فهرست مطالب

آنالیز سازه - زلزله - سال بیستم شماره 4 (زمستان 1402)

نشریه آنالیز سازه - زلزله
سال بیستم شماره 4 (زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/12/27
  • تعداد عناوین: 7
|
  • آرمین پویا، محسن ایزدی نیا *، پرهام معمارزاده صفحات 1-19

    تحلیل پیشرفته به روشی اطلاق می شود که در آن مقاومت و پایداری سیستم و اعضای سازه به صورت یکپارچه تعیین شده و لزومی به بررسی جداگانه ظرفیت اعضای سازه نیست. این روش، ابزار مناسبی برای ارزیابی رفتار واقعی سازه ها است و درک طراحان سازه از ویژگی های موثر بر رفتار سازه را افزایش می دهد. بدون شک یکی از پرکاربردترین سیستم های سازه ای در صنعت ساختمان قاب های مهاربند همگرای فولادی (CBFs) است. فروریزش این نوع قاب ها اغلب با تشکیل طبقه نرم در یک یا چند طبقه و کمانش بیش از حد مهاربندها اتفاق می افتد. این پژوهش با استفاده از تحلیل غیرالاستیک مرتبه دوم یک درک مستقیم از مکانیسم فروریزش قاب های مهاربند همگرای فولادی 6 و 18 طبقه تحت اثر تحریک های لرزه اصلی پس لرزه ارایه می کند. در این مقاله مکانیسم فروریزش سازه به عنوان مرحله ای که در آن انرژی لرزه ای تحمیلی مستهلک نشده و در ادامه منجر به انرژی جنبشی کنترل نشده می شود، مورد ارزیابی قرار گرفته است. تمرکز این تحقیق بر نحوه توزیع و نقش مقادیر مختلف انرژی در المان های سازه و تفاوت مکانیسم های استهلاک انرژی در همه نقاط سازه است. در این تحقیق، مکانیسم فروریزش سازه برای 32 زوج ترکیب مختلف لرزه اصلی - پس لرزه در قالب فرآیند تحلیل دینامیکی فزاینده (IDAs) به تدریج مقیاس و شناسایی شده است. توزیع انرژی های ورودی و میرایی در طبقات مختلف نشان دهنده نقش طبقات فوقانی در کاهش انرژی تحمیلی است. علاوه بر این، شباهت نمودارهای تغییر مکان جانبی باقی مانده و انرژی های تحمیلی طبقه در ارتفاع به معنی سازگاری پاسخ تغییر مکان جانبی سازه با مدی است که دارای بیشترین سهم در میرایی انرژی است.

    کلیدواژگان: تحلیل پیشرفته، مکانیسم فروریزش، قاب های مهاربند همگرا، مدهای استهلاک انرژی
  • فرزاد وفادار، وحید بروجردیان *، علی قمری صفحات 20-41

    مقاوم سازی سازه ها با وجود تغییرشکل پلاستیک در اعضای اصلی، مقرون به صرفه نمی باشد. لذا با افزودن میراگرها می توان این نقیصه را مرتفع نمود. عملکرد میراگر به نحوی است که قبل از عضو مهاربندی، تسلیم و مانع ایجاد مفصل پلاستیک در آن می شود. هرچند وجود میراگر باعث بهبود رفتار لرزه ای می گردد اما تاثیری در برگشت پذیری سازه ندارد و تعمیر آنها پس از زلزله به علت وجود تغییرشکل های ماندگار در کل سازه، گاها با مشکل همراه است. آلیاژهای حافظه دار شکلی ([1]SMA) بعنوان مواد هوشمند بسیاری از نواقص سیستم های مستهلک کننده انرژی فعلی را جبران می نمایند. اثر سیستم حافظه دار شکلی، رفتارکشسان، میرایی ذاتی و مقاومت بالا از مهمترین خصوصیات این آلیاژها هستند. در این تحقیق نوع جدیدی از میراگر شکافدار (تحت عنوان میراگر شکافدار پروانه ای) در چهار گروه با نسبت های مختلف ابعادی/h 1 hو /b1b ، با و بدونSMA آنالیز شده است که با افزودنSMA از نوع میله ای و جاگذاری آن به طوری که در بارهای فشاری و کششی ایجاد شده در مهاربند، همواره در تعدادی ازSMA ها نیروی کششی در جریان باشد. در ترکیب پیشنهادی، المان قطری تحت اثر نیروی کششی و فشاری، باعث ایجاد برش در میراگر شکافدار و ایجاد کشش درSMA می شود. نتایج نشان داد، بکارگیری SMA علاوه بر افزایش سختی و مقاومت سیستم، باعث ایجاد قابلیت برگشت پذیری و حذف پدیده کمانش مهاربند در فشار می شود.


    کلیدواژگان: جذب انرژی، آلیاژ حافظه دار شکلی، نایتینول، میراگر شکافدار، قابلیت برگشت پذیری
  • شهریار غلامین نوویرسر، مرتضی جمشیدی *، رحمت مدندوست صفحات 42-57

    بتن متخلخل نوعی ویژه از بتن سبک با اسلامپ کم یا حتی صفر شناخته می شود که از سیمان، درشت دانه، درصد محدودی از ریز دانه (یا فاقد ریزدانه)، افزودنی های مختلف شیمیایی و پوزولانی تشکیل شده است. در این مقاله از لیکای سازه ای با وزن حجمی m3 kg/ 750 و نسبت آب به سیمان ثابت (3/0W / C =) ، برای ساخت بتن متخلخل سبک استفاده شد و اثر نسبتهای مختلف سبکدانه به سیمان (A/C) شامل 3 ، 7/2 ، 4/2 ، 1/2 ، 8/1 ، 5/1 ، تخلخل کل و درصدحجمی خمیر سیمان بر روی مقاومت فشاری ، مقاومت الکتریکی ویژه و درصد جذب آب بتن متخلخل سبک درسن 28 روز مورد بررسی قرار گرفت. با افزایش نسبت A/C از 5/1 تا 3 ، حجم خمیر سیمان از 873/30 % به 436/15 % در نمونه ها کاهش و تخلخل کل از64/21 % به 08/38 % افزایش یافت که منجر به کاهش مقاومت الکتریکی ویژه از 45/11 به 841/6 ، کاهش مقاومت فشاری از Mpa 27/13 به MPa 37/4 و افزایش جذب آب از 185/11 % به 695/12 % در نمونه های بتن متخلخل سبک شد. نتایج این پژوهش بهبود ویژگیهای فیزیکی و افت ویژگیهای مکانیکی و دوام بتن متخلخل سبک حاوی لیکا را نشان دادند.

    کلیدواژگان: بتن متخلخل سبک، مقاومت الکتریکی ویژه، مقاومت فشاری، جذب آب
  • ارسلان یوسفی پور، لیلا حسین زاده، سیده مهدیه میراعلمی*، یوسف زندی صفحات 58-70

    در مقاله حاضر، رفتار خمشی تیرهای بتنی مسلح شده با میلگردهای فولادی یا GFRP مطالعه شد. آزمایش-های تعیین اسلامپ، وزن مخصوص، مقاومت فشاری و کششی در سن 28 روز جهت دستیابی به مشخصات مکانیکی بتن با و بدون سرباره انجام شد. سرباره در قالب درصدهای وزنی جایگزین سیمان (صفر، 30، 40 و 50 درصد) مورد استفاده قرار گرفت. نتایج آزمایش های انجام شده جهت تعیین شبیه سازی مشخصات بتن در نرم افزار ABAQUS به کار رفت. براساس نتایج آزمایش، افزودن 30 درصد سرباره کوره آهنگدازی اثر به سزایی در افزایش پارامترهای مقاومت فشاری و کششی نمونه ها در سن 28 روز داشت (افزایش 10 درصدی مقاومت فشاری و 02/5 درصدی مقاومت کششی). یک نمونه تیر بتنی مسلح شده با میلگردهای GFRPبه منظور بررسی توانایی نرم افزار ABAQUS از میان پژوهش های پیشینیان شبیه سازی شد و انطباق قابل قبولی میان نتایج آزمایش و شبیه سازی از نظر ظرفیت باربری، تغییرمکان وسط دهانه و نحوه ی ایجاد و گسترش ترک ها حاصل شد. سپس تعداد 12 تیر بتنی در نرم افزار ABAQUS شبیه سازی شدند. اثر میلگرد فولادی یا GFRP، نسبت آرماتور طولی و خصوصیات مکانیکی بتن بررسی شدند. نتایج نشان داد که افزایش نسبت آرماتور طولی GFRP در تیرهای فاقد سرباره موجب افزایش ظرفیت باربری تا 89/21 درصد و کاهش تغییرمکان وسط دهانه ی نمونه ها تا 10/15 درصد می گردد. همچنین استفاده از میلگردهای فولادی با نسبت آرماتور طولی برابر با میلگرد GFRP نتایج بهتری را حاصل نمود (افزایش 38/29 درصدی ظرفیت باربری و کاهش 15/35 درصدی تغییرمکان وسط دهانه). مقادیر ظرفیت باربری و تغییرمکان وسط دهانه ی نمونه های شبیه سازی شده با مقادیر متناظر آن براساس راهنمای ACI 440.1R-15 مقایسه شدند.

    کلیدواژگان: سرباره کوره آهنگدازی، میلگرد GFRP، میلگرد فولادی، ظرفیت باربری، تغییرمکان وسط دهانه، شبیه سازی
  • امیر ابراهیم اکبری بقال، مسعود قادری صفحات 71-83

    با توجه به اهمیت بکارگیری الیاف فولادی در تقویت بتن، در تحقیق حاضر با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی به پیش بینی رفتار بیرون کشیدگی الیاف فولادی هوک شکل از بتن پرداخته شده است. به دلیل محدودیت داده های جامع آزمایشگاهی، از داده های به دست آمده از تحلیل المان محدود به عنوان ورودی شبکه عصبی استفاده شده است. به منظور شبیه سازی بیرون کشیدگی الیاف از روش المان محدود سه بعدی و نرم افزار آباکوس استفاده می شود. در مدل المان محدود، اندرکنش بین الیاف و بتن با استفاده از مفهوم ناحیه انتقالی سطح مشترک شبیه سازی شده است که پارامترهای آن با استفاده از روش المان محدود معکوس و استفاده از نتایج تست تجربی بیرون کشیدگی انجام پذیرفته بر روی یک نمونه الیاف به دست آمده است. پس از صحت سنجی نتایج مدل عددی با نتایج تجربی، نتایج به ازای پارامترهای موثر الیاف استخراج شده و بر اساس آنها مدل سازی با استفاده از شبکه های عصبی صورت گرفته است. پیش بینی نیروی بیرون کشیدگی توسط شبکه های عصبی مصنوعی چندلایه و الگوریتم آموزش انتشار به عقب، با تکنیک بهینه سازی مارکورادت-لونبرگ انجام شده است. نتایج نشان می دهد که مدل شبکه عصبی ارائه شده در این تحقیق، به دلیل توانایی استفاده از متغیرهای بیشتر در مدل سازی و نتایج دقیق تر، روشی موثر برای پیش بینی نیروی بیرون کشیدگی الیاف از بتن است.

    کلیدواژگان: الیاف فولادی، شبکه عصبی مصنوعی، نیروی بیرون کشیدگی، مدل المان محدود
  • سید هادی دهقان منشادی *، رهام ریحانی، محمدعلی دشتی رحمت آبادی صفحات 84-99

    تابع دلتای دیراک نمایش ساده و موثر بارهای نقطه ای و تکینگی ها را در انواع مسائل سازه ای امکان پذیر می کند که اغلب به راه حل های بسته منجر می شود. در این پژوهش کمانش ستونی دوسر ساده با یک و دو ترک به صورت تحلیلی مورد بررسی قرار گرفته است. با وجود این که در سال های اخیر این موضوع مورد توجه پژوهشگران زیادی قرار گرفته، اما روش های ارائه شده برای حل مساله معمولا بار محاسباتی قابل توجهی دارند. از اینرو در این پژوهش از نگرشی جدید جهت حل مساله با استفاده از خاصیت تابع دلتای دیراک استفاده شده که روند حل مساله را ساده تر و حجم محاسبات را به شدت کاهش می دهد. بر این اساس، ترک با رفتار دو طرفه به کمک تابع دلتای دیراک مدل شده است. این مدل با معرفی یک معیار مناسب، اثر بسته شدن ترک روی رفتار خمشی ستون را در نظر می گیرد. این معیار بسته به علامت کرنش محوری و همچنین یک یا دو طرفه بودن ترک، به هر ترک اجازه می دهد که باز یا بسته باشد. از روش پیشنهادی به منظور یافتن بار کمانشی، اثرات سختی ترک به ازای موقعیت های مختلف در دو حالت یک و دو ترکه و همچنین تاثیر باز و بسته شدن ترک روی بار کمانشی استفاده شد . به منظور صحت سنجی روابط تحلیلی به دست آمده از نرم افزار اجزای محدود SAP2000 بهره گرفته شد.

    کلیدواژگان: ستون ترک خورده، کمانش، تابع دلتای دیراک، باز و بسته شدن ترک، فنرپیچشی
  • حسین نعمتیان جلودار، عطا حجت کاشانی *، رحمت مدندوست، عباس اکبرپور نیک قلب رشتی، سید عظیم حسینی صفحات 100-110

    ترمیم و تقویت سازه های بتنی از اهمیت ویژه برخوردار بوده و خواص مکانیکی ملات های ترمیمی و همچنین سازگاری با بتن پایه از نکات مهم در ترمیم سازه های بتنی آسیب دیده می باشد. پارامتر مقاومت پیوستگی مصالح از خواص مهم در انتخاب ملات های ترمیمی به شمار می آید. در این مطالعه آزمایشگاهی مقاومت پیوستگی تعداد 7 نوع ملات پایه سیمانی حاوی نانوسیلیس (NS)، میکروسیلیس (SF) و الیاف پلی ونیل الکل (PVA) براساس استاندارد ASTM C882، بر روی بتن پایه مورد آزمایش قرار گرفته شده است. بتن پایه از نوع بتن الیافی با مقاومت فشاری هدف برابر 45 مگاپاسگال و در طرح اختلاط آن از الیاف ماکروسینتتیک استفاده شده است. روانی نمونه بتن الیافی برابر120 میلیمتر بوده و روش عمل آوری نمونه ها به صورت مرطوب انجام شده است. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که کلیه مصالح ترمیمی در این تحقیق با بتن پایه سازگار بوده واستفاده ازترکیب الیاف PVA و نانوسیلیس در ملات های پایه سیمانی باعث افزایش مقاومت پیوستگی نمونه ها به میزان 85 درصد نسبت به نمونه های بدون الیاف گردیده است. بالاترین مقاومت پیوستگی در بین نمونه ها مربوط به ملات پایه سیمانی حاوی الیاف PVA و نانوسیلیس (6NS75/0PVA) با مقاومت پیوستگی برابر 83/21 مگاپاسگال بوده است.

    کلیدواژگان: بتن الیافی، مقاومت پیوستگی، نانوسیلیس، میکروسیلیس، الیاف PVA
|
  • Armin Pouya, mohsen izadinia *, Parham memarzadeh Pages 1-19

    Advanced analysis refers to a method in which the strength and stability of the system and structural members are recognized in an integrated manner and there is no need to separately check the capacity of the structural members. This approach is a suitable method for evaluating the real behavior of structures and makes structural designers better understand the main characteristics affecting the actual behavior of structures. Undoubtedly, one of the most widely used structural systems in the construction industry is Concentrically braced frames (CBFs). Mainly, these kinds of frames collapse because of a soft story formation in one or more stories in which excessive brace buckling occurs. Using second order inelastic analysis, this study provides an intuitive understanding of the collapse mechanism of CBFs with 6 and 18 stories subjected to mainshock-aftershock sequences. Such understanding will support development of design methods that preclude low-capacity collapse modes specially under multi-shock excitations. This paper assesses the collapse mechanism as a stage in which the imposed seismic energy fails to dissipate and eventually leads to uncontrolled kinetic energy in structure. The investigation focuses on the role and distribution of the various energy measures and different dissipating mechanisms throughout the structures. Collapse mechanism is identified for various combinations of the utilized 32 mainshock-aftershock pairs that are gradually scaled following the incremental dynamic analysis (IDA) process. The distribution of input and dissipated energies along various stories reveals the role of upper stories in damping the imposed energy. Furthermore, the similarity between the height profile of the residual drifts and the story imposed energies highlights the characteristics of the structures in adapting their drift response to a mode with the highest energy absorption.

    Keywords: Advanced analysis, Collapse mechanism, Concentrically braced frames, Mainshock-aftershock effects, Energy dissipation modes
  • Farzad vafadar, Vahid Broujerdian *, Ali ghamari Pages 20-41

    Reinforcement of structures is not cost-effective despite plastic deformation in the main members. Therefore, this defect can be solved by adding dampers. The function of the damper is in such a way that before the bracing member, it surrenders and prevents the creation of a plastic joint in it. Although the existence of a damper improves the seismic behavior, it does not affect the reversibility of the structure, and their repair after an earthquake is sometimes accompanied by problems due to permanent changes in the entire structure. Shape memory alloys (SMA) as smart materials compensate for many shortcomings of current energy consuming systems. The effect of shape memory system, elastic behavior, inherent damping and high strength are the most important characteristics of these alloys. In this research, a new type of slit damper (under the title of butterfly slit damper) has been analyzed in four groups with different dimensional ratios h1/h and b1/b, with and without SMA, by adding bar-type SMA and placing it in such a way that in loads Compressive and tensile force created in the brace, there is always a tensile force in a number of SMAs. In the proposed combination, the diagonal element under the effect of tensile and compressive force causes cutting in the slit damper and tension in the SMA. The results showed that the use of SMA, in addition to increasing the hardness and resistance of the system, creates the ability to accept and eliminate the phenomenon of buckling of the brace under pressure.

    Keywords: Shape memory alloy, nitinol, energy absorption, butterfly slit damper, reversibility
  • Shahriar Gholamin Noveirsar, Morteza Jamshidi*, Rahmat Madandoust Pages 42-57

    Pervious concrete is a special type of lightweight concrete with low or even zero slump, which consists of cement, coarse aggregate, a limited percentage of fine aggregate (or no fine aggregate), various chemical and pozzolanic additives. In this article, structural LECA with a volumetric weight of 750 kg/m3 and a fixed water-to-cement ratio (W/C = 0.3) was used to make lightweight pervious concrete and the effect of different ratios of lightweight aggregate to cement (A/C) including 1.5, 1.8, 2.1, 2.4, 2.7, 3, total porosity and volume percentage of cement paste on compressive strength , specific electrical resistance and percentage of water absorption of lightweight pervious concrete aged 28 days were investigated. With the increase of A/C ratio from 1.5 to 3, the volume of cement paste decreased from 30.873% to 15.436% in the samples and the total porosity increased from 21.64% to 38.08%, which led to a decrease Specific electrical resistance decreased from 11.45 to 6.841 , compressive strength decreased from 13.27 MPa to 4.37 MPa, and water absorption increased from 11.185% to 12.695% in lightweight pervious concrete samples. The results of this research showed the improvement of physical properties and the decrease of mechanical properties and durability of lightweight pervious concrete containing LECA.

    Keywords: lightweightpervious concrete, Specific electricalresistance, compressivestrength, water absorption
  • ArsalanYousefipour, Leila Hosseinzade, Seyede Mahdieh Miralami*, Yousof Zandi Pages 58-70

    was studied. Compressive, and splitting tensile strengths were used to investigate the mechanical properties of concrete containing ground granulated blast furnace slag (GGBFS) at 28 days of age. GGBFS was used in the form of weight percentages instead of cement (0, 30, 40, and 50%). The results of the experiments were used to simulate the properties of concrete materials in ABAQUS software. According to the results, the compressive and splitting tensile strengths of the specimen with 30% GGBFS were 10% and 5.02% higher than those of the control specimen. Then 12 concrete beams were simulated in ABAQUS software. The effect of bar type (steel and GFRP), the ratio of longitudinal reinforcement, and the mechanical properties of concrete with and without GGBFS were investigated. The results showed that increasing the ratio of GFRP longitudinal reinforcement in beams without GGBFS caused a significant increase in the load-bearing capacity up to 21.89% and a decrease in the central displacement of the beams up to 15.10%. Also, the use of steel bars with the same ratio of longitudinal reinforcement as GFRP bars achieved better results (an increase of 29.38% in bearing capacity and a decrease of 35.15% in the central displacement of the specimens). It should be noted that the values of the bearing capacity and central displacement of the simulated specimens were compared with the corresponding values in the relations provided in the ACI 440.1R-15 guide.

    Keywords: GGBFS, GFRP bar, Steel bar, Bearing capacity, Central displacement, simulation. Energy dissipation modes
  • Amir Ebrahim Akbari Bagal*, Masoud Ghaderi Pages 71-83

    As steel fibers are important reinforcement materials in concrete, in this study, the behavior of hook-shaped steel fibers from concrete is predicted through the use of artificial neural networks. In the absence of comprehensive laboratory data, data obtained from finite element analysis was used for modeling. The simulations are carried out using ABAQUS software's finite element method in 3D. Using the concept of the transition zone of the interface, whose parameters were obtained by inverse finite element analysis and experimental tests conducted on a sample of fibers, this model has been developed to simulate the interaction between fibers and concrete. On the basis of the results of the numerical model validated against the experimental results, the effective parameters of the fibers were extracted, and a neural network was then constructed based on the results. A multilayer forward perceptron artificial neural network and back-propagation training algorithm are used to predict pull-out force, with Marquardt-Lonberg optimization applied. The results demonstrate that the neural network model presented in this research is an effective method for predicting the pull-out force of fibers from concrete, in part because it allows the use of more variables in modeling, as well as delivering more accurate results.

    Keywords: steel fibers, artificial neural network, pullout force, finite element model
  • Hadi Dehghan Manshadi *, Roham Reyhani, Mohammad Ali Dashti Rahmat Abadi Pages 84-99

    The Dirac delta function provides a simple and effective tool for representing point loads and singularities in structural problems, often leading to closed-form solutions. In this study, buckling of simple double-ended columns with one and two cracks has been analyzed analytically. Although in recent years this issue has attracted the attention of many researchers, the methods presented to solve the problem usually have a significant computational load. Therefore, in this study, a new approach has been used to solve the problem using the property of the Dirac's delta function. This approach simplifies the problem-solving process and significantly reduces the computational cost. Based on this, the crack is modeled with a bilateral behaviour via Dirac delta function. This model takes into account the crack closure effect on buckling behaviour of column by introducing a suitable switching criterion, which allows each crack to be open or closed depending on the sign of the axial strain at the crack centre. The proposed method was used to finding the buckling load, determining the effects of crack stiffness for both one and two-crack scenarios, and accounting for the effect(s) of crack opening and closing on the buckling load. For validation purposes, the finite element software SAP2000 was utilized.

    Keywords: Cracked column, Buckling, Dirac’s delta function, crack opening, closing, torsion spring
  • hossein nematian jelodar, Ata Hojatkashani, Rahmat Madandoust, abbas akbarpour nik ghalb rashti, Seyed Azim Hosseini Pages 100-110

    Repairing and Strengthening of concrete structures is of special importance and the mechanical properties of repair mortars and their compatibility with the base concrete are significant aspects in the field of repairing of damaged concrete structures. The bond strength parameter of materials is one of the important properties in the selection of repair mortars. In the current Experimental studies, the bond strength of 7 types of cement base mortars consisting Nano-Silica (NS), Micro-Silica (SF) and Polyvinyl Alcohol (PVA) fibers have been tested on base concrete according to ASTM C882 standard. The base concrete is made of fiber concrete with a target compressive strength of 45 MPa and consisting macrosynthetic fibers. The workability of fiber concrete was 120 mm, and the method of curing the samples was done as the wet method. The obtained results indicate that all 7 types of repair materials of this research were compatible with the base concrete and the sample with the combination of PVA fibers and Nano-Silica in cement-based mortars has increased the bond strength of the samples by 85% compared to the samples without fibers. The highest bond strength among the samples was related to cement based mortar containing PVA fibers and Nano-silica (PVA0.75NS6) with bond strength equal to 21.83 MPa.

    Keywords: Fiber reinforced concrete, Bond strength, Nano-silica, Micro-silica, PVA fiber