فهرست مطالب

نشریه مهندسی عمران فردوسی
سال سی و یکم شماره 2 (تابستان 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/08/14
  • تعداد عناوین: 9
|
  • محسن گرامی، علی خیرالدین، فرشته خراسانی صفحات 1-22
    در این پژوهش به بررسی نیاز لرزه ای سازه های مرکب RCS تحت زلزله های حوزه نزدیک گسل پرداخته شده است. به همین منظور تعداد 5 قاب خمشی مرکب RCS با شکل پذیری متوسط و در طبقات 4 ، 7 ، 10 ، 15 و 20 و 5 دهانه 5 و 7 متری طراحی شد و سپس تحلیل دینامیکی غیرخطی توسط نرم افزار OpenSees بر روی سازه ها انجام شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که جابجایی طبقات تحت زلزله های نزدیک گسل بیشتر از زلزله های حوزه دور می باشد به نحوی که با افزایش ارتفاع سازه ، اختلاف میان آنها کاهش می یابد. سازه های بلند مرتبه دهانه 7 متری در طبقات تحتانی و فوقانی زاویه دریفت ناشی از دور از گسل بیشتر از زاویه دریفت نزدیک گسل است.
    کلیدواژگان: قاب خمشی مرکب (RCS)، زلزله های نزدیک گسل، زلزله دور از گسل، تحلیل دینامیکی غیرخطی، اثر طول دهانه
  • فرهود کلاته، فریده حسین نژاد صفحات 23-40
    افزایش قابل ملاحظه فشار¬های آب منفذی هسته حین ساخت سدهای خاکی می¬تواند منجر به بروز پدیده¬ی شکست هیدرولیکی هنگام آبگیری سد گردد. لذا اطلاع کامل از الگوی ایجاد اضافه فشار آب حفره¬ای در هسته سد امری ضروری می¬باشد. در تحقیق حاضر با بکارگیری روش المان محدود در تحلیل همبسته سدهای خاکی، مقادیر فشار آب منفذی و تغییرمکان¬های ایجاد شده حین ساخت سد درونگر با استفاده از کد نگاشته شده در محیط فرترن برآورد گردیده و نتایج با داده های ابزاردقیق مقایسه شده¬اند. درنهایت با استفاده از آنالیز بازگشتی مقدار واقعی نفوذپذیری هسته ونسبت نفوذپذیری افقی به قائم مشخص شده است.
    کلیدواژگان: سد خاکی، معادلات بیوت، تحلیل کوپل، فشار آب منفذی
  • مهرداد محمدنژاد، حسن حاجی کاظمی صفحات 39-53
    در این تحقیق، معادلات انتگرالی تضعیف شده جهت محاسبه فرکانس های طبیعی ارتعاش سازه های بلند دارای جرم و سختی متغیر در ارتفاع و تحت تاثیر نیروی محوری ارائه شده است. معادله دیفرانسیل حاکم بر ارتعاش آزاد یک تیر کنسول غیرمنشوری با سختی برشی و سختی خمشی و تحت تاثیر نیروی محوری، از طریق چهار مرتبه انتگرال گیری پی در پی به فرم تضعیف شده ی آن تبدیل شده است. با تقریب تابع مد شکل ارتعاش توسط یک سری توانی، معادله انتگرالی به یک دستگاه معادلات جبری خطی تبدیل شده است. در نهایت با محاسبه جواب غیر بدیهی دستگاه معادلات ، فرکانس های طبیعی ارتعاش سازه بلند بدست آمده است. سازه مورد نظر در نرم افزار SAP-2000 مدل سازی شده و نتایج تحلیل به کمک روش ارائه شده، نتایج مدل سازی در نرم افزار و همچنین نتایج بدست آمده از روش های سایر محققین با یکدیگر مقایسه شده است.
    کلیدواژگان: سازه بلند، تیر برشی- خمشی، فرم تضعیف شده، معادله انتگرالی، نیروی محوری، فرکانس طبیعی ارتعاش
  • محمدرضا افتخار، مهران امامی صفحات 55-70
    یکی از روش¬هایی که اخیرا برای مقاوم سازی و بهسازی لرزه¬ای اعضای سازه¬های بنایی و بتنی متداول شده است، استفاده از انواع الیاف پلیمری (FRP) است. از جمله مسائل مهم در تقویت دیوارهای بنایی توسط FRP، جداشدگی ورقه¬های مذکور از سطح دیوار می¬باشد. در این تحقیق به بررسی تاثیر روش¬های آماده سازی سطح دیوار بر ظرفیت باربری و شکل پذیری دیوارهای بنایی تقویت شده با ورقه¬های FRP پرداخته شده است. برای اتصال صفحات تقویتی به سطح دیوار، از روش¬های نظیر سوراخ زنی، شیار زنی، آماده سازی سطحی و میخ گذاری استفاده شده است. در این تحقیق، 11 نمونه دیوار بنایی ساخته شده و تحت بارگذاری کشش قطری قرار گرفته¬اند. نتایج نشان می¬دهد که شکل¬پذیری نمونه¬های تقویتی نسبت به نمونه¬های بدون تقویت تا حدود 110 درصد افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: دیوار بنایی، کامپوزیت FRP، روش¬های جای¬گزین آماده سازی سطح، جداشدگی الیاف، آزمایش کشش قطری
  • نیما مهران نیا، جواد نظری افشار، فرزین کلانتری صفحات 71-85
    استفاده از ستون های سنگی در افزایش ظرفیت باربری خاک های ضعیف یکی از روش های متداول در بهسازی خاک ها می باشد. در این تحقیق با استفاده از آزمایش های بزرگ مقیاس ظرفیت باربری ستونهای سنگی شناور در دو حالت مسلح و غیر مسلح مورد بررسی قرار گرفته است. ستونهای سنگی مورد استفاده در این تحقیق دارای قطر60 میلی متر با طول 200 و350 میلی متر و قطر80 میلی متر با طول 400 میلی متر بوده و در تسلیح آنها از ژئوتکستایل بافته نشده استفاده شده است. نتایج بیانگر آن است که افزایش قطر و طول ستون سنگی و همچنین استفاده از ژئوتکستایل به عنوان غلاف ستون سنگی باعث افزایش ظرفیت باربری ستون سنگی شده است. افزایش قطر ستون سنگی موثرتر از افزایش طول آن است درواقع بهتر است به جای استفاده از ستون سنگی با طول زیاد و قطر کم، از ستون سنگی با قطر زیاد و طول مناسب استفاده نمود (نسبت طول به قطر بیشتر از 5). با استفاده از غلاف ژئوتکستایل نسبت تمرکز تنش در ستون سنگی افزایش یافته و ظرفیت باربری افزایش پیدا میکند. مسلح نمودن ستون سنگی با قطر بیشتر، موثرتر از مسلح نمودن ستون سنگی با طول بیشتر است.
    کلیدواژگان: ستون سنگی، ظرفیت باربری، ژئوتکستایل، مسلح سازی، بهسازی زمین
  • مهناز اکبرزاغی، بهروز احمدی ندوشن صفحات 87-99
    یکی از روش های پیشنهادی برای کاهش وزن سازه ها، معرفی فضاهای خالی در سازه است. این موضوع ایده ی اولیه شکل¬گیری بهینه سازی توپولوژی است. یکی از مشکلاتی که در مسائل بهینه سازی توپولوژی با المان¬های چهارضلعی مشاهده می شود، مسئله ی ایجاد پدیده ی شطرنجی است. به طورکلی گسسته سازی که تخمین بهتری از دامنه پیوسته ارائه دهد، ایجاد پدیده ی شطرنجی را کاهش می دهد. یک راهکار برای جلوگیری از پدیده ی شطرنجی در مسائل بهینه سازی توپولوژی استفاده از المان¬های چندضلعی است. در این مقاله، دو مثال با دامنه طراحی محدب و غیر محدب برای بررسی کاربرد المان¬های چندضلعی غیریکنواخت در بهینه¬سازی توپولوژی چندهدفه تحلیل شده و نتایج نشان دهنده کاهش زمان محاسبات و بهبود نمودار پارتو با المان غیریکنواخت می باشند.
    کلیدواژگان: بهینه سازی توپولوژی چندهدفه، نمودار پارتو، المان های چندضلعی، الگوریتم لوید، نمودار ورونوی
  • حسین احمدوند، علیرضا حبیبی * صفحات 101-116

    بتن خودتراکم از بتن¬های نوین پر¬کاربرد در دو دهه اخیر می¬باشد. هدف از پژوهش حاضر، ارائه روشی جدید برای ارائه نسبتهای بهینه و مناسب مصالح مصرفی بتن خودتراکم می¬باشد، بطوریکه ضمن حداقل نمودن هزینه ساخت یک متر¬¬مکعب بتن، مقاومت فشاری حداکثر نیز حاصل گردد. روش پیشنهادی یک روش تحلیلی می¬باشد. در این روش با استفاده از مفاهیم بهینه¬سازی نظیر تابع لاگرانژین و شرایط کان – تاکر و معرفی رابطه خاصی برای مقاومت فشاری بتن، بدون نیاز به محاسبات رایانه¬ای و براساس یک روش کاملا تحلیلی نسبتهای بهینه¬ای برای طرح اختلاط بتن ارائه می¬گردد. روش پیشنهادی یک روش عمومی می¬باشد و برای انواع بتن کاربرد دارد، ولیکن به منظور معرفی آن، برای بتن خودتراکم با مقاومت بالای حاوی خاکستر بادی مورد استفاده قرار گرفته است. بدین منظور در ابتدا مدل بهینه¬¬سازی طرح اختلاط بتن که تاثیر نتایج آزمایشگاهی در آن لحاظ گردیده است توسعه داده می¬شود. سپس با استفاده از یک آلگوریتم بهینه¬سازی تحلیلی، طرح اختلاط بهینه بتن با مقاومت مورد نظر بدست می¬آید. نتیجه بهینه¬سازی مشخص نمود که با استفاده از روش پیشنهادی می¬توان نسبتهای بهینه¬ای برای طرح اختلاط بتن¬های خودتراکم با مقاومت¬ بالا ارائه نمود به نحوی که با حداقل مقادیر آب و مواد سیمانی تولید گردیده و هزینه تولید بتن نیز کمترین مقدار را داشته باشد.

    کلیدواژگان: طرح اختلاط، بتن خودتراکم، بهینه سازی، هزینه، مقاومت فشاری
  • بهناز حیدری قبادی اسکی، حمیدرضا توکلی، حامد حمیدی، رضا رهگذر صفحات 117-128
    در این پژوهش تاثیر الگوی بارگذاری گسترده جانبی مستطیلی، مثلثی و ذوزنقه ای بر موقعیت بهینه مهار بازویی و کمربند خرپایی با استفاده از معیار انرژی مورد بررسی قرار گرفته است. اثر سیستم مهار بازویی، کمربند خرپایی بر هسته مهاربندی به صورت فنر پیچشی در محل قرارگیری مهاربازویی و کمربند خرپایی درنظر گرفته شده است. محل بهینه ی فنر، با ماکزیمم شدن انرژی جذب شده توسط فنر بدست می¬آید. موقعیت بهینه ی مهار بازویی و کمربند خرپایی تحت تاثیر سه نوع الگوی بارگذاری جانبی برای سازه ای با یک، دو، سه و چهار مهار بازویی و کمربند خرپایی محاسبه شده است. نتایج حاصله با استفاده از روش پیشنهادی با نتایج بدست آمده از آنالیز کامپیوتری، برای یک ساختمان بلند 60 طبقه مقایسه شده است. نتایج بدست آمده بیانگر دقت قابل قبول روش پیشنهادی می¬باشد که به تخمین خوبی از پاسخ سازه واقعی منجر می¬گردد.
    کلیدواژگان: الگوی بارگذاری جانبی، موقعیت بهینه، مهار بازویی و کمربند خرپایی، ساختمان های بلند، معیار انرژی
  • سید حسین قاسم زاده، یاسر قربانی شمشادسرا صفحات 129-141
    بتن سبک به واسطه ویژگی های خاص خود ازجمله سبک سازی سازه ها حائز اهمیت می باشد. این مقاله تاثیر میکروسیلیس و نانوسیلیس را روی خواص ‏مکانیکی بتن الیافی حاوی سبکدانه اسکوریا مورد ارزیابی قرار می دهد. میکروسلیس و نانوسیلیس در مقادیر مختلف جایگزین وزنی سیمان شده است. مقدار مصرف الیاف فولادی و پلی پروپیلن با نسبت های حجمی و طول به قطر مختلف، متفاوت می باشد. در این مطالعه هفده طرح مختلف تحت ‏آزمایش های مقاومت مکانیکی و جذب آب و وزن مخصوص قرار گرفتند که نتایج به دست آمده درصد جایگزینی بهینه میکروسیلیس و نانوسیلیس را به ترتیب ‏‏10 و 3 درصد و تاثیر الیاف فولادی را بهتر از الیاف پلی پروپیلن بر خواص مکانیکی بتن سبک نشان می دهد. ‏
    کلیدواژگان: سبکدانه اسکوریا، میکروسیلیس، نانوسیلیس، الیاف فولادی و پلی پروپیلن، خواص مکانیکی
|
  • Mohsen Gerami, Ali Kheyroddin, Fereshteh Khorasani Pages 1-22
    In this research the seismic demand of RCS structures under the near-fault earthquakes is investigated. For this purpose 5 RCS intermediate moment frames with 4, 7, 10, 15 and 20 stories and 5 spans (span length 5 and 7m) were designed. Then nonlinear dynamic analysis was performed on the structures using the OpenSees software. Results show that the stories displacement under the near-fault earthquakes is larger than the far-fault earthquakes so that with increase in the structure height the difference between them decreases. In high rise structure with 7m length span, the drift-angle due to the far-fault earthquake is greater than the near-fault earthquake.
    Keywords: RCS Moment Frame, Near Fault Earthquake, Far Fault Earthquake, Nonlinear Dynamic Analysis, Span Length.
  • Farhoud Kalateh, Farideh Hoseinnejad Pages 23-40
    A significant increase in pore water pressure during construction of earth dams may lead to the hydraulic fracture of dam body in pounding. Thus having sufficient information about generation pattern of excess pore water pressure inside the core is essential. In the present study, using finite element method in coupled analysis of earth dams, excess pore water pressure and displacement values are estimated during the construction of Daroongar dam by developed Fortran code, and the results were compared with instrumentation data. Finally the actual amounts of horizontal and vertical permeability coefficients were determined for the materials by regression analysis.
    Keywords: Earth Dam, Biot Equations, Coupled Analysis, Pore Water Pressure
  • Mehrdad Mohammadnejad, Hasan Haji Kazemi Pages 39-53
    In this paper, weak form integral equations is presented for dynamic response analysis of tall structures with variable stiffness and mass along the height under axial force. Through repetitive integration, the governing differential equation is converted into its weak form integral equation. The tall structure is modeled by a non-prismatic cantilever beam. By approximation of the mode shape function by a power series, the integral equation is converted into a system of linear algebraic equations. The natural frequencies of tall structure are calculated by determination of a non-trivial solution for system of equations. The analysis results are compared by those obtained from SAP-2000 software and other available references.
    Keywords: Tall Structure, Shear-Bending beam, Weak form integral equation, Axial force, Natural frequency.
  • Mohammad Reza Eftekhar, Mehran Emami Pages 55-70
    One of the ways that is conventional in the last two decades for seismic improvement and retrofit of concrete and masonry structures is using the various fiber reinforced polymers (FRP). Among the most important issues in reinforcement of masonry walls by FRP composites, there is debonding of FRP sheets from the surface of the wall. Therefore in the current study the effect of wall surface preparation methods on the bearing capacity and ductility of masonry walls strengthened with FRP sheets have been investigated specifically. While using alternative methods of surface preparation such as grooving, holes and nailing, indices of strength and behavior of reinforced wall under alternative methods of surface preparation have been studied. To achieve this aims, the number of 11 unreinforced masonry walls was constructed in the laboratory. These results show ductility index for reinforcement wall incrased 110 relative to unreinforced wall.
    Keywords: Masonry Wall, GFRP Composite, Alternative Methods of Surface Preparation, Debonding, Diagonal Tensile Test.
  • Nima Mehrannia, Javad Nazariafshar, Farzin Kalantary Pages 71-85

    Using stone column is an efficient method to increase bearing capacity of soft soils. In this research, the bearing capacity of flouting stone columns in reinforced and unreinforced modes were examined using large-scale laboratory tests. The stone columns used in this study are with 60mm diameter with 200 and 350mm length and 80mm diameter with 400mm length. These columns are reinforced with nonwoven geotextile. Results show that increasing in diameter and length of stone column and using geotextile as encased stone column increased bearing capacity of stone column. Increasing the diameter of stone column is more effective than increasing the length of stone column. In fact, it is better to use stone column with excessive diameter and proper length (length to diameter ratio more than 5) instead of excessive length and fewer diameters. By using geotextile encasement, stress concentration ratio increased and so bearing capacity improved. Encasing stone column with excessive diameter is more effective than excessive length
    Keywords: Stone Column, Bearing Capacity, Geotextile, Reinforcing, Ground Improvement
  • Mahnaz Akbarzaghi, Behrooz Ahmadi Nodoshan Pages 87-99
    One of approaches in weight reduction of structures is introduction of gaps in the design domain. This basic idea has led the formation of topology optimization algorithms. One of the problems frequently seen in topology optimization problems using common elements such as square or rectangular elements is the checkerboard phenomenon. Generally speaking, any discretization scheme that can better estimate the continuous design domain results in reducing the checkerboard phenomenon. In this article, the unstructured polygonal finite elements are used for discretization of design domain. Two examples corresponding to convex and nonconvex design domains are investigated and improved results and Pareto charts are presented in comparison to results obtained from using the square elements. The results demonstrate that using polygonal elements results in preventing the checkerboard phenomenon and reduction of computation time.
    Keywords: Multi-objective topology optimization, pareto diagram, polygonal finite element, Lloyd's algorithm, Voronoi diagrams.
  • Hosein Ahmadvand, AliReza Habibi Pages 101-116

    self-compacting concrete is one of the most widely used concrete in the past two decades. The objective of present study is to introduce a new method for high strength self-compacting concrete mix design to both achieving maximum compressive strength and minimizing the cost of concrete. The proposed method is an analytical method. In this method, using optimization concepts such as Lagrangian function and Kuhn–Tucker conditions, and introducing a specific relationship to the compressive strength of concrete, without the need for computer computations, and based on a completely analytical method, provides optimal concrete mix design. The proposed method is a general approach and is applicable to all types of concrete. Here, for the purpose of introducing, the method used to high strength self-compacting concrete containing fly ash. An optimization model of the concrete mix design is first developed accounting for effects of experimental results. Then, using an optimization algorithm, optimal concrete mix design is obtained for the concrete with the strength under consideration. Results showed that the proposed method can provide optimal mix design of high-strength self-compacting concrete while water and cement amount are the minimum amounts required for self-compacting concrete.

    Keywords: Mix Design, Self- Compacting Concrete, Optimization, Cost, Compressive Strength
  • Behnaz Heydari Ghobadi Aski, Hamidreza Tavakoli, Hamed Hamidi, Reza Rahgozar Pages 117-128
    In this paper, the effect of rectangular, triangular and trapezoidal lateral loadings pattern on the optimum location of outrigger and belt truss based on energy concept have been investigated. The effect of outrigger-belt truss on shear core system response is modeled by a rotational spring at the outrigger-belt truss location. Optimum location of this spring is obtained when energy absorbed by the spring is maximized. Optimum location of outrigger and belt truss under the effect of three types of lateral loadings pattern for structure with one, two, three and four outriggers and belt trusses is calculated. Results obtained from the proposed method for 60 story tall building are compared to those obtained using a standard finite element computer package. The approximate analyses are found to yield reasonable results and give a fairly good indication of actual structure’s response.
    Keywords: Lateral Loading Pattern, Optimum Location, Outrigger, Belt Truss, Tall Buildings, Energy Criterion
  • Seyed Hosein Ghasemzadeh Mousavinejad ‎, Yasser Ghorbani Pages 129-141
    Lightweight concrete has significant importance due to its special features including weight reduction of structures.This article aims to study ‎the effect of silica fume (SF) and ‎nano silica (Na) on mechanical properties of fiber reinforced concrete containing lightweight scoria aggregates. SF ‎and Na are replaced by different amounts of cement weight. The used amounts of Steel and ‎polypropylene fibers having different length to ‎diameter ratios are different.‎ For this study, seventeen different lightweight mixtures ‎were made and tested for mechanical strengths, water absorption and density. ‎Results show that optimized replacement ‎amount of SF and Na is 10% and 3%, respectively. Steel fiber in comparison to ‎Polypropylene fiber had‎ better effect on mechanical characteristics of lightweight concrete.‎
    Keywords: Lightweight Scoria, Silica Fume, Nano Silica, Steel, Polypropylene Fibers, Mechanical Properties.