فهرست مطالب

مهندسی عمران شریف - سال سی و دوم شماره 4 (زمستان 1395)

مجله مهندسی عمران شریف
سال سی و دوم شماره 4 (زمستان 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/12/18
  • تعداد عناوین: 14
|
  • مقاله پژوهشی
  • میثم مجیدی خلیل آباد*، امین علیزاده، علیرضا فرید حسینی، مجید وظیفه دوست صفحات 3-10

    در این پژوهش تلاش شده است تا با توسعه ی روشی جدید مبتنی بر بیلان انرژی، تبخیر از مخزن سد دوستی برآورده شود. به این منظور روش بیلان انرژی برای دو سطح آب)تبخیرکننده(و خاک خشک)غیر تبخیرکننده به عنوان سطح مرجع(به طور هم زمان حل شده است. با توجه به شرایط مشابه دو سطح، نسبت مقاومت آئرودینامیک یکسانی برای هر دو سطح فرض شده است، که سبب تولید شکل جدیدی از معادله ی بیلان انرژی شده است. معادله ی استخراج شده بیلان انرژی آب و سطح مرجع)R W E B(مورد مقایسه با روش بیلان انرژی نسبت باون)B R E B(و برآوردهای تشت تبخیر قرار گرفته است. طبق ارزیابی ها، نتایج روش R W E B طی سال آبی 1390−91 رضایت بخش بوده است. تحلیل حساسیت روش R W E B نشان داده است که روش مذکور نسبت به دمای هوا و سطح مرجع بیشترین حساسیت را دارد و کمترین حساسیت روش نسبت به تابش خالص است.

    کلیدواژگان: بیلان انرژی، تبخیر، سطح مرجع، سد دوستی
  • سیدعلی طبایی، فرهاد دانشجو* صفحات 11-21

    روش ضریب انحناء آسیب)C D F(\پانویس{c u r v a t u r e d a m a g e f a c t o r}، که بر پایه ی تغییر در انحناء شکل مودی است، و روش های تغییر در نرمی)C F M(\پانویس{c h a n g e i nf l e x i b i l i t y} و تغییر در انحناء نرمی)C F C M(\پانویس{c h a n g e i n f l e x i b i l i t yc u r v a t u r e}، که بر پایه ی تغییر در ماتریس نرمی سازه هستند، در شناسایی مقطع طولی آسیب دیده در وسط دهانه ی عرشه ی پل ها قادر به تشخیص مقطع طولی آسیب دیده نیستند و در برخی موارد، مقطع عرضی آسیب دیده را نیز به درستی تشخیص نمی دهند. در این پژوهش، ابتدا ضعف روش های ذکرشده نشان داده شده و سپس روشی جدید برای تشخیص آسیب در عرشه ی پل از طریق توسعه ی روش های مذکور ارائه شده است. برای این منظور، مدل عددی پل 3 دهانه ی بزرگمهر اصفهان، که از طریق آزمایش های میدانی تایید شده و مدل یک پل 5 دهانه ی 25 متری استفاده و آسیب ایجادشده روی عرشه ی پل از طریق کاهش مدول کشسانی یک المان در وسط دهانه ی مدل پل ها تعریف شده است.

    کلیدواژگان: روش های شناسایی آسیب، عرشه ی پل، شکل های مودی، بسامدهای طبیعی، مقطع طولی و عرضی آسیب دیده
  • محمدقاسم سحاب، روح الله تقی زاده*، مسعود محمدی صفحات 23-29

    پل های طاقی سنگی از جمله پل های مهم موجود در شبکه ی راه آهن ایران هستند. حفظ پل های مذکور، نه فقط از نظر نقش حیاتی در شبکه ی راه آهن کشور اهمیت دارند، بلکه به عنوان میراث فرهنگی ارزش زیادی دارند. در این نوشتار، ضمن معرفی روش تسلیح خارجی برای مقاوم سازی پل های طاقی سنگی در خطوط راه آهن، به بررسی کارآمدی روش ذکرشده در پل کیلومتر 427 راه آهن تهران تبریز موسوم به پل قافلان کوه پرداخته شده است. مدل 3 بعدی اجزاء محدود پل قافلان کوه به کمک نرم افزار 14-v2000S A P ساخته شده و با توجه به نتایج حاصل از تحلیل، نحوه ی مناسب مقاوم سازی پل قافلان کوه با استفاده از روش تسلیح خارجی تعیین شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش نسبت مدول کشسانی مصالح طاق به مصالح پرکننده، تنش ها در سطح خارجی طاق افزایش یافته اند و با مصالح و هزینه ی کمتری می توان سازه ی پل را مقاوم سازی کرد.

    کلیدواژگان: مقاوم سازی، تسلیح خارجی، راه آهن، پل طاقی سنگی، مدول کشسانی
  • محمد داودی *، محمدکاظم جعفری، فاطمه احمدی صفحات 31-38

    در برخی از زلزله های قوی، گسلش سطحی در آبرفت نرم انتشار یافته و به سازه برخورد کرده است. اگرچه تحقیقات مهندسان زلزله در چهار دهه اخیر، عمدتا بر روی مطالعه پاسخ دینامیکی خاک و سیستم های سازه ای به ارتعاشات حاصل از انتشار امواج زمین لرزه متمرکز شده است، لیکن تجربه زلزه های پیشین نشان می دهد که جابجایی های استاتیکی بزرگ زمین نیز می تواند برای سازه ها مشکلات جدی ایجاد نماید. از جمله زمین لرزه هایی که در ارتباط با پدیده گسلش سطحی بسیار حائز اهمیت بوده اند و می توان آن ها را نقطه عطفی در نگرش به پدیده گسلش سطحی دانست، زمین لرزه های سال 1999 میلادی ترکیه، تایوان و زلزله Landers سال 1992 در کالیفرنیا می باشد. در اندک مطالعات انجام شده در زمینه ی اندرکنش گسلش نرمال و گروه شمع، مشخص شد که شمع ها به دلیل تبعیت از تغییرشکل های ناشی از گسلش و انتقال آن به سازه، اعمال تغییرمکان نسبی افقی و قائم بر سازه، ایجاد ممان خمشی بسیار زیاد در محل اتصال شمع به سر شمع در گروه شمع های با اتصال صلب، رفتار مناسبی در مقابل گسلش ندارند. در مطالعات پیشین نشان داده شده که انحراف مسیر گسلش بسیار حائز اهمیت است و در این زمینه تمهیداتی صورت گرفته است. هدف این مقاله، بررسی مکانیزم گسلش معکوس و اندرکنش آن با گروه شمع، به کمک نرم افزار سه بعدی المان محدود می باشد. به این منظور یک گروه شمع در مسیر گسلش معکوس قرار گرفت و با انجام تحلیلهای عددی مشخص شد که شمع ها در برخورد با گسلش، به مقدار ناچیزی مسیر گسلش را منحرف می سازند.

    کلیدواژگان: گسلش سطحی، پی شمعی، روش المان محدود، گسل معکوس
  • رضا عباس نیا، فواد مهاجری ناو *، علیرضا تاجیک داوودی صفحات 39-49

    در این نوشتار، یک روش تحلیل پوش اور بهنگام شونده ی جدید برای تخمین پاسخ های لرزه یی ساختمان های سه بعدی نامتقارن با درنظرگرفتن اثر پیچش ارائه شده است. روش معرفی شده، که با عنوان A P A T شناخته می شود، روشی یک بار اجراست، که از یک الگوی بار معادل برای تحلیل پوش اور سازه استفاده می کند. الگوی بار A P A T از طریق روش ترکیب مودال براساس جرم موثر مودی)E M M C(به دست می آید. اعتبار روش معرفی شده از طریق یک مطالعه ی پارامتریک روی مجموعه یی از مدل های سه بعدی نامتقارن مورد ارزیابی قرار گرفته است. مطالعه ی پارامتریک نشان می دهد که روش پیشنهادی توانایی بالایی در تخمین پاسخ های محلی تغییرمکان ساختمان های نامتقارن دارد.

    کلیدواژگان: تحلیل استاتیکی غیرخطی، پوش اور، پیچش، ساختمان با پلان نامتقارن، تحلیل لرزه یی
  • محمد علیایی*، نرجس حسابی راد، منصور مصلی نژاد صفحات 51-59

    امروزه پی های شمعی در سکوهای دریایی، پل ها، و ساختمان های بلند استفاده ی وسیعی دارند، که باید در برابر نیروهای جانبی ناشی از زلزله، باد، موج دریا، و... مقاومت کنند. تاکنون برای تخمین ظرفیت باربری جانبی شمع ها عموما از منحنی ${\r m{p-y}}$ مبتنی بر آزمایش های صحرایی استفاده شده است. با وجود این، ارائه ی یک رابطه ی عمومی ظرفیت باربری جانبی)مشابه ظرفیت باربری قائم(برای شمع ها، یک نیاز اصلی در مهندسی ژئوتکنیک است. در این پژوهش، با انجام تحلیل های سه بعدی غیرخطی بر مبنای روش اجزاء محدود به کمک نرم افزار O p e n S e e s P L، رفتار شمع سرگیردار تحت بار جانبی استاتیکی در خاک ماسه یی مورد ارزیابی قرار گرفته است. همچنین عوامل تاثیرگذار در ظرفیت باربری شمع، از قبیل: مشخصات هندسی شمع $(L،D)$ و پارامترهای ژئوتکنیکی خاک از قبیل $(\v a r p h i،\g a m m a)$ مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین میزان تاثیر این پارامترها ارزیابی و درنهایت، رابطه ی پیشنهادی ظرفیت باربری جانبی استاتیکی شمع های سرگیردار در خاک ماسه یی ارائه شده است.

    کلیدواژگان: OpenSees، اندرکنش خاک و شمع، بار جانبی، تحلیل عددی، شمع سرگیردار
  • بنفشه زهرایی، عباس روزبهانی*، مصطفی میرشکاری صفحات 61-70

    پروژه های عمرانی موجود در صنعت ساخت و ساز به دلیل بزرگی و طبیعت پیچیده، منحصر به فرد و پویا بودن با عدم قطعی های بزرگی مواجه هستند. این مسئله نیاز جدی صنعت مذکور به روشی مناسب برای ارزیابی و تحلیل ریسک را در فرایند مدیریت پروژه نشان می دهد. هدف این نوشتار، تعیین روشی نوین بر مبنای سیستم های خبره ی فازی سلسله مراتبی مبتنی بر قوانین فازی برای درنظرگرفتن عدم قطعیت ها، به دست آوردن ریسک کلی پروژه، و در عین حال رده بندی ریسک های پروژه بر مبنای بزرگی آن هاست. قابلیت کاربرد مدل پیشنهادی با پیاده کردن مدل در یک پروژه ی ساختمانی در شهر تهران مورد بررسی قرار گرفته است. ارزیابی ریسک مطالعه ی موردی از دیدگاه کارفرما، مشاور، پیمانکار، و درنهایت با درنظرگرفتن همه ی ذینفعان پروژه صورت گرفته است. نتایج حاصل نشان دهنده ی قابلیت به کارگیری مدل ارائه شده در تحلیل ریسک های تاثیرگذار در پارامترهای مهم هزینه، زمان، کیفیت، و ایمنی در اجرای پروژه های ساختمانی است.

    کلیدواژگان: ارزیابی ریسک، پروژه های ساخت، ساختار سلسله مراتبی، شکست ریسک، سیستم خبره ی فازی، قواعد فازی
  • یوسف حسن زاده، نازیلا کاردان *، پاشا کاظمی، شیوا عیاری صفحات 71-80

    آب شستگی پایه های پل یکی از مهم ترین عوامل تهدیدکننده ی پایداری پل های احداث شده بر روی رودخانه هاست. مطالعات زیادی جهت تخمین عمق و شدت آب شستگی اطراف پایه های پل انجام پذیرفته است. به دلیل پیچیدگی پدیده ی مذکور، بسیاری از روابط موجود قادر
    نیستند عمق آب شستگی را با دقت قابل قبولی پیش بینی کنند. با توجه به اهمیت مسئله ی آب شستگی در طراحی پل ها، در این پژوهش با استفاده از نرم افزار B R I-S T A R S \پانویس{b r i d g e s t r e a m t u b e m o d e l f o r a l l u v i a l r i v e r s i m u l a t i o n}، ضمن مقایسه ی روابط تخمین عمق آب شستگی، نتایج و داده های خروجی حاصل از تحلیل مدل های مختلف با نسبت فاصله به عرض پایه های متفاوت بررسی شده است. مقایسه ی دو رابطه ی فروهلیچ و C S U نشان داده است که معادله ی فروهلیچ، مقدار آب شستگی را حدود 11\٪ بیشتر از C S U تخمین زده و به لحاظ طراحی، محافظه کارانه تر است. به هنگام استفاده از فرمول C S U، میزان افزایش عمق آب شستگی در مدل های با نسبت $x/b

    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی، آبشستگی، پایه های پل، مجاری جریان، نرم افزار BRI-STARS
  • علی خیرالدین، مجید قلهکی*، محمد جلیل زاده افشاری صفحات 81-92

    در تحلیل های متداول سازه یی، کل طبقات سازه با فرض عدم اعمال بار تا اتمام مراحل ساخت به طور هم زمان و یک باره تحت بارگذاری قرار می گیرند، در حالی که بارهای مرده ناشی از وزن سازه و کف سازی همگام با پیشرفت مراحل ساخت به تدریج به اعضاء ساخته شده در مراحل قبلی اعمال می شوند. طبقات پایین سازه تحت بارهای ثقلی مذکور، تغییرشکل می یابند و طبقات فوقانی، برروی سازه ی تغییرشکل یافته ی زیرین قرار می گیرند. تغییرشکل های نهایی سازه، از جمع کلیه ی تغییرشکل های رخداده در هر مرحله تا تکمیل نهایی سازه حاصل می شود. در این نوشتار، آنالیز دقیق توالی ساخت و محاسبه ی دستی آن به جهت آگاهی از نحوه ی عملکرد نرم افزار E T A B S مورد بررسی قرار گرفته و میزان اختلاف نتایج با آنالیز متداول و روش های شبیه ساز رفتار واقعی سازه منطبق با مراحل عملی ساخت مانند روش ضرایب اصلاح، در قالب مطالعه ی موردی سازه ی فلزی 21 طبقه مقایسه شده است. عدم لحاظ توالی ساخت در سازه ی مورد بررسی، موجب طرح غیراقتصادی تیرها و بادبندها شده است.

    کلیدواژگان: آنالیز مرحله یی توالی ساخت، آنالیز متداول، روش ضرایب اصلاح، کوتاه شدگی ستون
  • یادداشت فنی
  • مجتبی کی پور سنگسری*، نقدعلی حسین زاده، حمید توکلیان فردوسیه صفحات 93-99

    هدف از این پژوهش، مطالعه ی کاهش ارتفاع تلاطم سیال در مخازن ذخیره ی فولادی روزمینی با استفاده از تیغه های میراگر فولادی حلقوی)بفل(است، که به دیواره ی مخزن متصل شده باشند. در این پژوهش، یک مخزن نمونه ی مقیاس شده با ضریب مقیاس هندسی ($\l a m b d a_L=1:16$) به عنوان نماینده ی مخازن مهارشده مورد بررسی آزمایشگاهی روی میز لرزان قرار گرفته است، که در آن نسبت ارتفاع سیال به قطر مخزن متفاوت در نظر گرفته شده است. آزمایش ها به وسیله ی میز لرزان در حالات با و بدون حضور بفل صورت پذیرفته است. سه رکورد زلزله ی واقعی پس از مقیاس بندی به عنوان تحریک ورودی مدل توسط میز لرزان تولید شده است. نتایج این پژوهش نشان می دهد که بفل ها آثار قابل ملاحظه یی در کاهش ارتفاع تلاطم سیال دارند، و بنابراین به عنوان میراگرهای متغیر در مخازن موردنظر قابل استفاده هستند.

    کلیدواژگان: مخازن ذخیره ی فولادی رو زمینی، تیغه های میراگر (بفل)، تلاطم سیال، میز لرزان
  • حمیدرضا رحمانی، محمود یزدانی*، میثم یزدانی، محمدرضا نیکودل صفحات 101-108

    هدف از این پژوهش تعیین ترکیب بهینه در تولید بتن سبک نیمه سازه یی با کم ترین وزن مخصوص ممکن و مقاومت فشاری مناسب با استفاده از سبکدانه های پومیس است. به همین منظور از روش تاگوچی با 4 عامل تاثیرگذار و 3 سطح)مقدار(مختلف استفاده شده است. پومیس با دانه بندی نوع 1، پومیس با دانه بندی نوع 2، ماسه و نرمه به عنوان عوامل تاثیرگذار و در همه ی آزمایش ها پومیس با دانه بندی نوع 3 نیز به عنوان عامل تکمیلی مصالح تشکیل دهنده ی سنگدانه ی بتن انتخاب شده است. با استفاده از نرم افزار مینی تب\پانویس{M i n i t a b} و تجزیه و تحلیل آرایه ی متعامد$L_9$)براساس تئوری روش تاگوچی(سطوح بهینه مشخص شده و در نهایت، معیار کیفیت آزمایش تاییدی)نمونه ی آزمایشگاهی(و پیش بینی روش تاگوچی)معیار کیفیت در حالت بهینه(مورد مقایسه قرار گرفته است. براساس نتایج حاصله، دقت روش طراحی سیستماتیک آزمایش های تاگوچی بسیار مناسب ارزیابی شده است.

    کلیدواژگان: تاگوچی، بتن سبک، پومیس، سبکدانه، طراحی آزمایش ها، بهینه سازی، نرم افزار مینی تب
  • آرمین منیرعباسی* صفحات 109-114

    بتن متخلخل به دلیل ویژگی های صوتی و آب گریزی، در موارد زیادی مانند روسازی ها، پانل های مسلح، و غیره کاربرد دارد. در این پژوهش، خواص مکانیکی و دوام بتن متخلخل و فولاد مدفون در آن در برابر خوردگی بررسی شده است. کاربرد ترکیبات آب گریز در مخلوط نیز در برخی طرح های اختلاط در نظر گرفته شده است. از نتایج آزمایش ها مشخص شده است که مخلوط های بتن متخلخل مورد مطالعه در این پژوهش به واسطه ی ساختار متخلخل آن، حساسیت زیادی به کربناسیون داشته اند، زیرا گاز دی اکسیدکربن به سهولت می تواند وارد اعماق زیاد بتن شود. کاربرد مواد افزودنی آب گریز، اگرچه تاثیر چندانی در ساختار بتن متخلخل ندارند، اما می توانند روند کربناسیون بتن را کند کنند. همچنین مشخص شده است که استفاده از مواد آب گریز می تواند با کاهش خاصیت چسبندگی بین آب و جداره ی لوله های مویینه، ضریب جذب مویینه ی آب را نیز کاهش دهد. لذا احتمال وجود آب، که یکی از الزامات ایجاد خوردگی میلگرد است، نیز کاهش می یابد. از طرف دیگر، مشخص شده است که رابطه ی خطی بین ضریب جذب مویینه و پتانسیل خوردگی در بتن متخلخل برقرار است. به عبارت دیگر، کاهش ضریب جذب مویینه می تواند موجب کاهش پتانسیل خوردگی میلگرد موجود در بتن متخلخل شود.

    کلیدواژگان: بتن متخلخل، خوردگی، کربناسیون، افزودنی آب گریز
  • رضا بابایی*، سعید گیتی پور، محمدعلی عبدلی صفحات 115-119

    در مطالعه ی حاضر به بررسی استفاده ی مجدد نخاله های ساختمانی حاصل از فرایند تخریب و ساخت و ساز منطقه ی پارس 2 کنگان پرداخته شده است. هدف از این پژوهش، ارزیابی چگالی ویژه و میزان جذب آب سنگ دانه های بازیافتی حاصل از نخاله های بتنی منطقه ی مذکور جهت کاربرد به عنوان بخشی از سنگ دانه های مورد استفاده در لایه های روسازی است. نخاله های ذکرشده پس از خردشدن در سنگ شکن با محدوده ی 0 – 25 میلی متر دانه بندی شده و سپس 4 طرح اختلاط مجزا با درصد سنگ دانه های بازیافتی 0، 10، 30 و 50 جهت بررسی عملکرد آنها در ترکیب لایه های روسازی تهیه و مورد آزمایش قرار گرفته و نتایج نشان داده است که سنگ دانه های بازیافتی نسبت به سنگ دانه های طبیعی، چگالی ویژه ی کمتر و میل به جذب آب بیشتری دارند، که این امر به علت وجود ملات چسبیده به آن هاست.

    کلیدواژگان: نخاله های بتنی، بلوک سیمانی، روسازی راه، چگالی ویژه، جذب آب
  • محمود هاشمی*، علی حسین بالام، علی باقری نسب صفحات 121-133

    تراوش یکی از مسائل موجود در تونل هاست. این مسئله به دلیل اینکه فشار آب حفره یی یک نیروی اضافی را به پوشش تونل وارد می کند، اهمیت ویژه یی دارد. زیرا این نیروی تراوش اضافی، در خاک ها و سنگ های ضعیف و با نفوذپذیری کم می تواند عامل ناپایداری تونل شود. لذا نیاز به زهکشی در این تونل ها، حائز اهمیت ویژه یی است. سیستم های زهکشی کاربردی در تونل ها، انواع مختلفی دارد. از انواع رایج آن ها می توان به سیستم زهکش فیلتر محیطی و سیستم زهکش لوله ی اتصالی اشاره کرد. با این حال مطالعات نسبتا کمی بر روی سیستم های زهکشی مذکور و عوامل موثر در آن ها، به خصوص برای سیستم زهکش لوله ی اتصالی، تا به حال انجام شده است. در این پژوهش، سیستم زهکش چتری به عنوان یک سیستم زهکشی جدید در تونل های تحت تراوش معرفی شده است. آرایش سیستم زهکشی ذکرشده برگرفته از ترکیب زهکش لوله ی اتصالی و الهام گرفته شده از نگه دارنده ی چتری فورپولینگ است. در این پژوهش با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود آباکوس، عملکرد سیستم زهکشی ذکرشده به صورت تحلیل استاتیکی عددی در پوشش تونل دایروی عمیق تحت تراوش پایدار مورد بررسی قرار گرفته است. در این نوشتار با درنظرگرفتن 3 پارامتر شاهد (کرنش اصلی موثر بیشینه در پوشش تونل، توزیع فشار آب حفره یی در سطح پوشش تونل به عنوان یک نوع بارگذاری موثر در طراحی پوشش تونل، و برآورد دبی حجمی زهکش ها) و بررسی کلیه ی مشخصات لوله ی زهکش موثر در عملکرد آن به ارائه ی یک آرایش بهینه برای سیستم زهکشی مذکور پرداخته شده است.

    کلیدواژگان: زهکش چتری، تونل پوشش دار دایروی عمیق، تراوش پایدار، تحلیل عددی استاتیکی
|
  • M. MAJIDI. KH *, A. ALIZADEH, A. FARID HOSSEINI, M. VAZIFEDOUST Pages 3-10

    Evaporation from bodies of water, like lakes and reservoirs among other natural evaporating surfaces like canopies and wet soils, constitutes a signi cant source of water loss a ecting global water balance and energy exchange between land and atmosphere. Hence, formulating lake evaporation rates has been of great interest for many years and is de nitely a challenge due to its complicated nature. Evaporation from lakes and reservoirs in Iran is commonly estimated using pan evaporation, which is well known to have signi cant uncertainty both in magnitude and timing. Reservoir operation and development of a new storage and water accounting strategies require more accurate evaporation estimates, especially for drinking water in arid conditions. In this study, an attempt has been made to estimate evaporation from a body of water using a new approach based on an energy balance model. For this purpose, a new energy balance method for two surfaces was established using water (evaporating surface) and bare soil (non-evaporating surface) as references. Considering similar conditions for two surfaces, an identical aerodynamic resistance ratio was assumed for both. With this assumption, a new form of energy balance was obtained which only depends on net radiation and temperature. The derived reference and water surface energy balance (RWEB) model were applied to estimate evaporation from the Doosti dam reservoir and was compared with other conventional methods. To evaluate the performance of the RWEB model, it was compared with the BREB and the pan methods. According to the evaluations, the RWEB results obtained for evaporation from 2011 to 2012 were satisfactory. The RMSD values for the RWEB and pan methods were obtained as 1.02 and 1.7, respectively. Therefore, the results indicate the good performance of the RWEB method. The RWEB sensitivity analysis showed that the model has the highest sensitivity to air and reference surface temperature and the least sensitivity to net radiation. Thus, evaporation from the body of water can be estimated accurately by precise measurements of air temperature and relatively reasonable estimations of the other parameters (reference and water temperature and net radiation).

    Keywords: Doosti dam reservoir, energy balance, evaporation, reference surface
  • S.A. TABAei, F. DANESHJOO * Pages 11-21

    Structural damage detection has gained increased attention from the scienti c community since unpredicted major hazards, most with human losses, have been reported. Aircraft crashes and catastrophic bridge failure are some examples. Security and economic aspects are important motivations for increasing research into structural health monitoring. Since damage alters the dynamic characteristics of a structure, namely, its Eigen properties (natural frequencies and modes of vibration), several techniques based on experimental modal analysis have been developed in recent years. In this article, a new method, based on developing the curvature damage factor method (CDF), change in exibility method (CFM) and change in exibility curvature method (CFCM) is presented. For this purpose, the three span Bozorgmehr Bridge, located in Esfahan, Iran, and a ve-span bridge previously designed by an expert are used. The numerical model of the Bozorgmehr Bridge is veri ed by comparing the ve primary natural frequencies with those obtained from experimental testing. In applying these methods, the mode shapes and natural frequencies of the damaged and undamaged bridges, are used. Damage is created on an element located in the middle of the deck. The four levels of damage considered are 15%, 30%, 70% and 90% reduction in the module of elasticity. It is shown that if mode shapes, as previously are simply extracted from one longitudinal section, the methods cannot always detect the damaged cross sections or the damaged longitudinal sections. But, if as shown in this article, the mode shapes are obtained from several longitudinal sections, these methods will be able to assess the damaged cross sections as well as the damaged longitudinal sections. It is also concluded that, when using the CDF method, the maximum content of CDF calculated for cross sections on itself cannot always show the damage locations. and it is necessary to consider the changes in value of CDF for several longitudinal sections too and, then, decide about damage locations.

    Keywords: Damage detection, bridge, mode shape, natural frequency
  • M.G. SAHAB, R. TAGHIZADEH *, M. MOHAMMADI Pages 23-29

    Masonry arch bridges are among important and old bridges in the Iranian railway network. Retro tting and renovation of these bridges are important, not only due to their vital role in the national railway network, but also as most of them are highly valued from an architectural as well as cultural and historical point of view. In this paper, an external reinforcing method for strengthening masonry arch bridges is presented and particularly examined for Gha ankooh Bridge, located at kilometer 427 of the Tehran -Tabriz railway. A 3D nite element model of the bridge developed using SAP2000-v14 software. Using this model the proper retro tting plan is determined. In addition the in uence of the ratio of the elastic modulus of masonry materials to lled materials on the internal stresses over the bridge body is investigated. The results shows that by increasing this ratio, the stresses increased over the external surface of the arch and as a results a proper retro tting scheme can be achieved using lesser materials and lower costs.

    Keywords: Strengthening, external reinforcement, railway, masonry arch bridge, elastic modulus
  • M. DAVOODI *, M. K. JAFARI, F. AHMADI Pages 31-38

    In many large magnitude earthquakes, the causative fault propagates all the way up through the soil and interacts with surface structures. Over the last four decades, earthquake engineering research and practice have emphasized the dynamic response of soil and structural systems to ground oscillations. Even so, recent strong earthquakes (i.e. the 1999 Chi-Chi Taiwan earthquake and the Landers 1992 California earthquake) have caused major collapse to structures from surface fault ruptures. Previous research has not concentrated on studying the response of soil-structure systems to large displacements induced by surface fault ruptures. Although piles are usually used for protecting structures by reducing total and di erential settlements, they are not an acceptable treatment in supporting structures from surface fault rupture. Previous research has shown that piles usually follow fault rupture deformation and transfer it to the structure. Therefore, this behavior is a reason for the unsuitable performance of a piles group against fault rupture. In order to study the interaction of the soil and the piles group during reverse fault rupture carefully, in the rst step, the propagation of fault rupture in free eld is modeled. For this purpose, a 2D numerical model is veri ed by reduced-scale experiment results. In the numerical models, a nonlinear nite element method, using an elastoplastic constitutive model with Mohr-Coulomb failure criterion and isotropic strain softening characteristics, is used. For the main analysis, the e ects of the presence of a piles group on top of the outcropping fault are simulated. The analysis results indicate that the presence of the piles group slightly modi es the fault rupture path.

    Keywords: Surface fault rupture, piled foundation, reverse fault, nite element method
  • R. ABBASNIA, F. MOHAJERI NAV *, A. TAJIK DAVODI Pages 39-49

    Development of performance-based structural design during the last decade, has led to extensive research into nonlinear static (pushover) procedures. Since nonlinear dynamic methods are time consuming, impractical and also dicult to interpret, in spite of their high accuracy in seismic response estimation of the structures, they cannot be used in everyday engineering work. In contrast to dynamic procedures, pushover methods are simple, practical and easy to understand. Based on these facts, pushover methods have been the main subject of much research conducted during recent years. As an introduction to performance-based structural design, ATC-40 and FEMA-356 have introduced the capacity spectrum method (CSM) and the displacement coecient method (DCM), respectively. Since, in these methods, the lateral force distribution is assumed to be constant and is calculated based on the fundamental vibration mode of the elastic structure, they can provide accurate seismic demand estimates only for low and medium-rise buildings, where the contribution of higher modes in seismic responses is negligible. In order to improve the capability of these conventional procedures, di erent methods have been presented by researchers. Following these e orts, in the present study, an innovative adaptive pushover analysis considering torsional e ects (APAT) has been developed. APAT is a single stage procedure which uses an equivalent adaptive load pattern. In order to consider the e ects of higher modes, especially rotational modes in 3D structures with noticeable torsional e ects, and due to the known drawbacks in common combination methods, such as square root of the sum of the squares (SRSS), herein, an e ective modal mass combination (EMMC) rule for multi-story buildings is used. In the EMMC method, load vectors are combined based on determined coecients for each mode. These coecients are de ned using e ective modal mass proportions. The equivalent load pattern in the present study is obtained through a combination of di erent modal shapes based on the EMMC rule. In order to capture the torsional e ect, a three dimensional energy-based formulation is used which transforms the MDOF structure to an equivalent SDOF model. In the three dimensional energy based formulation, work undertaken by both translational and rotational forces is taken into account. The accuracy of the proposed procedure is evaluated for a series of asymmetric structures. The parametric study shows that the proposed method could predict seismic responses precisely, even in structures with signi cant torsional e ects.

    Keywords: Nonlinear static analysis, pushover, torsion, asymmetric plan building, seismic analysis
  • M. OLIAEI *, N. HESABIRAD, M. MOSALLANEJAD Pages 51-59

    Piles are used extensively to resist lateral load from earth pressure, inclined load, wind, waves, earthquakes, etc. The behavior of piles subjected to lateral loads is governed by interaction between the pile and the soil, and it is a non-linear, three-dimensional soil-structure interaction problem. Pile properties, including pile sti ness and geometry, and soil properties, i.e., unit weight, sti - ness, friction angle, cohesion and the pile/soil interface, play important roles in the response of piles subjected to lateral loads.
    Existing methods for the analysis of laterally loaded single piles can be generally classi ed into the following ve categories: (1) the limit state method; (2) the subgrade reaction method; (3) the p-y method; (4) the elasticity method; and (5) the nite element method. However, the e ect of fundamental soil properties (e.g., strength, sti ness, and volume change characteristics) on the response of pile and soil cannot be appropriately addressed in these methods. Thus, an investigation into the e ects of fundamental pile and soil properties on the soil response of a pile subjected to lateral load is necessary and helpful in improving insight into the soil/structure interaction problem for a laterally loaded pile.
    A fundamental study into the soil/ pile interaction response of xed-head piles subjected to static lateral loads in sands is conducted using the non-linear nite element approach. The e ects of pile properties, i.e., length and diameter, and soil properties, i.e., the horizontal coe- cient of earth pressure, unit weight and sti ness, on the pile response of a pile subjected to lateral load, are also investigated.
    In the numerical model, the pile was treated as a linear elastic material and the soil was idealized using the multi-yield-surface plasticity model with a non-associated ow rule. The improvement in pile lateral load was found to be strongly dependent on the pile diameter, soil friction angle, and relative density of the sand. It was also found that the e ective embedment length of the pile is more e ective than the total length of the pile. Based on the numerical results, e ective parameters are discussed and a formula for the lateral bearing capacity of a xed-head pile in sand is recommended.

    Keywords: Fixed-head single piles, lateral bearing capacity, soil, pile interaction, nite element analysis, OpenSees Pl
  • B. ZAHRAIE, A. ROOZBAHANI *, A. ROOZBAHANI Pages 61-70

    Construction projects, due to their size and complexity and their unique and dynamic nature, makes them impossible to model accurately. These attributes reveal the enormous need in these projects for a proper method of risk assessment. Furthermore, the main uncertainties involved in these projects are resulted because of vagueness (e.g. in cost estimation, time estimation, etc.), so, traditional methods used in the context of risk assessment, which are mainly based on probability theory, are not satisfactory for these projects. The aim of this paper is to propose a methodology based on hierarchical fuzzy rule based expert systems to assess the total risk of construction projects and also rank the risks based on their magnitude. For this purpose, a suitable hierarchical risk breakdown structure (HRBS) for construction projects is used to develop a formal frame for qualitative risk assessment. The highest layer of HRBS is the total risk of the project and the lowest layer consists of the factors in uencing each risk. Then, for relating the di erent layers of the HRBS and developing the expert fuzzy system, a method is used to extract the fuzzy rules based on expert opinion. Finally, this fuzzy system is programmed. The eciency of the proposed model has been analyzed for assessing risks of a construction project in Tehran. Risk assessment in this case study has been undertaken from the client, contractor and consultant points of view, separately, and also after aggregation of their opinions. The results show that the presented methodology can be used to assess risks related to cost, time, quality and safety in construction projects.

    Keywords: Risk assessment, construction projects, hierarchicalstructure, risk breakdown, fuzzy expert systems, fuzzy rules
  • Y. Hassanzadeh, N. Kardan *, P. Kazemi, S. Ayyari Pages 71-80

    The scour of bridge piers is one of the most important factors a ecting the stability of bridges constructed over rivers. Many studies have been conducted to evaluate the depth and intensity of scouring around bridge piers. Due to the complexity of this phenomenon, most existing formula cannot estimate the scour depth with reasonable precision. In this paper, regarding the importance of scouring in bridge design, a comparison was made between the formulas used for estimation of scour depth, and then the resulted data from analyzing di erent models with di erent ratios of pier spacing to pier width were investigated using BRI-STARS. Comparing Froehlich and CSU relations reveal that the Froehlich equation estimates the scour depth 11 percent more than the CSU formula. Also, the Froehlich is more conservative due to the design criteria. The increasing of scour depth in models with x/b<7 is negligible when the CSU formula was applied, and in models with x/b < 8.5 when the Froehlich formula was used. In order to select the optimum location of a bridge with regard to the scour condition, hydraulic parameters, such as free surface elevation, Froude number, depth the averaged velocity and bed erosion under the e ect of pier location, were examined. Finally, by processing the resulted data, the best diagram and equation for estimating increases in scour depth, according to di erent pier spacing to width ratios, were presented. Also, it was shown that when y/b<3.2, the ow relative depth has an e ect on scouring, but, when the y/b became less than 2.75, the scouring was not in uenced by ow relative depth.

    Keywords: Numerical simulation, scouring, bridge piers, stream tubes, bri-stars software
  • A. KHEYRODDIN, M. GHOLHAKI *, M. JALILZADEH AFSHARI Pages 81-92

    Nowadays, in common structure analyses, dead and live loads of all oors are applied instantaneously. In fact, it is assumed that the structure does not bear any load before the end of construction. This assumption could be valid for lateral loads or the dead loads of subsequently installed components, but it is unsuitable for the dead loads of the structural members and oor because these types of loads are gradually applied to the previously constructed members during the progress of construction, which depends on technology and construction planning. According to the sequence of construction, structural members are added to stages as the building construction proceeds; therefore, their dead load is carried by the part of the structure completed during their installation stage. Hence, it is clear that the distribution of displacements and stresses in the constructed part of the structure at any stage does not depend on the sizes, properties, or the presence of members composing the remainder of the structure. In this procedure the deformations of the lower stories are already taken place under the self weight of their oors even before the upper oors are built. Hereupon, in each stage of construction, the newly- built members are installed on the previously deformed members of the structure, and the nal deformation of structure is the cumulative outcome of deformations in construction of each story until the completion of the nal stage of construction. Ignoring the e ect of sequence of construction may lead to seriously incorrect analysis results, particularly at the upper oors of the building. In this paper, the exact method of sequential construction analysis has been investigated, and also the manual method of calculating the elastic sequential analysis has been studied in order to have the sucient knowledge of how the software works. To comprehend the necessity of sequential construction analysis, the outcomes are eventually compared with the conventional analysis and simulation methods of the real behavior of the structure, compatible with the real construction schedule such as CFM method. A 21-story steel structure has been chosen as a case study to achieve the aforementioned purpose of this paper.

    Keywords: Staged sequential construction analysis, conventional analysis, correction factor method - CFM, columnshortening
  • M. K. SANGSARI *, N. HOSSEINZADEH, H. T. FERDOSIYEH Pages 93-99

    Oil storage tanks are used extensively in di erent national industries such as re neries, power plants and fuel storage facilities. Therefore, the seismic safety and stability of this kind of tank during strong earthquakes are very important. Many existing tanks are designed, constructed and operated based on outdated versions of standards and code requirements. Therefore, investigation into existing tanks using the latest versions of international standards and their retro tting is necessary. In this study, reducing uid wave sloshing height in steel storage tanks using an annular bae as a damping device installed on the tank shell is investigated. Based on the widespread use of baes in moving liquid containers, especially in space vehicles, the ability of baes to reduce sloshing e ects in storage tanks that are especially broader than fuel containers is under question.
    The primary objective of the shake table study made in this research is to provide test data for veri cation of numerical models and to recommend a practical bae arrangement that would be e ective over a range of frequencies. For this purpose, a typical tank model with a geometrical scaling of 1/16 is considered in this research as representative of anchored tanks with di erent height to diameter ratios. At the Laboratory of the International Institute of Earthquake Engineering and Seismology (IIEES) in Tehran, a shaking table test was undertaken to evaluate sloshing wave amplitudes in scaled model steel storage tanks in cases of with and without annular baes. Three earthquake ground motion records are used as input base motions to the studied tank model generated by the shaking table. Four di erent liquid lling levels and 3 types of bae arrangement are used to investigate the e ect of the number and location of baes on sloshing amplitude reduction during the earthquake in the studied tank model. The results of studied models indicate that the annular baes have signi cant e ects in reducing sloshing wave height as sloshing dependent dampers, and can be used in oil storage tanks.

    Keywords: Aboveground steel storage tanks, baes, sloshing dependent dampers, shaking table
  • H.R. RAHMANI, M. YAZDANI *, M. YAZDANI, M.R. NIKUDEL Pages 101-108

    From a strength point of view, lightweight concretes are categorized into three groups of structural, semistructural and non-structural concretes. The main purpose of this research is to determine the optimum mix design of a semi-structural lightweight concrete composed of pumice aggregates with the lowest unit weight and a reasonable compressive strength. For this purpose, the Taguchi method, with four e ective factors and three levels, has been adopted. The method is a systematic design of experiments which can eciently reduce the time and cost of experiments. In this method, the most e ective factors are selected and di erent levels are determined for each factor. Then, based on the number of factors and the assigned levels, a suitable orthogonal array is chosen using the Taguchi guideline. These arrays can provide a regular program for the experiments, including the number of tests and the combination of di erent levels in each test. At the end of each test, the corresponding quality criterion is obtained. Using the results of systematic tests via MINITAB software, the optimum combination is determined and, thus, the value of the quality criterion under optimum condition is predicted. In order to validate the accomplished study and evaluate the Taguchi method, a proof test, based on the optimum combination, is usually built, and its result is compared with the software prediction. In this research, due to the numerous factors a ecting the compressive strength and unit weight of concrete, four governing factors are selected: pumice with sieve type 1, pumice with sieve type 2, sand and ller. In addition, pumice with sieve type 3 has been also selected as a complementary factor. The remaining materials, such as the ratio of water to cement, additives and cement weights, are considered as constant. In order to determine the optimum combination, the orthogonal array of L9 is utilized and after the analysis and determination of optimum levels, the results of laboratory proof tests and prediction of the Taguchi method were compared. The results demonstrate that the systematic Taguchi design method is very useful in reaching the optimum mix design of semi-structural lightweight concretes.

    Keywords: Taguchi, lightweight concrete, pumice, lightweight aggregate, design of experiments, optimization, minitabm
  • A. M.ABBASI * Pages 109-114

    As porous concrete has acoustic and drainage characteristics, it is used in many concrete structures, such as pavements, reinforced panels, and so on. In this research, the mechanical characteristics, carbonation and corrosion potential of embedded steel reinforcement, such as compressive strength, percent of carbonation, capillary absorption coecient and corrosion potential, are investigated. The hydrophobic agent is poured into some mixtures to evaluate the e ect of this admixture on the hardened speci cation of concrete.
    It is known from results that all porous mixtures are very sensitive to the carbonation process because of their porous structure and the entry of carbon dioxide at the full depth of these concretes. Although the hydrophobic agent has no e ect on the structure of concrete, for decreasing the saturation percent of capillary pores, these agents can decrease the rate of concrete carbonation. For porous structures of this kind of concrete, and the small thickness of paste layer around the steel reinforcement in comparison with conventional concrete, the rate of the carbonation process in porous concrete is faster than in conventional concrete. The results show that application of a hydrophobic agent causes a decrease in capillary absorption coecient, so, the probability of the presence of water for initiation and expansion of the corrosion process is decreased. It is found that the capillary absorption coecient has a linear relation with corrosion potential, wherein increasing the capillary absorption coe cient cause an increase in corrosion potential in the reinforcement of porous concrete, respectively. Therefore, usage of a hydrophobic agent in porous concrete mixtures not only causes a decrease in the rate of carbonation, but may also propagate the time of initial corrosion.

    Keywords: Porous concrete, corrosion, carbonation, hydrophobic agent
  • R. BABAEI *, S. GITIPOOR, M.A. ABDOLI Pages 115-119

    Despite the fact that construction and demolition wastes (C and D wastes) compared to other types of waste has less risk to the environment and their management is relatively simple, but from an aesthetic point of view was not accepted by the general public and must be disposed properly. C & D wastes often due to the lack of proper management, are stacked or buried in the periphery of cities, roads and rivers are disposal, while most have the ability to be recycled and reused. On the other hand, due to di erent material properties in various regions, discover the proper loan resources for civil projects always including the challenges is facing the design engineers.
    This study investigates the reuse of C & D wastes such as concrete and cement blocks resulting from the construction and demolition processes of Pars 2 region, in pavement layers. Due to the scarcity and high value of land in the region, disposal options of this typical debris are not cost e ective and should be recycled as part of the waste of construction process operations. On the other hand due to the lack of quarried rock mines in this region, excessive use of river materials, causes the loss of the normal cover from earth surface and ultimately results in soil erosion. Hence, the reuse of C & D wastes in the construction process would be economically and environmentally a ordable.
    This debris after being crushed in a crushing machine, results grains with diameter ranging from 0 to 25 mm size four mixes with the percentage of recycled aggregates zero , 10 , 30 and 50 percent were prepared to evaluate the performance of the combined pavement layers.
    Results indicated that these aggregates have less speci c weight and durability and show higher water absorption in comparison with the natural aggregates.

    Keywords: Recycled aggregates, cement block, roadpavement, speci c weight, water absorption
  • M. HASHEMI *, A. HOSSEINBALAM, A. BAGHERYNASAB Pages 121-133

    One of the major issues in design and construction of tunnels is seepage and it's been highlighted by an extra force which is generated by pore water pressure and directed towards the tunnel walls. Since this extra seepage force may lead to instability in soils and weak rocks with low permeability, the necessity of drainage in such tunnels is visibly clear. Drainage systems in tunnels have di erent types and materials and the most common ones are peripheral lter drainage and pin-hole drainage systems. Despite the drainage system importance, very limited studies have been conducted on the drainage systems and the e ective factors a ecting their performance. The need for such systems is clearly felt during construction of many tunnels during the writers eld studies.
    In this article, Umbrella drainage system is presented as a new alternative drainage system for the tunnels under steady state seepage condition. The arrangement of this system is an smart combination of Pin-Hole drainage system and it is inspired by forepoling method of support installation. In this study, the performance of the aforementioned drainage system is investigated through numerical statical three dimensional analysis of the lining for deep circular tunnels subjected to steady-state seepage by using ABAQUS nite element software. Furthermore an optimum arrangement for pipes in the drainage system is presented by taking into account the maximum e ective principle strain for the lining of a tunnel as a monitored parameter. Also the e ective factors affecting the drainage tube of the draining system is to investigated. Moreover, all of the factors with an in- uence on the drainage tube of this draining system is explored through investigating the pore water pressure distribution on the surface of the lining of a tunnel and considering it as a type of e ective loading in designing the lining of the tunnel and also estimating the drained volumetric discharge of the drainage tubes.

    Keywords: Umbrella drainage, deep circular lined tunnel, steady-state seepage, numerical statistical analysis