فهرست مطالب
مجله مهندسی عمران شریف
سال سی‌ام شماره 4 (زمستان 1393)
- تاریخ انتشار: 1393/11/22
- تعداد عناوین: 14
-
- مقاله پژوهشی
-
صفحات 3-11از جمله روش های استخراج نفت و گاز، شکست هیدرولیکی است که طی آن، سیالی با فشاری بیشتر از تنش برجای منطقه به محلی از چاه که توسط پکرها ایزوله شده است، تزریق می شود و در نهایت، زمانی که فشار سیال از تنش برجای حاکم بر منطقه فراتر رود، شکست هیدرولیکی رخ خواهد داد. یکی از جدیدترین روش های عددی جهت مدل سازی شکست هیدرولیکی روش اجزاء محدود توسعه یافته است. در این روش، با توجه به اصل تفکیک پیوستگی در اثر اعمال توابعی ویژه، گره های اطراف ترک غنی می شوند و در نتیجه درجات آزادی گره ها افزایش می یابند و به واسطه ی همین درجات آزادی، بیشتر امکان تغییر در جابجایی های گره یی اطراف ترک فراهم می آید. در این پژوهش، برای انجام مدل سازی، یک برنامه ی رایانه یی به روش اجزاء محدود توسعه یافته نوشته شده است. برای صحت سنجی برنامه ی رایانه یی، نتایج آن با یک حل تحلیلی دوبعدی مقایسه شده و درستی آن به تایید رسیده است.
کلیدواژگان: شکست هیدرولیکی، مخازن نفتی، اجزاء محدود توسعه یافته -
صفحات 13-24هزینه ی احداث سدهای انحرافی برای انواع مختلف خاک ها و در شرایط مختلف هیدرولوژیکی متغیر است، که نیاز به طراحی دقیق و تحلیل های هیدرولیکی، هیدرولوژیکی و سازه یی دارد. در این نوشتار، یک مدل بهینه سازی برای تعیین پارامترهای اساسی سد انحرافی از جمله عمق دیوارهای سپری، طول و ضخامت کف براساس تئوری خوسلا برای جریان زیرسطحی ارائه شده است و با توجه به غیرخطی و چندمتغیره بودن تابع هدف و غیرخطی بودن قید مسئله، تجزیه و تحلیل پارامتریک با استفاده از الگوریتم ژنتیک با نرم افزار M a t l a b صورت گرفته است. نتایج نشان می دهند که احداث سد انحرافی بر روی خاک های ماسه یی کم هزینه تر از احداث سد انحرافی بر روی خاک های سیلتی یا سیلتی رسی است و همچنین عمق دیوار سپری بالادست نسبت به عمق دیوار سپری پایین دست و طول کف، حساسیت بسیار پایین تری در مقابل تغییرات مقدار گرادیان هیدرولیکی خروجی مجاز و هد آب دارد.
کلیدواژگان: گرادیان هیدرولیکی خروجی، دیوار سپری، تئوری خوسلا، الگوریتم ژنتیک، M a t l a b -
صفحات 25-34پی های شمعی اغلب به صورت گروه شمع برای سکوهای دریایی، پل ها و ساختمان های بلند استفاده می شوند. هدف این پژوهش، بررسی اثر سختی کلاهک گروه شمع در رفتار شمع ها تحت اثر بار دینامیکی با استفاده از روش تفاضل محدود سه بعدی در خاک های ماسه یی است. تحقیقات نشان می دهد که سختی کلاهک گروه شمع، شرایط اتصال شمع به کلاهک و اندرکنش سازه شمع خاک تاثیر قابل ملاحظه یی در رفتار گروه شمع در برابر بارهای جانبی دارد. در این نوشتار، برای اتصال شمع ها به یکدیگر از المان تیر استفاده شده است. مطالعه ی سختی کلاهک شمع نشان می دهد با افزایش یا کاهش سختی کلاهک شمع، بیشینه ی جابه جایی، بیشینه ی نیروی برشی و بیشینه ی لنگر خمشی در شمع ها الزاما کاهش یا افزایش نمی یابد، بلکه با توجه به جرم مجموعه، برای هر گروه شمع محدوده یی از سختی کلاهک وجود دارد، که در آن بیشترین جابه جایی، نیروی برشی و ممان در شمع ها ایجاد می شود.
کلیدواژگان: سختی کلاهک گروه شمع، تحلیل دینامیکی، اندرکنش سازه، شمع، خاک، تحلیل تفاضل محدود سه بعدی -
صفحات 35-44هسته های بتن آسفالتی برای اولین بار در سال 1948 به عنوان المان آب بند در سدهای سنگ ریزه یی مورد استفاده قرار گرفتند. استفاده از این گونه هسته ها در مناطق سردسیر و پر باران و لرزه خیز نسبت به هسته ی رسی توصیه شده است. به دلیل مجاورت مصالح بتن آسفالتی هسته و مصالح ماسه یی اطراف، رفتار در سطح مشترک این دو ماده پیچیده می شود و برای رفع این ابهام، نیاز به بررسی های آزمایشگاهی بر روی سطح تماس آنها احساس می شود. بر این اساس، در این نوشتار آزمایش هایی با دستگاه برش مستقیم کوچک مقیاس c m) ($10t i m e s10t i m e s2.5$، که سطح برشی آن به عنوان سطح تماس در نظر گرفته شد، انجام شده است. نتایج آزمایش ها کاهش پارامترهای مکانیکی در مصالح سطح تماس نسبت به مصالح ماسه یی را نشان داد. همچنین نسبت اندرکنش تعیین شد که در محدوده یی مشخص قرار داشت.
کلیدواژگان: بتن آسفالتی، مصالح ماسه یی، مصالح سطح تماس، اندرکنش، آزمایش برش مستقیم کوچک مقیاس -
صفحات 45-55این نوشتار به بررسی آزمایشگاهی رفتار چرخه یی سه اتصال بتن آرمه ی خارجی کناری با بتن کم مقاومت و با مقیاس $f r a c{1}{2}$، شامل دو اتصال مرجع مقاوم سازی نشده با ارتفاع متفاوت تیر، اولی با ارتفاع کم و دومی با ارتفاع استاندارد و اتصال سوم مشابه نمونه ی مرجع اولی، که با سیستم پیشنهادی دستک و طوقه ی فلزی یک طرفه مقاوم سازی شده است، می پردازد. نتایج و مشاهدات آزمایشگاهی نشان دادند که کاهش 25٪ ارتفاع تیر اتصال بتنی، موجب کاهش سختی و افزایش جابجایی نوک تیر اتصال، کاهش شکل پذیری، ظرفیت باربری و جذب انرژی آن شدند. همچنین سیستم مقاوم سازی پیشنهادی با افزایش قابل توجه مقاومت و کاهش افت سختی اتصال و با بالابردن جذب انرژی اتصال با تیر ضعیف، می تواند میزان خسارت های ناشی از بارهای جانبی رفت و برگشتی در ناحیه ی اتصال تیر ستون و چشمه ی اتصال را به میزان کمینه برساند.
کلیدواژگان: اتصال تیر، ستون، مقاوم سازی، دستک فلزی، طوقه ی فلزی، قاب بتن آرمه -
صفحات 65-75هدف اصلی از انجام این مطالعه، بررسی اثر افزودن دو اکسیدکننده ی N a I O$_4$ و N a B r O$_3$ در فرایند فتوکاتالیستی با استفاده از نانو ذرات T i O$_2$ تثبیت شده بر بستر بتن به کمک اشعه ی U V جهت حذف رنگ زای آبی مستقیم 71 بوده است. پارامترهای غلظت اولیه ی رنگ زا، p H، شدت تابش U V-C و دز اکسیدکننده در طی انجام آزمایش جهت تعیین شرایط بهینه مورد بررسی قرار گرفته است. در شرایط غلظت اولیه ی p p m 200، مقدار g r/m$^2$ 40 ذرات T i O$_2$، لامپ 90 وات و مقدار g r/L 0٫064 اکسیدکننده ی N a I O$_4$ در مدت زمان 25 دقیقه برای سیستم های U V/T i O$_2$، U V/N a I O$_4$ و V/T i O$_2$/N a I O$_4$ به ترتیب برابر 39٫4، 79٫54 و 84٫75 درصد و همچنین با غلظت اولیه ی p p m 100، g r/L 0٫045 اکسیدکننده ی N a B r O$_3$ و حفظ دیگر شرایط در سیستم های U V/N a B r O$_3$ و U V/T i O$_2$/N a B r O$_3$ به ترتیب 62٫91 و 66٫19 درصد راندمان حذف مشاهده شد، که بیانگر قوی بودن اکسیدکننده ی N a I O$_4$ نسبت به N a B r O$_3$ است.
کلیدواژگان: شدت تابش، غلظت، رنگ زای آبی مستقیم 71، p H -
صفحات 67-74جداسازی لرزه یی به منزله ی یک رویکرد نوین کنترل غیرفعال سازه قادر است به طور چشمگیری پاسخ سازه را در حرکات قوی زمین کاهش دهد. عملکرد این سیستم ها در زلزله های حوزه ی نزدیک، که حاوی شتاب هایی با محتوای بسامدی بالا و پالس های بلند هستند، با تردید روبرو است. به کارگیری میراگرهای ویسکوز در تراز جداسازی، یکی از راهکارهای ارائه شده برای بهبود عملکرد این سیستم ها در زلزله های حوزه ی نزدیک است. در این نوشتار، تاثیر مقادیر مختلف میرایی الحاقی از 5٪ تا 40٪ در سازه های جداسازی شده تحت زلزله های مختلف در نرم افزار A B A Q U S مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داده است که افزایش میرایی الحاقی در شتاب نگاشت های حوزه ی نزدیک، جابجایی تراز جداسازی را کاهش می دهد، اما سبب افزایش جابجایی نسبی طبقات و شتاب طبقات می شود. در حالی که افزایش میرایی الحاقی در تحلیل های تحت شتاب نگاشت های حوزه ی دور سبب کاهش جابجایی تراز جداسازی، جابجایی نسبی طبقات، و افزایش شتاب طبقات می شود.
کلیدواژگان: میراگر الحاقی، جداسازی لرزه یی، تحلیل دینامیکی غیرخطی، زلزله ی حوزه ی نزدیک -
صفحات 75-83در این نوشتار با انجام مطالعات آزمایشگاهی، رفتار بستر مسلح با یک و دو لایه ی ژئوسل تحت بارگذاری تکراری نظیر بار ترافیک وسائط نقلیه بررسی شده است. بارگذاری تکراری با اعمال بیش از 20000 سیکل تا رسیدن نشست به یک حالت پایدار یا بروز نشست های مفرط ادامه یافته است. نتایج نشان می دهد که نشست در سیکل های اول بارگذاری درصد قابل توجهی از نشست نهایی در انتهای بارگذاری را شامل می شود، که این امر مبین اثر سیکل های اولیه به عنوان یک ویژگی رفتاری مهم بستر تحت بارگذاری سیکلی است. ضخامت بهینه ی خاک بین دو لایه ی ژئوسل برای دستیابی به کمینه ی نشست حدود 0٫2 قطر صفحه ی بارگذاری است. همچنین با استفاده از دو لایه ی ژئوسل با فاصله ی بهینه از یکدیگر به جای استفاده از یک لایه ی ژئوسل)با میزان یکسان از ژئوتکستایل مصرفی در هر دو حالت(، می توان مقدار نشست در سطح خاک را به میزان قابل توجهی کاهش داد.
کلیدواژگان: بستر مسلح، ژئوسل لایه یی، نشست صفحه ی بارگذاری، بارگذاری سیکلی -
صفحات 85-95هدف از این نوشتار، ارائه ی روابط کاهندگی برای بیشینه ی شتاب افقی و عمودی جنبش نیرومند زمین، در فلات ایران با استفاده از الگوریتم توسعه ی ژنی)G E P(است. عوامل موثر در این پیش بینی بزرگای زلزله، فاصله ی منبع زلزله ساخت گاه و نوع زمینپانویس{g r o u n d t y p e} در نظر گرفته شده اند. ابتدا فلات ایران به دو بخش البرز ایران مرکزی و زاگرس تقسیم و سپس رکوردهای این نواحی با توجه به نوع ساخت گاه به 2 بخش خاک و سنگ تقسیم شدند. نظر به اینکه زلزله های رخ داده و گزارش شده در ایران سطحی هستند، بزرگای موج سطحی به عنوان بزرگا و فاصله ی کانونی به عنوان فاصله ی منبع زلزله ساخت گاه در نظر گرفته شده است. استفاده از الگوریتم توسعه ی ژنی برای محاسبه ی روابط کاهندگی دارای این مزیت است که از مدل رگرسیون ثابتی استفاده نشده است و مدل به صورت هوشمند به دست می آید. نتایج محاسباتی نیز سازگاری میان نتایج پیش بینی شده و مشاهداتی را نشان می دهند، که ضریب تناسب بالایی دارد.
کلیدواژگان: روابط کاهندگی، الگوریتم توسعه ی ژنی، بیشینه ی شتاب زمین، فلات ایران، سنگ، خاک -
صفحات 97-108یکی از معایب آنالیز بار افزون آن است که اثرات کاهندگی را در رفتار غیرخطی سازه به صورت تقریبی منظور می کند. برای بررسی این موضوع از 6 قاب بتنی با دیوار برشی استفاده شده است، که مطابق با استاندارد 2800 و مبحث ششم مقررات ملی، بارگذاری و تحلیل و طراحی شده اند. انجام تحلیل های استاتیکی و دینامیکی غیرخطی نیز با نرم افزار O P E N S E E S انجام شده است. مدل سازی رفتار کاهنده ی اعضای سازه یی با مدل های رفتاری انجام و در مدل سازی، رفتار غیرکاهنده ی آنها نیز ملحوظ شده است. تنش ها و کرنش های نظیر مقاطع با توجه به اثرهای محصورشدگی منظور شده اند. نهایتا مقادیر بیشینه ی تغییرمکان های به دست آمده از تحلیل دینامیکی غیرخطی برای سطح خطر g 0٫35 با مقادیر نظیر حاصل از آنالیز بار افزون مقایسه شده اند. نتایج حاکی از آن است که با افزایش ارتفاع، از اختلاف تغییرمکان های با رفتار کاهنده و غیرکاهنده کاسته می شود، تا آنجا که می توان از اثرات کاهندگی در محاسبه ی تغییرمکان هدف، برای قاب های بلند صرف نظر کرد.
کلیدواژگان: رفتار کاهنده، تحلیل استاتیکی غیرخطی، تحلیل دینامیکی غیرخطی، قاب خمشی ویژه، دیوار برشی - یادداشت فنی
-
صفحات 109-119میان قاب های آجری به دلایل معماری و همچنین سازه یی به صورت گسترده یی در ساختمان ها مورد استفاده قرار می گیرند. معمولا میان قاب های بنایی عناصر معماری محسوب می شوند و وجودشان توسط مهندسان صرف نظر می شود. وجود میان قاب ها باعث ایجاد تغییرات عمده یی در خواص سازه می شود، لذا درنظرنگرفتن نقش میان قاب ها در فرآیند تحلیل و طراحی، امری صحیح نیست. از میان مدل های ارائه شده در این زمینه، مدل دستک فشاری به علت سادگی و دقت نسبتا قابل قبول برای مدل سازی داخل صفحه ی میان قاب ها، بیشتر از سایر مدل ها مورد استفاده قرار می گیرد. طی رخداد یک زلزله، میان قاب به طور هم زمان در جهت داخل و خارج صفحه تحت اثر نیرو قرار می گیرد. این اثر هم زمانی نیروها در بسیاری از مدل های معرفی شده برای مدل سازی رفتار داخل صفحه ی میان قاب ها از جمله مدل دستک فشاری نادیده گرفته می شود. از این رو در این نوشتار، به بررسی رفتار میان قاب تحت اثر هم زمان نیروهای داخل و خارج از صفحه پرداخته شده است. بدین منظور ابتدا با ریز مدل سازی اجزاء میان قاب شامل واحدهای آجری و اجزاء تماسی، مدل یک طبقه و یک دهانه ی قاب پرشده با میان قاب یا همان قاب مرکب مورد مطالعه ی عددی قرار گرفته است. پس از مقایسه ی نتایج تحلیل با نتایج آزمایشگاهی و اعتبارسنجی مدل، به بررسی اثرات هم زمانی نیروهای داخل و خارج از صفحه بر رفتار میان قاب پرداخته شده است. نتایج پژوهش نشان می دهد که هم زمانی نیروهای داخل و خارج از صفحه، اثر ناچیزی در ظرفیت داخل صفحه دارد، اما از ظرفیت خارج از صفحه می کاهد.
کلیدواژگان: میان قاب آجری، ریز مدل سازی، اثر هم زمان نیروهای داخل و خارج از صفحه، مطالعه ی عددی -
صفحات 121-127اضافه کردن مهاربند به قاب، سختی قاب را افزایش و نیز تغییرمکان های جانبی در اثر نیروهای عرضی را کاهش داده، همچنین شکل پذیری را نسبت به قاب خمشی کاهش می دهد. در این پژوهش، نوعی مهاربند کابلی جدید پیشنهاد می شود. چندین قاب خمشی، قاب خمشی با بادبند کابلی X شکل و با بادبند پیشنهادی با هم مقایسه شدند و نتایج نشان دادند که رفتار قاب با مهاربند پیشنهادی، حالتی مابین قاب خمشی و قاب خمشی با بادبند کابلی X شکل است. با انتخاب قطرهای مختلف کابل و ابعاد متفاوت صفحه ی مربع شکل بادبند پیشنهادی، نتایج را می توان به نتایج قاب خمشی یا به بادبند کابلی X نزدیک کرد. در مهاربند X شکل، فقط یکی از کابل ها به کشش کار می کند، اما در مهاربند پیشنهادی، همه ی کابل ها به کشش کار می کنند.
کلیدواژگان: مهاربند کابلی، قاب خمشی، کابل، تحلیل غیرخطی استاتیکی، مقاوم سازی -
صفحات 129-136در این پژوهش از ازن زنی برای حذف رنگ فاضلاب حاوی اسید اورانژ 7 و از فرایند فتوکاتالیستی چسبیده معلق نانو ذرات T i O$_2$ برای تصفیه ی نهایی استفاده شده است. طبق نتایج حاصل، راندمان حذف C O D با کاهش نرخ ازن تزریقی، افزایش غلظت اولیه، افزایش p H، کاهش تعداد آکنه ها و کاهش توان منبع نوری کاهش یافت. سطوح بهینه، از روش طراحی آزمایش تاگوچی با تابع هدف کمینه ی میزان انرژی مصرفی به ازاء حذف هر واحد C O D برای متغیرهای غلظت اولیه)m g/L 50(، p H)3(، میزان ازن تزریقی)g/h r 1٫2(، غلظت نانوماده)m g/L 128(و توان منبع نور)W 120(به دست آمد. در حالت بهینه ی عملی، m g/L 50 آلاینده در p H برابر با 3 و با ازن تزریقی g/h r 1٫2 پس از 135 دقیقه بی رنگ شد. در ادامه، با استفاده از 30 آکنه)m g/L 128 نانو مواد T i O$_2$(در معرض لامپ 120 وات در مدت 4 روز، 89٪ از C O D فاضلاب حذف شد.
کلیدواژگان: ازن، T i O$، 2$، فتوکاتالیست، اسید اورانژ 7، تاگوچی، رنگ بری، C O D -
صفحات 137-147در این نوشتار، با بهره گیری از اصول کلی روش های تحلیل حدی همراه با یک روش بدون شبکه، راهکاری جدید برای تعیین مرز بالای بار حدی در مسائل مکانیک خاک برای خاک های چسبنده در شرایط کرنش صفحه یی ارائه شده است. بر این اساس، با درنظرگرفتن خاک به عنوان یک ماده ی صلب کاملا خمیری و تعریف نرخ اتلاف انرژی داخلی بر پایه ی نرخ کرنش های خمیری که شرایط تعامد را ارضاء می کنند و نیز با لحاظ کردن قیود خاص برای بارهای خارجی، مسئله ی تعیین حد بالا به یک مسئله ی بهینه یابی ریاضی تبدیل شده است، که با استفاده از روش لاگرانژین حل شده است. در راستای محاسباتی ساختن روش مذکور، لازم است که میدان سرعت در دامنه ی مسئله مجزاسازی شود، که برای این منظور یک روش بدون شبکه مورد استفاده قرار گرفته است. استفاده از روش بدون شبکه این مزیت را دارد که بدون نیاز به تعریف المان ها به صورت مرسوم، می توان محیط را مجزاسازی کرد و از پیچیدگی های المان بندی برای ایجاد یک میدان سرعت سازگار کاست. در نهایت، با استفاده از روابط به دست آمده، یک برنامه ی رایانه یی تهیه و با حل چند مثال، کارآمدی و دقت روش نشان داده شده است.
کلیدواژگان: روش بدون شبکه، خاک چسبنده، مرز بالای تحلیل حدی
-
Pages 3-11Due to more than one hundred years of oil and gas extraction, most reservoirs, especially those with high ermeability, are gradually running out. Hence, the tendency is towards utilization of reservoirs with low permeability. Also, after continuous extraction of hydrocarbon products, natural reservoir pressure is reduced, cracks are losed nd he roduction of the reservoir is reduced. It is, therefore, necessary to undertake additional methods in order to enhance the capacity of such reservoirs; hydraulic fracturing is such a method, which is popularly applied to 50% of oil and 70% of gas wells in North America.In hydraulic fracturing, the fluid with pressure more than the in-situ stress of the region is injected into the place of the well that had been isolated by packers. When the fluid pressure exceeds the in-situ stress, hydraulic fracturing will occur. One numerical method recently developed for simulation of hydraulic fracturing is the extended finite element method (XFEM). In this method, the nodes surrounding the cracks are enriched through special functions. Accordingly, for such nodes, the degrees of freedom are increased, which results in greater displacement around each crack. In this research, a XFEM code was developed to simulate the hydraulic fracturing problem.The code provides three interaction processes: (I) Mechanical deformation due to fluid pressure on the crack, (II) Fluid flow in the crack and (III) Crack propagation due to fluid motion. The results of numerical analysis by the provided code, which is examined on a classic hydraulic fracturing problem, exhibit decreasing fluid pressure and increasing crack openings at the borehole well, as the crack length progresses. These results are in line with the results obtained by the KGD analytical solution. Also, it was observed that the width of the crack opening should be increased to enhance the exploitation of hydrocarbon products. In order to reach this goal, the fluid viscosity and/or injection rate of the fluid should be increased.Keywords: Hydraulic fracturing, oil reservoirs, extended finite element method
-
Pages 13-24The, so called, barrage diverts water from rivers and steers it to the main channel. This requires careful design and analysis of hydraulic, hydrological and structural engineering. Barrage construction cost is not constant and, for a variety of different soil and hydrological conditions, the cost varies. The depth of sheet-piles/cutoffs and the length and thickness of the floor are the parameters influencing the cost of barrages. When a sheet-pile depth is changed, floor length and uplift force change over the floor, which has an impact on floor thickness and makes the cost of the barrage change to a non-linear form. In the present study, an optimization model is presented to fix the basic barrage parameters, which are depth of sheet piles/cutoffs, and length, and the thickness of the floor is based on Khosla's theory for subsurface flow. Basic barrage parameters need to be optimized, so that barrage costs for filling, xcavation, dewatering, concreting, sheet-piling and driving will be minimal, provided that the output of the hydraulic gradient does not exceed the permissible hydraulic gradient. Therefore, note that the objective function is nonlinear and the multivariate and nonlinear constraint of the problem is optimized using the genetic algorithm. The lgorithm, udiciously searches for optimal design within the problem space. Matlab software is a complete toolbox in the field of genetic algorithms, therefore, all procedures relating to the genetic algorithm is performed in Matlab software. Results of parametric analysis using the genetic algorithm show that a barrage founded on sand would cost less than a barrage on silt or silty clay for the same head, and the depth of the upstream sheet pile is sensitive neither to the value of permissible exit gradient nor to the seepage head.Keywords: Barrage, hydraulic exit gradient, sheet, pile, Khosla's theory, genetic algorithms, Matlab
-
Pages 25-34Piles are often placed closely in a group to serve as the foundation of specific structure, such as offshore platforms, bridge structures and tall buildings. Pile groups should be capable of withstanding significant lateral loads induced by seismic excitations, winds, waves, and current loads. The main objective of this research is to investigate the effect of the stiffness of the pile cap on the behavior of piles embedded in sand under dynamic loads, by means of the 3D finite difference method. Previous research shows that pile cap stiffness, connection type of pile-cap and soil-pile-structure interaction play important roles in the behavior of laterally loaded pile groups. Beam elements are used in this study to connect each of the piles, and these connections are rigid. Further, due to he nfluence f he uperstructure on the behavior of pile foundations, this effect is modeled in the analyses. To account for the soil stiffness acting on the pile shaft, normal and shear springs are accommodated in the interface of the soil and pile elements. To evaluate the data for the parameters of the interface elements, a 2D finite difference analysis has been performed to calculate the required parameters of the interface elements at various depths. To model sand and structural members, Mohr-Coulomb and elastic models are employed, respectively. For dynamic analyses, attention has been paid to quiet boundaries, free fields, and wave propagation in the soil medium. Four different arrangements have been considered for pile cap. Results of analyses show that a increase or decrease in cap stiffness does not necessarily change extreme induced forces (i.e., maximum shear force, bending moment and lateral displacement) along the piles in the group. However, for a given mass of the system, there is a range of stiffness for the pile group that has maximum effect on induced internal forces and lateral displacements. For a flexible pile cap, the induced bending moments and shear forces along the individual piles depend on the location of the piles in the group.Keywords: Pile cap stiffness, dynamic analysis, soil, pile, structure interaction, 3D finite difference analysis
-
Pages 35-44Asphaltic concrete has been used as a waterproofing core for embankment dams since 1948. Worldwide, the large majority of the embankment dam central core is made of clay. However, as clay is increasingly difficult to find at new construction sites, asphalt concrete has been used as a replacement core material. Core made of clay has some further disadvantages, such as; low shear strength, compressibility, long construction time, requiring higher amounts of material, and accurate controls during construction, etc. The advantages of using asphalt concrete are; less sensitivity to weather conditions, less width of core, the healing behavior of bitumen and high shear strength etc. In this application, granular materials are used around the asphaltic concrete as a filter, which creates complicated behavior at the interface and which needs to be researched by experiment and modeling. This paper describes the experimental work and the results of investigating the mechanical behavior of the interface between aggregates and asphaltic concrete. A small scale shear strength test has been used in this study, in which the hear urface s onsidered as the interface. The effect of bitumen penetration grade, moisture, density and angularity of aggregates on the shear strength parameters at different levels of vertical stresses and constant shear rate was studied. Asphalt concrete specimens were cut in square shapes (10ش10ش2. 5cm) from cylindrical specimen compacted by a modified marshal compaction method. The results show that the shear strength parameters increase with increasing the density and vertical stress level. It is also shown that the shear parameters decrease with increasing moisture content in the interface. The penetration grade of bitumen does not have a significant effect on the parameters. It is also demonstrated that the ratio of interaction between the aggregate and asphalt concrete decreases in a certain range of variation.Keywords: Asphalt concrete, sand material, interface, interaction, small scale direct shear test
-
Pages 45-55At several last decades, the researchers have suggested various methods for strengthening of reinforced concrete beam- column connections that each of them has deficiencies and advantages. Each proposed method has particular advantages such as increasing capacity, stiffness, material costs, construction process cost and professional labor, so due to new required property of deficient structure, one of those method can be applied. This paper presents an experimental investigation of strengthening effects on the external corner weak (with low strength concrete and low height of beam) reinforced concrete (RC) beam-column connections by suggestion method of steel elements (steel prop & curb) subject to cyclic loading. Three half scale RC beam-column connections with low strength concrete were prepared and casted, including of two un-strengthened reference connections with different height of beam (low and standard height), and another with low height of beam that was strengthened by suggested system of one direction steel prop and curb that then every sample were subjected to cyclic loading. The experimental results and observations indicated that by 25% reduction of height of connection beam, caused to reduction in stiffness, increasing the lateral displacement of beam of connection and also reduction 25%, 33% and 26% in ductility, bear capacity and energy absorption respectively. Also, it was determined that the suggested system of strengthening, by increasing strength and decreasing stiffness degradation, and raising the nergy bsorption of RC weak beam- column connection, can minimize the damages due to cyclic loading in the beam to column joint and panel zone. It can cause to development behavior of weak RC connection, as the performance of weak RC connection was upgraded to limit of behavior of connection with standard beam. Therefore, this suggested system with any different sizes and angles, corresponding to the required strength and stiffness can be easily applicable for any deficient RC beam-column connection in RC frames.Keywords: Beam, column connection, strengthening, steel prop, steel curb, RC frame
-
Pages 65-75Synthetic dyes are widely used in many industries, such as, textile dyeing, leather tanning, plastic and paper. In general, more than 40 percent of initial dye mass remains in the dye bath, which means that it is highly contaminated. Azo dyes, the largest class of synthetic dyes, are distinguished by containing one or more azo groups (-N=N-) that are bounded to the aromatic rings. They not only give color to water but also have mutagenesis and carcinogenesis potential and induce the production of toxic byproducts. They are difficult to remove from wastewater using common physical, chemical and biological treatment methods, and, therefore, it is essential to look for appropriate techniques for treatment of these kinds of pollutant to reduce their environmental impact. Recently, application of advanced oxidation methods, such as photo catalytic reactions, for removing toxic and non-bio-degradable pollutants from drinking water and textile wastewater have been expanded. It is based on the generation of hydroxyl radicals (0OH) with great oxidizing potential that can quickly and non-selectively oxidize a wide spectrum of diverse organic dyes. This method does not have the problem of residuals and, also, can be used at room temperature and under atmospheric pressure. The main objective of this study is to examine the effect of adding oxidants, $NaIO_4$ and $NaBrO_3$, in a photocatalytic process using $TiO_2$ nanoparticles immobilized on concrete substrate using UV radiation in different systems for the removal of direct blue 71 dyes. In order to determine the optimum conditions, initial dye concentration, pH, intensity of UV-C radiation, and oxidants dosage during testing, were investigated. After 25 minutes, 39.4, 79.54 and 84.75 percent removal efficiency was obtained for three systems of $UV/TiO_2$,$UV/NaIO_4$ and UV/$TiO_2$/$NaIO_4$, in initial dye concentrations of 200 ppm, $40 gr/m^2$ of nano $TiO_2$, light intensity of 90 watts and 0.064 gr/L $NaIO_4$, respectively. At the same time, 62.91 and 66.19 percent removal efficiency was observed for $UV/TiO_2/NaBrO_3$ and $UV/NaBrO_3$ or initial dye concentrations of 100ppm and 0.045 gr/L $NaBrO_3$. This means that $NaIO_4$ is a stronger oxidant in comparison to $NaBrO_3$.Keywords: Light intensity, concentration, dye direct blue 71, pH
-
Pages 67-74Seismic isolation as a passive control method of structures and an innovative approach in resistant seismic design reduces significantly the responses of structural system induced by strong ground motions. The performance of these systems in near fault (NF) ground motions with large pulses is different from far fault (FF) ground motions. It is shown that the effects of near field earthquake with large velocity pulses can bring the seismic isolation devices to critical working conditions. To overcome this problem the application of viscous damper is represented as an approach to improve the performance of these systems in near field earthquakes. In the present paper, by modeling six base isolated structures, the seismic responses has been studied under near field and far field earthquakes. The isolators were modeled by using a mathematical model depicted by bi-linear hysteretic behavior. Nonlinear time history analyses were performed using finite element software of ABAQUS to study the influence of different values of supplemental damping (5%-40%) on the responses of base isolated structures. The variation of floor absolute acceleration, bearing displacement and storey drift for different values of supplemental damping under near field and far field earthquakes was studied. The influence of supplemental damping on the responses of isolated structures were studied under the variation of important system parameters uch s uperstructure flexibility, period of frames and number of storey of base isolated structures. The results showed that, generally, by increasing the damping ratio, responses of structures including the maximum floor acceleration and maximum floor relative displacements increased under near field earthquakes. But maximum floor elative isplacements decreased under far field earthquakes. It was observed that base displacement response decreased by increasing damping ratio under near field and far field earthquakes. This reduction under near field earthquakes is greater than far field earthquakes. Also by increasing the supplemental damping under near field and far field earthquakes, the maximum story acceleration increased.Keywords: Seismic isolation, near field, damping, subgrade, Abaqus
-
Pages 75-83This paper describes a series of laboratory tests performed on geocell reinforced soil beds, with one and two layers of geocell and different heights of geocell under repeated loads (loading, unloading and re-loading), to simulate vehicle traffic loads. A soil surface settlement up to 20000 load repetitions was recorded, until its value became stable or failure occurred due to excessive settlement. The influence of the height of geocell layers, H, in terms of H/D (H: the height of geocell layers, and D: the loading surface diameter) and vertical spacing of the two geocell layers, and h, in terms of h/D, in the foundation bed, were studied. Assessment of performance is investigated for one and two layers of geocell, whereas the used mass of geocell material is kept constant. For example, the experiment reinforced by two layers of geocell with H/D=0.225 has exactly the same mass of geocell compared with the experiment reinforced by one thicker layer of geocell reinforcement with H/D=0.45. The results show that the settlement under repeated loads is the large portion of the settlement that occurs during the first few cycles of loading and unloading compared to the total settlement recorded after all cycles. The optimum vertical spacing of geocell layers was found to be approximately 0.2 times the loading plate diameter (i.e., h/D=0.2). For one layer reinforcement, with an increase in the height of the geocell, the settlement of the loading plate decreases. The reinforced bed with two layers of geocell has more efficiency than one layer of geocell in reducing the surface settlement, whereas the same mass of geocell was used in the foundation bed. For example, the maximum settlements of loading plate for the two layers of geocell-reinforced soil bed with H/D=0.225 (h/D= 0.2) and for one layer of geocell-reinforced soil bed with H/D=0.45, at the end of loading, are 36% and 28% of the loading plate diameter, respectively.Keywords: Geocell, reinforced sand, layered geocell, soil surface settlement, repeated load
-
Pages 85-95This paper proposes attenuation relationships for peak ground acceleration (PGA) for horizontal and vertical components of earthquakes in the Iranian plateau. So far, many attenuation relationships have been presented based on several parameters. Attenuation relationships were, initially, simple functions of a few variables, but gradually became more and more sophisticated over time as the number and accuracy of records and the use of computer calculations increased. Ground motion during an earthquake depends mainly on source mechanics, magnitude, local geology, surface topography, source to site distance and the dynamic properties of the material propagation. However, in this research, because of lack of information in Iran, only the magnitude of the earthquake, the distance between the earthquake source and the location and the ground type are used as important factors. Surface wave magnitude (Ms) is used in this research, since the occurred and reported earthquakes in Iran are shallow. Furthermore, hypocentral distance is considered as the distance between the earthquake source and the location. The Iranian plateau is divided into two seismic zones: Alborz-central Iran and Zagros. From a ground-type point of view, the records of each region can be subdivided into two parts. Therefore, all records are grouped into four categories: 1) Alborz and central Iran-rock ground type, 2) Alborz and central Iran-soil ground type, 3) Zagros-rock ground type, and 4) Zagros-soil ground type. In this regard, a majority of available catalogs relating to 490 seismic events in Iran have been gathered, out of which, 954 records are used. These include 493 records related to Alborz and central Iran and the rest associated with the Zagros region. These records comprise earthquakes with a surface wave magnitude greater, or equal to, 4, with a hypocentral distance greater than 5 km (and often less than 200 km). To obtain the attenuation relationships for peak ground acceleration, a Gene Expression Programming (GEP) algorithm is used instead of the conventional constant regression model. The model is extracted smartly as a continuous period function. The results show a consistency with a high proportionality coefficient among the observed and anticipated results.Keywords: Attenuation relationship, GEP, PGA, Iran, rock, soil
-
Pages 97-108In this paper, the effect of the deterioration behavior of hysteretic loops in nonlinear static analyses (pushover) on special concrete moment-resisting frames with shear walls has been studied. One of the shortages in pushover analysis is that it approximately considers the effects of deterioration pertaining to hysteretic loops for structural elements. To evaluate this effect, it is necessary to perform nonlinear static and dynamic analyses and compare the results. To this end, six different planar frames, each one part of a three-dimensional design structure, have been modeled. All structures are the same in plane and different in height. After conducting the pushover analyses for defining the target displacement, dynamic analyses are also performed, considering the two different employed behavioral models. Because OPENSEES software has various behavioral characteristics for steel and concrete, and also has the ability to suitably model structural elements, it was used for performing the nonlinear static and dynamic analyses. In order to find the capacity curve of the structure, the displacement of the control node and the shear force of the base level were calculated using this software. For accurate calculation of the target displacement and bilinear idealization of the capacity curve, a computer program was developed in the Matlab environment to determine the target displacement, strength ratio (R) and etc. The employed material models are reinforcing steel material, concrete02 and hysteretic material. Deterioration behavior, as well as non-degrading behavior, is considered in nonlinear dynamic analyses. For modeling the structural elements, stresses and strains for each designed section are considered, with respect to confinement effects. The required backbone curve includes cracking point, yielding point and ultimate stress point, which are all derived from USC-RC software, and, of course, by considering element cross section, arrangement, number and size of reinforcing bars. Also, twelve ground motion records, which are scaled to 0.35g hazard level, have been used in time history analyses. Finally, maximum displacement amounts derived from inelastic dynamic analyses for 0.35g hazard level are compared with the amounts of target displacements, which express the maximum displacement of the structure under design earthquake, and we consider the effects of different parameters, such as deterioration, with the coefficient, c2. Results show that by increasing the height of the frame, the variance between frame displacement, with both deteriorating and non-degrading behavior, will be decreased, so that the effect of the deterioration behavior could be neglected in the target displacement calculation for high-rise frames.Keywords: Deterioration behavior, nonlinear static analysis, nonlinear dynamic analysis, special moment resisting frame, shear wall
-
Pages 109-119For structural and architectural reasons, masonry infill walls are widely used in building construction. Civil engineers usually consider infill walls as architectural elements and ignore them in structural analysis and design. However, it has been proven that infill walls change the behavior of structures, and, therefore, it would not be correct to ignore their significance in the analysis and design of a structure. The last few years have seen an increase in research into the subject, and many different models that consider the role of infill walls in analyses, have been proposed. Among all proposed models, the strut model is the most popular, thanks to its practicality and fair accuracy. During an earthquake, forces are applied both in-plane and out-of-plane of the infill wall. Nevertheless, this simultaneous effect is ignored in most proposed models (including the strut model). Thus, this research is an attempt to scrutinize the behavior of structures under such a simultaneous effect. In this research, first by micro modeling of the components of an infill wall, such as brick and interface elements, a one story, one bay model of an infill wall is made and subjected to numerical analysis. For this purpose, after comparing analytical results with experimental data and verification of the analytical model, the simultaneous effect of in-plane and out-of-plane loads is investigated. It shows that the in-plane damage has a significant effect on the out-of-plane stiffness and capacity of the infill wall. Furthermore, after careful studies on effective parameters in the behavior of the out-of-plane infill wall, it has been proven that the subject needs more in-depth study. The result of the research reveals that the simultaneous effect of the in-plane and out-of-plane forces has little to do with the in-plane capacity of the infill wall, but significantly reduces its stiffness and out-of-plane strength.Keywords: Masonry infill wall, micro modeling, in plane, out of plane interaction, numerical analysis
-
Pages 121-127Bracing increases frame stiffness and reduces lateral displacement, due to transverse forces, but reduces frame ductility in comparison with moment resistant frames. A cable is known as a flexible element that can only undergo tension forces and has no compression strength. Using tension only elements within the bracing system of structures has created the idea of using cables as part of the lateral bracing system. In the present research, a new cable bracing is proposed. Different moment resistant frames with and without bracing, together with the proposed bracing, were analyzed and compared. Under the lateral load effect, the moment resistant frame shows the most displacement, compared to the same frame equipped with bracing. By adding the x-bracing cables to the moment resistant frame, displacements are reduced considerably, depending on the size of the cable diameter, due to additional stiffness by the cables. Adding a square plate in the intersection of the x-bracing cables (proposed bracing) show that the displacements are reduced compared with x-bracing cables, although the displacements were less than those obtained from the moment resistant frame. The results also showed that using x- bracing cables as a continuous form, gave more displacements compared to x- bracing cables used at each frame cell. By adding a square plate in the intersection of the x-bracing cables, the displacements are increased, while displacements are reduced by increasing cable diameter. In frames braced with cables, including the one proposed, increasing cable diameter causes an increase in cable axial load. Finally, the results show that the behavior of the proposed bracing is somehow between the behavior of the x-braced and the moment resistant frames. By choosing different cable diameter and a square shaped plate for the proposed bracing, the results tend towards either the x-bracing or the moment resistant frame. Only one of the two braces in the x-bracing cables acts under tension; while all cables are under tension in the proposed bracing.Keywords: Cable bracing, moment resistant frame, cable, non, linear static analysis, retrofitting
-
Pages 129-136Most dye substances are used in production processes and cause serious environmental pollution when discharged into the environment. Acid orange 7 is one of them, which has been studied in this research. Acid orange 7 containing wastewater is resistant to aerobic degradation and, under anaerobic conditions, can be reduced to potentially carcinogenic aromatic amines. Physical processes have difficulty in complete destruction of dye pollutants. Applications of both the slurry process and immobilized nano technology systems have recently been studied. Nano material agglomeration, light penetration in wastewater and the separation of nano materials from effluent are the most important disadvantages of the slurry process. The purpose of this study is to propose a new suitable treatment method. This method consists of pretreatment of dye wastewater with ozonation, undertaking the immobilized-suspended photocatalytic process as the final treatment. In the immobilized-suspended photocatalytic process, nano TiO2 were coated on submerged media. The coated media was characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy- Dispersive X-ray microanalysis (EDX) techniques. The result has shown that COD removal efficiency decreased with a decrease in ozone injection rate, an increase in initial concentration, an increase in pH,a decrease in the number of media (nano TiO2 concentration) and a decrease in power of the light source. An experimental design, based on the Taguchi method, was applied to assess the effects of several operating parameters, including dye concentration, TiO2 concentration, pH, light source power, and ozone injection rate, on the energy consumption of the treatment. Based on experimental design data, optimum conditions were achieved at 50 mg/L of initial dye concentration, pH of 3, ozone injection rate at 1.2 gram per hour, 128 mg/L of nano $TiO_2$ (media number equal to 30) and 120 Watt UV-A light source. Under these conditions, dye removal was completed after 135 minutes. Then, in the photocatalytic process, 89% of COD was removed over 4 days using 30 media (128 mg/L), with 120 Watt light source.Keywords: Ozone, $TiO, 2$, photocatalyst, acid orange 7, taguchi, dye removal, COD
-
Pages 137-147A novel approach is developed for computing the upper bound limit load of soil mechanic problems in cohesive soils under plane strain condition. In this regard, the cohesive soil is considered as a rigid-plastic material which obeys the Von-Mises failure criterion. By implementation of the associated flow rule and the normality law, the stress at the yield state is related to the plastic strain increment. A mesh-free technique, called the radial point interpolation method, is adopted to express the strain increment field in terms of nodal velocities. Hence, both stress and plastic strain increment can be attributed to the nodal velocities, as well as the rate of internal energy dissipation. The discretized internal energy dissipation power, in conjunction with the incompressibility condition for the Von-Mises yield criterion and the conditions related to external loads, leads to a mathematical optimization problem which should be solved by an iterative technique. The technique consists of the establishment of the Lagrange functional and the formation of a linear system of equations by differentiation, with respect to the unknown nodal velocities and the Lagrange multipliers. By solution of the system of equations, the unknown nodal velocities and the Lagrange ultipliers can be found. The deficiency of the proposed technique is that there is no guarantee regarding the differentiability of the Lagrange functional at all points, due to the rigidity of some regions. Hence, an iterative ethod s sed o ndividuate the plastic and rigid regions in successive steps, thereby, solving the optimization problem. Indeed, the combination of a mesh-free technique with the limit analysis principles leads to a stable upper bound solution for the cohesive soil problem under plane strain condition, in which there is no need for mesh in the traditional sense. Based on the derived formulation, a computer code has been developed, and the accuracy and efficiency of the proposed method is demonstrated by solving some examples at the end of the paper.Keywords: Mesh, free method, cohesive soil
©2000-2024 magiran.com All Rights Reserved.