مجله مهندسی عمران شریف
سال بیست و هشتم شماره 3 (پاییز 1391)

T h i s p a p e r i n v e s t i g a t e s t h e e f f e c t o f c o n c r e t e s t r e n g t h, t h e a m o u n t o f f l e x u r a l r e i n f o r c e m e n t a n d i n i t i a l d a m a g e o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a m s o n t h e r e s u l t s o f m o d a l t e s t s. A t o t a l o f e i g h t r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a m s p e c i m e n s w i t h t h e d i m e n s i o n s o f 150×200×2200 m m w e r e m a n u f a c t u r e d a n d t e s t e d. T h e b e a m s w e r e r e i n f o r c e d u s i n g s t e e l b a r s w i t h 6, 8, 12 a n d 18 m m d i a m e t e r (a 6 m m b a r d i a m e t e r w a s u s e d f o r t r a n s v e r s e r e i n f o r c e m e n t, w h i l e o t h e r d i a m e t e r s w e r e u s e d a s l o n g i t u d i n a l r e i n f o r c e m e n t). I n o r d e r t o i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t o f c o n c r e t e s t r e n g t h o n d y n a m i c p a r a m e t e r s, t w o d i f f e r e n t c o n c r e t e m i x t u r e s w e r e u s e d t o p r o d u c e c o n c r e t e w i t h c o m p r e s s i v e s t r e n g t h s o f 21M P a a n d 40M P a (s t a n d a r d c u b e s p e c i m e n s). M o d a l t e s t s, i n v o l v i n g s t a t i c a n d d y n a m i c s t a g e s, w e r e c a r r i e d o u t i n s e q u e n c e. I n t h e s t a t i c s t a g e, u n d e r t h e a p p l i c a t i o n o f s t a t i c l o a d, d a m a g e w a s i n d u c e d t o t h e s p e c i m e n i n t h e f o r m o f s h e a r a n d f l e x u r a l c r a c k s. A f o u r-p o i n t l o a d i n g s y s t e m w a s e m p l o y e d i n t h e s t a t i c s t a g e b y a h y d r a u l i c j a c k. T h e m i d-s p a n d e f l e c t i o n o f t h e b e a m a n d t h e a p p l i e d l o a d w e r e r e c o r d e d b y a d i s p l a c e m e n t t r a n s d u c e r (L V D T) a n d a l o a d-c e l l, r e s p e c t i v e l y. T h e l o a d-c e l l w a s i n d i r e c t c o n t a c t w i t h t h e h y d r a u l i c j a c k a n d m e a s u r e d t h e m a g n i t u d e o f t h e a p p l i e d l o a d a t e v e r y m o m e n t. T h e d a t a f r o m t h e L V D T a n d t h e l o a d-c e l l w e r e r e c o r d e d b y a d a t a-l o g g e r a c q u i s i t i o n s y s t e m. A f t e r t h e e n d o f e a c h s t a t i c s t a g e, t h e s p e c i m e n w a s u n l o a d e d a n d t h e n d y n a m i c t e s t s w e r e c a r r i e d o u t. F o r t h e d y n a m i c t e s t s, 23 d e g r e e s o f f r e e d o m (D O F) w e r e d e f i n e d f o r t h e b e a m. T h r e e s p e c i m e n s w e r e d a m a g e d b e f o r e t h e t e s t s t o s t u d y t h e e f f e c t o f i n i t i a l d a m a g e o n t h e d y n a m i c p r o p e r t i e s o f b e a m s. I n t h e d y n a m i c t e s t s, t h e f r e q u e n c y c h a n g e s a n d d a m p i n g r a t i o s o f b e a m s w e r e m e a s u r e d a t d i f f e r e n t a g e s o f t h e s p e c i m e n s.T e s t r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e f r e q u e n c i e s o f b e a m s d e c r e a s e d w i t h i n c r e a s i n g t h e d a m a g e l e v e l o f t h e s p e c i m e n s. T h e i n c r e a s e o f t e n s i l e r e i n f o r c e m e n t a n d c o n c r e t e s t r e n g t h i n c r e a s e d t h e f r e q u e n c i e s o f t h e b e a m s. T h e i n t e n s i t y o f t h e d a m a g e l e v e l i n e a c h s p e c i m e n a f f e c t e d i t s m o d e s h a p e. T h e l o c a t i o n o f d a m a g e w a s d e t e r m i n e d b y t h e r e s u l t s o f m o d e s h a p e curvatures.

T h i s s t u d y a n a l y z e s t h e i n d u s t r y o f e n g i n e e r i n g c o n s u l t i n g s e r v i c e s. T h i s i n d u s t r y w h i c h e n c o m p a s s e s t h e w i d e s c o p e o f e n g i n e e r i n g c o n s u l t i n g f i r m s i n a l l s p e c i a l i z e d f i e l d s i s d i s c u s s e d a s o n e o f t h e s u b-b r a n c h e s o f c o n s t r u c t i o n i n d u s t r y f r o m t h e p r o f i t a b i l i t y p e r s p e c t i v e. T h e c o n s t r u c t i o n i n d u s t r y i s o n e o f t h e m o s t i m p o r t a n t i n d u s t r i e s i n t h e w o r l d a n d e s p e c i a l l y i n D e v e l o p i n g c o u n t r i e s. E n g i n e e r i n g c o n s u l t i n g c o m p a n i e s a r e f i r m s t h a t u n d e r t a k e a l l r e s p o n s i b i l i t i e s o f d e s i g n s t a g e s i n c l u d i n g s t u d i e s, r e s e a r c h e s, p r o v i d i n g e x e c u t i v e P l a n s, a n d s u p e r v i s i o n o f i m p l e m e n t a t i o n s. I n t h i s s t u d y, t h e f i v e c o m p e t i t i v e f o r c e s o f M i c h a e l P o r t e r, t h e f a m o u s s t r a t e g i s t a n d r e s e a r c h e r i n t h e f i e l d o f s t r a t e g y, i s e m p l o y e d a s a t o o l f o r t h e a n a l y s i s. T h e s e f i v e f o r c e s a r e t h e b a r g a i n i n g p o w e r o f b u y e r s, t h e b a r g a i n i n g p o w e r o f s u p p l i e r s, t h e t h r e a t o f n e w e n t r a n t s, t h e t h r e a t o f s u b s t i t u t e's p r o d u c t s o r s e r v i c e s a n d r i v a l r y a m o n g e x i s t i n g c o m p e t i t o r s. A s P o r t e r r e c o m m e n d s t h e r e q u i r e d d a t a w a s g a t h e r e d t h r o u g h i n p e r s o n i n t e r v i e w s w i t h m a n a g e r s o f c o n s u l t i n g e n g i n e e r i n g f i r m s a n d q u e s t i o n n a i r e. I n t h e n e x t s t a g e, c o n s i d e r i n g t h e i n f o r m a t i o n o b t a i n e d f r o m t h e s t r u c t u r a l a n a l y s i s o f t h e i n d u s t r y, t h e p e r i o d t o w h i c h t h e i n d u s t r y i s c o n d i t i o n e d h a s b e e n e s t i m a t e d b a s e d o n t h e P o r t e r's l i f e c y c l e c h a r t o f i n d u s t r i e s; a n d a c c o r d i n g l y, t h e a p p r o p r i a t e c o m p e t i t i v e s t r a t e g y f o r o p e r a t i n g c o m p a n i e s i s s u g g e s t e d f o r f u r t h e r p r o f i t a b i l i t y i n t h i s i n d u s t r y. A s t h e o b t a i n e d r e s u l t s h o w s t h e i n d u s t r y o f e n g i n e e r i n g c o n s u l t i n g s e r v i c e s i s i n i t s m a t u r i t y s t a g e i n I r a n's c u r r e n t c o n d i t i o n a n d t h e b e s t c o m p e t i t i v e s t r a t e g y r e c o m m e n d e d b y M i c h a e l P o r t e r f o r t h i s i n d u s t r y i s e f f i c i e n t m a r k e t i n g a n d h a v i n g c o m p e t i t i v e c o s t. T h i s s t u d y i s c o n d u c t e d i n o r d e r t o v e r i f y t h e i m p o r t a n c e o f a p p l y i n g m a n a g e m e n t s c i e n c e i n s t e a d o f t h e t r a d i t i o n a l s t y l e o f m a n a g e m e n t i n c o n s t r u c t i o n i n d u s t r y.

T h e r e d o e s n o t s e e m t o b e a s e r i o u s l a c k o f t e c h n i c a l a n d l a w f u l d o c u m e n t s, t e c h n i c a l k n o w l e d g e, q u a n t i t y a n d q u a l i t y o f e n g i n e e r s a n d e x p e r t s, t h e e x i s t e n c e o f r e s p o n s i b l e o r g a n i z a t i o n s, a n d s u i t a b l e c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l s, e t c., i n t h e c o u n t r y. H o w e v e r, i n a m a j o r c i t y s u c h a s T e h r a n, t h e q u a l i t y o f b u i l d i n g c o n s t r u c t i o n r e l a t e d t o s t r u c t u r a l r e s i s t a n c e a g a i n s t e a r t h q u a k e l o a d i n g s s h o u l d b e p r o m o t e d. W h y?R e g a r d i n g m a n a g e r i a l a s p e c t s, i m p r o v i n g t h i s s i t u a t i o n i m p l i e s a s t r a t e g i c p l a n. I n t h i s r e g a r d, r e c o g n i t i o n o f t h e p r e s e n t a n d r e a l s i t u a t i o n a n d c o n s i d e r i n g e f f e c t i v e e l e m e n t s i n t h e l a c k o f c o n s t r u c t i o n q u a l i t y i s a n i m p o r t a n t s t e p r e l a t e d t o t h e q u a l i t y m a n a g e m e n t p r o c e s s o f b u i l d i n g c o n s t r u c t i o n s.T h e s u b j e c t o f t h e p r e s e n t r e s e a r c h i s s u r v e y i n g t h o s e e l e m e n t s w h i c h h a v e a n e f f e c t o n t h e l a c k o f c o n s t r u c t i o n q u a l i t y i n T e h r a n f o r p e r s o n a l b u i l d i n g s u p t o f i v e s t o r i e s, i n c l u d i n g f i e l d s t u d i e s a n d t h e s u r v e y i n g o f s o m e e x p e r t o p i n i o n s. T h e m e t h o d o l o g i e s o f ``g e t t i n g e x p e r t j u d g m e n t s'' a n d ``o r g a n i z i n g g a t h e r e d d a t a'' a r e o n t h e b a s i s o f t h e D E L P H I m e t h o d a n d t h e D E M A T E L t e c h n i q u e, r e s p e c t i v e l y, w h i c h a r e k n o w n m e t h o d s i n t h e ``G r o u p M u l t i p l e A t t r i b u t e D e c i s i o n M a k i n g'' m a n a g e r i a l f i e l d.I n t h i s p a p e r, a f t e r e x p l a i n i n g a t o t a l i t y o f s u r v e y n e c e s s i t i e s, t h e u s e d m a n a g e r i a l t e c h n i q u e s w i l l b e i l l u s t r a t e d b r i e f l y. T h e n, t h e p r o c e s s o f t h e D e l p h i m e t h o d i n t h e r e c o g n i t i o n a n d c a t e g o r i z i n g o f e f f e c t i v e v a r i a b l e s o n b u i l d i n g s t r u c t u r e q u a l i t y w i l l b e i n v e s t i g a t e d. T h e n, t h e i n t e r a c t i o n o f e l e m e n t s (d i r e c t l y a n d i n d i r e c t l y) u s i n g t h e D E M A T E L t e c h n i q u e i s i l l u s t r a t e d, s t e p b y s t e p. T h e e l e m e n t r a n k i n g s, d u e t o d i f f e r e n t m a t h e m a t i c a l i n d e x e s, a r e p r e s e n t e d n e x t. T h e s e r a n k i n g s a r e t h e s u p p l e m e n t a r y r e s u l t s o f a p p l y i n g t h e D E M A T E L t e c h n i q u e. I n t h e c o n c l u s i o n o f t h i s t e c h n i q u e, t h e m a t h e m a t i c a l i n d e x e s, i n a l i g n m e n t w i t h m a n a g e r i a l p o i n t s o f v i e w, a r e i s c u s s e d a n d, f i n a l l y, a p p l i c a b l e m a n a g e r i a l r e s u l t s a r e s h o w n.

T h e b e h a v i o u r o f p i l e f o u n d a t i o n s l o c a t e d n e a r s l o p e s i s d i f f e r e n t f r o m t h e i r b e h a v i o u r w h i l e t h e y a r e l o c a t e d a t g r o u n d l e v e l, a s p i l e s m a y n o t o n l y i n d u c e f a i l u r e i n t h e s l o p e (e s p e c i a l l y a t s h a l l o w d e p t h s), b u t, a l s o, t h e l a t e r a l b e a r i n g c a p a c i t y o f t h e p i l e s t h e m s e l v e s m a y d e c r e a s e t o a g r e a t e x t e n t o w i n g t o t h e n e a r b y s l o p e. S e v e r a l n u m e r i c a l a n d e x p e r i m e n t a l s t u d i e s o n l a t e r a l l y l o a d e d s i n g l e p i l e s i n s t a l l e d i n s i t e s n e a r t o t h e c r e s t s o f s l o p e s h a v e b e e n p e r f o r m e d. T r a d i t i o n a l s o i l r e i n f o r c i n g t e c h n i q u e s i n v o l v e t h e u s e o f c o n t i n u o u s g e o s y n t h e t i c i n c l u s i o n s o r i e n t e d i n a p r e f e r r e d d i r e c t i o n t o e n h a n c e t h e s t r e n g t h a n d s t a b i l i t y o f s o i l. S o i l s r e i n f o r c e d w i t h r a n d o m l y d i s t r i b u t e d i n c l u s i o n s h a v e a t t r a c t e d c o n s i d e r a b l e i n t e r e s t o v e r p a s t y e a r s. I n t h i s t y p e o f r e i n f o r c e m e n t, s o i l i s m i x e d r a n d o m l y w i t h d i s c r e t e s m a l l i n c l u s i o n s, s u c h a s t y r e s h r e d s, f i b r e s, f i l a m e n t s a n d s m a l l m e s h e s, u n t i l i t b e c o m e s l i k e a h o m o g e n e o u s m a t e r i a l. H o w e v e r, t h e e f f e c t o f s o i l r e i n f o r c e m e n t b y r a n d o m l y d i s t r i b u t e d w a s t e c a r p e t o n t h e o v e r a l l b e h a v i o u r o f l a t e r a l l y l o a d e d v e r t i c a l p i l e s i n s t a l l e d n e a r s t a b i l i z e d s l o p e s h a s n o t y e t b e e n i n v e s t i g a t e d. I n t h i s p a p e r, t h e i n f l u e n c e o f r e i n f o r c i n g a s a n d y s l o p e w i t h c a r p e t s h r e d s o n t h e l a t e r a l r e s i s t a n c e o f a s i n g l e v e r t i c a l p i l e n e a r a s l o p e w a s s t u d i e d, u s i n g a r a n d o m l y d i s t r i b u t e d m e t h o d. A n e x p e r i m e n t a l t e s t i n g p r o g r a m m e w a s u n d e r t a k e n u s i n g s m a l l-s c a l e m o d e l t e s t s, w i t h t h e g o a l o f e v a l u a t i n g t h e l a t e r a l r e s i s t a n c e o f a s i n g l e p i l e l o c a t e d n e a r a r e i n f o r c e d s a n d y s l o p e. A b r o a d s e r i e s o f c o n d i t i o n s, i n c l u d i n g u n r e i n f o r c e d c a s e s, w a s t e s t e d b y v a r y i n g p a r a m e t e r s s u c h a s: c a r p e t s h r e d c o n t e n t (i.e. r a t i o o f t h e w e i g h t o f t h e s h r e d s t o w e i g h t o f d r y s a n d), a s p e c t r a t i o s o f c a r p e t s h r e d s (r a t i o o f l e n g t h t o w i d t h), p i l e d i s t a n c e f r o m t h e s l o p e c r e s t, r e l a t i v e d e n s i t y o f s a n d, a n g l e o f t h e s l o p e, e m b e d d e d l e n g t h, s k i n f r i c t i o n a n d t h e c r o s s-s e c t i o n o f t h e p i l e. T h e c a r p e t s h r e d c o n t e n t a n d a s p e c t r a t i o w e r e f o u n d t o i n f l u e n c e t h e l a t e r a l r e s i s t a n c e o f a s i n g l e p i l e l o c a t e d n e a r t h e r e i n f o r c i n g s a n d y s l o p e. T h e o p t i m u m c a r p e t s h r e d c o n t e n t s a n d a s p e c t r a t i o s o f t h e c a r p e t s h r e d w e r e 1.5 a n d 3, r e s p e c t i v e l y, a n d w i t h t h e s e v a l u e s, a g o o d i m p r o v e m e n t i n t h e l a t e r a l r e s i s t a n c e o f p i l e s w a s r e a c h e d.

S h e e t p i l e s h a v e b e e n c o m m o n l y u s e d i n t h e c o n s t r u c t i o n i n d u s t r y s i n c e e a r l y i n t h e l a s t c e n t u r y. T h e y a r e u s e d i n a w i d e v a r i e t y o f b o t h t e m p o r a r y a n d p e r m a n e n t b u i l d i n g a p p l i c a t i o n s, i n c l u d i n g r e t a i n i n g w a l l s, s l o p e s t a b i l i z a t i o n, s e e p a g e c o n t r o l b a r r i e r s, s e a w a l l s, d o c k a n d h a r b o r w o r k s, p e r m a n e n t f o u n d a t i o n s a n d g r o u n d r e c l a m a t i o n w o r k. S i n c e t h e u n d e r s t a n d i n g a n d k n o w l e d g e o f d e s i g n i n g u n d e r s t a t i c a n d d y n a m i c l o a d s (i.e., e a r t h q u a k e) n e e d t o b e i n c r e a s e d, t h i s p a p e r p r e s e n t s t h e s e i s m i c a n a l y s i s o f a n a n c h o r f r e e e a r t h s u p p o r t s h e e t p i l e i n g r a n u l a r s o i l b y d e v e l o p i n g t h e s t a t i c C o u l o m b m e t h o d i n t h e f r a m e w o r k o f t h e p s e u d o-s t a t i c m e t h o d. P a r a m e t r i c s t u d i e s q u a n t i f y t h e e f f e c t s o f t h e s o i l i n t e r n a l a n g l e o f f r i c t i o n ($p h i$) a n d t h e h o r i z o n t a l a n d v e r t i c a l s e i s m i c c o e f f i c i e n t s ($k_h$ a n d $k_v$) o n t h e a c t i v e a n d n e t p a s s i v e p r e s s u r e d i s t r i b u t i o n o n t h e s h e e t p i l e, t h e m a x i m u m b e n d i n g m o m e n t a n d d e p t h o f p e n e t r a t i o n o f t h e s h e e t p i l e a n d, a l s o, t h e t e n s i o n f o r c e i n t h e a n c h o r. T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t a n i n c r e a s e i n t h e s o i l i n t e r n a l a n g l e o f f r i c t i o n a n d t h e h o r i z o n t a l s e i s m i c c o e f f i c i e n t c a n s i g n i f i c a n t l y i n f l u e n c e t h e p e r f o r m a n c e o f t h e s h e e t p i l e. T h e e f f e c t o f a n i n c r e a s e i n h o r i z o n t a l s e i s m i c c o e f f i c i e n t o n t h e p a r a m e t e r s a b o v e i s m o r e e f f e c t i v e f o r t h e l o w v a l u e s o f s o i l i n t e r n a l a n g l e o f f r i c t i o n ($v a r p h i > 30^c i r c$) t h a n f o r h i g h v a l u e s o f s o i l i n t e r n a l a n g l e o f f r i c t i o n ($v a r p h i > 35^c i r c$) L i k e w i s e, t h e e f f e c t o f v e r t i c a l s e i s m i c c o e f f i c i e n t o n t h e p e r f o r m a n c e o f t h e s h e e t p i l e i s n o t s i g n i f i c a n t, p a r t i c u l a r l y f o r l o w v a l u e s o f h o r i z o n t a l s e i s m i c a c c e l e r a t i o n. O n t h e o t h e r h a n d, t h e v e r t i c a l s e i s m i c c o e f f i c i e n t o n t h e b e h a v i o r o f t h e s h e e t p i l e i s m o r e r e m a r k a b l e f o r t h e h i g h v a l u e o f h o r i z o n t a l s e i s m i c c o e f f i c i e n t ($k_h g e q 0.2$) a n d p o o r q u a l i t y b a c k f i l l ($v a r p h i < 30^c i r c$) O v e r a l l, i n p r a c t i c e, t h e u s e o f i n c o m p e t e n t b a c k f i l l m a t e r i a l ($v a r p h i < 30^c i r c$) a n d a l s o a s t r o n g e a r t h q u a k e ($k_h g e q 0.2$) i s i n f r e q u e n t. C o n s e q u e n t l y, c o n s i d e r i n g t h e u n d e s i r a b l e e f f e c t s o f t h e v e r t i c a l s e i s m i c c o e f f i c i e n t i n c o m b i n a t i o n w i t h t h e h o r i z o n t a l s e i s m i c c o e f f i c i e n t m a y p o s s i b l y b e i g n o r e d.

M a n y s e i s m i c c o d e s p e r m i t a r e d u c t i o n i n d e s i g n l o a d s, t a k i n g a d v a n t a g e o f t h e f a c t t h a t t h e s t r u c t u r e s p o s s e s s s i g n i f i c a n t r e s e r v e s t r e n g t h (o v e r s t r e n g t h) a n d t h e c a p a c i t y t o d i s s i p a t e e n e r g y (d u c t i l i t y). O v e r s t r e n g t h a n d d u c t i l i t y a r e i n c o r p o r a t e d i n t h e s t r u c t u r a l d e s i g n t h r o u g h a f o r c e r e d u c t i o n f a c t o r o r a r e s p o n s e m o d i f i c a t i o n f a c t o r. T h e f a c t o r r e p r e s e n t s t h e r a t i o o f t h e f o r c e s t h a t w o u l d d e v e l o p u n d e r t h e s p e c i f i e d g r o u n d m o t i o n i f t h e s t r u c t u r e w e r e t o b e h a v e e l a s t i c a l l y t o t h e p r e s c r i b e d d e s i g n f o r c e s a t t h e s t r e n g t h l i m i t s t a t e.S u c h a d e s i g n c o n c e p t i s b a s e d o n t h e a s s u m p t i o n t h a t w e l l-d e t a i l e d s t r u c t u r e s c a n d e v e l o p l a t e r a l s t r e n g t h i n e x c e s s o f t h e i r d e s i g n s t r e n g t h a n d s u s t a i n l a r g e n o n l i n e a r d e f o r m a t i o n w i t h o u t c o l l a p s e. T h e r o l e o f t h e f o r c e r e d u c t i o n f a c t o r i s e s s e n t i a l i n d e s i g n i n g t h e e a r t h q u a k e l o a d-r e s i s t i n g e l e m e n t s. I n d o c u m e n t s s u c h a s A T C-19 a n d A T C-34 [1], t h e b e h a v i o r f a c t o r w a s c a l c u l a t e d a s t h e p r o d u c t o f t h r e e f a c t o r s: o v e r s t r e n g t h f a c t o r, d u c t i l i t y f a c t o r, a n d r e d u n d a n c y f a c t o r. M a n y r e s e a r c h e r s h a v e s t u d i e d p a r a m e t e r i n f l u e n c e o n t h e s e i s m i c m o d i f i c a t i o n f a c t o r s o f d i f f e r e n t s y s t e m s. S i n c e t h e l o a d i n g p a t t e r n c a n a f f e c t t h e s t r u c t u r e o f t h e h i n g e s o f t h e f o r m e d p l a s t i c, i t c a n a l s o i n f l u e n c e t h e s e i s m i c r e s p o n s e s o f t h e s t r u c t u r e, s u c h a s t h e b e h a v i o r f a c t o r.I n t h i s r e s e a r c h, t h e e f f e c t o f l a t e r a l l o a d i n g p a t t e r n s o n o v e r s t r e n g t h, d u c t i l i t y, a n d t h e s e i s m i c m o d i f i c a t i o n f a c t o r s o f m o m e n t-r e s i s t a n t f r a m e s w i t h m e d i u m d u c t i l i t y, i s i n v e s t i g a t e d b y n o n l i n e a r s t a t i c a n a l y s i s (p u s h o v e r) a n d n o n l i n e a r d y n a m i c a n a l y s i s. A l s o, t h e e f f e c t s o f a n y o t h e r p a r a m e t e r s i n f l u e n c i n g t h e v a l u e o f t h e R f a c t o r, s u c h a s t y p e o f c o n s u m e r s e c t o r, a r e c o n s i d e r e d, i.e; I r a n i a n (I P E, I P B), A m e r i c a n (W)), n u m b e r o f b a y s a n d h e i g h t. T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e v a l u e v a r i a t i o n s o f n o n l i n e a r d y n a m i c a n a l y s i s g e n e r a l l y m a t c h e d w e l l w i t h t h o s e o b t a i n e d f r o m t h e p u s h o v e r a n a l y s i s. A l s o, t h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e v a l u e o f d u c t i l i t y a n d t h e R f a c t o r o b t a i n e d f r o m t h e f r a m e s m a d e f o r t h e A m e r i c a n s e c t o r w a s m o r e t h a n t h e I r a n i a n s e c t o r s u n d e r t h e s a m e c o n d i t i o n. F i n a l l y, a c c o r d i n g t o t h e a n a l y s i s r e s u l t s, t h e m o d i f i e d r e c t a n g u l a r a n d t h e r e c t a n g u l a r-t r i a n g u l a r l o a d i n g p a t t e r n s m a k e t h e h i g h e s t R f a c t o r f o r A m e r i c a n s e c t o r s a n d I r a n i a n s e c t o r s, r e s p e c t i v e l y.

T h e p i e r s o f m a n y b r i d g e s i n o u r c o u n t r y, w h i c h w e r e c o n s t r u c t e d l o n g a g o, h a v e b e e n e x p o s e d t o c o r r o s i v e f a c t o r s t h r o u g h o u t t h e y e a r s a n d, i n m a n y c a s e s, t h e s e f a c t o r s h a v e c a u s e d d e s t r u c t i v e e f f e c t s. C r e a t i n g a n e w 3D a n a l y t i c a l m o d e l t h a t c a n c o n s i d e r t h e e f f e c t s o f t h e c o r r o s i o n o f r e i n f o r c e m e n t o n c o n c r e t e c o l u m n s a n d u s i n g t h e p r o p e r m o d e l f o r n o n l i n e a r f i n i t e e l e m e n t a n a l y s i s i s t h e m a i n o b j e c t i v e o f t h i s r e s e a r c h. A s c o r r o s i o n b a s i c a l l y c a u s e s a r e d u c t i o n i n t h e s t r e n g t h o f m a t e r i a l s a n d c o n s e q u e n t l y d e c r e a s e s t h e c a p a c i t y o f t h e b r i d g e p i e r s, c o n s i d e r a t i o n o f t h e i r r e a l b e h a v i o r i s o f g r e a t i m p o r t a n c e. T h e r e a r e a l s o s o m e o t h e r f a c t o r s w h i c h a f f e c t t h e n o n l i n e a r b e h a v i o r o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r u c t u r e s, s u c h a s t h e s t r e s s-s t r a i n r e l a t i o n o f c o n c r e t e i n c o m p r e s s i o n, c r a c k s i n c o n c r e t e, t h e c r u s h i n g o f c o n c r e t e, a g g r e g a t e i n t e r l o c k a n d d o w e l a c t i o n. I n a d d i t i o n, t h e c o r r o s i o n o f r e i n f o r c e m e n t s i s o n e o f t h e c r u c i a l c a u s e s i n a f f e c t i n g t h e n o n l i n e a r b e h a v i o r o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s, b y w h i c h t h e l o a d i n g c a p a c i t y a n d d u c t i l i t y o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s a r e r e d u c e d. T h e r e f o r e, t h i s f a c t o r i s a l s o c o n s i d e r e d u s i n g t w o m a i n a p p r o a c h e s, w h i c h a r e: r e d u c t i o n i n t h e a r e a o f r e i n f o r c e m e n t s a n d t h e b o n d i n g o f c o n c r e t e t o t h e r e i n f o r c e m e n t s, w h i c h a r e u t i l i z e d i n t h e t e n s i o n s t i f f e n i n g m o d e l a n d i n t h e v a r i a t i o n o f s t e e l p r o p e r t i e s. I n t h i s s t u d y, t h e a f o r e m e n t i o n e d c a u s e s a r e i n t r o d u c e d w i t h c r e d i t e d w e l l-k n o w n r e l a t i o n s a n d t h e y a r e u s e d i n t h e p r e s e n t e d m o d e l. I t i s a l s o w o r t h y t o n o t e t h a t i n t h i s s t u d y, t h r e e r e c t a n g u l a r c o l u m n s a r e m o d e l e d i n a n e w f i n i t e e l e m e n t p r o g r a m, u s i n g a n a d v a n c e d c o m p o s i t e e l e m e n t, n a m e d; t h e S o l i d S h e l l E l e m e n t, i n t w o d i f f e r e n t c a s e s. I n o n e c a s e, t h e c o r r o s i o n e f f e c t s o f r e i n f o r c e m e n t s a r e c o n s i d e r e d, w h i l e, i n t h e o t h e r c a s e, t h e c o r r o s i o n e f f e c t s a r e i g n o r e d a n d t h e a n a l y s i s r e s u l t s o f t h e t w o m o d e l s a r e c o m p a r e d t o t h o s e o f l a b o r a t o r y e x p e r i m e n t s.

D a m a g e d e t e c t i o n a n d a s s e s s m e n t i n s t r u c t u r e s h a v e i n c r e a s i n g l y r e c e i v e d t h e a t t e n t i o n o f r e s e a r c h e r s, d u e t o t h e i r r o l e i n e c o n o m i c a l a s p e c t s a n d e m e r g e n c y m a n a g e m e n t a f t e r e a r t h q u a k e s. T h e m a j o r i t y o f s t u d i e s o n v a r i o u s m e t h o d s o f d a m a g e d e t e c t i o n r e l y o n t h e m e a s u r e d v i b r a t i o n r e s p o n s e p a r a m e t e r s o f s t r u c t u r e s, a s a r e s u l t o f t h e i r a p p l i c a b i l i t y t o l a r g e a n d c o m p l e x s t r u c t u r e s.W h i l e m o s t r e s e a r c h h a s c o n c e n t r a t e d o n o n e o r t w o d i m e n s i o n a l s t r u c t u r e s, t h e r e a r e f e w s t u d i e s a v a i l a b l e i n t h e l i t e r a t u r e o n t h r e e d i m e n s i o n a l s t r u c t u r e s. T h e p u r p o s e o f t h i s s t u d y i s t o a p p l y m e t h o d s b a s e d o n m o d a l p a r a m e t e r s t o t h r e e d i m e n s i o n a l r e i n f o r c e d c o n c r e t e f r a m e s. T o a c h i e v e t h i s o b j e c t i v e, n u m e r i c a l r e s u l t s a r e g e n e r a t e d f o r a 3D o n e s t o r y f r a m e w i t h f i v e d i f f e r e n t s c e n a r i o s o f d a m a g e. T h e a p p l i c a t i o n o f v i b r a t i o n m e t h o d s, e s p e c i a l l y ``m o d e s h a p e c u r v a t u r e'', a n d m e t h o d s b a s e d o n ``m o d a l s t r a i n e n e r g y'' i n d a m a g e l o c a l i z a t i o n, a r e a l s o i n v e s t i g a t e d. T o i m p l e m e n t t h e s e m e t h o d s r e q u i r e s o n l y a s m a l l n u m b e r o f m o d e s h a p e s i d e n t i f i e d f r o m b o t h d a m a g e d a n d b a s e l i n e s t r u c t u r e s. T h e m o d e s h a p e s a r e d i v i d e d a c c o r d i n g t o t h e i r d e g r e e s o f f r e e d o m i n o r d e r t o i m p r o v e t h e a c c u r a c y o f t h e m o d e s h a p e c u r v a t u r e i n d i c a t o r m e t h o d. I n a d d i t i o n, t h e a c c u r a c y o f t h e m o d a l s e n s i t i v i t y m e t h o d h a s b e e n i n v e s t i g a t e d f o r t w o b e h a v i o r a l m o d e s (a x i a l a n d f l e x u r a l) o f s t r u c t u r e s. F u r t h e r m o r e, t h e s t i f f n e s s m a t r i x h a s b e e n d e c o m p o s e d t o i t s c o m p o n e n t s (a x i a l a n d t r a n s v e r s a l t e r m s) i n m e t h o d s b a s e d o n m o d a l s t r a i n e n e r g y. I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e a c c u r a c y o f t h e r e s u l t s i s r e l a t e d t o d a m a g e l o c a t i o n. O n t h e o t h e r h a n d, v a r i o u s k i n d s o f i n d i c e s u s e d i n t h i s s t u d y h a v e n o t i c e a b l e d i f f e r e n c e s i n e l e m e n t s, w h i c h a r e i n t h e p r o x i m i t y o f t h e p r i m a r y d a m a g e l o c a t i o n. T h e r e s u l t s r e v e a l t h a t t h e m o d e s h a p e c u r v a t u r e c h a n g e o f r o t a t i o n a l d e g r e e s o f f r e e d o m a n d m o d a l s t r a i n e n e r g y c h a n g e a s s o c i a t e d w i t h t h e a x i a l t e r m o f t h e s t i f f n e s s m a t r i x h a v e a n a c c e p t a b l e a c c u r a c y i n d a m a g e l o c a l i z a t i o n. I n a d d i t i o n, i t c a n b e c o n c l u d e d t h a t l o c a l i z a t i o n o f d a m a g e a t t h e b a s e o f c o l u m n s v i a i n d i c e s a p p l i e d i n t h i s s t u d y i s m o r e a c c u r a t e c o m p a r e d t o o t h e r l o c a t i o n s.

D u e t o t h e l a c k o f e a r t h q u a k e r e c o r d s a n d l i m i t a t i o n s o n o n e h a n d, a n d t h e i n c r e a s i n g d e m a n d o n t i m e-h i s t o r y d y n a m i c a n a l y s i s o f s t r u c t u r e s o n t h e o t h e r h a n d, g e n e r a t i o n o f a r t i f i c i a l e a r t h q u a k e a c c e l e r o g r a m s b e c o m e s a m o r e a n d m o r e i m p o r t a n t r e s e a r c h t o p i c. I n s u c h a s i t u a t i o n, u s i n g a r t i f i c i a l a c c e l e r o g r a m s s e e m s t o b e t h e m o s t l o g i c a l a n d p r a c t i c a l a p p r o a c h. T h e s e a c c e l e r o g r a m s s h o u l d b e c o n s t r u c t e d i n s u c h a m a n n e r t h a t i n c l u d e s t h e s e i s m i c c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e r e g i o n i n w h i c h a s t r u c t u r a l d e s i g n i s p e r f o r m e d. B e c a u s e o f t h e r a n d o m n a t u r e o f e a r t h q u a k e s, o n e s h o u l d g e n e r a t e m a n y r e c o r d s, o n w h i c h a n a c c e p t a b l e a n a l y s i s c a n b e b a s e d. T h e b e s t a c c e l e r o g r a m i s o n e t h a t h a s c o m p a t i b l e c h a r a c t e r i s t i c s w i t h t h e d e s i r e d a r e a. T h e r e f o r e, i t i s d i f f i c u l t o r m a y b e i m p o s s i b l e, i n s o m e c a s e s, t o c h o o s e a p r o p e r r e c o r d f o r a d e s i g n a r e a, b e c a u s e t h e r e c o r d e d a n d p r o c e s s e d a c c e l e r o g r a m s o f t h e d e s i g n l o c a t i o n a r e f e w. B e s i d e s, o t h e r l o c a t i o n r e c o r d s d o n o t s a t i s f y t h e g e o-s e i s m i c c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e d e s i r e d l o c a t i o n. W a v e l e t s a r e c a p a b l e o f d e c o m p o s i n g a t i m e s e r i e s t o d i f f e r e n t l e v e l s, s u c h t h a t e a c h l e v e l c o v e r s a d e f i n i t e f r e q u e n c y d o m a i n. T h e p u r p o s e o f t h e c l a s s i c w a v e l e t i s t o p r o v i d e a n a l t e r n a t e w a y o f b r e a k i n g a s i g n a l d o w n i n t o i t s c o n s t i t u e n t p a r t s. L o w a n d h i g h f r e q u e n c i e s h a v e n a r r o w a n d w i d e b a n d s, r e s p e c t i v e l y. T h e r e f o r e, a s i g n a l c o u l d b e s e p a r a t e d i n t o t w o s u b-s i g n a l s o f a p p r o x i m a t i o n a n d d e t a i l b y u s i n g l o w a n d h i g h p a s s f i l t e r s. I n t h i s p a p e r, a c o m b i n a t i o n o f a r t i f i c i a l n e u r a l n e t w o r k s a n d w a v e l e t s a r e e m p l o y e d f o r t h e f o r m a t i o n o f a r t i f i c i a l e a r t h q u a k e a c c e l e r o g r a m s w i t h a r e s p o n s e s p e c t r u m s i m i l a r t o t h a t o f t h e t a r g e t s p e c t r u m. S i n c e w a v e l e t s p e r m i t t h e d e c o m p o s i t i o n o f e a c h s i g n a l, i t e n a b l e s u s e o f t h e p a r a m e t e r s t o g e n e r a t e m a n y r e c o r d s, w h e r e a l l t h e s e f o l l o w a s i n g l e c h a r a c t e r i s t i c o f t h e t a r g e t s p e c t r u m. T h i s p a p e r p r e s e n t s a s i m p l e a n d a p p l i c a b l e m e t h o d t o g e n e r a t e m a n y a r t i f i c i a l r e c o r d s h a v i n g t h e g i v e n s p e c t r u m. B e s i d e s, t h e m e t h o d a p p l i e s r e a l r e c o r d s, w h i c h a r e m o r e r e l i a b l e t h a n o t h e r r a n d o m m e t h o d s. T h e f e a s i b i l i t y a n d r e l i a b i l i t y o f t h e m e t h o d h a v e b e e n v e r i f i e d w i t h d i f f e r e n t e x a m p l e s.

C e s i u m i s v a s t l y o b s e r v e d i n n u c l e a r w a s t e w a t e r s a n d i s p o t e n t i a l l y c o n s i d e r e d a h a z a r d o u s m a t e r i a l, t h e r e f o r e, i t s r e m o v a l f r o m n u c l e a r s i t e w a s t e w a t e r s i s a n i m p o r t a n t t a s k. R e m o v a l o f r a d i o n u c l i d e s a n d h e a v y m e t a l s b y p h y t o r e m e d i a t i o n i s f a s t b e c o m i n g a t t r a c t i v e, d u e t o i t s h i g h e f f i c i e n c y a n d l o w c o s t. F u r t h e r m o r e, n a t i v e p l a n t s, i n t e r m s o f s u r v i v a l, g r o w t h a n d a l s o r e p r o d u c t i o n u n d e r e n v i r o n m e n t a l s t r e s s e s, h a v e m o r e s t a b i l i t y t h a n p l a n t s i n t r o d u c e d f r o m o t h e r e n v i r o n m e n t s. F o r p h y t o r e m e d i t i o n p u r p o s e s, i t i s e s s e n t i a l t o c h o o s e m e t a l t o l e r a n t a n d a c c u m u l a t o r p l a n t s p e c i e s t h a t a r e c a p a b l e o f c o n t a m i n a n t t r a n s p o r t a n d a c c u m u l a t i o n i n a r e l a t i v e l y s h o r t t r e a t m e n t t i m e. I n t h i s r e s e a r c h, t h e p o t e n t i a l o f C h e n o p o d i u m a l b u m f o r p h y t o r e m e d i a t i o n o f s o l u t i o n s c o n t a m i n a t e d w i t h c e s i u m w a s s t u d i e d. C h e n o p o d i u m a l b u m s e e d s w e r e g e r m i n a t e d i n s a n d, a n d t h e n o n e-m o n t h-o l d p l a n t l e t s w e r e t r a n s p l a n t e d i n p l a s t i c t r a y s c o n t a i n i n g n u t r i e n t s o l u t i o n s. H y d r o p o n i c a l l y g r o w n p l a n t s w e r e i n c u b a t e d i n d i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o n s o f c e s i u m c h l o r i d e, r e p r e s e n t i n g 0.47, 1.58, 3.95 m g l$^{-1}$ o f c e s i u m i o n s i n t h e s o l u t i o n s, f o r a s e t p e r i o d. A t t h e e n d o f 14 d a y s, c e s i u m c o n c e n t r a t i o n s i n t h e s o l u t i o n s w e r e 0.15$p m$ 0.01, 0.95$p m$ 0.05 a n d 1.85$p m$ 0.29m g l$^{-1}$r e s p e c t i v e l y, m e a n i n g t h a t 68.08$p m$ 2.12%, 39.66$p m$ 3.4% a n d 52.99$p m$ 7.75% o f c e s i u m h a s b e e n r e m e d i a t e d f r o m t h e c o n t a m i n a t e d s o l u t i o n s. {i t C h e n o p o d i u m a l b u m} p l a n t s w e r e f o u n d t o b e e f f i c i e n t i n r e m e d i a t i n g c e s i u m i n a l l c o n c e n t r a t i o n s t e s t e d. P l a n t a n a l y s i s i n d i c a t e d t h a t 396.16$p m$ 6.33,521.4$p m$ 45.65 a n d 1256.66$p m$ 93.07 m g k g$^{-1}$ o f c e s i u m w e r e a c c u m u l a t e d i n p l a n t s a f t e r 14 d a y s. F u r t h e r m o r e, t h e u p t a k e a n d a c c u m u l a t i o n i n c r e a s e d w i t h i n c r e a s i n g m e t a l c o n c e n t r a t i o n s i n t h e s o l u t i o n s. A t l o w e s t c e s i u m c o n c e n t r a t i o n, p l a n t u p t a k e o f c e s i u m w a s f o u n d t o b e h i g h e r. F o r a n a t o m i c a l s t u d i e s a e r i a l o r g a n s o f p l a n t s, i n c l u d i n g t h e s t e m a n d l e a f, w e r e f i x e d, h a n d y s e c t i o n s w e r e p r e p a r e d a n d c o l o r e d a n d, c o n s e q u e n t l y, p h o t o g r a p h e d. A n a t o m i c a l s t u d i e s w e r e p e r f o r m e d i n m a n y p a r t s, i n c l u d i n g t h e p r i m a r y a n d s e c o n d a r y s t r u c t u r e o f t h e c o n t r o l p l a n t s, t h e s t r u c t u r e o f c o n t r o l l e a v e s a n d t h e a n a t o m i c a l s t r u c t u r e o f a e r i a l o r g a n s a f t e r t r e a t m e n t w i t h c e s i u m. M i c r o s c o p i c o b s e r v a t i o n o f a e r i a l o r g a n s i n d i c a t e d t h a t t h e t i s s u e s t r u c t u r e s o f t h e s e o r g a n s h a d n o t c h a n g e d. M o r e o v e r, i n c r e a s i n g c e s i u m c o n c e n t r a t i o n i n s o l u t i o n s c a u s e d a h i g h l e v e l o f c e s i u m a c c u m u l a t i o n i n s h o o t s, f o l l o w e d b y d e v e l o p m e n t i n x y l e m o r g a n s a n d c r y s t a l l i n e. C o o p e r a t i n g c e s i u m i n t h e c r y s t a l s t r u c t u r e a n d i t s a c c u m u l a t i o n i n v a c u o l e s p e r m i t t h e p l a n t t o u p t a k e m o r e r a d i o a c t i v e c e s i u m f r o m t h e e n v i r o n m e n t w i t h o u t a n y s e r i o u s l y i n c u r r e d d a m a g e t o t h e p l a n t. T h e s e c h a n g e s c o u l d b e a c c o u n t e d a s p l a n t r e s p o n s e s t o c e s i u m t o x i c i t y. I t i s c o n c l u d e d t h a t h y d r o p o n i c a l l y g r o w n {i t C h e n o p o d i u m a l b u m} c o u l d b e u s e d a s a p o t e n t i a l c a n d i d a t e p l a n t f o r p h y t o r e m e d i a t i o n o f s o l u t i o n s c o n t a m i n a t e d w i t h c e s i u m. M o r e o v e r, t h e p r e s e n t s t u d y o f f e r s a n e f f e c t i v e a n d h i g h l y e c o n o m i c a l m e a n s o f c o n t r o l l i n g r a d i o a c t i v e w a s t e w a t .

B u r i e d p i p e l i n e n e t w o r k s a r e d e s i g n e d t o t r a n s f e r w a t e r, g a s a n d o i l, a n d c o l l e c t w a s t e w a t e r i n l a r g e i n d u s t r i a l c i t i e s. T h e s i g n i f i c a n c e o f t h e s e p i p e l i n e s a s l i f e l i n e f a c i l i t i e s i s m o r e o b v i o u s i n r e g i o n s w i t h h i g h r i s k o f e a r t h q u a k e d a m a g e. F a i l u r e o f o i l a n d g a s p i p e l i n e s c a n c a u s e s e v e r e e c o n o m i c a l a n d e n v i r o n m e n t a l p r o b l e m s. I n v e s t i g a t i o n s s h o w t h a t d a m a g e t o b u r i e d p i p e l i n e s i s n o t a t t r i b u t e d t o l o a d l e v e l s o f s e i s m o l o g i c a l v i b r a t i o n s. D e s p i t e d a m a g e t o s u r f a c e s t r u c t u r e s, l a r g e f a u l t m o v e m e n t s a r e t h e m a i n c a u s e s o f p i p e l i n e d a m a g e. M a n y r e s e a r c h e r s h a v e s t u d i e d p i p e l i n e b e h a v i o r a g a i n s t t h o s e p h e n o m e n a w i t h s i m p l i f i e d a s s u m p t i o n s, i n w h i c h e f f e c t s o f i n t e r a c t i o n s b e t w e e n s o i l a n d p i p e a r e i g n o r e d. I n t h i s r e s e a r c h, t h e b e h a v i o r o f a p i p e u n d e r n o r m a l a n d s t r i k e-s l i p f a u l t m o v e m e n t s, a n d c o n t a c t b e t w e e n t h e m, i s s i m u l a t e d u s i n g F E M m o d e l i n g t o i n v e s t i g a t e f a u l t m o v e m e n t e f f e c t s o n p i p e l i n e f a i l u r e a n d t o d e s i g n a n a p p r o p r i a t e p i p e l i n e. A l s o, t o r e a c h a n o p t i m i z e d p e r f o r m a n c e, t o d e s i g n p i p e l i n e s a g a i n s t s e i s m i c l o a d a n d t o o f f e r t h e r e l e v a n t e q u a t i o n s, s e v e r a l p a r a m e t e r s, s u c h a s p i p e d i a m e t e r, p i p e w a l l t h i c k n e s s, p i p e b u r i a l d e p t h, c r o s s i n g a n g l e b e t w e e n p i p e a x e s a n d f a u l t, u n a n c h o r e d l e n g t h o f p i p e a n d p i p e s t r e n g t h, a r e c o n s i d e r e d. T h e s e m o d e l s a r e m a d e u p o f t h r e e d i f f e r e n t p a r t s. T w o o f t h e m a r e s o i l b l o c k s, w h i c h a r e d i v i d e d i n t o s i m i l a r p a r t s b y a f a u l t p l a n e. I n o r d e r t o c l a r i f y f a u l t m o v e m e n t s d u r i n g e a r t h q u a k e a n d t h e i r e f f e c t s o n p i p e s, c o n t a c t a n d i n t e r a c t i o n b e t w e e n t h e t w o s i m i l a r s o i l p a r t s a n d a s l i d e b a s e d o n t h e m a x i m u m s h e a r s t r e n g t h b e t w e e n t h e m a r e a p p l i e d. T h e t h i r d p a r t i s a s t e e l p i p e, w h i c h p a s s e s t h r o u g h t h e f a u l t p l a n e i n s i d e t h e s o i l l a y e r s. S o i l a n d p i p e a r e c o n n e c t e d t o e a c h o t h e r b y a p p r o p r i a t e c o n t a c t e l e m e n t s, s o t h a t t h e o u t s i d e s u r f a c e o f t h e p i p e i n t e r a c t s w i t h t h e i n s i d e s u r f a c e o f t h e s o i l w h e r e t h e p i p e i s b u r i e d. I n e a c h p a r t o f t h e m o d e l s, e l a s t o-p l a s t i c m a t e r i a l s a r e u s e d. T h e r e f o r e, i t i s p o s s i b l e t o e v a l u a t e t h e r o l e s o f m e n t i o n e d p a r a m e t e r s b y s e v e r a l a n a l y s e s. T h e r e s u l t s f r o m p a r a m e t r i c a n a l y s i s o n t h e e f f e c t s o f t h o s e f a u l t s o n b u r i e d s t e e l p i p e l i n e s s h o w t h a t i n c r e a s i n g t h e a n g l e o f t h e p i p e a x i s a n d f a u l t l i n e, a s w e l l a s p i p e t h i c k n e s s, a n d d e c r e a s i n g b u r i a l d e p t h d i m i n i s h e s t h e p r o b a b i l i t y o f p i p e f a i l u r e c r o s s i n g a c t i v e f a u l t s. C h a n g e s i n p i p e d i a m e t e r a l s o a f f e c t t h e p i p e s t r e n g t h s l i g h t l y. C o m p a r i s o n b e t w e e n r e s u l t s o f e a r l i e r a n d c u r r e n t r e s e a r c h i n d i c a t e s t h a t t h e y a r e m o r e c o n s e r v a t i v e.

R e s e a r c h e r s h a v e a l w a y s p a i d g r e a t a t t e n t i o n t o s a f e a n d e c o n o m i c a l d e s i g n a n d, t h e r e f o r e, d i f f e r e n t c o d e s i n d i f f e r e n t a r e a s h a v e b e e n f o r m e d. T h e A C I 318-2011 c o d e i n s i s t s t h a t t w o-w a y p o s t-t e n s i o n e d s l a b s s h a l l b e c l a s s i f i e d a s c l a s s U (w i t h o u t c r a c k i n g), w h i c h m e a n s t h e s e c t i o n m u s t b e u n c r a c k e d i n b o t h s e r v i c e a n d t r a n s i e n t c o n d i t i o n s (c o d e r e f e r e n c e 18.3.3). I n a d d i t i o n, t w o-w a y p o s t-t e n s i o n e d s l a b s m u s t b e p o s t-t e n s i o n e d i n b o t h d i r e c t i o n s f o r 100% o f t h e l o a d, w i c h m e a n s t h a t o n e-w a y b e h a v i o r f o r t h i s t y p e o f s l a b i s a s s u m e d. I n t h i s s t u d y, t w o-w a y p o s t-t e n s i o n e d s l a b s w i t h v a r i o u s s p a n s u n d e r d i f f e r e n t l o a d i n g s h a v e b e e n d e s i g n e d, b a s e d o n t h e A C I c o d e. T h e n, u s i n g t h e L e e-F e n v e s i s o t r o p i c d a m a g e p l a s t i c i t y m o d e l f o r c o n c r e t e, t h e n u m e r i c a l s i m u l a t i o n o f p o s t-t e n s i o n e d s l a b s w a s p e r f o r m e d t h r o u g h t h e f i n i t e e l e m e n t m e t h o d. T h e i s o t r o p i c d a m a g e p l a s t i c i t y u s e d a y i e l d c r i t e r i o n t h a t m a t c h e s t h e e x p e r i m e n t a l d a t a f o r b o t h e l a s t i c a n d p l a s t i c p a r t s o f t h e s t r e s s-s t r a i n c u r v e s o f c o n c r e t e. T h e o n s e t a n d p r o p a g a t i o n o f c r a c k i n g c a n b e e v a l u a t e d b y s i m p l e p o s t p r o c e s s i n g o f t h e f i n i t e e l e m e n t p l a s t i c i t y s o l u t i o n. T h e a c c u r a c y o f t h e m o d e l w a s c h e c k e d b y t h e d a t a p r o v i d e d b y p r e v i o u s r e s e a r c h e r s w h i c h i n d i c a t e s s i m u l a t i o n w a s p r e c i s e. T h e l i n e a r e l a s t i c-p e r f e c t l y p l a s t i c s t r e s s s t r a i n r e l a t i o n w a s u s e d f o r s t e e l u s i n g t h e V o n-m i s e s y i e l d c r i t e r i o n, w h i l e t h e t e n d o n s w e r e s i m u l a t e d b y b i l i n e a r s t r e s s s t r a i n c u r v e a n d V o n-m i s e s y i e l d c r i t e r i o n. B y u s i n g n o n l i n e a r f i n i t e e l e m e n t s o f t w a r e (A b a q u s) a n d t h e a b o v e - m e n t i o n e d y i e l d c r i t e r i o n, s e v e r a l s l a b s a r e s t u d i e d. N u m e r i c a l s i m u l a t i o n s h o w s t h a t s o m e l a w s o f t h e A C I c o d e a r e n o t s a t i s f i e d i n s o m e c a s e s, i n c l u d i n g c r a c k e d s l a b s i n b o t h s e r v i c e a n d t r a n s i e n t c o n d i t i o n s. I n a d d i t i o n, o v e r p o s t-t e n s i o n i n g o f s l a b s r e s u l t s i n n e g a t i v e d e f l e c t i o n a n d n o n-e c o n o m i c a l d e s i g n. A t t h e e n d s o m e s u g g e s t i o n s f o r b e t t e r d e s i g n s a r e p r e s e n t e d.

O n e o f t h e m a i n c o n c e r n s i n t h e a p p l i c a t i o n o f a c t i v e a n d s e m i-a c t i v e s t r u c t u r a l c o n t r o l i n l a r g e s c a l e s t r u c t u r e s, a s a s e i s m i c p r o t e c t i o n s t r a t e g y, i s t h e c o n s i s t e n c y a n d r e l i a b i l i t y o f r e a l-t i m e d a t a t r a n s m i s s i o n. C o a x i a l c a b l e s, a s t h e p r i m a r y c o m m u n i c a t i o n l i n k, p r o v i d e r e l i a b l e l i n k s f o r t r a n s f e r r i n g d a t a. H o w e v e r, t h e i r i n s t a l l a t i o n i s t i m e c o n s u m i n g a n d c o s t l y, a n d i t i s a t i r e s o m e t a s k t o c h a n g e s y s t e m a r c h i t e c t u r e a n d r e r o u t e w i r e s, e s p e c i a l l y i n l a r g e-s c a l e s t r u c t u r e s. W i r e l e s s s e n s o r s a n d c o m m u n i c a t i o n h a v e t h e p o t e n t i a l t o s i g n i f i c a n t l y r e d u c e t h e c o s t a n d i n c r e a s e t h e a r c h i t e c t u r e f l e x i b i l i t y o f a f e e d b a c k s t r u c t u r a l c o n t r o l s y s t e m. H o w e v e r, r e p l a c i n g c o a x i a l c a b l e s w i t h w i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n c h a n n e l s h a s d r a w b a c k s, s u c h a s t h e c o o r d i n a t i o n o f s e n s i n g a n d c o n t r o l n o d e s, c o m m u n i c a t i o n r a n g e, f e e d b a c k t i m e d e l a y a n d p o t e n t i a l d a t a l o s s. F e e d b a c k t i m e d e l a y, d u e t o w i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n, w i l l c a u s e d e g r a d a t i o n t o t h e p e r f o r m a n c e o f a s t r u c t u r a l c o n t r o l s y s t e m. A d e c e n t r a l i z e d c o n t r o l s t r a t e g y i s p r o p o s e d a s a r e m e d y t o i m p r o v e t h e p e r f o r m a n c e o f t h e s y s t e m d u e t o t i m e d e l a y. I n d e c e n t r a l i z e d c o n t r o l s t r a t e g i e s, a l a r g e c o n t r o l s y s t e m i s d i v i d e d i n t o d i s t r i b u t e d s u b-s y s t e m s. E a c h s u b-s y s t e m h a s i t s o w n c o n t r o l l e r. T h e s e c o n t r o l l e r s m a k e c o n t r o l d e c i s i o n s t h r o u g h a c q u i r i n g d a t a f r o m l o c a l a n d n e i g h b o u r i n g s e n s o r s. O n t h e o t h e r h a n d, i n l a r g e s c a l e s t r u c t u r e s, l a r g e n u m b e r s o f d e g r e e s o f f r e e d o m c a u s e n u m e r i c a l d i f f i c u l t i e s i n d y n a m i c a n a l y s i s a n d m a y i n c r e a s e r e q u i r e m e n t s o f s t o r a g e s i n c o m p u t a t i o n. T h e r e d u c e d-o r d e r s y s t e m s o l v e s t h i s p r o b l e m i f i t a c q u i r e s t h e e s s e n t i a l p r o p e r t i e s o f t h e f u l l-o r d e r m o d e l, s u c h a s p a s s i v i t y a n d s t a b i l i t y. A u s e f u l m e t h o d o f t h e r e d u c e d o r d e r m o d e l i s S i n g u l a r V a l u e D e c o m p o s i t i o n (S V D). I n S V D, t h e s y s t e m i s t r a n s f o r m e d t o a b a s i s w h e r e t h e s t a t e s a r e t h a t a r e d i f f i c u l t t o r e a c h o r o b se r v e. T h e n, t h e r e d u c e d m o d e l i s o b t a i n e d s i m p l y b y t r u n c a t i n g t h e s t a t e s w h i c h h a v e t h i s p r o p e r t y. T h i s s t u d y p r e s e n t s t h e f e a s i b i l i t y o f d e v e l o p i n g a d e c e n t r a l i z e d c o n t r o l l e r u s i n g H2/L Q G a s a r o b u s t-o p t i m u m a l g o r i t h m i n a c a b l e-s t a y e d b r i d g e. D u e t o t h e l a r g e-s c a l e o f t h e s t r u c t u r e, t h e o r d e r o f t h e m o d e l i s r e d u c e d u s i n g t w o d i f f e r e n t r e d u c t i o n m e t h o d s i n f i n i t e t i m e a n d f r e q u e n c y. T h e c o n t r o l l e r i s d e v e l o p e d i n c e n t r a l i z e d a n d d e c e n t r a l i z e d s o l u t i o n s. T h e d e c e n t r a l i z e d c o n t r o l l e r, t h r o u g h d e v e l o p i n g a g r a d i e n t-b a s e d m e t h o d, i s d e s i g n e d t o e f f i c i e n t l y s o l v e t h e s y s t e m c l o s e d-l o o p H2 o p t i m i z a t i o n p r o b l e m. T h e s t r u c t u r a l r e s p o n s e s i n c e n t r a l i z e d a n d d e c e n t r a l i z e d s o l u t i o n s a r e c o m p a r e d e a c h o t h e r w i t h t i m e d e l a y i n d a t a t r a n s m i s s i o n. R e s u l t s i n d i c a t e t h a t f o r l a r g e-s c a l e b r i d g e s w i t h a t i m e d e l a y e d d a t a c o m m u n i c a t i o n i s s u e, t h e H2/L Q G c o n t r o l l e r i n t h e d e c e n t r a l i z e d s o l u t i o n g i v e s t h e m a x i m u m r e d u c t i o n o f r e s p o n s e i n d i c e s i n c o m p a r i s o n w i t h o t h e r s t r a t e g i e s.

T h e d e v e l o p m e n t o f s e l f c o m p a c t i n g c o n c r e t e, S C C, i s a r e l a t i v e l y n e w t y p e o f c o n c r e t e m a d e w i t h c o n v e n t i o n a l c o n c r e t e m a t e r i a l s a n d, i n s o m e c a s e s, w i t h a v i s c o s i t y-m o d i f y i n g a d m i x t u r e (V M A). I t f i l l s a l l s e c t i o n s o f f o r m w o r k, e n c a p s u l a t e s t h e r e i n f o r c e m e n t w i t h o u t a n y m e c h a n i c a l c o m p a c t i o n (v i b r a t i o n) a n d h a s r e a s o n a b l e f l o w-a b i l i t y, h o m o g e n e i t y, r e s i s t a n c e a g a i n s t s e g r e g a t i o n a n d m e c h a n i c a l s t r e n g t h. T h e k e y p o i n t i n a c h i e v i n g t h e s e l f c o m p a c t i n g p r o p e r t y i s p r o v i d i n g h i g h f l o w-a b i l i t y a n d d e f o r m a b i l i t y, w h i l e m a i n t a i n i n g a r e s i s t a n c e t o s e g r e g a t i o n a n d s e d i m e n t a t i o n. T h i s c a n b e a c h i e v e d b y p r o p e r b a l a n c e b e t w e e n c o n s t i t u e n t m a t e r i a l s. O k a m u r a a n d O z a w a p r o p o s e d t h e l i m i t i n g o f t h e v o l u m e o f c o a r s e a g g r e g a t e s, a l o n g w i t h t h e u s e o f h i g h a m o u n t s o f p o w d e r, c o n t r o l l i n g t h e w a t e r-p o w d e r r a t i o b y v o l u m e a n d t h e u s e o f p r o p e r s u p e r-p l a s t i c i z e r s. T h e l o w e r t i m e a n d c o s t o f c o n s t r u c t i o n, t h e l o w e r s o u n d p o l l u t i o n a n d t h e h i g h h o m o g e n e o u s c o n c r e t e a r e s o m e a d v a n t a g e s o f S C C. I n r e c e n t y e a r s, t h e r e h a v e b e e n a n u m b e r o f s i g n i f i c a n t d e v e l o p m e n t s i n t h e S C C p r e c a s t i n d u s t r y. H o w e v e r, v e r y l i m i t e d r e p o r t s a r e a v a i l a b l e o n p r e s t r e s s e d S C C e l e m e n t s a n d, t h e r e f o r e, m o r e r e s e a r c h i s u r g e n t l y n e e d e d i n o r d e r t o u n d e r s t a n d t h e u s e o f S C C i n p r e c a s t p r e s t r e s s e d l i g h t w e i g h t s l a b s (h o l l o w c o r e s l a b s) t o f o r m u l a t e d e s i g n r u l e s. T h e d e f i c i e n c i e s o f i n d u s t r i a l p r e c a s t p r e s t r e s s e d c o n s t r u c t i o n a l m e m b e r s, s u c h a s t h e l a c k o r u n b o u n d i n g o f c o n c r e t e c o v e r o n p r e s t r e s s i n g s t r a n d s, w e a k n e s s i n h o l d i n g t h e p r e s t r e s s e d j a c k i n g f o r c e s i n p r e c a s t p r e s t r e s s e d e n d s u p p o r t s i n i n d u s t r y, t h e l o s s o f h i g h a m o u n t s o f p r e s t r e s s e d j a c k i n g f o r c e s o f s t r a n d s b e f o r e t r a n s f e r r i n g t h e f o r c e s i n t o t h e m e m b e r s a n d e t c, a r e s o m e c a s e s w h i c h c a n c a u s e i r r e p a r a b l e d a m a g e. I t i s, t h e r e f o r e, f o r b e t t e r i n v e s t i g a t i o n o f s u c h c a s e s t h a t t h r e e p r e c a s t p r e s t r e s s e d h o l l o w c o r e S C C s l a b s w i t h d i m e n s i o n s o f 2m l e n g t h, 1.2m w i d t h a n d 0.2m h e i g h t w e r e i n d u s t r i a l l y c a s t a n d t h e n e x p e r i m e n t a l l y l o a d t e s t e d u p t o f a i l u r e. T h e i r u l t i m a t e s t a t e a n d e x p e r i m e n t a l d e f l e c t i o n a n d c u r v a t u r e d u c t i l i t y a r e m e a s u r e d a n d t h e r e s u l t s a r e c o m p a r e d t h e o r e t i c a l l y. T h e r e s u l t s s h o w t h a t p r o d u c t i o n o f s u c h i n d u s t r i a l p r o d u c t s i s u n s a f e a n d u n e c o n o m i c.

A n i m p o r t a n t i s s u e i n t h e d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n o f r a i l w a y s l o c a t e d o n l o o s e b e d s i s t o c o n t r o l t h e s t a b i l i t y a n d s e t t l e m e n t o f t h e e m b a n k m e n t t h r o u g h s t a b i l i z a t i o n o f t h e b e d s. O f t h e v e r y l a r g e n u m b e r o f s t a b i l i z a t i o n m e t h o d s o f l o o s e b e d s, t h e s t o n e c o l u m n c a n b e c h a r a c t e r i z e d a s e c o n o m i c a l l y c o m p a t i b l e w i t h t h e n v i r o n m e n t. I n t h i s m e t h o d, l o o s e m a t e r i a l s a r e r e p l a c e d b y s t o n e m a t e r i a l w i t h n o t a b l e s h e a r s t r e n g t h. S t o n e c o l u m n s i n c r e a s e t h e b e a r i n g c a p a c i t y a n d c o n t r o l s e t t l e m e n t o f t h e e m b a n k m e n t. F u r t h e r m o r e, i t p r e v e n t s s l i p p a g e o f t h e s o i l s t r u c t u r e d u r i n g a p p l i c a t i o n o f s e r v i c e a n d e a r t h q u a k e l o a d s. H o w e v e r, n o t m a n y s t u d i e s h a v e b e e n c o n d u c t e d o n t h e i n t e r a c t i o n b e t w e e n s u r c h a r g e r a i l w a y s a n d e m b a n k m e n t s l o c a t e d o n s t o n e c o l u m n s, t h e m e c h a n i s m o f l o a d t r a n s f e r f r o m t h e e m b a n k m e n t t o t h e c o l u m n s a n d t h e a m o u n t o f e m b a n k m e n t s e t t l e m e n t. T h i s p a p e r i s a i m e d a t d e t e r m i n i n g t h e s t a b i l i t y s l o p e s o f a n e m b a n k m e n t a t d i f f e r e n t h e i g h t s (5m u p t o15m) u s i n g t h e 2-D f i n i t e d i f f e r e n c e m e t h o d a n d P l a x i s S o f t w a r e. T h e n, t h r o u g h c o n s i d e r i n g t h e b e a r i n g m e c h a n i s m o f s t o n e c o l u m n s, a n a n a l y t i c a l r e l a t i o n (r o o t m i n i m u m s q u a r e m e t h o d) b e t w e e n t h e a x i a l l o a d o f t h e r a i l w a y, t h e g e o m e t r i c p a r a m e t e r s o f t h e s t o n e c o l u m n a n d t h e s t r e n g t h p a r a m e t e r s o f t h e c l a y b e d h a s b e e n d e r i v e d. D u e t o t h e i m p o r t a n c e o f t h e s e t t l e m e n t c o n t r o l o f a r a i l w a y e m b a n k m e n t, a r e l a t i o n h a s b e e n d e r i v e d b e t w e e n e m b a n k m e n t s e t t l e m e n t a n d m e n t i o n e d p a r a m e t e r s. M o r e o v e r, i n o r d e r t o e x a m i n e t h e p r o p e r a r r a n g e m e n t o f c o l u m n s a n d e m b a n k m e n t c o n d i t i o n s f o r d i f f e r e n t f a c t o r s o f e a r t h q u a k e a c c e l e r a t i o n, s e i s m i c a n a l y s i s w a s p e r f o r m e d. A l s o, t h e r e s u l t s o f t h e p s e u d o-s t a t i c a n a l y s i s o f a n e m b a n k m e n t i n d i c a t e d t h a t b y a n i n c r e a s e i n t h e h o r i z o n t a l c o e f f i c i e n t o f a n e a r t h q u a k e, K h, t h e s a f e t y f a c t o r d e c r e a s e s. H o w e v e r, a l l c o n s i d e r e d e m b a n k m e n t s r e l y i n g o n t h e s t o n e c o l u m n w e r e s t a b l e i n t h e h o r i z o n t a l a c c e l e r a t i o n c o e f f i c i e n t w i t h i n t h e r a n g e o f 0.1 t o 0.5. F i n a l l y, u s i n g t h e d e r i v e d a n a l y t i c a l r e l a t i o n s, d e s i g n g r a p h s o f s t o n e c o l u m n s h a v e b e e n p r e s e n t e d o n t h e b a s i s o f c h a r a c t e r i s t i c s o f a s t o n e c o l u m n a n d b e d, a n d t h e a x i a l l o a d o f t h e r a i l w a y.