فهرست مطالب

نشریه مهندسی سازه و ساخت
سال ششم شماره 1 (پیاپی 23، بهار 1398)

  • شماره ویژه 1
  • تاریخ انتشار: 1398/05/07
  • تعداد عناوین: 13
|
  • محمد علی هادیان فرد*، محبوبه نامجو صفحات 5-26
    پس از خرابی یک ستون در سازه بدلیل بارهای غیر عادی، عملکرد نامطلوب و خرابی در اتصالات تیرهای متصل به بالای این ستون، می تواند باعث خرابی موضعی سقف و متعاقبا بروز خرابی پیشرونده در سازه گردد. بهترین ایده برای مقاوم سازی سازه در برابر این پدیده مقاوم کردن اتصالات می باشد. مقاومت و انعطاف پذیری اتصالات در دوران های زیاد موجب گسترش نیروهای محوری در تیر و تشکیل عملکرد زنجیری می شود. این عملکرد می تواند تا حدود زیادی مانع خرابی سازه در اثر حذف ستون گردد. در این مقاله عملکرد اتصال متداول نبشی بالا و پایین پیچی و جوشی فولادی به صورت عددی بررسی شده است. کلیه اجزای اتصالات در نرم افزار اجزای محدود مدل شده است. سازه مدل شده تحت جابجائی قائم در محل ستون حذف شده، مورد تحلیل غیرخطی قرار گرفته است و نتایج آن با نتایج آزمایشگاهی صحت سنجی شده است. همچنین، رفتار، مودهای شکست، نحوه توسعه عملکرد زنجیری و اثر پارامترهای مختلف بر رفتار اتصال مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاکی از آن است که اتصال های پیچی از عملکرد بهتری نسبت به اتصال های جوشی برخوردار می باشند. همچنین در اتصالات جوشی با افزایش ضخامت نبشی ها و افزایش طول بال نبشی در محل اتصال به ستون، عملکرد زنجیری و مقاومت اتصال در مقابل خرابی پیشرونده بهبود می یابد، اما اضافه کردن ورق سخت کننده در وسط نبشی نشیمن در تمام حالات باعث افزایش ظرفیت اتصال نمی گردد.
    کلیدواژگان: خرابی پیشرونده، نبشی بالا و پایین، اتصالات پیچی، اتصالات جوشی، عملکرد زنجیری، حذف ستون
  • مهدی نادری، مجتبی محصولی* صفحات 27-42
    این مقاله به کمی سازی عدم قطعیت ناشی از مدل سازی سازه های فولادی توسط تیر تیموشنکو می پردازد. یکی از روش های مرسوم در تحلیل دینامیک سازه ها، مدل کردن سازه های ساختمانی توسط مدل های تیر پیوسته است. استفاده از تیر تیموشنکو، به عنوان یک کلاس از مدل های تیر پیوسته، به جای یک مدل اجزای محدود به تسریع محاسبات منجر می شود. این کاهش محاسبات، امکان شناسایی احتمالاتی برخط سازه های ساختمانی و تشخیص سریع خرابی در آن ها را پس از یک رویداد لرزه ای فراهم می سازد. لازمه شناسایی سازه ها به این روش، کمی سازی عدم قطعیت ناشی از تقریب سازه با یک تیر پیوسته است که هدف اصلی این پژوهش را تشکیل می دهد. بدین منظور با توسعه یک سیستم خودکار، تعداد 1000 مدل اجزای محدود سازه ساختمانی طراحی شده و تحت تحلیل مقدار ویژه قرار می گیرند تا بسامد و شکل مودی طبیعی آن ها تعیین شود. برای هر سازه، تیر تیموشنکوی معادل آن تعیین می شود. سپس، خطای ناشی از ارضا نشدن معادله مشخصه تیر تیموشنکو به ازای بسامد و شکل مودی ناشی از مدل دقیق اجزای محدود محاسبه می شود. با تحلیل آماری این خطاها برای سیستم های مختلف، مشخصات توزیع احتمال خطا، از جمله شکل توزیع، میانگین و انحراف معیار آن تعیین می شود. نتایج نشان می دهد که میزان خطا حساسیت اندکی به طول، عرض و ارتفاع سازه دارد، اما به سیستم سازهای بسیار وابسته است. بر اساس این نتایج، انحراف معیار خطا برای سازه هایی با سیستم قاب خمشی فولادی 5/3 برابر کمتر از سازه هایی با سیستم مهاربندی فولادی است. بنابراین، کلاس مدل تیر تیموشنکو تقریب بهتری از سیستم های قاب خمشی فولادی ارائه می کند.
    کلیدواژگان: تیر تیموشنکو، معادله مشخصه، تحلیل احتمالاتی، شناسایی بیژین، اجزای محدود
  • مهزاد اسمعیلی فلک*، امین لطفی اقلیم، سمیرا نعمت زاده صفحات 43-58
    در بین بخشهای مختلف صنعت عمران، سازه های آبی (مانند سد، سرریزها و اجزای جانبی همچون رویه کانال) یکی از بزرگترین مصرف کنندگان سیمان به شمار میروند. گزارش های میدانی نشان می دهند که بتن ساخته شده از سیمان پوزولانی اردبیل فاقد مشخصه های مکانیکی مورد نیاز در پروژه های آبی بوده و نیاز به انجام یک پژوهش جامع در این زمینه ضروری به نظر می رسد. هدف از این پژوهش بررسی چگونگی و امکانسنجی جایگزینی سیمان پوزولانی اردبیل به جای سیمان تیپ 2 صوفیان از دیدگاه مقاومت فشاری در پروژه های آبیاری و زهکشی است. روش انجام این پژوهش به صورت آزمایشگاهی و انجام آزمایش های مقاومت فشاری استاندارد بر روی نمونه های بتن پایه و نمونه های بهسازی شده است. آزمایش بر روی نمونه های شاهد نشان می دهد که امکان استفاده از سیمان پوزولانی اردبیل به تنهایی در پروژه های بتنریزی سازهای امکانپذیر نمیباشد و برای نیل به این هدف اندیشیدن تمهیداتی بایسته است. بدین منظور در این پژوهش از چهار ماده افزودنی پودر سنگ، نرمه ماسه، میکروسیلیس و خاکستر بادی به عنوان جایگزین سیمان استفاده شده است. نتایج آزمایشها نشان میدهد که خاکستر بادی در دراز مدت مقاومت فشاری بتن را افزایش داده و در روزهای نخست مقاومت فشاری را کاهش میدهد. میکروسیلیس برای درصدهای پایین جایگزینی منجر به کاهش و برای درصدهای بیشتر منجر به افزایش مقاومت فشاری می گردد. نرمه ماسه اندکی مقاومت فشاری بتن را کاهش داده و در نهایت جایگزینی پودر سنگ در دراز مدت منجر به بهبود مقاومت فشاری بتن می گردد.
    کلیدواژگان: سیمان پوزولانی اردبیل، سیمان تیپ 2 صوفیان، خاکستر بادی، میکروسیلیس، پودر سنگ
  • افسانه شاه پوری ارانی، بهروز احمدی ندوشن*، حسینعلی رحیمی بندر آبادی صفحات 59-76
    در این پژوهش تاثیر ورق پوشش سقف و عملکرد تنش پوسته ها در طراحی بهینه سوله های قوسی مورد بررسی قرار می گیرد. طبق عملکرد تنش پوسته ها، بخشی از نیروی افقی وارد بر سازه، توسط دیافراگم و بخشی توسط قاب تحمل می شود و قاب ها برای نیروی کمتر طراحی می گردند در نتیجه این عملکرد نقش اساسی در طراحی بهینه سوله ها خواهد داشت. تئوری فنر معادل، روش مورد استفاده برای طراحی این عملکرد در این پژوهش می باشد. جهت طراحی سریع و آسان سوله ها، با برقراری ارتباط بین نرم افزارهای Sap2000 و Matlab و استفاده از الگوریتم ژنتیک، نرم افزار طراحی سوله فراهم شده است که این نرم افزار با استفاده از ابعاد سوله و شرایط محیطی محل استقرار سوله، به هر دو روش تنش مجاز و عملکرد تنش پوسته ها به طراحی سازه با بهترین مقاطع می پردازد. توسط این نرم افزار هفت سوله قوسی با ابعاد دهانه، طول، تعداد قاب و ارتفاع ستون متفاوت با ضخامت پوشش سقف 5/0 و 7/0 میلی متر طراحی و عملکرد تنش پوسته ها در آن ها بررسی می شود. تابع هدف وزن سازه است و مسئله شامل 8 متغیر طراحی می باشد. بررسی نتایج این مقاله نشان می دهد که عملکرد تنش پوسته ها بیش از 20 درصد در کاهش وزن تاثیر دارد و میزان این تاثیر به ابعاد سازه وابسته است به طوریکه افزایش ارتفاع ستون ها حدود 10 درصد تاثیر این عملکرد را افزایش می دهد و افزایش دهانه سوله از تاثیر عملکرد تنش پوسته-ای بیش از 5 درصد می کاهد. افزایش تعداد قاب ها و تغییر طول سازه تاثیری ناچیز و در حدود 1 یا 2 درصد دارد. تغییر ضخامت ورق پوشش به اندازه 2/0 میلی متر، حدود 3 درصد در کاهش بیشتر وزن موثر خواهد بود.
    کلیدواژگان: بهینه سازی، سوله قوسی، عملکرد تنش پوسته ها، تئوری فنر معادل، الگوریتم ژنتیک
  • حامد صفاری، عباس سیوندی پور*، الناز مولایی صفحات 77-94
    در سیستم قابهای مهاربندی شده واگرا، شکل پذیری مورد نیاز و نیز بخش عمده ای از جذب و استهلاک انرژی سیستم، توسط تیر پیوند صورت می پذیرد. توانایی تیر پیوند در جذب و استهلاک انرژی بستگی به مشخصات و جزئیات هندسی آن دارد. بسیاری از آیین نامه ها و دستورالعمل های طراحی سازه های فولادی ازجمله مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ایران، پیشنهادی برای اتصال گیردار تیر پیوند متصل به ستون در قاب های با مهاربند واگرا مطرح نکرده اند. لذا طراحی اتصالات پیوند به ستون در قاب های مقاوم در برابر زمین لرزه، با مهاربندی واگرا به صورت یک مشکل حل نشده باقی مانده است. در مقاله حاضر به مطالعه تحلیلی تاثیر افزودن ورق های تقویتی در بهبود عملکرد لرزه ای اتصال گیردار تقویت نشده تیر پیوند و برآورده کردن نیاز شکل پذیری اتصال با استفاده از روش اجزای محدود پرداخته شده است. در این تحقیق معیار تشخیص شکست نمونه ها از تطبیق نتایج آزمایش ها با معیار کرنش پلاستیک حداکثر، معرفی گردیده است. اتصالات جوشی تیر پیوند به ستون، قبل از دوران لازم تیر پیوند، مستعد شکست در بال تیر پیوند می باشند لذا سه تیپ ورق تقویتی جهت به تاخیر انداختن شکست در اتصال بررسی شده است. رفتار اتصالات تقویت شده نشان داد که ورق تقویت کننده مثلثی شکل بهترین عملکرد را دارد.
    کلیدواژگان: قاب مهاربندی واگرا، تیر پیوند، اجزای محدود، بهبود عملکرد، دوران پلاستیک
  • پارسا خزایی راد، سیدعلی مرتضوی، افشین مشکوه الدینی* صفحات 95-112
    سازه های ترکیبی قاب خمشی فولادی و پانل های مهاربندی شده به دلیل شکل پذیری مناسب در کنار سختی بالا جهت مقابله با نیروهای بزرگ دینامیکی ناشی از زلزله های شدید، سیستمی مناسب برای سازه های میان مرتبه می باشند. در این مطالعه، خصوصیات رفتار لرزه ای دو سازه 10 طبقه با سیستم ترکیبی قاب خمشی-پانل های مهاربندی واگرا و قاب خمشی-پانل های مهاربندی واگرای زیپ دار تحت اثر زمین لرزه های قدرتمند حوزه نزدیک حاوی پالس سرعت مورد بررسی قرار گرفته است. اندازه و تغییرات پارامترهای پاسخ لرزه ای مدل های مطالعاتی بر پایه انجام تحلیل های غیر خطی تاریخچه زمانی محاسبه گردیده است. مدل های مطالعاتی مطابق با ضوابط طرح لرزه ای ویرایش چهارم آیین نامه 2800 و مباحث ششم و دهم مقررات ملی ساختمان طراحی شده اند. بر پایه نتایج این پژوهش؛ دانسته شده که وجود پالس های بزرگ و پیوسته در تاریخچه زمانی زلزله های نیرومند، پارامترهای پاسخ سازه را به شدت تحت تاثیر قرار می دهد. ساختار مطالعاتی این پژوهش دربرگیرنده روند تحلیلی مربوط به نمودارهای پوش بیشینه دریفت، شتاب و سرعت طبقات سازه های مطالعاتی و همچنین تاریخچه زمانی دریفت طبقات و نیروی محوری ستون ها است. بررسی نتایج نشان می دهد که علاوه بر وجود پیچیدگی توصیفی در پاسخ ها، نیازهای لرزه ای تحت رکوردهای حوزه نزدیک گسل، دارای نمود به مراتب بزرگ تری نسبت به رکوردهای دور از گسل می باشد.
    کلیدواژگان: سیستم دوگانه فولادی، مهاربند واگرای زیپ دار، رکورد حوزه نزدیک، رفتار غیر خطی، پاسخ لرزه ای
  • مهرداد طالب زاده زاویه، حمید صابری*، وحید صابری، امین مشتاق صفحات 113-126
    در تحلیل های دینامیکی سازه ها، مولفه قائم زلزله می تواند تاثیر قابل توجهی بر رفتار لرزه‏ای انواع سیستم های سازه‏ای داشته باشد. اعمال مولفه قائم زلزله می تواند با افزایش نیروی محوری در ستون ها، باعث بروز خرابی در ستون ها و نهایتا شکست کلی سازه شود. در زلزله های نزدیک به گسل که مولفه قائم بزرگی دارند، تاثیر مولفه قائم بارزتر است. با این وجود، همچنان در بسیاری از تحلیل‏های تاریخچه زمانی که روی سیستم های سازه‏ای انجام می شود، از تاثیرات مولفه‏ی قائم زلزله صرف نظر می شود. این موضوع می‏تواند نتایجی را در خلاف جهت اطمینان به همراه داشته باشد. در این مقاله، میزان تاثیر اعمال هم زمان مولفه قائم و افقی زلزله بر نیاز تغییرمکان غیر ارتجاعی و نیز نیروی محوری ستون ها در سازه های قاب خمشی فولادی از طریق انجام تحلیل های دینامیکی افزایشی روی 3 قاب نمونه با پیکربندی های منظم و نامنظم در ارتفاع، مورد ارزیابی قرار می گیرد. برای این منظور، تحلیل های دینامیکی افزایشی با استفاده از یک مجموعه ده تایی از رکوردهای نزدیک به گسل، یک بار بدون لحاظ مولفه قائم و بار دیگر به صورت اعمال هم زمان هر دو مولفه افقی و قائم انجام شده و نتایج به دست آمده برای این دو حالت، مورد مقایسه قرار می گیرند. نتایج حاصل از تحلیل ها نشان می دهد که اعمال مولفه قائم زلزله به طور میانگین نیاز تغییرمکانی قاب های خمشی نامنظم را در حدود 10درصد افزایش می دهد. این میزان افزایش برای قاب منظم حدود 3درصد است. همچنین مشخص شد که اعمال مولفه قائم زلزله های نزدیک به گسل باعث افزایش دو برابری نیروی محوری ستون ها می گردد.
    کلیدواژگان: مولفه قائم زلزله، قاب خمشی فولادی، نامنظمی در ارتفاع، تحلیل دینامیکی افزایشی، عملکرد لرزه ای
  • میثم عفتی*، پونه شاه ملک پور صفحات 127-140
    کارایی بتن از اهمیت بسیار بالایی در پروژه های عمرانی برخوردار است. یکی از متداول ترین روش ها جهت اندازه گیری کارایی بتن، آزمایش اسلامپ است. جهت صرفه جویی در زمان، هزینه و مصالح، بهتر است از روش های هوشمندی جهت پیش بینی اسلامپ بتن استفاده شود. در این تحقیق یکی از روش های مبتنی بر محاسبات نرم بکار گرفته می شود تا با طراحی شبکه ای، بدون نیاز به انجام آزمایش های فیزیکی پرزحمت، بتوان تخمینی از اسلامپ بتن بدست آورد. بدین منظور یک مدل نروفازی تطبیقی که مزایای شبکه عصبی و استنتاج فازی را با هم دارا می باشد، به منظور پیش بینی اسلامپ بتن پیشنهاد می شود. به منظور آموزش مدل پیشنهادی جهت پیش بینی های آتی با جمع آوری داده های مربوط به 44 تست آزمایشگاهی اسلامپ بتن، متغیرهایی مانند نسبت آب به سیمان، ماسه، شن، میکروسیلیس و فوق روان کننده که از اجزای اصلی سازنده بتن می باشند، به عنوان متغیرهای ورودی و مقدار اسلامپ نیز به عنوان متغیر خروجی در نظر گرفته شده است. در نهایت دقت نتایج و کارایی مدل نروفازی تطبیقی پیشنهادی با استفاده از شاخص-های آماری ضریب همبستگی و جذر میانگین مربعات خطا با یک مدل شبکه عصبی مصنوعی مقایسه شده است. نتایج نشان داد که از میانگین نتایج ده دسته بندی متفاوت از داده های آزمایشگاهی ورودی، ضریب همبستگی بین اسلامپ های پیش بینی شده به روش پیشنهادی و شبکه عصبی مصنوعی تقریبا برابر است. در حالی که مقدار جذر میانگین مربعات خطای اسلامپ های روش نروفازی پیشنهادی 4477/0 تعیین شد که کمتر از مقدار 6964/0 مربوط به خروجی شبکه عصبی است. از دلایل تفاوت در خطای خروجی دو مدل می توان به الگوریتم های یادگیری متفاوت بکار رفته در دو مدل و عدم مدلسازی عدم قطعیت، ابهام در انتخاب بهترین تعداد لایه-های مخفی و نرون های این لایه ها در مدل شبکه عصبی مصنوعی اشاره کرد.
    کلیدواژگان: اسلامپ بتن، محاسبات نرم، سیستم نروفازی تطبیقی، شبکه عصبی مصنوعی، الگوریتم یادگیری
  • مجید قلهکی*، علی خیرالدین، پریسا بابایی زاده صفحات 141-156
    دیوار برشی فولادی یک سیستم مقاوم مناسب در برابر بارهای جانبی بوده که به دلیل مزایای زیاد، در ساخت ساختمان های بلند مرتبه جدید و بهسازی ساختمان های موجود مورد استفاده قرار می گیرد. در این مقاله عملکرد استفاده از این سیستم در ترکیب با قاب خمشی بتن آرمه با استفاده از اتصالات پیشنهادی(خاموت اضافه) مورد بررسی قرار گرفت. بر این اساس یک قاب سه طبقه یک دهانه بتن آرمه دارای دیوار برشی فولادی (اتصالات پیشنهادی) مدل شد و رفتار پلاستیک و ضریب رفتار آن با قاب بتن آرمه با اتصالات گل میخ و قاب خمشی بتن آرمه تنها مقایسه گردید. نتایج نشان داد که ضریب رفتار سیستم در مقایسه با قاب بتن آرمه تنها و قاب بتن آرمه دارای دیوار برشی فولادی با اتصالات گل میخ، افزایش داشته و می توان حدود 5/6 (در حالت حدی) در نظر گرفت.دیوار برشی فولادی یک سیستم مقاوم مناسب در برابر بارهای جانبی بوده که به دلیل مزایای زیاد، در ساخت ساختمان های بلند مرتبه جدید و بهسازی ساختمان های موجود مورد استفاده قرار می گیرد. در این مقاله عملکرد استفاده از این سیستم در ترکیب با قاب خمشی بتن آرمه با استفاده از اتصالات پیشنهادی(خاموت اضافه) مورد بررسی قرار گرفت. بر این اساس یک قاب سه طبقه یک دهانه بتن آرمه دارای دیوار برشی فولادی (اتصالات پیشنهادی) مدل شد و رفتار پلاستیک و ضریب رفتار آن با قاب بتن آرمه با اتصالات گل میخ و قاب خمشی بتن آرمه تنها مقایسه گردید. نتایج نشان داد که ضریب رفتار سیستم در مقایسه با قاب بتن آرمه تنها و قاب بتن آرمه دارای دیوار برشی فولادی با اتصالات گل میخ، افزایش داشته و می توان حدود 5/6 (در حالت حدی) در نظر گرفت.
    کلیدواژگان: دیوار برشی فولادی، قاب خمشی بتنی، اتصالات، ضریب رفتار، ورق نازک
  • محمد علی لطف اللهی یقین*، محمدتقی اعلمی، محمد رحیم افشانی صفحات 157-172
    طراحی نامناسب ابعاد هندسی دریچه تخلیه کننده و بازشدگی ناگهانی آن، باعث ایجاد خسارات مالی و جانی در پائین دست سد و عدم استفاده ی بهینه از آب درون مخزن می شود. برای افزایش تراز آب بر روی توربین های مولد برق، کنترل سیلاب ها و افزایش کارایی سد، تعیین ابعاد هندسی دریچه ی تخلیه کننده و هوشمند سازی آن ضروری است. در این مقاله معادلات غیر خطی دبی عبور از دریچه ی تخلیه کننده سد دو مخزنی و ارتفاع آب درون مخازن به معادلات خطی فضای حالت تبدیل شد. براساس معادلات خطی فضای حالت، هیدروگراف سیل طرح ورود و خروج از مخازن سد رسم گردید. با تعیین مقادیر مناسب برای پارامترهای بازشدگی دریچه ها، تنظیم نقطه ی تعادل هیدروگراف دبی ورود و خروج از مخازن سد، ارتفاع آب، حجم آب ذخیره شده در مخازن، ابعاد دریچه ی تخلیه کننده ی هر مخزن تعیین شد. با تنظیم و تغییر پارامترهای باز شدگی R نه تنها می توان نقطه ی تعادل دبی ورود و خروج سیل را در همان مکان هندسی روش پالس قرار داد بلکه در گستره ی وسیعی از هیدروگراف ورودی قابل تعیین است که با هر شرایط محیطی و اقتصادی انطباق پذیر است. سیستم های هوشمند دریچه ی تخلیه کننده با استفاده از المانهای الکترونیکی، میکروپروسسور، فاصله سنج، سنسورهای فرستنده و گیرنده آلتراسونیک، پردازشگر، قطعات دیگر و نرم افزار های مناسب ، طراحی و ساخته شدند. دریچه ی هوشمند تخلیه کننده، مجهز به سیستم های هشدار دهنده است و بر اساس برنامه ی بهره بردار و نظر طراح، از راه دور و بوسیله امواج ماهواره ای باز و بست می شود. سیستم-های هوشمند دریچه ، در آزمایشگاه و کانال های باز آزمایش شد که از دقت بالایی برخوردار است. با نصب سیستم های هوشمند دریچه ، نیروی انسانی کاهش، سیلاب ها کنترل و کارایی سد افزایش می یابد. این روش ساده، قابل اعتماد و انطباق پذیر با شرایط محیط است و در عمل می تواند جایگزین مناسبی برای روش های کنترل دستی و غیر اتوماتیک باشد.
    کلیدواژگان: کنترل دریچه تخلیه کننده، هیدروگراف سیل طرح، معادلات فضای حالت، خطی سازی معادلات، هوشمند سازی دریچه
  • علیرضا پاچناری*، الهه پیراینده، زهرا پاچناری صفحات 173-186
    مخاطرات طبیعی و فعالیت های انسانی زمینه ساز وقوع نشست کلی یا موضعی زمین هستند. پیش بینی اثرات نشست نامتقارن بزرگ بر رفتار قاب های سازه ای خصوصا در نواحی شهری با تراکم جمعیتی بالا، یک مسئله مهم در فرآیند طراحی است چرا که در صورت عدم توجه کافی می تواند منجر به تلفات جانی و مالی جبران ناپذیری شود. در این مقاله به منظور یافتن درک بهتر از نحوه تاثیر پدیده مذکور بر رفتار روبنای سازه، بر روی یک قاب خمشی بتنی سه بعدی دارای طرح سازه ای مطابق با آیین نامه های ایران در شش حالت مجزا، که از در نظر گرفتن سه موقعیت برای محل اعمال نشست های تفاضلی فزاینده (زیر یک ستون میانی، کناری و یا گوشه) همراه با دو وضعیت تکیه گاهی متفاوت (صلب و غیرصلب) برای پای ستون ها حاصل می گردند، مجموعه ای از تحلیل های استاتیکی غیرخطی انجام شده و مواردی از قبیل تغییرات در الگوی لنگر خمشی تیرهای پل زننده، بازتوزیع نیروی محوری در ستون ها و همچنین حداکثر نشست ارتجاعی و غیرارتجاعی قابل تحمل سازه مورد ارزیابی قرار می گیرد. بر پایه یافته های مدل های عددی اگرچه موقعیت اعمال نشست در محل یک ستون میانی در قیاس با سایر موقعیت های مطالعه شده به کمترین تغییرمکان قائم رو به پایین برای تشکیل اولین مفصل پلاستیک در یکی از تیرها نیاز دارد اما بیشترین نشست پذیری سازه در یکی از حالات مربوط به وقوع نشست در موقعیت یک ستون گوشه رخ می دهد. همچنین الگوی تشکیل مفاصل پلاستیک و بازتوزیع نیروهای محوری در بین ستون های طبقه اول سازه تا حد زیادی تحت تاثیر شرایط تکیه گاهی مدل شده برای پای ستون ها قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: نشست تفاضلی، قاب خمشی بتنی، تحلیل استاتیکی غیرخطی، بازتوزیع بار، مفاصل پلاستیک
  • حمید اسکندری نداف*، روشنک خسروجردی، رعنا کوشکی صفحات 187-198
    مقاومت فشاری و خمشی ملات از مهم ترین خواص مکانیکی بتن است و در طرح اختلاط ملات نسبت آب به سیمان، سنگدانه به سیمان و نوع رده مقاومتی سیمان از پارامترهای تعیین کننده این خواص است. امروزه علم بهینه سازی در فناوری بتن و طرح اختلاط آن نقش مهمی دارد و یکی از روش های آماری که اخیرا به منظور بهینه سازی موردتوجه محققین قرارگرفته است روش سطح پاسخ (RSM) است که در این مقاله برای دستیابی به طرح اختلاط بهینه و بررسی عوامل موثر بر خواص کیفیت ملات، از این روش استفاده شده است. در این راستا، 12 طرح موردبررسی قرارگرفته اند و نمونه ها در مجاورت محلول های حاوی 0 تا 5 درصد سدیم کلرید قرارگرفته اند. نتایج نشان دهنده امکان به کارگیری این روش در بهبود مداوم طرح اختلاط بتن است که می تواند به عنوان ابزاری مناسب در واحدهای تولید بتن و واحدهای تولید قطعات پیش ساخته بتنی مورداستفاده قرار گیرد. بررسی نتایج بهینه سازی با روش سطح پاسخ برای مقاومت فشاری و خمشی نشان می دهند که طرح اختلاط بهینه برای دستیابی به بیشینه مقاومت فشاری و خمشی نمونه ها، طرحی می باشد که در آن درصد کلر استفاده شده در آب برای عمل آوری به میزان 5 درصد، رده مقاومتی سیمان مقدار بالاتر می باشد که مقدار آن در این مقاله 42.5 مگاپاسکال است و نسبت سنگدانه به سیمان در مقدار بیشتر و نسبت آب به سیمان حداقل مقدار است.
    کلیدواژگان: روش سطح پاسخ (RSM)، سدیم کلرید، بهینه سازی طرح اختلاط ملات، مقاومت فشاری، مقاومت خمشی
  • امین قنادی اصل*، سعید مرتضوی صفحات 199-216
    در بسیاری از آیین نامه های بین المللی برای افزایش نامعینی سازه هایی که دارای نامعینی استاتیکی کافی نیستند ضریب نامعینی مطرح می شود که محدوده ی مقدار ضریب نامعینی با توجه به نوع آیین نامه های طراحی کشورها متفاوت است. در ویرایش چهارم استاندارد 2800 برای بهبود بخشیدن عملکرد لرزه ای ساختمان هایی که دارای نامعینی کافی نیستند ضریب نامعینی ارائه شده و محدوده آن مقدار 1 و 1.2 در نظر گرفته شده است. یعنی با توجه به ضوابط ذکر شده در استاندارد 2800 برش پایه را می توان حداکثر 20% افزایش داد. در این مقاله با استفاده از تحلیل استاتیکی غیرخطی(پوش اور) به بررسی تاثیر ضریب نامعینی بر روی عملکرد لرزه ای ساختمان های بتنی با سیستم قاب خمشی و هم چنین ارزیابی عددی مقدار ارائه شده توسط استاندارد 2800 برای ضریب نامعینی پرداخته شده است. مدل های مورد مطالعه، ساختمان هایی با تعداد طبقات 4 ، 6 و 8 با ارتفاع 3.2 متر و تعداد دهانه-های 1، 2، 3 و 4 در نرم افزارEtabs مدل سازی و تحلیل شده و سپس با اعمال یک بار ضریب نامعینی 1 و بار دیگر ضریب 1.2 عملکرد سازه ها مورد ارزیابی قرار گرفته است. بر اساس نتایج حاصل از این تحقیق، می توان نتیجه گرفت که ضریب نامعینی بطور مستقیم نامعینی سازه ای را مطابق پیشنهاد برخی از استاندارد بین المللی برآورد می نماید.
    کلیدواژگان: تحلیل غیر خطی، ضریب نامعینی، عملکرد لرزه ای، سیستم قاب خمشی، استاندارد 2800
|
  • Mohammad Ali Hadianfard *, Mahboobe Namjoo Pages 5-26
    After failure of a column in structure by an abnormal loading, undesirable performance and damage of connections of the beams connected to the top of this column, can lead to the local failure of floor and in turn result in progressive collapse in the structure. Accordingly, the best method for rehabilitation of the structure against this incident is the strengthening of the connections. The strength and flexibility of the connections during the large rotations result in spreading the axial forces in beams and forming the catenary action. This action can greatly prevent structural failure due to the column removal. In this paper, the performance of prevalent bolted and welded top and seat angle steel connections is evaluated numerically. All parts of the connections are modeled in finite element software. The modeled structure is analyzed nonlinearly under the vertical displacement in the location of removed column, and its results have been verified with experimental results. In addition, the behavior, failure modes, how the catenary action develops and the effects of different parameters on connection behavior are investigated. The results indicated that bolted connections have better performance than welded connections.Also, in welded connections, increasing the thickness of the angles and increasing the length of the connected angle leg to column, improve the catenary action and the resistance of the connections against progressive collapse. But adding the stiffener plate in the middle of the seat angle does not increase the connection capacity in all cases.
    Keywords: Progressive collapse, Top, Seat Angle, Bolted connection, Welded connection, Catenary action, Column removal
  • Mahdi Naderi, Mojtaba Mahsuli * Pages 27-42
    This paper quantifies the uncertainty emanated from modeling steel structures using a Timoshenko beam. Using continuous beams to model building structures is a conventional approach in structural dynamic analyses. The use of Timoshenko beams, as a class of continuous beam models, in lieu of finite element models significantly expedites the computations. In turn, the reduction in the computational cost facilitates probabilistic, online identification and rapid damage detection of building structures in the aftermath of a seismic event. The prerequisite for structural identification using this method is the quantification of uncertainties that arise as a result of approximating the structure with a continuous beam, which is the primary objective of this research. To this end, an automated system is developed and subsequently employed to design 1000 finite element models of building structures followed by eigen-analyses to determine their natural frequencies and mode shapes. Thereafter, the residual of the eigen-equation of the Timoshenko beam given the frequency and mode shape from the exact finite element model is computed for each structure. Statistical analysis of these residuals for various structures leads to the distribution type, mean, and standard deviation for the probability distribution of the model error. The results show that the error is nearly insensitive to the height and dimensions of the plan, but is heavily dependent on the structural system. The results also show that the error standard deviation for steel moment-resisting frame systems is 3.5 times smaller than that of the steel concentrically-braced systems. This indicates that the Timoshenko beam model class provides a better estimation of steel moment-resisting frame systems.
    Keywords: Timoshenko beam, Characteristic equation, Probabilistic analysis, Bayesian identification, Finite Element
  • Mahzad Esmaeili Falak *, Amin Lotfi Eghlim, Samira Nematzadeh Pages 43-58
    Among various active parts of construction industry, irrigation and drainage projects (such as dams, spillways and peripheral parts such as canals) are one of the biggest consumers of cement. Various empirical reports show that the concrete made of Ardabil’s pozzolanic cement does not meet the requirement for irrigation and drainage projects in case of mechanical characteristics which signifies the importance of further research in this area. The objective of this study is to investigate the suitability of replacing Ardabil’s pozzolanic cement with type 2 Soufian cement from the viewpoint of compression strenght at irrigation and drainage projecta. This study focuses on experimental methods by performing standard compression strength tests on base and improved speimens. The initial results showed that solely utilization of Ardabil’s pozzolanic cement in structural parts is not feasible and there should be some other approaches to reach this end. In this regard, 4 additive materials were used instead of cement including: stone powder, fined part of sand, silica fume and fly ash. The results indicated that utilization of fly ash increases the compressive strength of the cement in long term application; however, it causes a reduction in compressive strength in short term application. Furthermore, replacemet of silica fume in lower percentages causes a reduction in compression strength; however, higher percentage of silica fume replacement increases compression strength. The finer parts of the sand slightly decreased the compression strength and the replacement of stone powder yields to an increase in long term compression strength.
    Keywords: Ardabil’s pozzolanic cement_Sofian’s type 2 cement_Fly ash_Silica fume_Stone powder
  • Afsaneh Shahpouri Arani, Behrouz Ahmadi, Nedushan *, Hoseinali Rahimi Bondarabadi Pages 59-76
    This article investigates the effect of the roof cover and the stressed skin action on the optimal design of curved portal frames. According to stressed skin effect, diaphragm is carrying part of the horizontal force of structure and the remaining part is carried out by the frames. Therefore, interior frames are designed for lower forces which, in turn, results in a lighter structure. Stressed skin effect is modelled using the equivalent spring theory. A program which links Sap2000 and genetic algorithm was developed that provides the best sections which result in the minimum weight of structure. Designs are performed by using the allowable stress design and stress skin effect. Seven curved portal frames with different span dimensions, lengths, number of frames and column heights are considered and optimally designed for roof cover with thickness of 0.5 mm and 0.7mm. The objective function is defined as the weight of the structure and the problem consists of eight design variables. The results show that consideration of the stressed skin effect results in a reduction of weight by more than 20% and that increasing the height of column results in 10% reduction of the weight. Moreover, it was observed that increasing the length of the span results in a 5% reduction in weight. Effects of increasing the number of frames and changing the length of the structure are negligible and are only about 1 or 2 percent of reduction in weight. Increase in the thickness of the roof cover sheet about 0.2 mm results in a decrease of the weight by about 3%.
    Keywords: Curved portal frames, Optimal design, Stressed skin effect, Equivalent spring theory, Genetic Algorithm
  • Hamed Saffari, Abbas Sivandi, Pour *, Elnaz Molaei Pages 77-94
    Many codes and regulations for designing of steel structures the same as 10th part of Iranian national buildings code don’t offer any solution link-to-column connection in eccentric braced frames. In eccentrically braced frames (EBF), required ductility and a major part of absorption and energy depreciation is done by link to column connection. The ability of link in absorb and depreciate energy is depended on specification and geometric details. So design of link-to-column connection in resistant frames to earthquake with eccentrically braced frames remains an unsolved problem. This paper is discussing about the effect of adding cover plates on improving the seismic behavior of not reinforced moment connection of the link beam and preparing the ductility demand of connection by finite elements method. In this paper the model fracture recognition is introduced with adopting the experimental results with the maximum plastic strain index. Welded link-to-column connections have the potential to fracture in the wing of link beam, before adequate rotation. So three types of cover plates are assessed to delay the fracture of connection. The result was that the triangular cover plates have the best performance.The result was that the triangular cover plates have the best performance.The result was that the triangular cover plates have the best performance.
    Keywords: eccentrically braced frames, link-to-column connections, finite element analysis, performance, plastic rotation
  • Parsa Khazaei Rad, Ali Mortazavi, Afshin Meshkat, Dini * Pages 95-112
    Steel moment frame and bracing panels compound structures are suitable systems for medium-height resistant skeletons due to their desirable ductility along with high rigidity when facing large dynamic forces caused by earthquakes. In this research, the seismic behavior of two 10-story buildings with compound systems of moment frame/eccentrically braced frames as well as moment frame/eccentrically braced frame with zipper elements are evaluated. The evaluation and changes of the seismic response parameters of the studied models are based on performing nonlinear time history analyses. The studied models are designed according to the fourth edition of seismic design provisions in Code 2800, plus the 6th and 10th issues of the Iranian National Building Regulations. Following the results of this research, it has been recognized that the existence of large coherent pulses in the time history of powerful earthquakes affects the response parameters of the building to a great extent. The results of this research includes the analytical process in the graphs related to maximum push of the drift, floors acceleration and velocity of the studied structural models and also the time history of story’s drift and axial force of the columns. The results show that seismic responses and demands under near-field records have a bigger appearance than the corresponding effects obtained exposed to far-field records.
    Keywords: Dual Steel Structure, Eccentric Bracing, Zipper Columns, Seismic response, Near Field Record, Velocity Pulse, Time History Response
  • Mehrdad Talebzade Zaviyeh, Hamid Saberi *, Vahid Saberi, Amin Moshtagh Pages 113-126
    The effect of seismic vertical components on the seismic behavior of structural systems can be considerable. The vertical component of ground motion records can cause the brittle collapse of columns resulting in global collapse of structures. This effect is more crucial for near fault ground motions with larger vertical accelerations. Nevertheless, the effect of seismic vertical excitations is neglected in time-history analysis procedures on common structural systems. This may results in unconservative results in dynamic analyses. Therefore, it is very important to evaluate the damaging effects of vertical component of seismic excitations. In this paper, the effect of vertical excitations on the seismic response of steel moment frames with regular and irregular configurations along the height. Incremental dynamic analysis is employed to consider the effect of seismic excitations with various intensities. In IDA analysis, the seismic loads are applied to the structures with increasing intensities. In this paper, the seismic loads are applied to the structures in two manners, once considering only the horizontal component and secondly considering vertical and horizontal components simultaneously. The IDA curves are compared for two cases to find the effect of vertical excitations on global seismic demands. Also, the evaluations are made separately for regular and irregular frames to find the effect of vertical irregularity. The observed results revealed that the vertical components may increase the nonlinear displacements, especially for large intensities. The investigations demonstrate that the increase of column axial forces causes brittle buckling of columns and expedites the formation of plastic hinges leading to global collapse of structure. In irregular frames with soft stories, the buckling of slender columns is more crucial than regular structures. Therefore, it is suggested that the vertical components are considered for analyzing steel moment frame structures against near fault ground motions
    Keywords: Seismic vertical component, Steel moment frame, Incremental Dynamic Analysis, Vertical irregularity, seismic behavior
  • Meysam Effati *, Pooneh Shahmalekpour Pages 127-140
    Concrete performance is of very high importance in civil engineering projects. One of the most common ways to measure the performance of concrete, is the slump test. To save time, money and materials, it is better to use intelligent methods in predicting the slump. Therefore, in this study a method based on soft computing is used, so without the need to perform arduous physical experiments, one can obtain an estimate of the slump.In this study, an adaptive neuro-fuzzy model which has the benefits of both neural network and fuzzy inference system, is used to predict the concrete slump. In order to train the algorithm for future use, comprehensive experimental data is essential .So by collecting data related to 44 concrete slump experimental tests, variables such as water-cement ratio, sand, gravel, silica fume and super plasticizer which are the principal components of concrete, are considered as input variables and the amount of slump is considered as the output variable in the proposed model.In order to evaluate the performance of the proposed model and accuracy of the results, the results of the adaptive neuro-fuzzy model is compared to that of artificial neural network model, which is obtained in a parallel research done by author, by statistical parameters such as correlation coefficient and root mean square error. By averaging the results of ten different classifications of experimental input data, the correlation coefficient is approximately equal between adaptive neuro-fuzzy and neural network slump. While the root mean square error obtained by using adaptive neuro-fuzzy model is 0/4477 which is less than 0/6964 by neural network model. The difference in the output error of the two models are due to different learning algorithms used in two models and unknown number of hidden layers and neurons in the desirable artificial neural network model.
    Keywords: Concrete slump, Soft Computing, ANFIS, Artificial Neural Network, Learning Algorithm
  • Madjid Gholhaki *, Ali Kheyroddin, Parisa Babaeizadeh Pages 141-156
    The steel shear wall is an appropriate resistant system against lateral loads that is been utilized in modern high-rise buildings and upgrading existing buildings because of numerous benefits. This article examined the operation usage of this system in compound reinforced concrete moment frame using suggested connections (additional stirrup). According to this, a steel shear wall three-story reinforced concrete single bay frame (suggested connections) modelled and the plastic behavior and its behavior factor with the reinforced concrete frame, stud connections, and bare reinforced concrete moment frame compared. The result showed that the behavior factor system comparing to bare reinforced concrete frame and reinforced concrete frame contains the steel shear wall with stud connections have increased and about 6.5 (the extent) can be considered.The steel shear wall is an appropriate resistant system against lateral loads that is been utilized in modern high-rise buildings and upgrading existing buildings because of numerous benefits. This article examined the operation usage of this system in compound reinforced concrete moment frame using suggested connections (additional stirrup). According to this, a steel shear wall three-story reinforced concrete single bay frame (suggested connections) modelled and the plastic behavior and its behavior factor with the reinforced concrete frame, stud connections, and bare reinforced concrete moment frame compared. The result showed that the behavior factor system comparing to bare reinforced concrete frame and reinforced concrete frame contains the steel shear wall with stud connections have increased and about 6.5 (the extent) can be considered.
    Keywords: steel plate shear wall, Concrete Frame, connections, Behaviour Factor, Thin plate
  • Mohammad Ali Lotfollahi, Yaghin *, Mohammad Taghi Aalami, Mohammad Rahim Afshani Pages 157-172
    Factors such as improper performance of gates, their failure, and inappropriate design of gate dimensions are likely to be followed by dangerous dam overtopping. In this article, the nonlinear equations expressing the flow rate through the dam bottom gate or intake as well as the water head inside the reservoir were converted into linear equations in the state space. Based on these linear equations, the inlet and outlet hydrographs of the dam were plotted and the equilibrium point of the diagrams duly determined. Upon adjusting the equilibrium point between the inlet and outlet hydrographs and the height (head) and volume of the reservoir water, the bottom gate or intake dimensions were calculated. The inflow and outflow flood hydrographs fully overlap in case the smart prediction and flood control system along with the pulse method is used for routing of the flood to the reservoir, such that the difference between the two is negligible. Therefore, the proposed smart system offers sufficient accuracy. Then, the digital controllers and other electronic devices were built using microcontrollers, sensors, ultrasonic distance meters, and radio wave transmitters and receivers. Different programming languages were employed in the design building of systems. The proposed flood prediction and control system is equipped with alarm systems to inform the operators in the case of emergencies. After their design and building, the systems were repeatedly used and tested in the laboratory and open channels. The results were favorable and of high accuracy. This is a simple, useful, and reliable method, and can be a suitable substitute for previous ones.
    Keywords: Outlet gate control, state-space equations, linearizing equations, Design flood hydrograph, smart gate
  • Alireza Pachenari *, Elahe Pirayande, Zahra Pachenari Pages 173-186
    Natural hazards and human activities bring about overall or local ground subsidence. Predicting the effects of large differential settlement on response of structural frames, especially in congested urban areas, is a main issue in design process as inadvertence can lead to irrecoverable human and financial losses. In order to better understand the consequences of the subsidence phenomenon on the superstructure, a three dimensional reinforced concrete (RC) moment frame designed according to the current Iranian codes of practice is analyzed due to six separate nonlinear analysis cases considering three locations for the increasing differential settlements (under corner, exterior, and interior columns) as well as two support conditions (fixed and flexible); Various results including change in pattern of bridging beam bending moments, axial force redistribution in columns, and also maximum tolerable elastic and inelastic settlements are evaluated. Based on the findings of the numerical models, although cases with the settlement imposed under an interior column have the least vertical downward displacement at formation of first plastic hinge in a beam compared to corresponding cases, the highest capacity to bear differential settlement occurs due to one of the cases of a corner column location. Moreover, formation of plastic hinges and redistribution of axial forces in first-story columns are highly affected by the modeled support conditions.
    Keywords: Differential settlement, RC moment frame, Nonlinear static analysis, Load redistribution, Plastic hinges
  • Hamid Eskandari, Naddaf *, Roshanak Khosrojerdi, Rana Koshki Pages 187-198
    Compressive strength and flexural properties of the cement mortar, and Water-cement ratio in the mix design, the ratio of aggregates to cement and cement strength class are the main parameters determining the properties of cement mortar. The optimization of the concrete mix design technology plays an important role, recently statistical method that has been considered by researchers to optimize the response surface methodology (RSM). In this article to achieve an optimal mix of factors affecting the quality of the mortar properties of this method has been used. In this regard, 12 mix design has been evaluated. The samples in the vicinity of solutions containing 0, 5 and 10% sodium chloride are located. The result of the paper represents the possibility of using this method is the continuous improvement of concrete mix design. Which can serve as a useful tool in concrete production units and production units used prefabricated concrete. Search optimization results with response surface method for compressive strength and flexural show that optimal mix design to achieve maximum compressive and flexural strength a mix design which the percentage of chlorine used at a rate of 5%, cement strength class is highest (42.5 MPa) and water to cement ratio is the minimum amount.
    Keywords: Response surface methodology (RSM), Sodium chloride, optimized mix design of concrete, Compressive strength, Flexural Strength
  • Amin Ghannadiasl *, Saeed Mortazavi Pages 199-216
    The redundancy factor is applied to increase the redundancy of structures that not had a sufficient degree of static indeterminacy in many international standards. The redundancy factor is different in the design standards. In the fourth edition of the standard No. 2800, the redundancy factor is proposed to improve the seismic performance of buildings that are considered with two values 1 and 1.2. Therefore, the base shear can be increased to a maximum of 20%, according to the standard No. 2800. In this paper, the effect of the redundancy factor on the seismic performance of the moment resisting concrete structures is investigated using nonlinear static analysis. Also, the numerical evaluation of the value provided by the standard No. 2800 for the redundancy factor is assessed. The studied models have 4, 6 and 8 stories with a story height h=3.2 m where 1, 2, 3 or 4 bays have to be located. ETABS software used for modeling and analysis. Then, the performance of the structures is evaluated by applying once a redundancy factor 1 and again the redundancy factor 1.2. Based on the results of this research, it can be concluded that it is justified to account directly structural redundancy in the design by using a redundancy factor, as proposed in some international building codes.
    Keywords: Nonlinear analysis, Redundancy factor, Seismic Performance, Moment Resisting Frames, standard No. 2800