتار متفاوتی را از خود نشان می دهد که بستگی به شرایط آزمایش دارد. علاوه بر موارد ذکر شده، برای تبیین رفتار نمونه اشباع و خشک خاک، در شرایط آزمایشگاهی موارد دیگر مورد برررسی قرار گرفته است.

جهت تخمین احتمال خرابی سازه ها رویه اولین مرتبه قابلیت اعتماد، کاربرد وسیعی دارد که بر اساس رویه تکرار ریاضی با هدف تعیین شاخص قابلیت اعتماد سازه ها و یا نقطه حداکثر محتمل پایه گذاری شده است. روش معمول اولین مرتبه قابلیت اعتماد (هاسوفر-لیند و رکویتز-فسلر) در مسائل غیر خطی با توابع عملکرد پیچیده برای یک سازه ممکن است موجب ناپایداری حل به صورت نوسانی و حل مغشوش گردد. در مقاله حاضر یک رویه تکرار ریاضی جدید بر اساس انتخاب طول گام متناهی در تحلیل مرتبه اول سازه ها ارائه شده است. طول گام رویه تکرار با استفاده از قاعده امتداد جستجوی Armijo بسط داده شده که در هر تکرار شرط شیب جهت تضمین همگرایی لحاظ شده است. عملکرد رویه تکرار ارائه شده اولین مرتبه قابلیت اعتماد سازه ها بر اساس قاعده انتخاب طول گام دینامیکی با شرایط شیب به کمک چندین مثال سازه ای بر گرفته از مراجع ارزیابی شده و نتایج همگرایی رویه ارائه شده با روش هاسوفر-لیند و رکویتز-فسلر، رویه طول گام متناهی ثابت برابر با 15 مقایسه گردیده است. نتایج حاکی از آن هستند که رویه تکرار ارائه شده توانمندی بسیار بالایی در تحلیل قابلیت اعتماد سازه ها نسبت به روش هاسوفر-لیند و رکویتز-فسلر دارد. همچنین، نقش انتخاب طول گام در کارایی و همگرایی الگوریتم ارائه شده حائز اهمیت است و کارایی آن در مسائل غیر خطی بیشتر از روش طول گام متناهی و روش تعدیل اولین مرتبه قابلیت اعتماد می باشد.