فهرست مطالب

مهندسی عمران فردوسی - سال سی‌ام شماره 1 (پاییز 1396)

نشریه مهندسی عمران فردوسی
سال سی‌ام شماره 1 (پاییز 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/10/29
  • تعداد عناوین: 8
|
  • پژوهشی
  • میلاد گودرزی، مسعود قدسیان، مجتبی مهرآیین صفحات 1-12
    سرریزهای کنگره ای از سازه های هیدرولیکی مهم در جهت تنظیم سطح آب و کنترل جریان در کانال ها، رودخانه ها و مخازن سدها به شمار می آید. نظر به اینکه در بعضی از سدها فضای کافی برای تعریض آنها به منظور افزایش دبی عبوری وجود ندارد لذا استفاده از سرریز کنگره ای یکی از بهترین راه حل های ممکن است. درصورتی که سیکل‏های سرریز کنگره ای خطی در مخازن سدها روی یک انحنا قرار بگیرد طول تاج آن افزایش می یابد و شرایط جریان ورودی بهبود می یابد و منجر به افزایش ضریب آبگذری می شود. پژوهش آزمایشگاهی حاضر، روند تغییرات ضریب آبگذری برای شیب های مختلف دیواره پایین دست سرریز را مورد بررسی قرار داده است. بدین منظور دو سرریز کنگره ای با زاویه دیواره جانبی 6 و 25/11 درجه و برای هر کدام چهار شیب دیواره پایین دست مورد آزمایش قرار گرفته است. براساس آزمایش ها و نتایج به دست آمده مشاهده شد شیب دیواره پایین دست سرریز باعث کاهش ضریب آبگذری می‏شود که دلایل آن در این مقاله به تفصیل آورده شده است. نتایج حاصل به صورت روند تغییرات ضریب آبگذری برحسب نسبت ارتفاع جریان به ارتفاع سرریز ارائه شده است، همچنین روند تغییرات ضریب آبگذری به شیب‏های مورد بررسی ارائه شده است. به منظور استفاده طراحان این نوع سرریزها، رابطه ای برای تخمین ضریب آبگذری برای هر یک از شیب های مورد بررسی، ارائه شده است.
    کلیدواژگان: سرریز کنگره ای انحنادار، ضریب آبگذری، شیب دیواره پایین دست
  • خسرو مهرشاهی، حمید علی الهی صفحات 13-30
    در این مقاله با استفاده از آنالیز برگشتی حاصل از نتایج ابزاردقیق و به کمک روش عددی، به برآورد پارامترهای تاثیرگذار در روند طراحی عملیات پیش بارگذاری با خاکریز به همراه زهکش های قائم (PVDs) پرداخته شده است. بهعنوان مطالعه موردی، پروژه انبار نفت ماهشهر واقع در بندر ماهشهر درنظر گرفته شده است. برای کنترل نتایج محاسبات و عملکرد مناسب خاکریزها از ابزارهایی دقیق نظیر نشست سنج ها و پیزومترها که در تمامی نقاط خاکریز نصب شده اند، بهره گرفته شده است. نتایج نشان می دهد که پارامتر های آزمایشگاهی درنظر گرفته شده برای محاسبات اولیه نشست تحکیمی خاک کمتر از مقادیر واقعی اندازه گیری شده درنظر گرفته شده است. درنهایت مقادیر نشست تخمینی مخزن نفت مربوط در قبل و پس از بهسازی خاک مورد مقایسه قرار گرفته است که نتیجه حاصل حاکی از عملکرد مناسب عملیات پیش بارگذاری خاک در پروژه حاضر می باشد.
    کلیدواژگان: پیش بارگذاری، زهکش های شعاعی، نشست تحکیمی، زمان تحکیم، روش عددی
  • بهروز کشته گر، صادق اعتدالی صفحات 31-42
    عملکرد صفحات مستطلیلی به علت تصادفی بودن بارهای وارده، خواص مصالح، ابعاد و شرایط تکیه گاهی ممکن است تغییر کند. در این مقاله، احتمال خرابی صفحات فلزی مستطیلی نسبت به شرایط تکیه گاهی مختلف با استفاده از یک روش اولین مرتبه قابلیت اعتماد بر اساس طول گام منتاهی تحت تابع عملکرد جابجایی، ارزیابی شده است. متغیرهای تصادفی مانند مصالح، بار وارده و ابعاد صفحات به کمک توابع احتمال نرمال، لوگ-نرمال در تحلیل قابلیت اعتماد در نظر گرفته شده است. یک طول گام متناهی در روش پیشنهادی قابلیت اعتماد با استفاده از قاعده امتداد جستجوی Armijo توسعه داده شده که علاوه بر سادگی، کارایی و توانمندی بالایی را دارد. نتایج نشان می دهد که کاهش ابعاد صفحه موجب کاهش احتمال خرابی شده و صفحات با شرایط تکیه گاهی دو انتها آزاد نسبت به صفحات با شرایط مرزی گیردار احتمال خرابی بالاتری را نشان داده اند. حداقل ضخامت صفحات با شرایط تکیه گاهی ساده جهت عملکرد مطلوب بر اساس تحلیل قابلیت اعتماد در حدود 300/(محیط صفحه)، نتیجه شده است.
    کلیدواژگان: روش طول کم متناهی، صفحات مستطیلی، شرایط مرزی مختلف، عدم قطعیت مدلسازی
  • مرتضی کاظمی تربقان، محمدرضا سهرابی، حسن حاجی کاظمی صفحات 43-62
    اتصالات ویژه پیش ساخته شامل راس هرمی یکی از نوآوری ها در زمینه اتصالات فولادی پیش ساخته می باشد که برای دقت در نصب و سرعت اجرا پیشنهاد شده است. در این مقاله به بررسی اندرکنش بین اتصال فرم سازه ای پیش ساخته مدولار فلزی و قسمت هرمی شکل پرداخته می شود. برای این منظور قسمت هرمی شکل با ابعاد مختلف در نرم افزار آباکوس که صحت سنجی آن توسط نتایج یک نمونه آزمایشگاهی صورت گرفته است مدل سازی می شود و تحت بارگذاری تناوبی براساس آیین نامه ATC-24 قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که تمامی نمونه ها قادر به تحمل دوران بیشتر از 01/0 رادیان در قسمت خطی و حداقل 06/0 رادیان بدون کاهش در مقدار نیروی قابل تحمل می باشند که نشان دهنده ظرفیت دورانی بالای این اتصال می باشد و همچنین بیانگر آن است که این فرم سازه ای جزء قاب های خمشی با شکل پذیری ویژه محسوب می گردد. بیشترین ظرفیت جذب انرژی مربوط به نمونه ای می باشد که قسمت هرمی شکل برروی صفحه اتصال ستون پایین و یک مقطع قوطی شکل برروی صفحه اتصال ستون بالا قرار داشته باشد. عدم استفاده از تکیه گاه جانبی در تیر، می تواند سبب پیچش در تیر و کاهش 42درصدی مقاومت اتصال گردد.
    کلیدواژگان: اتصال جدید، اندرکنش، ستون با راس هرمی، بارگذاری تناوبی
  • میلاد جهانگیری، بهروز احمدی ندوشن صفحات 63-78
    تحقیقات زیادی در تکنیک شناسایی خسارت در سازه ها با استفاده از بهینه سازی تک هدفه انجام گردیده است. اخیرا، کاربرد روش های بهینه سازی چندهدفه موردتوجه محققان قرار گرفته است. از این رو، در این پژوهش با استفاده از الگوریتم های نوین بهینه سازی تکاملی چندهدفه و بیان توابع هدف سختی و شکل مودی به منظور شناسایی خسارت در تیر دوسرساده و در تیر دوسرگیردار پرداخته شده است. نتایج حاصل از تیر دوسرگیردار با نتایج تجربی دیگر محققان مقایسه گردیده است. نتایج نشان می دهد که روش پیشنهادشده منجر به عملکرد مطلوب در موقعیت یابی و کیفیت سنجی خسارت می گردد.
    کلیدواژگان: شناسایی خسارت، بهینه سازی چندهدفه، الگوریتم تکاملی
  • مسعود مهماندوست کتلر، علی اخترپور، مرتضی سالاری صفحات 79-92
    بتن پلاستیک، بتنی با مقاومت کمتر، شکل پذیری بالاتر و نفوذپذیری کمتر از بتن معمولی، یکی از روش های موثر برای کنترل تراوش سازه های آبی احداث شده روی پی های آبرفتی تغییر شکل پذیر می باشد. با توجه به تفاوت های رفتاری بتن پلاستیک نسبت به بتن های معمولی، اکثر مدل های رفتاری پیشنهادشده برای بتن های معمولی، توانایی بسیار محدودی در شبیه سازی رفتار تغییرشکلی مصالح بتن پلاستیک دارند و در اکثر موارد مدل ساده مورکولمب را برای این مصالح درنظر می گیرند. از این رو تعیین یک مدل رفتاری مناسبی که بتواند رفتار تنش-کرنش و کرنش حجمی-محوری مصالح بتن پلاستیک را به طور مناسبی پیش بینی نماید ضروری می باشد. در این مطالعه با استفاده از یک سری نتایج آزمون های سه محوری زهکشی شده بر روی مصالح بتن پلاستیک، رفتار مصالح با یک مدل الاستوپلاستیک که ویژگی های رفتاری سخت شوندگی و نرم شوندگی کرنشی مصالح در آن درنظر گرفته می شود با استفاده از برنامه تفاضل محدود FLAC2D شبیه سازی شدهاست. بدین منظور با پیشنهاد توابع اصطکاک، چسبندگی و اتساع بسیج شده ویژه ای برای مدل رفتاری مذکور، سطح تسلیم و پتانسیل آن به گونه ای اصلاح شده است که قابلیت مناسبی در شبیه-سازی رفتار تنش-کرنش و کرنش محوری-حجمی بتن پلاستیک را در شرایط بارگذاری آزمون سه محوری زهکشی شده داشته باشد. نتایج این شبیه سازی نشان می دهد، مدل رفتاری اصلاح شده کارایی بسیار مناسبی را در شبیه سازی رفتار مصالح بتن پلاستیک دارد.
    کلیدواژگان: مدل رفتاری الاستو- پلاستیک، بتن پلاستیک، مدل رفتاری سخت شونده- نرم شونده کرنشی، آزمایش سه محوری
  • یادداشت پژوهشی
  • حسن شرفی، یزدان شمس ملکی صفحات 93-112
    بررسی ظرفیت باربری جانبی شمع های تحت بارجانبی در مجاورت زمین های شیب دار و همچنین زمین های مسطح ازجمله موضوعات موردبحث در زمینه مهندسی شالوده های عمیق در دهه های اخیر می باشد. برآورد میزان سختی جانبی لایه های خاک، یا به شکل دیگر ضریب واکنش بستر جانبی، چالشی قدیمی در زمینه تشکیل منحنی های p-y تجربی (آزمایشگاهی) و تئوری بوده است. در این مقاله به کمک تحلیل های عددی صورت گرفته در نرم افزار تفاضل محدود سه بعدی FLAC3D اقدام به برآورد سختی جانبی خاک تابع عمق z در طول شمع های بتنی در عمق های مختلف در زمین های شیب دار و مسطح و در انواع خاک های چسبنده، اصطکاکی (دانه ای) و مختلط از نوع c- شده است. به منظور برآورد سختی جانبی خاک در عمق های مختلف به کمک این روش عددی، منحنی های p-y در عمق های مختلف در طول شمع بتنی با مقطع دایروی تحت بارگذاری جانبی استاتیکی تا حد تسلیم خاک استخراج شده است. از چندجمله ای درجه ششم برای تقریب رابطه مابین سختی جانبی خاک و پارامترهای بدون بعد مشخصه های هندسی و مقاومتی خاک، شمع و فصل مشترک شمع-خاک استفاده شده است که برای مولفه چسبندگی خاک به چندجمله ای درجه چهار کاهش یافته است. در پایان مقاله به منظور صحت سنجی روش عددی استخراج منحنی های p-y در این تحقیق، تعدادی آزمایش های معتبر بارگذاری جانبی شمع باروش تحقیق حاضر، مورد بررسی قرار گرفته اند و منحنی های بار- تغییرمکان سر شمع برای آنها محاسبه شده است. نتایج صحت سنجی، توافق خوبی مابین نتایج آزمایش ها و روش عددی تحقیق حاضر به دست می دهد.
    کلیدواژگان: شمع تحت بار جانبی، سختی جانبی خاک، منحنی های p-y، تحلیل سه بعدی تفاضل محدود، روابط تجربی
  • مریم یاسمی، بهرام نوایی نیا، جواد واثقی امیری، مهدی علیجانی اردشیر صفحات 113-125
    در این تحقیق حل بسته اندرکنش سد و مخزن بااحتساب اثر ویسکوزیته سیال مخزن و جذب انرژی توسط رسوبات کف مخزن تحت بارهای هارمونیک ارائه می گردد. بدین منظور معادلات حاکم بر محیط مخزن و سد در محدوده فرکانس حل و باتغییر پارامترهای مختلف، پاسخ فشار هیدرودینامیکی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که درنظر گرفتن لزجت سیال باعث پیچیده تر شدن روابط میشود؛ پاسخ ها به مقدار لزجت، میزان ضریب جذب کف مخزن، پریود تحریک و نیز پریود طبیعی سیستم سد-مخزن وابسته است؛ باافزایش مدول الاستیسیته سد، تغییرمکان تاج سد و فشار هیدرودینامیک مخزن کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: حل بسته، ویسکوزیته سیال، سدهای بتنی وزنی، فشار هیدرودینامیک، اندرکنش سد و مخزن
|
  • Milad Goodarzi, Masoud Ghodsian, Mojtaba Mehraein Pages 1-12
    Labyrinth Spillways are one of the hydraulic structures to regulate and control the flow of water in canals, rivers and reservoirs. In some situations, there is no enough space for increasing the length of the weir to increase the discharge. Therefore, labyrinth spillways are one of the solutions for this problem. If the cycle of linear labyrinth spillway is located on the curve, then the crest length increases, and as a result the inlet flow condition is improved and the hydraulic coefficient increases. In this laboratory study, the discharge coefficient for different downstream wall slopes is studied. 2 different spillways with side-wall angle (6 and 11/25) and 4 downstream wall slope are studied. The results indicate that downstream wall sloping reduces the hydraulic coefficient. Discharge coefficient variations with downstream slope and flow height on spillway crest were studied. Different equations were presented to estimate the discharge coefficient of the spillway by considering the downstream slope.
    Keywords: Labyrinth Spillway, Arc Labyrinth Spillway, Hydraulic Coefficient, Downstream Wall Slope
  • Khosrow Mehrshahi, Hamid Alielahi Pages 13-30
    In his paper, back-analysis using rsults from instrumentation by finite element software for design of preloading method by embankment with prefibricated vetical drains (PVDs) was used, and the results were compared with each other. Hence, the basic geotechnical parameters obtained by laboratory and field experiments have been modified using this method. In this regard, the Mahshahr oil storage project has been used as a case study. All of the methods that are used for improving soil must ultimately result in increased soil resistance parameters, reduced compressibility, and reduced soil permeability. The soil improvement technique using preloading was used in Mahshahr where there are soft soil layers beneath higher than sub-surface water. control performance of the embankments, some instruments such as Settlement Plates and Piezometers have been used. The results obtained from the analysis shows that settlement parameters obtained from the instruments data by back-analysis were less than primary consolidation settlement parameters based on laboratory tests. Finally, soil settlement estimation of the oil tank was compared before and after preloading, and it was found that using this method for soil improvement can be very efficient in the current project.
    Keywords: Preloading Method, Radial Drains, Consolidation Settlement, Numerical Approach
  • Behrooz Keshtegar, Sadeq Etedali Pages 31-42
    The performance of plates can be changed due to their uncertainties in applied loads, material properties, geometry and boundary conditions. In this paper, the failure probabilities of rectangular steel plates are evaluated using the displacement performance function using the first-order reliability method (FORM) – based on a novel finite-step length. The displacement limit state function of the isotropic plates for different boundary conditions is used for their reliability analysis based on the random variables such as material, plate dimensions and applied external load which have been simulated by use of Normal and Lognormal distribution functions. The finite-step length of FORM is developed based on Armijo line search that is simply computed and is improved the robustness and efficiency of FORM. The results demonstrate that by decreasing plate dimensions, the failure probabilities are decreased. The failure probabilities of plates with free boundary conditions are obtained to be more than the failure probabilities of plates with clamped boundary conditions. The minimum thicknesses of rectangular plates with simply supported conditions are found to be about (around plate)/300 to achieve a reliable performance.
    Keywords: Finite-Step Length Method, Rectangular Plates, Different Boundary Conditions, Uncertainties
  • Morteza Kazemi Torbaghan, Mohammadreza Sohrabi, Hasan Hajikazemi Pages 43-62
    Special prefabricated connections and pyramid-shaped column heads are important innovations in steel structural forms. These connections have been proposed for accurate assembly and prompt implementation. In this study, the interactions between the two parts of connections have been investigated. For this purpose, the pyramid-shaped part is modeled in the ABAQUS software with different dimensions and under cyclic loads according to ATC-24 code. For verification of the software outputs, the outputs of the software have been compared to the experimental results. The results show that all specimens can bear a 0.01 radian rotation in the linear region and at least 0.06 radian rotation without a reduction in the tolerated force. These results demonstrate that the connection has a high rotational capacity and may be classified in the special moment frames. Maximum energy absorption capacity occurs in the specimen whose pyramid-shaped part is placed on the flange of the lower column and a box section is also placed on the flange of the upper column. Beams without lateral support show 42 percent reduction in connection resistance compared with un-rotated beams due to rotation.
    Keywords: New Connection, Interaction, Column with Pyramid Head, Cyclic Loading
  • Milad Jahangiri, Behrooz Ahmadi Nedushan Pages 63-78
    Many researchers have applied single-objective optimization algorithms for structural damage identification. Recently, multi-objective optimization algorithms have also been considered for this purpose. This article applies two recent multi-objective evolutionary optimization algorithms and modal shape and stiffness objective functions for structural damage detection in a simply supported beam and a two fixed-end moment beam. For the fixed supported beam, the results are compared with the experimental results from the literature. The results demonstrate the good performance of proposed approach in localization and quantification of damages.
    Keywords: Damage Identification, Multi-Objective Optimization, Evolutionary Algorithms
  • Masoud Mehmandoost Kotlar, Ali Akhtarpour, Morteza Salari Pages 79-92
    In this research, the behavior of plastic concrete materials with a strain Hardening/Softening Elasto-Plastic constitutive model are investigated using FLAC software based on a series of drained triaxial test results. The constitutive model is based on the mobilized strength (friction and cohesion) and mobilized dilatation angle concepts. The results indicate that the assumed functions of modified mobilized friction angle and mobilized cohesion (The Yield function of the model) which are common for geotechnical materials, can predict stress-strain behavior with a sufficient accuracy. However, they cannot simulates the Volume changes due to dilation effects accurately, especially for plastic concrete with a relatively high stiffness and strength. Therefore, the potential function of the model is modified. The stress-strain and Volume strains that have been obtained from the modified model are in good agreement with the experimental data, especially for soft plastic concrete, as well as for hard plastic concrete in a low confining pressure.
    Keywords: Elasto-Plastic Constitutive Model, Plastic Concrete, Strain Hardening-Softening, Triaxial Tests
  • Hassan Sharafi, Yazdan Shams Maleki Pages 93-112
    Investigation of lateral bearing capacity of piles under lateral loading in the vicinity of soil slopes and level ground is one of the interesting issues in the engineering of the deep foundations in recent decades. In the meantime, the estimation of lateral stiffness of soil layers, coefficient of soil reaction, ks, is an old challenge on the basis of the creation of empirical (testing) and theoretical p-y curves. In this paper, we attempt to estimate lateral soil stiffness in the length of concrete piles in various depths in sloped ground and level ground and in the all type of soils, including cohesive soil, frictional (granular) soil and mixed soil, i.e. c-φ soil with the aid of numerical analysis in three dimensional finite difference software, Flac3D. For the purpose of estimating lateral soil stiffness, Ki, in different depths by means of this numerical method, the p-y curves have been derived in several depths in the length of concrete pile with circular section under static lateral loading up to the threshold of the yielding of soil materials. The empirical relationship established between soil lateral stiffness Ki and the effective dimensionless parameters on the Ki in general is calculated as a six order polynomial, and this six order polynomial reduces to a fourth order polynomial for the cohesion component of the soil. At the end of the paper, some well documented lateral loading tests by the present numerical method have been investigated for validation of the numerical method of derivation of the p-y curves and pile-head load deflection curves, H-y curves have been calculated and are compared with other results obtained by other researchers and methods. There are good agreements between test results and the results obtained from the numerical method presented in this paper.
    Keywords: Pile under Lateral Loading, Soil Lateral Stiffness, p-y Curves, Three Dimensional Finite Difference Analysis, Empirical Relationships
  • Maryam Yasami, Bahram Navayi Neya, Javad Vaseghi Amiri, Mehdi Alijani Ardeshir Pages 113-125
    This paper concentrates on the presentation of a closed form solution of dam-reservoir interaction considering reservoir viscosity and bottom absorption under harmonic excitations. For this purpose, the governing equations of dam-reservoir are solved in the frequency domain and using the obtained frequency response function, the effects of different parameters are considered on dam or hydrodynamic pressure response. The results show that consideration of reservoir viscosity creates an imaginary term and the responses depend on values of viscosity, bottom absorption, exited period and dam-reservoir period.
    Keywords: Closed form Solution, Fluid Viscosity, Concrete Gravity Dam, Hydrodynamic Pressure, Dam Reservoir Interaction