فهرست مطالب

مهندسی سازه و ساخت - سال پنجم شماره 2 (پیاپی 17، تابستان 1397)

نشریه مهندسی سازه و ساخت
سال پنجم شماره 2 (پیاپی 17، تابستان 1397)

  • شماره ویژه 2
  • تاریخ انتشار: 1397/06/31
  • تعداد عناوین: 6
|
  • علمی - پژوهشی
  • هاشم جهانگیر، منصور باقری *، سید محمد جواد دلاوری صفحات 5-19
    بتن یکی از رایج ترین مصالح پرکاربرد در صنعت ساختمان است که به علت وجود سیمان در خود به عنوان بخش اصلی، مصالحی زیان بار برای محیط زیست محسوب می شود. فرآیند تولید سیمان بسیار انرژی بر و آسیب رسان است به طوری که مقدارهای فراوانی از گازهای گلخانه ای را وارد محیط می کند. پژوهش گران تلاش می کنند با یافتن روش هایی، نسل نوینی از بتن های دوست دار محیط زیست را معرفی کنند. در این مقاله، از خاکستر به وجود آمده از میوه ی مخروطی شکل درخت کاج به عنوان جایگزین و کاهش دهنده ی میزان مصرف سیمان در طرح اختلاط بتن بهره جویی شده است. از آنجا که خاکستر مورد استفاده در این پژوهش علاوه بر کاهش مصرف سیمان، باعث جلوگیری از انباشته شدن مخروط کاج در طبیعت و در نتیجه ایجاد آلودگی زیست محیطی می گردد، آثار مخرب زیست محیطی تولید بتن را نیز کاهش می دهد. برای این منظور، میوه ی درخت کاج جمع آوری و سوزانده شد و خاکستر باقی مانده مورد استفاده قرار گرفت. میزان 20 درصد وزنی خاکستر کاج در نمونه های مکعبی و استوانه ای استاندارد، جایگزین سیمان مصرفی شد و اثر آن بر مقدار مقاومت فشاری نمونه ها ارزیابی شد. ارزیابی ها نشان دادند استفاده از این میزان از خاکستر کاج، باعث افزایش مقاومت فشاری بتن می شود و از این رو، می تواند گامی مهم در راستای بهره جویی بهینه از مواد و مصالحی باشد که در نگاه نخست بی فایده به نظر می رسند.
    کلیدواژگان: خاکستر مخروط کاج، سیمان، مقاومت فشاری، نمونه های مکعبی، نمونه های استوانه ای استاندارد
  • سامان خلیلی، افشین مشکوه الدینی* ، جعفر کیوانی قمصری صفحات 20-38
    امروزه جهت دستیابی به پاسخ های لرزه ای سازه ها استفاده از روش های تحلیل دینامیکی و استاتیکی غیر خطی رواج یافته است. روش های دینامیکی غیر خطی با وجود دقت مناسب در برآورد تقاضای لرزه ای، نیاز به محاسبات گسترده و پیچیده داشته و حساس به ماهیت رکوردهای زلزله نیز می باشند. روش های استاتیکی غیر خطی نیز پاسخ های لرزه ای سازه ها را با یک دامنه خطا برآورد می نمایند. کاربرد مدل تحلیلی محیط پیوسته، یک روش محاسباتی جایگزین در تخمین نیاز لرزه ای سازه ها است. چنانچه رفتار لرزه ای سازه با اندرکنش دو کنسول معادل خمشی و برشی مدل سازی شود، می توان یک روند تحلیلی را بر اساس روابط فرم بسته تدوین نمود. در این تحقیق؛ مدل های مطالعاتی با دو سیستم قاب خمشی محیطی ترکیبی و دسته شده، بصورت سازه های 10 طبقه بوده که در پلان و ارتفاع، منظم می باشند. بازه تغییرات پاسخ های لرزه ای سازه های مطالعاتی توسط مدل فرم بسته ترکیبی دو کنسول خمشی- برشی محاسبه می شود. سپس این نتایج با پاسخ های بدست آمده از آنالیز های خطی و غیر خطی تاریخچه پاسخ تحت رکوردهای سه مولفه ای زلزله با ماهیت نیرومند جهت داری شکست، مقایسه گردیده است. درباره ویژگی های رکوردهای حوزه نزدیک می توان به باند فرکانس های پایین پر انرژی، وجود حرکت پالس گونه با پریود بلند، روند سریع آزاد شدن انرژی جنبشی ارتعاشات نیرومند زمین، اشاره نمود. نتایج این پژوهش بیانگر تخمین دست بالا و با دقت نسبی برای پارامترهای نیاز لرزه ای سازه های مطالعاتی است.
    کلیدواژگان: پاسخ دینامیکی غیر خطی، پارامتر نیاز دریفت، قاب خمشی محیطی دسته شده، قاب خمشی محیطی ترکیبی، رکورد سه مولفه ای
  • سهیل سبزواری، فرزاد شهابیان مقدم * صفحات 39-52
    همواره بررسی رفتار سازه‏‏ های مختلف در برابر اثرات بارهای ناشی از انفجار یکی از عوامل مهم مورد بررسی می باشد. پانل‏ های ساندویچی دارای کاربردهای وسیعی در انواع حوزه‏ های مهندسی و ساخت برخی سازه‏‏ های صنعتی و نظامی هستند. این پانل‏‏ ها از دو ورق و یک سازه میانی به عنوان هسته پانل تشکیل شده‏‏ اند. هسته پانل در کاهش تغییرشکل و افزایش توانایی استهلاک انرژی سازه نقش به سزایی دارد. در این پژوهش، به بررسی تاثیر شکل هسته موجدار پانل و نوع مصالح پانل پرداخته شده است. از این رو، رفتار پانل‏‏ های ساندویچی از جنس آلومینیم و فولاد در برابر بارهای انفجاری مورد بررسی قرار گرفته است. در فرآیند تحلیل، چهار نوع ورق موجدار مستطیلی، ذوزنقه ای، مثلثی و بیضوی برای هسته پانل‏‏ ها در نظر گرفته شده است. بیشترین تغییرشکل در پانل ‏‏ها، متعلق به هسته‏ مثلثی است. پانل‏‏ با هسته ذوزنقه ای کمترین تغییرشکل‏‏ را دارد. پانل‏‏ هایی که تماما از جنس آلومینیم می‏ باشند نسبت به نمونه‏‏ های دیگر، انرژی بیشتری مستهلک کرده‏‏ اند. پانل‏‏ هایی که فقط ورق‏‏ های آن ها از جنس آلومینیم است و پانل‏‏ هایی که فقط هسته آن ها از جنس آلومینیم می‏‏ باشد، به ترتیب در مرتبه بعدی استهلاک انرژی قرار می‏‏ گیرند. در بررسی تاثیر توام نوع مصالح و شکل هسته پانل، پانل با ورق های رویی و پشتی فولادی و هسته آلومینیمی با شکل مثلثی مطلوب ترین عملکرد را دارد.
    کلیدواژگان: انفجار، پانل ساندویچی، هسته موجدار، استهلاک انرژی، تغییر شکل بیشینه
  • محمودرضا شیراوند *، مهسا رسولی صفحات 53-64
    جرم زیر سازه مولفه مهمی است که بر روی زمان تناوب و در نتیجه نیروها و جابجایی های پل های دارای جداگر لرزه ای اثر می گذارد. در حالیکه برخی آیین نامه های طراحی مانند آئین نامه آشتو، در روش ساده شده تحلیل، این جرم را نادیده گرفته اند. جرم زیر سازه از چهار مولفه جرم پایه ها، جرم تیر سر ستون، ممان اینرسی دورانی پایه ها، و ممان اینرسی دورانی تیر سر ستون تشکیل شده است. در مقاله حاضر اثر مولفه های جرم زیرسازه بر روی زمان تناوب طولی پل های دارای جداگر لرزه ای بررسی شده است. بدین منظور مدل تحلیلی سه درجه آزادی پل دارای جداگر لرزه ای در جهت طولی و محاسبات زمان تناوب طولی در چهار حالت دقیق، با نادیده گرفتن ممان اینرسی دورانی، با نادیده گرفتن جرم تیر سرستون و در آخر با نادیده گرفتن کل مولفه های جرم زیر سازه (مدل پیشنهادی آئین نامه آشتو) ارائه شد. صحت سنجی مدل تحلیلی ارائه شده در حالت دقیق، از طریق مقایسه با مدل اجزا محدود انجام شد. نتایج نشان داد ممان اینرسی دورانی زیر سازه تاثیری بر روی زمان تناوب طولی ندارد، در حالیکه تاثیر جرم تیر سر ستون در پل های جداسازی شده با پایه های بلند قابل ملاحظه بوده و نادیده گرفتن آن منجر به ایجاد 8% خطا در زمان تناوب طولی پل های نامبرده می گردد. همچنین نتایج نشان داد روش های ساده شده ای که کل جرم زیر سازه را نادیده می گیرند، مشابه روش بکار گرفته شده در آئین نامه آشتو، در برخی پل ها نتایج دقیقی ندارد و هرچه نسبت سختی جداگر لرزه ای به سختی زیر سازه افزایش می یابد، خطای این روش ها در تخمین زمان تناوب افزایش یافته و به 15% رسیده است.
    کلیدواژگان: پل های دارای جداگر لرزه ای، مدل تحلیلی، زمان تناوب طولی، پارامترهای موثر جرمی، روش ساده شده
  • عماد صارمی، حمید توپچی نژاد * صفحات 65-81
    مواد الاستومری به علت توانایی تحمل کرنش های کششی بیش از 500% بدون هیچ گونه گسیختگی و تغییر شکل دائمی موادی ایده آل جهت کاربرد در بسیاری از صنایع از جمله اتوموبیل سازی، هوافضا، انواع موتورهای مکانیکی و الکتریکی، انواع تایرها، و بسیاری از تجهیزات پزشکی می باشند. مضاف بر آن در پروژه های عمرانی بعنوان جداگرهای لرزه ای، تکیه گاه های سازه ای، میراگرهای الحاقی و غیره کاربرد دارند. پیش بینی رفتار تنش-کرنش مواد الاستومری دارای اهمیت زیادی در طراحی است. یکی از چالش های مهم در مدل سازی المان محدود قطعات الاستومری انتخاب مدل رفتاری مناسبی است که بتواند وضعیت الاستومر در کرنش های مختلف را به خوبی شبیه سازی نماید. در مواد الاستومری به دلیل غیر خطی بودن رابطه ی بین تنش و کرنش، به جای قانون هوک از مدل های رفتاری هایپر الاستیک استفاده می شود. در مقاله حاضر عملکرد مدل های هایپرالاستیک مختلف موجود در ادبیات تحقیق که بر اساس نتایج آزمایش کشش تک محوره کالیبره شده اند مورد ارزیابی قرار گرفته است. مدل سازی ها توسط نرم افزار المان محدود MSC. MARC انجام گرفته است. دقت مدل های رفتاری بررسی شده در بازه های مختلف کرنش کششی نشان داد، مدل های نئو-هوک و آرودا-بویس مدل های مناسبی برای محدوده ی کرنش های کوچک و مدل های اگدن و یه او مدل های رفتاری مناسبی برای محدوده ی گسترده ای از کرنش ها هستند.
    کلیدواژگان: مواد الاستومری، لاستیک، مدل های رفتاری هایپر الاستیک، آزمایش کشش تک محوره، مدل اجزا محدود
  • خالد سنگین آبادی، روح الله رستمی، نبرد حبیبی، داوود مستوفی نژاد* ، محمد ذره بینی صفحات 82-94
    در سال های اخیر استفاده از الیاف پلیمری گسترش قابل توجه ی در مسلح سازی بتن داشته است. نقش اصلی الیاف در رفتار پس از ترک خوردگی بتن بروز می نماید. بررسی دقیق رفتار ترک خوردگی مستلزم به کارگیری مفاهیم مکانیک شکست در فرآیند شکست و گسترش ترک تیرهای بتنی می باشد. به این منظور در این تحقیق 14 نمونه ی بتنی به ابعاد 400×100×100میلی متر که در مرکز وجه کششی خود دارای شکافی به عمق 35 میلی متر می باشند؛ تحت آزمایش خمش چهار نقطه ای قرار گرفتند. در این نمونه ها جنس، هندسه و درصد ترکیب الیاف مختلف، متغیر در نظر گرفته شد. نتایج نشان می دهد که الیاف ماکرو پلی پروپیلن با وجود افزایش مقاومت خمشی، تاثیر قابل توجه ی بر افزایش شکل پذیری بتن ندارند. الیاف میکرو پلی استر و پلی پروپیلن عملکرد مناسب تری در حین ترک خوردگی بتن داشته و برای نمونه های حاوی این الیاف در هنگام آغاز ترک خوردگی افت ناگهانی قابل توجه ی در باربری صورت نمی گیرد. هم چنین نتایج نمونه های مرکب حاوی الیاف ماکرو پلی پروپیلن و میکرو پلی استر نشان داد که گرچه با افزایش درصد الیاف ماکرو مقاومت خمشی ترک خوردگی افزایش می یابد؛ اما شاخص های شکل پذیری با کاهش رو به رو می شوند. با در نظر گرفتن مجموع ویژگی ها، نمونه ی با نسبت الیاف ماکرو پلی پروپیلن به الیاف میکرو پلی استر 3 به 2 بهترین عملکرد را خواهد داشت.
    کلیدواژگان: مکانیک شکست، بتن الیاف مسلح، پلی پروپیلن، پلی استر، شکل پذیری
|
  • Hashem Jahangir, Mansour Bagheri *, Seyed Mohammad Javad Delavari Pages 5-19
    Nowadays, one of the most popular ways to get a more sustainable cement industry is using additions as cement replacement. However, there are many civil engineering applications in which the use of sustainable cements is not extended yet, such as special foundations, and particularly micro piles, even though the standards do not restrict the cement type to use. These elements are frequently exposed to the sulphates present in soils. The purpose of this research is to study the effects of using pinyon pine ash as a substitution for ordinary Portland cement and reduce its content in the concrete mix design. For this reason, 20 % of pinyon pine ash with respect to cement weight was used and the compressive strength of concrete is obtained from testing cubic and standard cylinder specimens. Considering the results obtained, using pinyon pine ash increase the compressive strength of concrete. On the other hand, more axial micro cracks were occurred in pinyon included specimens and their colour were darker comparing to representative specimens without pinyon pine ash. This study shows that using pinyon pine ash could be an effective and Eco-friendly alternative for ordinary Portland cement in industry and construction and could reduce the dangerous effects of using cement in concrete.
    Keywords: Pinyon Pine ash, cement, Compressive strength, Cubic Specimens, Cylinder Specimens
  • Saman Khalili, Afshin Meshkat, Dini *, J. Keyvani Ghamsari Pages 20-38
    Dynamic time history analysis methods are commonly used to determine the seismic responses of structures. Despite their ability to somewhat precisely estimate seismic demand, nonlinear dynamic methods require extensively complex computations and are sensitive to the nature of earthquake records. Nonlinear static analysis methods also estimate the seismic responses of structures within an error range. The continuum analytical model is an alternative computation method for estimation of the seismic demand of structures. If the seismic behaviour of a structure is modeled based on the interaction between the equivalent flexural and shear cantilevers, it is possible to develop an analytical procedure based on the closed-form equations. In this study, the studied models were prepared using a hybrid and a bundled moment framed tube skeletons as 10-story structures which are symmetric and regular with plan and height. The variations range of seismic responses of the studied structures was calculated using the closed-form model of flexural and shear combined cantilever. Then, these results are compared with the response parameters obtained from linear and nonlinear time history analyses subjected the three components earthquake records contain strong forward directivity effects. Some of the characteristics of near-field records are powerful low-frequency band, pulse-like motions with long periods, rapid release of kinetic vibration energy in a short period, and ratio of peak velocity to peak acceleration. This research results denote the presence of an overestimation on the seismic demand parameters with relative precision.
    Keywords: Nonlinear Dynamic Response , Drift Demand , Bundled Tube , Hybrid Framed Tube , Three Component Record
  • Soheil Sabzevari *, Farzad Shahabian Pages 39-52
    The behavior of different structures subjected to blast loads is always an important factor to study. Sandwich panels have a wide range of applications in different fields of engineering and the construction of some industrial and military structures. These panels are made of two sheets and an intermediate core. The core has a significant role in reducing the deflection and enhancing energy absorb of structure. In this article, the effect of the shape of the corrugated panel and the type of panel materials is investigated. Hence, the reaction of aluminum and steel sandwich panels subjected to blast loads has been investigated. In the process of analysis, four kinds of profiles, which are: rectangular, trapezoidal, triangular and elliptical, are considered as panel cores. the most deflection was for rectangular profiles and the least deflection was for triangular ones. Those panels which are completely made of aluminum or the panels with steel cores can sustain more strain energy by their back sheets. all the panels that are completely made of aluminum have more damped energy than others. Those panels which have only aluminum sheets or aluminum cores are placed next to whole aluminum panels in order to damped energy level. In the study of the joint effect of the type of materials and the shape of the core panel, the panel with the upper and back of the steel and aluminum core with the triangular shape has the most desirable.
    Keywords: Blast loading, Sandwich Panel, Corrugated Core, Damped Energy, Maximum Deflection
  • Mahmoud Reza Shiravand*, Mahsa Rasouli Pages 53-64
    The effect of mass parameters on the natural vibration period of isolated bridges is discussable, especially in case of substructure mass components, because of the disagreement of different researchers about it. This is while some bridge design codes such as AASHTO guide specification, ignores substructure mass in simplified method of analysis. Current paper investigates the effects of substructure mass components on the longitudinal period of base isolated bridges. These components include: pier mass, cap beam mass, pier rotational moments of inertia, and cap beam rotational moments of inertia. In this paper, a three degree of freedom analytical model of isolated bridge in longitudinal direction is presented and the natural vibration period of this model is calculated in four cases. These cases are: (1) exact solution, (2) by ignoring the rotational moments of inertia, (3) by ignoring the cap beam mass, and (4) by ignoring the pier and cap beam mass (AASHTO model). The periods obtained from exact analytical model were compared with those obtained from finite element model and the results showed the good conformity. The results also showed that the substructure rotational moments of inertia isn’t a determinative parameter in the calculation of the first longitudinal period; while the cap beam mass have a significant impact on the longitudinal period of base isolated bridges with tall piers or stiff isolators. The ignorance of cap beam mass caused 8% error in the period of such bridges. The results showed that the simplified method of AASHTO guide specification isn't applicable in some bridges and may cause more than 10% error. By increasing the ratio of isolator stiffness to substructure stiffness, the error of period which is calculated by AASHTO model, increases.
    Keywords: Base isolated bridges, Analytical model, Longitudinal period, Effective mass parameters, Simplified method
  • Emad Saremi, Hamid Toopchi, Nezhad * Pages 65-81
    The ability of elastomers to withstand very large strains (of beyond 500%) without breakage or permanent deformation makes them an ideal material for many applications, including, but not limited to, aerospace, medical, and automobile industries, bridge bearings, seismic isolation, and supplemental dampers. It is essential for design purposes to simulate accurately the response behavior of elastomers under various loading conditions. Given the nonlinear stress-strain relationship in an elastomeric material, a hyperelastic model, instead of Hooke's law, must be employed in stress analysis of the material. The literature includes a variety of constitutive hyperelastic models for elastomeric materials. However, choosing a suitable constitutive model that simulates the elastomer stress-strain behavior under different loading conditions is challenging. This paper examines the effectiveness of various hyperelastic models of which the constant model parameters have been evaluated using the results of a standard uniaxial tensile test conducted at different strain values. The model parameters are evaluated through a curve fitting technique performed by MSC-MARC, a commercial finite element software program. A thorough examination of the efficiency and accuracy of various hyperelastic constitutive models at different strain ranges shows that the Neo-Hooken and Arruda-Boyce are suitable models for the range of small deformations, and the Ogden and Yeoh models are suitable for a wide range of deformations.
    Keywords: elastomer, rubber, constitutive models, hyperelastic behavior, uniaxial tensile test, Finite element model
  • Khaled Sanginabadi, Rohallah Rostami, Nabard Habibi, Davood Mostofinejad *, Mohammad Zarrebini Pages 82-94
    Using of polymeric fibers for reinforced concrete structures has significantly developed in recent years. Polymeric fibers start their contribution in the behavior of concrete members after cracking. In order to a careful investigation into post-cracking behavior need to apply fracture mechanic concept (growth of cracks) in reinforced concrete members. For this purpose, in this research 14 concrete prisms (100×100×400 mm in dimensions) with 35 mm notch depth (at the center of tensile side) for four-point flexural strength test were fabricated. Fiber composition, geometry and hybridization percent were varied in these samples. Derived outputs illustrated that macro polypropylene (PP) fiber has no significant effect on concrete ductility, whereas it leads to increase the flexural strength. But micro polyester (PET) and PP fibers have more effective performance during forming cracks in concrete members. PET and PP fibers have a more suitable function during concrete cracking and the samples containing these fibers have no significant drop in their bearing while the cracking is started. In addition, samples reinforced with PP and PET fibers indicated that by increase in macro fibers, the flexural strength were increased where as ductility indices decreased. In general, samples reinforced with %60 of PP macro fibers and %40 PET micro fibers have the best performance.
    Keywords: fracture mechanics, FRC, polypropylene, polyester, ductility