فهرست مطالب

نشریه مهندسی عمران مدرس
سال نوزدهم شماره 3 (امرداد و شهریور 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/07/09
  • تعداد عناوین: 17
|
  • زینب بادپا*، مجید فضلی صفحات 1-15

    از جمله روش های حفاظت از سواحل که در دهه های اخیر در رودخانه ها مورد توجه قرار گرفته است، استفاده از آبشکن هاست. آبشکن ها بر روی خطوط جریان اثر گذاشته و با ایجاد تغییراتی در سرعت و جهت جریان موجبات تغییرات عمده در توپوگرافی بستر در اطراف آبشکن و هم چنین سواحل را فراهم می آورند. شناخت و جهت دهی به این تغییرات منجر به ساماندهی به صرفه رودخانه در نواحی موردنظر خواهد شد. در تحقیق حاضر تاثیر آبشکن های باز توری سنگی قائم، جاذب و دافع در مسیر جریان بر توپوگرافی بستر و الگوی جریان مورد بررسی قرار گرفته است. در این بررسی عملکرد آبشکن های مذکور با آبشکن بسته مقایسه خواهد شد. نتایج نشان می دهد که با کاهش درصد تخلخل آبشکن ها، انحراف جریان اصلی و شدت جریان های ثانویه حول آبشکن افزایش یافته که این امر موجب افزایش تغییرات توپوگرافی بستر و ایجاد حفره های بزرگ تر حول آبشکن می شود. با افزایش شدت فرسایش حول آبشکن، رسوبگذاری در کناره ها افزایش می یابد.
    بیشترین آبشستگی (نسبت آبشستگی به عمق جریان) مربوط به آبشکن قائم بسته به میزان 9/0 و کمترین این پارامتر مربوط به آبشکن جاذب با تخلل 50 درصد به میزان 23/0 می باشد. حداکثر مقادیر آبشستگی برای همه آبشکن ها در دماغه آبشکن رخ داده است. همچنین در بررسی مقادیر حداکثر سرعت طولی، عرضی و قائم سرعت، به ترتیب برای آبشکن قائم بسته 43، 20 و 14- سانتی متر بر ثانیه و برای آبشکن جاذب با تخلخل 50 درصد، 43، 9/15 و 11- سانتی متر بر ثانیه می باشد.

    کلیدواژگان: آبشکن توری سنگی، الگوی جریان، درصد تخلخل، توپوگرافی بستر
  • سید امیر بنی مهد* صفحات 17-29

    ‎ ‎در این تحقیق شناسایی محل و میزان آسیب در سازه با استفاده از الگوریتم بهینه سازی زنبور عسل مصنوعی بررسی شده است. تعیین میزان و محل خسارت ‏در سازه ها با استفاده از بازرسی میدانی و چشمی فرآیندی پرهزینه است، لذا با استفاده از روش های تحلیلی علاوه بر سرعت دسترسی قابل ملاحظه، هزینه های ‏تعیین محل و میزان آسیب نیز کاهش می یابد. با دانستن فرکانس ها و شکل های مودی سازه آسیب دیده که از نتایج اندازه گیری بدست می آید و همچنین فرض ‏عدم تغییر ماتریس جرم در سازه سالم و آسیب دیده، ماتریس سختی به گونه ای تعیین می شود که در قضیه مقادیر ویژه ماتریس جرم و سختی سازه آسیب دیده ‏صدق نماید. حل مساله از روش معکوس نیازمند سعی و خطای متعددی تا رسیدن به جواب قابل قبول می باشد ولی استفاده از الگوریتم های بهینه سازی عددی ‏می تواند به گونه ای فضای پاسخ را جستجو کند که تعداد سعی های لازم بسیار کم و محدود گردد. در این پژوهش الگوریتم زنبور عسل مصنوعی برای تعیین ‏ماتریس سختی سازه آسیب دیده استفاده می گردد. همچنین روش‏ SEREP برای فشرده سازی ماتریس جرم و سختی به منظور کاهش حجم محاسبات بکارگیری ‏می شود. برای ارزیابی این روش، دو خرپای مسطح و فضایی و یک قاب مسطح هر کدام با دو سناریوی خسارت درنظر گرفته می شود. نتایج بررسی نشان ‏می دهد که این روش توانایی و دقت قابل قبولی در تعیین میزان و محل آسیب در سازه با وجود اطلاعات فرکانسی و شکل مودی نویزدار دارد.‏

    کلیدواژگان: تشخیص خسارت، الگوریتم زنبور عسل مصنوعی، روش فشرده سازی SEREP
  • احسان خجسته فر*، سید صادق ناصر علوی، محمد پاپی صفحات 31-43

    چکیده-  فلسفه سنتی طراحی لرزه ای سازه ها بر مبنای نیروی اینرسی ناشی از زلزله در حال جایگزینی با فلسفه طراحی احتمالی بر مبنای عملکرد می باشد که در این دیدگاه منحنی های شکنندگی نقش مهمی را دارا هستند. منحنی های شکنندگی بیانگر احتمال ایجاد سطحی از آسیب (حالت حدی) در برابر تاثیر شدتی از زلزله (پارامتر شدت) می باشند. در این مقاله مسئله بهینه سازی وزن سازه با لحاظ نمودن قیود احتمالی (احتمال فروریزش هدف) بررسی شده است. به این منظور، و برای عملی نمودن حل مسئله بهینه سازی، احتمال فروریزش سازه نمونه با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی آموزش دیده پیش بینی شده است. علاوه بر قید احتمال فروریزش سازه؛ قیود تعینی (شامل ماکزیمم تنش و ماکزیمم تغییر مکان نسبی) با استفاده از تحلیل ماتریسی سازه مورد مطالعه، در مسئله بهینه سازی دخیل شده اند. بهینه سازی وزن سازه با استفاده از الگوریتم ژنتیک صورت گرفته شده است. در نهایت اثر مقدار احتمال فروریزش هدف، بر حاکم بودن معیار در سازه بهینه به دست آمده بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که با در نظر گرفتن احتمال فروریزش بیش از 10% برای سازه نمونه مورد مطالعه معیارهای تعینی حاکم بر وزن سازه بهینه خواهند بود و برای احتمال فروریزش هدف کمتر از این مقدار، قید آسیب احتمالی حاکم بر طرح نهایی خواهد بود.

    کلیدواژگان: طراحی احتمالی بر مبنای عمل رد، بهینه سازی سازه ها، منحنی ش نندگی فروریزش، بهینه سیازی انیدازه، شیب ه عصیبیمصنوعی، تحلیل دینامی ی افزایشی
  • قاسم پاچیده*، مجید قلهکی صفحات 45-56

    بلوک سبک هبلکس (AAC) در ساختمان های کوتاه مرتبه و همچنین میانقاب ها به عنوان یک عنصر سازه ای استفاده می شود. مشکل اصلی این بلوک، مقاومت فشاری و کششی پایین و همچنین میزان جذب آب بالای آن بوده که هنگام اجرا آب ملات را به خود جذب کرده و کار را سخت می کند. در این مقاله به منظور بهبود ویژگی های مکانیکی و جذب آب این نوع از بلوک ها، سه نوع پوزولان شامل میکروسیلیس، زئولیت و سرباره ی کوره آهن گدازی با مقادیر 7%، 14% و 21% وزنی سیمان به دوغاب بلوک اضافه شد. بدین منظور نمونه های مکعبی به ابعاد 10×10×10 سانتی متر و استوانه ای به ابعاد 10×20 سانتی متر برای انجام آزمایش ها مقاومت فشاری و کششی و جذب آب ساخته شد. نتایج حاکی از آن است که استفاده از پوزولان ها در ترکیب بلوک هبلکس، خواص مکانیکی و جذب آب آن را بهبود می بخشد. بطوری که استفاده از میکروسیلیس، زئولیت و سرباره به ترتیب مقاومت فشاری را تا حدود 84/1، 2و72/1 برابر نسبت به نمونه شاهد افزایش می دهد. همچنین استفاده از مقدار 21% وزنی سیمان از پوزولان ها، سبب بهبود مقاومت کششی تا 25% می شود. بطور کلی استفاده از میکروسیلیس، زئولیت و سرباره در مقادیر مختلف وزنی سیمان تا 50%، 45% و 35% از مقدار جذب آب بلوک های هبلکس می کاهد.

    کلیدواژگان: بلوک سبک هبلکس (اتوکلاو)، میکروسیلیس، زئولیت، سرباره کوره آهن گدازی، جذب آب و مقاومت فشاری و کششی
  • اصغر پرکاوش، حسن افشین، محمد چرخ تاب * صفحات 57-69

    روش های مختلفی برای مقاوم سازی ستون های بتنی که پوشش بتنی خود را از دست داده اند ارائه شده است. در این تحقیق، نمونه هایی از ستون های مربعی بتنی که پوشش بتنی خود را از دست داده اند مورد بررسی قرار گرفته و برای مقاوم سازی این ستون های آسیب دیده از تلفیق روش ها استفاده شده و کارایی آنها مورد ارزیابی قرار گرفته است. این روش ها شامل استفاده از لایه بتنی پوششی جدید و دورپیچ کردن ستون ها با الیاف کربن می باشد. متغیرهای این تحقیق شامل شکل مقطع، نوع بتن لایه پوششی (بتن فوق توانمند، بتن فوق توانمند با الیاف فولادی و ملات خودتراکم) و تعداد لایه های الیاف کربن (یک و دو لایه) است. تعداد کل نمونه ها در این تحقیق 42 عدد می باشد که 6 عدد از این نمونه ها به عنوان نمونه های کنترل، 6 عدد به عنوان نمونه های کنترل آسیب دیده و 30 عدد نمونه های آسیب دیده ای هستند که با لایه پوششی و الیاف کربن مقاوم سازی شده اند. کل نمونه ها تحت بار محوری یکنواخت قرار گرفته اند. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که در مقاوم سازی ستون به شکل مربعی بهتر است از لایه پوششی بتن فوق توانمند استفاده شود. درحالی که در مقاوم سازی ستون به شکل دایروی بهتر است از ملات خودتراکم به عنوان لایه پوششی استفاده شود. همچنین مطالعه عددی برای صحت سنجی نتایج آزمایشگاهی و همچنین تعمیم نتایج آزمایشگاهی نمونه های با ابعاد کوچک برای ستون های با ابعاد بزرگ نیز انجام شده است.

    کلیدواژگان: ستون های بتنی، مقاوم سازی، بتن فوق توانمند، الیاف کربن، بار محوری
  • سید امیر حسین جباری، عبدالحسین حداد* صفحات 72-82

    خاک های با پتانسیل تورمی جزو خاک های مسئله داری هستند که در اثر جذب آب تغییر حجم داده و قابلیت ایجاد فشار زیادی را به محیط اطراف خود دارند و از این رو می توانند بیشترین آسیب را به ابنیه و تاسیسات مجاور خود وارد سازند. از جمله آسیب های قابل مشاهده و با تکرار فراوان در مجاورت خاک های منبسط شونده می توان به تورم کف در سازه های سبک، انحراف دیوارهای نگهبان و تغییر شکل و یا شکستن لوله های مدفون اشاره کرد. در این مقاله نتایج تحقیقات آزمایشگاهی جهت کاهش فشار تورمی وارد به لوله های مدفون وآسیب های ناشی از آن در محیط خاک منبسط شونده با استفاده از لایه محافظ ژئوفوم (EPS) ارائه شده است. در این پژوهش چهار سری آزمایش بر روی یک نمونه لوله انعطاف پذیرمدفون شده در خاک منبسط شونده از نوع بنتونیت انجام شد. در آزمایش اول لوله به تنهایی در خاک مدفون بوده و در آزمایش های دوم، سوم و چهارم به ترتیب لوله از طریق ژئوفوم به ضخامت های 4 و 20 و 40 میلی متر مورد محافظت قرار گرفت. آزمایش های انجام شده نشان می دهد که استفاده از لایه محافظ ژئوفوم می تواند تا حدود 90 درصد فشار تورمی وارد بر لوله و در نتیجه تغییر شکل آن را کاهش دهد.

    کلیدواژگان: ژئوسنتتیک، ژئوفوم (EPS)، خاک منبسط شونده، کاهش فشار تورمی
  • حسن اکبری*، علی ساسانی صفحات 83-94

    بالاروی موج یکی از عوامل مهم در طراحی سازه های ساحلی است و تخمین مناسب آن در تعیین تراز طراحی سازه های دریایی تاثیر دارد. بالاروی و شکست موج، باعث تغییرات و بهم ریختگی زیاد سطح آب می شود که با توجه به قابلیت روش هیدرودینامیک ذرات هموار در شبیه سازی این پدیده، از این روش در پژوهش حاضر استفاده شده است. یکی از عوامل تاثیرگذار بر بالاروی، تنش بستر است که اعمال آن می تواند باعث بهبود نتایج گردد. در این راستا، در این پژوهش با معرفی دو رویکرد جدید، مدل عددی SPH بگونه ای توسعه یافت که نیروی اصطکاک با دو رویکرد متفاوت به ذرات مجاور مرز اعمال گردد. نتایج این مدل با روابط تحلیلی-تجربی معتبر مقایسه و مشاهده گردید که با تصحیح مدل، دقت افزایش یافته و میزان بالاروی با مقدار خطای کم تری ارزیابی می گردد. بر اساس نتایج به دست آمده، اعمال نیروی اصطکاک تاثیر بسزایی بر پاسخ ها دارد و میزان بهبود نتایج وابسته به هندسه و شرایط موج است. اگر بالاروی همراه با لغزش موج روی سطح بستر باشد، تاثیر اعمال نیروی اصطکاک بر بهبود نتایج افزایش می یابد به نحوی که در بعضی از مدل ها خطای 90 درصدی را به 6 درصد کاهش می دهد. با توجه به هزینه محاسباتی بالای روش SPH نسبت به سایر روش های مرسوم عددی، از قابلیت پردازش موازی و استفاده از ظرفیت کارت گرافیک به منظور کاهش زمان محاسبات استفاده شد. همچنین، برای ارزیابی عملکرد این مدل، هزینه محاسباتی گام های مختلف روش توسعه یافته در هر دو شرایط استفاده و عدم استفاده از پردازش موازی با یکدیگر مقایسه گردید.

    کلیدواژگان: شرایط مرزی، اصطکاک بستر، بالاروی موج، پردازش موازی
  • سیدعلی سیدرزاقی*، بهادر عادل، علی زارع، غلام رضا قدرتی صفحات 95-109

    در این مقاله یک رویکرد جدید بروزرسانی مدل برای سلامت سنجی و تعیین محل و شدت آسیب در سازه های مهندسی ارائه می گردد. به این منظور، یک تابع هدف حساس به رخداد آسیب برپایه ی تابع خطای مستقیم  با کمک روش انطباق نقطه ای و به کارگیری اطلاعات مودال سازه ی آزمایش شده و مدل تحلیلی آن معرفی می شود. در این تابع هدف، اطلاعات مودال (بسامدهای طبیعی و شکل های مود متناظر) به صورت مستقیم و بدون واسطه ترکیب می شوند که این امر سهولت ارزیابی تابع هدف و حساسیت زیاد آن به رخ داد آسیب را به دنبال دارد. به منظور یافتن جواب بهینه ی مسئله که همان آسیب های شناسایی شده در سازه است، از الگوریتم بهینه یابی پروانه-شعله استفاده می شود. الهام بخش اصلی این الگوریتم، همگرایی مارپیج پروانه ها به سمت شعله های مصنوعی می باشد. بروزرسانی موقعیت پروانه ها نسبت به شعله ها که بهترین جواب های بدست آمده در طول تکرارها می باشند، احتمال همگرایی زودرس به نقاط بهینه ی محلی را کاهش داده، همگرایی الگوریتم به نقطه ی اکسترمم کلی را تضمین می نماید. کارآیی روش پیشنهادی با مطالعه ی سه مثال عددی که شامل یک قاب برشی هفت طبقه، یک تیر ساده و یک خرپای دو بعدی می باشد، ارزیابی می گردد. در این مطالعه هر کدام از سازه ها با روش اجزای محدود مدل سازی شده و آسیب با کاهش سختی در عضوهای آسیب دیده، شبیه سازی می شود. هم چنین اثر وجود نوفه ی تصادفی در داده های ورودی بر روی عملکرد روش پیشنهادی بررسی می شود. نتایج به دست آمده عملکرد خوب و پایدار روش مطرح شده را برای شناسایی آسیب نشان می دهد.

    کلیدواژگان: شناسایی آسیب، اطلاعات مودال، تابع هدف، انطباق نقطه ای، بهینه یاب پروانه-شعله
  • عادل عساکره*، حلیمه زارعی، محمد امیری صفحات 111-122

    مارن ها از خاک های مساله دار هستند که در صورت قرار گرفتن در معرض جریان آب به سهولت فرسایش می یابند و مشکلاتی را در پایداری بستر پروژه های عمرانی ایجاد می نمایند. یکی از روش های اصلاح شیمیایی خاک استفاده از مواد افزودنی مانند آهک، سیمان و نانوذرات است. پژوهش حاضر به بررسی تاثیر آهک و نانوسیلیس بر ویژگی های مهندسی خاک مارن و تشکیل ترکیبات جدید ناشی از فرآیند تثبیت می پردازد. در این راستا پس از تعیین خصوصیات ژئوتکنیکی خاک مارن، بهبود ویژگی های مهندسی نمونه های تثبیت شده با درصدهای مختلف آهک شکفته و نانوسیلیس بعد از پایان دوره عمل آوری مورد ارزیابی قرار گرفته است. آزمایش پراش پرتو ایکس (XDR) برای شناسایی کانی های موجود در خاک و بررسی تشکیل ترکیبات هیدرات سیلیکات کلسیم در واکنش خاک با آهک و نانوسیلیس انجام شده است. نتایج نشان می دهد که حضور نانوسیلیس در سیستم خاک-آهک، منجر به توزیع یکنواخت ترکیبات سیلیکات کلسیم هیدراته (C-S-H) در خاک شده است. بر اساس نتایج، با افزایش زمان عمل آوری، مشارکت آهک در انجام واکنش های پوزولانی افزایش یافته، همچنین، نتایج بدست آمده از آزمایش حدود اتربرگ، کاهش در شاخص خمیری نمونه مارن را با افزایش در مقادیر آهک و نانوسیلیس نشان داده است. بر اساس نتایج پژوهش حاضر، افزایش 6% آهک با 0/7% نانوسیلیس در دوره عمل آوری 28 روزه، موجب افزایش 92/67درصدی مقاومت فشاری تک محوری نمونه مارن شده است.

    کلیدواژگان: مارن، آهک، نانوسیلیس، تثبیت شیمیایی، _ XRD
  • حسن قاسم زاده*، هانیه قائمی صفحات 123-131

    کاهش تدریجی تنش از روی سینه‎کار تونل به هنگام حفاری، منجر به ایجاد تغییرشکل‎هایی در زمین دربردارنده‎ی آن می ‎شود. بیرون‎زدگی سینه‎کار اولین مولفه پاسخ تغییرشکلی محیط به حفاری است. این پدیده به مقاومت و خواص تغییرشکلی هسته‎ی پیش‎روی و همچنین میدان تنش اصلی که در معرض آن قرار گرفته بستگی دارد و روی سطح سینه‎کار و در امتداد محور طولی تونل نمود پیدا می‎کند. در پژوهش پیش‎رو به کمک مدل‎سازی سه بعدی قسمتی از تونل متروی خط 7 تهران، رابطه‎ی بین تنش محصورکننده سینه‎کار تونل و مقادیر بیرون‎زدگی آن بررسی شده و نتایج در قالب منحنی تنش محصور کننده-بیرون زدگی یا "منحنی مشخصه‎ی تونل" ترسیم گردیده است. در ادامه منحنی مشخصه تحت محورهایی به شکل بدون بعد ترسیم شده و مشاهده گردیده است که این منحنی‎های بدون بعد، با رعایت شرایط خاصی برای تونل‎های مختلف برروی هم قرار می‎گیرند. شرایط لازم برای این منظور نیز در انتها آورده شده است.

    کلیدواژگان: منحنی مشخصه تونل، حفاری تونل، متروی تهران، بیرون زدگی سینه کار تونل، تنش محصورکننده سینه کار
  • مهدی قاسمیه*، سیاوش کریمی صفحات 133-143

    جهت بررسی جامع عملکرد اجزای سازه باید بتوان رفتار آن ها را در محدوده ی وسیعی از رفتار غیرخطی ارزیابی و پیش بینی کرد و برای این منظور نیاز به مدل های هیسترزیس تحلیلی است که قابلیت در نظر گرفتن همه ی مدهای زوال سختی و مقاومت را داشته باشند. به منظور استفاده از این مدل ها نیاز به مجموعه ای از داده ها است که بر اساس آن بتوان مدل ها را صحت سنجی کرد. در این مقاله روابطی برای تعیین پارامترهای مدل زوال اصلاح شده ی ایبارا-کراوینکلر در قابهای خمشی فولادی در نواحی مفاصل پلاستیک تشکیل شده در تیرهای I متصل شده به ستون های قوطی توسط ورق های فوقانی و تحتانی ارایه می شود. به این منظور ابتدا تعدادی اتصال مطابق ضوابط مبحث دهم طراحی می شوند. در ادامه اتصالات طراحی شده به صورت عددی مدل سازی و تحلیل می گردند. با استفاده از نتایج تحلیل عددی اتصالات، پارامترهای مدل زوال واسنجی شده و روابط مورد نظر با استفاده از وایازش غیرخطی ارایه می گردند.

    کلیدواژگان: زوال سختی و مقاومت، اتصالات فولادی، رفتار غیرخطی، ورق های فوقانی وتحتانی، بار چرخه ای
  • کامی کابوسی*، مهران فدوی، احسان ستایش صفحات 145-157
    به دلیل مجاورت به دریا، شرایط زمین شناسی و ویژگی های هیدروژئولوژی مناطق شمالی و غربی استان گلستان، آب زیرزمینی در این منطقه بسیار شور است. از سوی دیگر، به دلیل عدم دسترسی به آب سطحی با کیفیت مناسب در اغلب ماه های سال، انجام فعالیت های عمرانی و ساختمانی در این منطقه همواره با چالش هایی همراه است. بر این اساس، پژوهش حاضر با هدف بررسی 120 تیمار دربرگیرنده سه سطح کیفیت آب (شامل آب شهری، شورآبه زیرزمینی و ترکیب آب شهری و شورآبه زیرزمینی با نسبت برابر)، چهار سطح زئولیت (شامل کاربرد 0، 10، 20 و 30 درصد زئولیت به جای سیمان در طرح اختلاط)، دو سطح مصالح سیمانی (شامل 250 و 350 کیلوگرم بر مترمکعب) و پنج سن اندازه گیری مقاومت فشاری (3، 7، 21، 56 و 90 روز) در سه تکرار صورت گرفت. نظر به تنوع قابل ملاحظه تیمارهای آزمایش در این پژوهش و با توجه به عدم تجزیه و تحلیل های آماری در پژوهش های قبلی، نتایج پژوهش حاضر در قالب طرح کاملا تصادفی به صورت آزمایش فاکتوریل تحت آزمون های تجزیه واریانس (ANOVA) و مقایسه میانگین ها (LSD) قرار گرفت. نتایج نشان داد که امکان استفاده از شورآبه زیرزمینی و زئولیت در طرح اختلاط بتن به ویژه در عیار سیمان 350 کیلوگرم بر مترمکعب بدون آن که موجب کاهش معنی دار مقاومت فشاری بتن گردد، و حتی این ویژگی را در برخی شرایط به طور معنی داری افزایش دهد، وجود دارد. با این حال، با توجه به وجود برهمکنش سه گانه این عوامل که به معنای اثرات متفاوت نوع آب و درصد زئولیت در عیارهای مختلف سیمان است، انتخاب بهترین سطح کاربرد زئولیت و نوع آب با توجه به عیار سیمان مورد نظر باید بر اساس آزمون طرح اختلاط در کارگاه به دست آید.
    کلیدواژگان: آب نامتعارف، سن بتن، طرح اختلاط، عیار سیمان
  • صادق گریوانی*، سید سعید عسکریانی صفحات 159-171
    خرابی پیش رونده پدیده ای خاص در سازه ها است که در آن کل سازه و یا بخشی از آن به علت بروز آسیب یا گسیختگی موضعی در قسمت محدودی از سازه خراب می گردد. در این پدیده، خرابی اغلب به علت یک حادثه مانند انفجار در سازه شروع شده و سپس به دلایلی نظیر عدم بازتوزیع مناسب نیروها بین سایر اعضای سازه ای به دیگر بخش های سازه نیز پیش روی می نماید. در سال های اخیر مطالعه بر روی این پدیده به طور روزافزون مورد توجه قرار گرفته و تحقیقات زیادی از جنبه های مختلف بر روی این موضوع انجام شده است. یکی از حوزه های مورد مطالعه در این زمینه، بررسی اثر سیستم سازه ای بر پتانسیل وقوع خرابی پیش رونده در ساختمان ها است. یکی از متداول ترین انواع سازه های ساختمانی، ساختمان های بتن مسلح می باشد که در کشور ما نیز به صورت گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. در این ساختمان ها انواع مختلفی از سیستم های سازه ای نظیر "قاب های خمشی بتنی"، "سیستم های دوگانه قاب خمشی بتنی همراه با دیوارهای برشی بتنی" و غیره به کار برده می شود. انتخاب یک سیستم سازه ای مناسب و نیز اقتصادی برای داشتن ایمنی بیشتر در مقابل پدیده خرابی پیش رونده مستلزم داشتن دانش کافی از رفتار این سیستم ها در برابر این پدیده خواهد بود. مساله ای که این مقاله به دنبال آن است، رسیدن به درک مناسب از رفتار انواع سیستم های سازه ای ساختمان های بتن مسلح در برابر پدیده خرابی پیش رونده و مقایسه این سیستم ها با یکدیگر می باشد. در این راستا پس از مرور ادبیات فنی در حوزه خرابی پیش رونده و بررسی ضوابط آیین نامه های موجود در این خصوص، مدل سازی های عددی لازم برای انجام مطالعات مورد نظر انجام پذیرفته است. مدل های عددی شامل قاب های 3، 7 و 10 طبقه بتنی در سه حالت "قاب خمشی متوسط بتنی"، "قاب خمشی ویژه بتنی" و "قاب خمشی متوسط بتنی همراه با دیوار برشی متوسط بتنی" بوده است. بارگذاری و طراحی این قاب ها نیز در دو حالت با و بدون در نظر گرفتن ضوابط مربوط به کنترل خرابی پیش رونده انجام پذیرفته است. در حالت طراحی سازه ها با هدف پیش گیری از وقوع خرابی پیش رونده از ضوابط آیین نامه UFC-4-023-03 استفاده شده و این سازه ها  تحت حالات مختلف حذف ستون مورد ارزیابی قرار گرفته اند. در نهایت ضوابط مربوط به تحلیل های خطی و غیرخطی این آیین نامه نیز با یکدیگر مقایسه شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که "قاب های خمشی بتنی متوسط" نسبت به سایر سیستم های سازه ای بتنی مورد بررسی در این مقاله، از نظر اقتصادی و نیز تحمل بارهای ناشی از حذف ستون رفتار بهتری از خود بروز می دهند. همچنین در سازه های مورد بررسی مشخص شده است که در آیین نامه UFC-4-023-03، ضوابط مربوط به تحلیل های غیرخطی حاشیه امنیت بالاتری را نسبت به تحلیل های خطی در نظر می گیرند.
    کلیدواژگان: خرابی پیش رونده، سازه های بتن مسلح، سیستم باربر جانبی، حذف ستون در سازه
  • بنفشه زهرایی*، محمدعلی بنی هاشمی، شایان محسنی صفحات 173-186

    بهره برداری مناسب از دریچه های سرریز از جمله چالش های مدیریت بهره برداری از مخازن در زمان سیلاب است. بهره برداری بهینه از دریچه های سرریز به عنوان یک روش غیر سازه ای، اهمیت ویژه ای در مهار و استهلاک انرژی سیلاب ها دارد. با اعمال سیاست های مناسب بهره برداری می توان خسارت سیلاب را تا حد زیادی کاهش داد. در این تحقیق، با در نظر گرفتن قوانین موثر بر بهره برداری از دریچه های سرریز، یک منحنی فرمان بهینه چند مرحله ای برای بهره برداری از دریچه ها در زمان وقوع سیلاب، ارائه شده و میزان رهاسازی آب مخزن از دریچه های سرریز براساس تراز های بحرانی و مدت زمان وقوع سیلاب، تعیین شده است. عملکرد مدل ارائه شده در بهره برداری از دریچه سرریز سد مهاباد مورد ارزیابی قرار گرفته است. از ویژگی های مثبت سیاست تدوین شده، عدم وابستگی آن به پیش بینی هیدروگراف سیلاب ورودی به مخزن است که انعطاف پذیری بسیار زیادی را برای استفاده از آن فراهم می کند. کاهش و تاخیر بیشینه سیلاب ورودی در هیدروگراف سیلاب خروجی از مخزن و استفاده بهینه از حجم کنترل سیلاب جهت بهره برداری در آینده برای مصارف کشاورزی و نیروی برق آبی از نتایج سیاست بهره برداری تدوین شده در این تحقیق است.

    کلیدواژگان: سرریز دریچه دار، کنترل سیلاب، منحنی فرمان، بهینه سازی، سیاست بهره برداری
  • پیمان محمدزاده، میترا جوان*، افشین اقبال زاده، خسرو مروتی صفحات 187-198

    کانال های مرکب، مقطع عرضی بسیاری از رودخانه ها خصوصا در بازه های مجاور مناطق مسکونی و زراعی را تشکیل می دهد. بررسی رفتار هیدرولیکی آن ها، در طرح های کنترل سیلاب و ساماندهی رودخانه ها اهمیت فراوانی دارد. در تحقیق حاضر، الگوی جریان و سطح آزاد آب در یک کانال مرکب همگرا با بهره گیری از مدل آشفتگی RSM و روش VOF شبیه سازی شده است. مقایسه تغییرات طولی تراز سطح آب، سرعت متوسط گیری شده در عمق و ظرفیت انتقال دبی توسط سیلاب دشت ها با نتایج آزمایشگاهی نشان دهنده قابلیت مدل عددی در شبیه سازی الگوی جریان درکانال مرکب همگرا می باشد. با مقایسه الگوی جریان در کانال مرکب همگرا برای عمق نسبی های مختلف مشخص گردید، اختلاف سرعت ایجاد شده بین سیلاب دشت و کانال اصلی باعث بروز ساختار جریان پیچیده در عمق نسبی های کم می شود، این اختلاف سرعت باعث به وجود آمدن جریان های ثانویه در مقطع عرضی کانال شده و با افزایش عمق نسبی جریان های ثانویه حذف می شوند. جریان های ثانویه ایجاد شده باعث افت انرژی شدید در عمق نسبی های کم می شوند. همگرایی در کانال مرکب، ظرفیت انتقال دبی توسط سیلاب دشت ها را کاهش می دهد چنانچه در عمق نسبی 1/0، سیلاب دشت ها کم ترین مقدار دبی را انتقال می دهند.

    کلیدواژگان: کانال مرکب، سیلاب دشت، همگرایی، شبیه سازی عددی، فلوئنت
  • محمد محمودی راد*، محمد جواد خان جانی صفحات 199-210

    سازه ی ورتکس در سیستم های جمع آوری فاضلاب و زهکشی شهری به منظور انتقال سیال به مجاری زیرزمینی با رقوم پایین تر به کار می رود. در تحقیق حاضر، با ساخت مدل فیزیکی سازه از قطعات پلکسی گلاس، بازدهی اتلاف انرژی جریان در سازه مورد مطالعه قرار گرفته است. با استفاده از آنالیز ابعادی نشان داده شده است که عدد فرود جریان (Fr)، نسبت ارتفاع کل ریزش به قطر شفت (L/D) و نسبت عمق چاهک به قطر شفت (Hs/D) عوامل موثر بر بازدهی اتلاف انرژی جریان در سازه می باشند. در این تحقیق با در نظر گرفتن چهار سطح برای عامل Fr (1/77، 2/01، 2/18 و 2/32)، سه سطح برای عامل L/D (10، 13 و 16)، سه سطح برای عامل Hs/D (0، 1 و 2) و چهار تکرار برای تمام ترکیبات ممکن بین عوامل، 144 (3*3*4*4) آزمایش در قالب روش فاکتوریل کامل طراحی و آنالیز شده است. نتایج نشان داد که بازدهی اتلاف انرژی جریان با افزایش عدد فرود، 8 درصد کاهش و با افزایش نسبت ارتفاع کل ریزش به قطر شفت و نسبت عمق چاهک به قطر شفت به ترتیب 5 و 2 درصد افزایش می یابد. همچنین نشان داده شد که تاثیر متقابل عدد فرود جریان و نسبت عمق چاهک به قطر شفت بر بازدهی اتلاف انرژی جریان در سازه معنی دار نمی باشد. علاوه بر این، معادله ای غیر خطی به صورت تابعی از عدد فرود جریان، نسبت ارتفاع کل ریزش به قطر شفت و نسبت عمق چاهک به قطر شفت  برای تخمین بازدهی اتلاف انرژی جریان با استفاده از آنالیز رگرسیون ارائه شده است. همچنین نشان داده شد که در صورت استفاده از چاهک در پایه شفت ریزشی با عمق 1 تا 1/6 برابر قطر شفت، عملکرد هیدرولیکی سازه افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: سازه ی ورتکس، اتلاف انرژی، طرح آزمایشات، تحلیل رگرسیون
  • شروین ملکی، علیرضا معززی * صفحات 227-239

    سیلوهای استوانه ای فولادی بدلیل ضخامت کم جداره، مستعد خرابی کمانشی هستند. در حالت خالی و یا وجود سطح پایینی از محتویات، سیلو ها در معرض کمانش تحت بار باد قرار می گیرند. سیلوهای فولادی به دو شکل مرسوم ورق صاف و ورق موجدار دیده می شوند. به منظور افزایش ظرفیت باربری، ممکن است از سخت کننده های قائم و محیطی در طرح آن ها استفاده گردد. مقاله حاضر به مطالعه عددی پایداری سه نمونه سیلوی ورق صاف فولادی، بدون سخت کننده، تحت بار باد می پردازد. سیلوهای مورد بررسی، دارای نسبت ابعادی (ارتفاع به قطر) متفاوت بوده و ضخامت جداره آن ها در ارتفاع متغیر است. هر یک از سیلوها طبق روش پایداری پوسته ها، مطابق با آیین نامه اروپا و برای ذخیره سازی گندم طرح شده اند. بار باد نیز منطبق بر توزیع فشار توصیه شده در آیین نامه اروپا، در هر دو جهت ارتفاعی و پیرامونی بر سازه ها اعمال شده است. در جهت پیرامونی، آیین نامه دو توزیع فشار متفاوت، یکی در حالت سیلوی منفرد و دیگری برای سیلوی مستقر در گروه سیلوها ارائه می نماید. اثر هر دو توزیع فشار از طریق تحلیل های خطی و غیرخطی ارزیابی شده است. همچنین، اثر وجود بازشو بر روی سقف سیلوها جهت تهویه، طبق اضافه فشار آیین نامه مورد ملاحظه قرار گرفته است. براین اساس، از سیلویی با سقف بسته در مقایسه با همان سیلو با سقف دارای بازشو و تحت بار باد آیین نامه اروپا، می توان انتظار متوسط 40% مقاومت کمانشی بیشتر داشت. نتیجه اخیر در مورد سیلوی منفرد و هم سیلوی مستقر در گروه سیلوها برقرار است.

    کلیدواژگان: سیلوی استوانه ای فولادی، کمانش، آیین نامه اروپا، بار باد، نرم افزار آباکوس
|
  • Zainab Badpa*, Majid Fazli Pages 1-15

    One of the usual methods for river banks protection is using spur dike structures that if properly designed and executed, in addition to controlling erosion, It leads to the rehabilitation of rivers margin valuable lands. Spur dikes affect the streamlines and it make changes in the velocity and direction of the flow, leading to major changes in the bed topography around the spur dike as well as the beaches. Recognizing and directing these changes will lead to the River Affordable Planning in the desired areas.  In the present study, the effect of the Deflecting open gabion spur dike, attracting and repelling on the bed topography of the flow path and flow pattern has been investigated. ADV was used to measure flow velocity in different directions. This velocity meter is submitted by transmitting waves of 10 or 16 MHz frequency from a transmitter to a sample size of 6 mm in diameter and 3 mm in diameter at a distance of 5 cm from the transmitter and receiving waves by receiver antennas measures the velocity of particles within the sampling volume. The device has the ability to measure the distance from the floor inside the water. Therefore, taking into account the baseline level, the measured distance at each point was deducted from the base value and the scouring of that point was obtained. In these experiments, the Froude number was fixed at 0.26. Also, the depth of flow in the set of experiments is 14.6 cm, which is extracted according to the discharge rate and the displacement threshold formula. The experiments were carried out in such a way that after the equilibrium of the bedding and scouring harvest, the flow pattern was started using the ADV device.
     In this review, the performance of the spur dikes will be compared with the impervious spur dike. The results show that by decreasing the porosity of the spur dikes, the mainstream deviation and the intensity of the secondary flows around the spur dike have increased, which increases the topographic changes of the bed and creates larger cavities around the spur dike. As the erosion rate increases around the spur dike, sedimentation on the edges increases.In all three types of spur dikes, with increasing porosity, the dimensions of the scour hole are reduced. By increasing the porosity of the spur dike, the flow velocity from the pores of the spur dike increases, which reduces the difference in the flow rate from the headland and the flow through the pores of the spur dike and reduces the ability to carry flow sedimentation. In a spur dike with 50% porosity, bed topography changes occurred in a very small area around the spur dike and focused on the nose, while for a spur dike with zero porosity, the topography of the bed, depending on the type of spur dike, is several times the length of the spur dike, in Channel length and width occurred. The attracting spur dike has created much less variation in the flow pattern due to the way it is placed in the path of flow, and therefore the bed topography is less influenced by the presence of the spur dike.

    Keywords: gabion spur dike, flow pattern, Porosity percentage, bed topography
  • S. Amir Banimahd* Pages 17-29

    In recent years, the damage identification of structures becomes more attractive for researchers in order to assess ‎the quantify condition of structural system during service life. Moreover, identifying the damage location and ‎severity is very important after disaster such as earthquake and terrorist attak. Structures can be also damaged by ‎normal activity such as corrosion, aging, fatique, wind, waveload etc. Therefore the structural health monitoring is ‎an emerging field to ensure the continues and periodic performance of structures. In this paper, identification of the ‎extent and location of damages in structures are studied by analytical method using artificial bee colony ‎optimization (ABC). In the analytical method, the mass and stiffness matrices of structure could be determine by ‎the finite element procedure. Considering the stiffness matrix of healthy structure and that of the damage structure, ‎the location and severity of the damage could be determined. It is assumed that the global mass matrix remains ‎unchanged after the damage occures in the structure. The natural frequencies and mode shapes of damaged ‎structure can be obtained by measurement. In the study, the damage characteristics are known. Then by applying ‎the eigenvalue equation, the stiffness matrix is determined for damaged structure. Finding the extent and location ‎of damage is introduced as an inverse problem. Using the conventional methods are very expensive and time ‎consuming, while metaheuristic evolutionary computing method is capable to solve complex combinational ‎optimization problems. Swarm intelligence algorithm introduces the collactive behavior of social insects colonies ‎to solve optimization problems. Artificial bee colony algoritm is an evolutionary computing method, which is ‎developed, based on the intelligent foraging behavior of honeybee swarm. Each food source is considered as a ‎possible solution. The location and quality of the nectar from the flower is related to the damage properties and ‎fitness function, respectively. The dimension of every artificial employed bee is equal to the number of member of ‎the structure. Then quality value of the food source is evaluated by the fitness function. The best fitness value is ‎memorized in each search. When the fitness value denote improved after a predefined iterative, the new possible ‎solution will be considered. In the ABC process, the number of food source, the limit and the maximum cycle ‎number are three control parameters. In the optimization problem, applying a proper objective function is one of ‎the indispesable part of the process. Since the structural damage detection is a highly nonlinear problem, a proper ‎objective function can detect the damage accurately and quackly. There are various methods for damage detection, ‎which generaly can be classified into two categories, static and dynamic method. Because of the efficiency of the ‎dynamic method, the objective function is selected based on the dynamic technique, which utilize the eigenvalue ‎problem. In the mathematical equation of the objective function, the mass and stiffness matrix of healthy structure ‎is defined by finite element method. The natural frequencies and mode shapes obtained by the measurement. The ‎stiffness matrix of damaged structure is determined with the optimization algorithm to minimize the objective ‎function. In a measurement test, the used sensors cannot detect all of the degrees freedom of a structure, therefore ‎the obtained information in measurement include a limited number of frequencies or mode shapes. In addition, to ‎avoid a time consuming process, it may be decided to utilize only a limit number of frequencies obtained by the ‎measurement. The system equivalent reduction expansion process (SEREP), which is an accurate and efficient ‎technique of model reduction, is utilized in the paper. Moreover, the damage detection is examined through three ‎numerical examples, plane and space truss and palne frame, each one has two damage scenarios, which include ‎noisy measurement data. The results indicate that the proposed method is a powerfull procedure to detect damages ‎in structures.‎

    Keywords: Damage detection, Artificial bee colony algorithm, SEREP codensatation
  • Ehsan Khojastehfar*, Seyed Sadegh Naseralavi, Mohammad Papi Pages 31-43

    Force-based seismic design, as the conventional earthquake resistant design philosophy, is going to be replaced with probabilistic performance-based design methodology. Through this method, induced damages against various levels of strong ground motions, play a dominant role. Seismic-induced damages are characterized by probabilistic damage functions, namely fragility curves. Fragility curves show the probability of exceeding damage levels (i.e. limit states) conditioned on strong ground motion intensities (i.e. Intensity Measures). Amongst well-known limit states (such as Immediate Occupancy, Life Safety and Collapse Prevention) for which the structure is to be checked, sidesway collapse limit state is of the greatest importance owing to the large amount of triggered losses during past earthquakes. Incremental Dynamic Analysis (IDA) method is the most popular method to achieve fragility curves for variuos limit states. By this methodology, the structure is affected by increasing levels of ensemble of strong ground motions. For each ground motion, the intensity which causes the instability of finite element model of the structure presents the collapse points. Fitting log-normal probability distribution to achieved intensities presents collapse fragility curve. The structure is to be checked against sidesway collapse in such a way that the probability of collapse for design-level seismic hazard is less than the pre-defined allowable probability.        
    Optimization of structures is aimed to present the topology, shape of structures and size structural sections in such that minimum target function (mostly structural weight) is achieved, while variuos design constraints are satisfied. Size optimization of structural members has been accomplished through previuos researches applying gravity and equivalent lateral forces. Besides to achieve optimum structures applying realistic effects of earthquakes, number of researches applied time history analysis of structures against one earthquake record or mean of number of earthquake records. To involve effects uncertainties regarding strong ground motions, probabilistic damage margins must be included in optimization constraints. To achieve this goal, in this paper, weight optimization of structres considering probabilistic constraints (represented by target collapse probability) is investigated. To achieve an efficient algorithm, the collapse fragility curve of structure is predicted by trained neural network. The network is trained based on incremental dynamic analysis of simulated models of samped structure. Besides probabilistic constraint regarding collapse probability margin, maximum normal stress and inter-story drift ratio (as deterministic constraints) are involved. Deterministic constraints are calculated by matrix analysis of the structure. Genetic algorithm is applied to solve the optimization problem. Finally, effects of target collapse probability on optimum weight are examined.
    Achieved results show that the probabilistic constraint coverns the optimization problem if the target probability of collapse is less than 10%. Beyond this value, deterministic constraints, which are maximum normal stress and interstory drift ratio governs the optimum weight of the sampled structure.

    Keywords: Probabilistic performance based design, Collapse fragility curves, Size Optimization, Artificial Neural Networks, Incremental Dynamic Analysis
  • Ghasem Pachideh*, Majid Gholhaki Pages 45-56

    Increasing builders waste of autoclaved aerated concrete (AAC) require new concepts for future recovery processes. There are two main aspects, underlining this basic necessity for developing AAC recycling models. Environment protection ranks first because of the risk of groundwater pollution by compounds leached out from AAC waste during its deposition. The second aspect is raw materials preserving because of the high content of the valuable potential recyclable calcium- silicate-hydrate phase 11 Å tobermorite (5CaO 6SiO2 5H2O) besides pure quartz and minor aluminate. In general the main constituents of AAC amount around 40–50 wt-% for tobermorite and approx. 30–40 wt-% for quartz. The tobermorite phase is causing the AAC strength and forms hydrothermally at 180–200 °C and 10–12 bar pressure during autoclaving from the raw materials lime, quartz, and water. Minor parts of aluminum powder for pore-forming and small amounts of cement and anhydrite for better handling of the AAC-green bodies are the further additives of the AAC raw materials mixture. The high silicate content, as well as the valuable calcium parts, display AAC waste as an interesting raw material for zeolite formation as known from the treatment of fly ashes and slags. According to their outstanding properties zeolites are used in sorption techniques, catalysis, molecular sieving, and ion exchange processes, and in previous studies, we already could show zeolite hydro sodalite formation beside hydrogarnet and other valuable calcium- and sodium aluminosilicates applying NaAlO2 as an aluminum source in the reaction mixture. Those previous syntheses were performed in water and under low alkaline (1 m NaOH) and low acid (1 m citric acid) conditions. This mild reaction milieu was found to be responsible for relatively low AAC conversion rates and the formation of multiphase products. In reference, the aluminum source NaAlO2 was added to the AAC always before the leaching reactions were performed. In contrast, the presented study investigates leaching of pure AAC in stronger alkaline media of 4–8 m NaOH and the combination with acid treatment, before the aluminate is added for the final crystallization process. This procedure is expected to be much more effective to synthesize uniform zeolite products at 100% AAC conversion rates, as shown in the following experimental study. Autoclaved Aerated Concrete (AAC) used in low-rise buildings and infilled frames as a structural member. One of the weaknesses of AAC is low mechanical strength. In addition, AAC blocks absorb water of mortar which can lead to executive problems. In this paper, the effect of silica fume, zeolite and granulated blast furnace slag (7%, 14% and 21% by weight of cement) was investigated on improving mechanical properties and water absorption of AAC. The compressive and tensile strength tests and water absorption test was conducted on 10 x 20 cm cylindrical and 10 x 10 x10 cm cubical specimens. The results showed that pozzolanic materials can improve mechanical properties and water absorption of AAC. The compressive strength for AAC mixes containing silica fume, zeolite, and granulated blast furnace slag, increased up to 184%, 200%, and 172% compared with AAC control mix. In addition, the use of pozzolanic materials with the ratio of 21% by weight of cement improved tensile strength of AAC up to 25%. Generally, silica fume, zeolite and granulated blast furnace slag in different replacement levels decreased water absorption up to 50%, 45%, and 35%, respectively.

    Keywords: Autoclaved Aerated Concrete (AAC), Silica Fume, Zeolite, Granulated Blast Furnace Slag, Water Absorption, Compressive, Tensile Strength
  • Asghar Porkavosh, Hasan Afshin, Mohammad Charkhtab Basim* Pages 57-69

    The members of concrete structures may need to be retrofitted for various reasons, including poor quality of materials, design errors, structural changes, non-compliance with the requirements of design codes and also losing cover concrete due to rebar corrosion. Steel jackets, concrete jackets and fiber reinforced polymers can be mentioned as commonly used retrofit methods for concrete members. There are also several methods for retrofitting concrete columns that have lost their concrete cover. Using concrete jacket has some disadvantages, such as a significant increase in the weight of structure, increasing the element dimensions and the required time for the implementation of the rehabilitation. On the other hand, steel jackets have various difficulties in implementation stage. In this study, specimens of square concrete columns that have lost their cover concrete due to rebar corrosion have been investigated and have been retrofitted by combining a number of methods. These methods include the use of a new concrete layer and the wrapping of columns with carbon fiber. Combining these methods will result in the enhanced performance of the rehabilitation technique since these methods will cover the deficiencies of each other. It is expected that these combined methods will result in increased load capacity, energy absorption and ease of forming. Therefore, in this study, the combined effect of carbon fibers and high performance concrete layer is investigated. The combination of high compressive strength of this type of concrete and high tensile strength of carbon fibers can be used to increase the axial load capacity and energy absorption of square concrete columns. The variables of this study include the type of cover concrete (UHPC, UHPFRC and SCM) and the number of layers of carbon fiber (one or two layers). The total number of specimens in this study was 42, of which 6 were control specimens, 6 were damaged control specimens and 30 were damaged specimens, which were retrofitted with cover layer and carbon fiber. All of the specimens are placed under uniform axial load. The results of the experimental study show that in the retrofitting of the square column, it is better to use the UHPC coating layer. While it is better to use a self-compacting mortar as a coating layer in retrofitting the circular column. Retrofitted columns have significant increase in strength and energy absorption capacity compared to the control columns. The least effect was seen for the columns retrofitted with the coating layer of ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC), which showed an increase by 33% and 85% in terms of strength and energy absorption with respect to the control columns. The greatest effect was seen in the columns retrofitted with self-compacting mortar coating layer with two layers of carbon fiber, which increased the strength and energy absorption by 210 and 480%, respectively. Also, the results show that because the confinement effect in the circular sections is uniform and the entire concrete is effectively confined, the effect of the type of concrete on the coating layer is reduced. A numerical study on a real-dimension column was carried out to verify the results of the laboratory tests and also in order to allow the experimental results from small-sized samples be extended to large-scale columns. The results showed that by increasing the column dimensions, the carbon fiber confinement effect is significantly reduced.

    Keywords: Concrete Columns, Retrofitting, UHPC, CFRP, Axial Loading
  • S. A. Jabbari, Abdolhosein Haddad* Pages 72-82

    Expansive soil is one of the problematic soil which it changes in volume by moisture. This soil tends to increase in volume due to water absorption And if It does not allow to increase in volume due to water absorption the pressure create which is said swelling pressure. Swelling pressure can cause more displacement and damage to structures which are adjacent to this soil or buried in this soil. There are different solutions to dealing with the swelling pressure which Geofoam (EPS) is one of the most innovative of them. In this paper, the results of tests which were conducted on a flexible pipe that it is buried in the expansive soil are presented. In this experimental research two boxes were used. The smaller box were putted in larger box. The flexible pipe and geofoam (EPS) were located in the center of small box and then the space around the geofoam (EPS) and flexible pipe was filled by expansive soil. The expansive soil which was used in this research was bentonite. The space between two box was filled by water. On wall of the smaller box The holes were embedded to transmit the water. A dial gage was used to measure the displacement of flexible pipe which was caused by swelling pressure. The measurements of displacement were performed in two parts, one above the pipe and the other in the middle of the pipe. In each part, the displacement was measured in two side, one in the wall side of the box and other in diameter side of the box. Therefore in each test the displacement were measured for 4 points. Subsequent with the measured displacement and the Modulus of elasticity of flexible pipe the swelling pressure was calculated. The purpose of this experimental research is to determine the influence of geofoam (EPS) in reducing the pressure and displacement caused by swelling. In this research, four tests are done on flexible pipe which is buried in expansive soil. In the first experiment, only the flexible pipe was buried in expansive soil. In subsequent tests geofoam (EPS) was used, for protection of buried flexible pipe in expansive soil, in a thickness of 4 mm, 20 mm and 40 mm respectively and the influence of geofoam (EPS) in reducing swelling pressure and displacement was measured. The time of each test was 32 days because after 32 days the dial gage did not show any changes. A comparison conducted on the values of swelling pressure and displacement determined that using a geofoam (EPS) with thickness of 4 mm and 20 mm causes that swelling pressure and displacement decrease up to 50 and 80 percent, respectively. But, no significant reduction of swelling pressure and displacement are saw where geofoam (EPS) with thickness of 40 mm was used. Therefore it can be concluded that increasing in geofoam (EPS) thickness can partially reduce swelling pressure and displacement of expansive soil but The process of decreasing swelling pressure and displacement soil with increasing in geofoam (EPS) thickness not continue.

    Keywords: Geosynthetic, Geofoam(EPS), Expansive soil, reduction of swelling pressure
  • Hassan Akbari*, Ali Sasani Pages 83-94

    Wave run up and overtopping are two important processes in design of coastal structures and in definition of their crest elevation. Wave run up in contribution with wave breaking generates local turbulences as well as large deformations around free surface profile. Smoothed Particle Hydrodynamic (SPH) method as a powerful Lagrangian method in modeling free surface flows is modified and applied in this study to estimate wave run up properly. Two modifications i.e. stepped and smoothed approaches are introduced to implement bed shear stress in SPH models. The results are compared with reliable predictions based on experimental and analytical studies. It is concluded that neglecting bed shear stress as a common practice in SPH methods can generate significant errors in estimating wave run up, while these errors are diminished efficiently by means of the introduced methods. The rate of this improvement, however, depends on slope geometry as well as wave condition and it is more sensible in simulating sliding waves over the bed slope during run up phenomenon. In this case, 90% error of the unmodified methods has been decreased to 6% using the modified SPH method. In addition, parallel processing using graphical processing units (GPU) are utilized to increase the efficiency of the modified model. The efficiency of GPU in comparison with CPU is evaluated and computational costs of different numerical steps are analyzed. It is observed that calculation of forces is the main time consuming step and using GPU can speed up the modified model significantly.

    Keywords: Boundary condition, Bed Roughness, Wave Runup, Parallel processing
  • Seyed Ali Seyed Razzaghi*, Bahador Adel, Gholamreza Ghodrati, Ali Zare Pages 95-109

    Structural damage not only changes the dynamic characteristics of the structure, but also it may lead to complete destruction of the structure in some cases. Since early identification of damage can prevent such catastrophic events, structural health monitoring and damage detection has absorbed the attention of the civil, mechanical and aerospace engineers in the last decades. An effective health monitoring methodology not only can provide information about the global serviceability of the monitored structure, but also it can help the engineers to prepare cost-effective rehabilitation programs based on the obtained details about the health of the structure and its members. Different methods have been proposed for structural damage identification and estimation. Vibration-based methods consider the changes in the structural modal parameters, like natural frequencies and associated mode shapes, and/or their derivatives, like modal flexibility and residual force vector, for damage identification and quantification. Considering their acceptable sensitivity to wide-range of structural damages, vibration-based methods are considered as one of the most practical approaches for structural fault prognosis. Employing vibration parameters to define the damage detection problem as a model updating problem, is one of the well-known strategies that can return both the damage location and extent in different types of engineering structures. Such methods can be solved with optimization algorithms to find and report the structural damage in terms of the global extremums of a damage-sensitive objective function.
    In this paper a new model updating approach for health monitoring and damage localization and quantification in engineering structures is presented. At first, a damage-sensitive objective function, which is based on the error function between the modal data of the monitored structure and its analytical model, is proposed. This objective function is formulated by means of the point-by-point matching strategy to minimize the difference between two models. Modal natural frequencies and the associated mode shape vectors are directly fed to the objective function and this can result in an easy assessment methodology to check the convergence rate of the function. Moreover, in such a case, the objective function uses the sensitivity of both these parameters for damage identification. The proposed inverse problem is solved using Moth-Flame Optimization (MFO) algorithm which has been inspired form spiral convergence of moths toward artificial lights. From mathematical point of view, updating the position of the moths with respect to the flames –which are the best solutions obtained during iterations–, reduces the probability of being trapped in the local extremum points and also, ensures the convergence of the algorithm to its global optimal solution. The applicability of the method was evaluated by studying different damage patterns on three numerical examples of engineering structures: a seven-story shear frame, a simple beam with 10 elements, and a planar truss with 29 elements. In all these studies, damages were simulated as reduction in the stiffness matrix of the damaged elements. Different issues, like noise effects, were considered and their impacts on the performance of the proposed method were investigated. Furthermore, comparative studies were carried out to discuss the advantages and drawbacks of the introduced method as well as the employed techniques. The obtained results indicate that the method is an effective strategy for vibration-based damage detection and localization in engineering structures.

    Keywords: Damage identification, Modal data, Objective function, Point-by-point matching strategy, Moth-flame optimization
  • Adel Asakereh*, Halimeh Zarei, Mohammad Amiri Pages 111-122

    Marlies are of problematic soils, which easily eroded when exposed to water flow and create problems in the sustainability of the developmental projects substrate. Using additives such as lime, cement and nanoparticles is one of the methods for soil chemical modification. The present study investigates the effect of lime and nano-SiO2 on the engineering properties of marl soil and formation of new compounds due to the stabilization process. In this regard, after determining the geotechnical properties of Marl soil, the improvement of engineering properties of the samples stabilized with different percentages of lime and nano-SiO2 has been evaluated at the end of the treatment period. In order to identify present minerals in the soil and investigate the formation of calcium silicate hydrate compounds in the reaction of soil with lime and nano-SiO2, the X-Ray Diffraction (XDR) test was conducted. The results showed that the presence of nano-SiO2 in the limestone system led to the uniform distribution of cement (C-S-H) compounds in the soil. Based on the results, with increasing the treatment time, lime participation in pozzolanic reactions was increased, also, the results obtained from the Atterberg limits test showed a diminution in the paste limit of the marl sample with increasing lime and nano-SiO2 values.

    Keywords: Marl, Lime, Nano-SiO2, Chemical stabilization, XRD
  • Hassan Ghasemzadeh*, Hanieh Ghaemi Pages 123-131

    Geological hazard and the lack of appropriate survey, design and construction instruments, have always made the design and construction of underground works a risky affair, which could not therefore be faced with the same degree of accuracy as other civil engineering works. As a consequence a larger safety factor should always be considered for underground works compared to similar surface constructions. During excavation of a tunnel and by the opening a cavity the flow lines of stress field in a rock mass are deviated and are channelled around it to create a zone of increased stress around the walls of the excavation. The channelling of the flow stresses around the cavity is termed an arch effect. The arch effect ensures that the cavity is stable and will last over time. Depending on the size of stresses created and the strength and deformation properties of the ground, channelling can be produced in three states: 1- close to the profile of excavation, when the ground around the cavity withstands the deviated stress flow around the cavity well, responding elastically in terms of strength and deformation. 2- far from the profile of the excavation, when the ground around the cavity is unable to withstand the deviated stress flow and responds an elastically-plasticising and arch effect formes far from walls of the excavation. 3- channelling doesn’t produce at all, when the ground around the cavity is unable to withstand the deviated stress flow and responds in the failure range producing the collapse of the cavity. That’s how arch effect determines that the cavity is stable for short or long time or it is not stable at all. Therefore tunneling, especially in soft ground, should always be observed since it is always at risk of falling during excavation and the ground geotechnical properties must be studied beforehand. The gradual reduction of horizontal stress from the tunnel face during the excavation process leads to the formation of deformities on the ground surrounded tunnel. Face Extrusion is the first response of environment to the excavation process. This phenomenon depends on the resistance and properties of the advance core, as well as the main stress area exposed to it. Extrusion appears on tunnel face and along the longitudinal axis of the tunnel and it’s geometry could be symmetric or unsymmetric. In the present study with the help of 3D modeling a part of the Tehran Metro Line 7 tunnel (the selected part for modeling locates in (0 + 900 to 0 + 1000 meters from the beginning of the southeast of line 7), the relationship between the stresses of the tunnel face and its extrusions are investigated and the results are presented in the form of confinement stress-extrusion curve or “tunnel characteristic curve”. In the following, the characteristic curve is plotted under unidimensional axes and it is observed that these non-dimensional curves are placed on each other under special conditions for different tunnels. These conditions are also given at the end. All modellings are done in Flac 3D software.

    Keywords: Tunnel face extrusion, Tunnel characteristic curve, Tunnel excavation, Tehran metro, Tunnel face confinement stress
  • Mehdi Ghassemieh* Pages 133-143

    In order to provide a comprehensive assessment of the structural components, behavior of structures should be traced and predicted far into inelastic region. For this purpose, analytical hysteresis models are needed which are capable of representing all modes of deterioration. In order to utilize these models,a database is required to calibrate models. In this paper relationships are proposed to predict modified Ibarra-Krawinkler model parameters for welded flange plate steel connections. To provide the database, a number of welded flange plate connections are designed based on Iran Steel Code. The designed connections have been modeled and analyzed numerically in a finite element software. Prior to proceed the investigation, finite element numerical model of the connection was created in the ABAQUS computer program in order to predict the micro-mechanical behavior of the welded flange plate steel connection. Using the nonlinear method of analysis, the cyclic behavior of such moment resisting connection was obtained. The numerical results were verified by comparing the results obtained experimentally and specifically for the steel welded flange plate moment connection. Simulation of several numerical models and in comparison with the laboratory results indicate the accuracy of the finite element model. Once the finite element micro behavior was verified, then fifty three different welded flange plate moment connections were designed for different number of steel moment frame with various heights and floor numbers. All the connections are modeled in the ABAQUS computer program and the cyclic behavior of such connections such as the hysteresis behavior are obtained. The hysteresis behavior of the connections were included in the moment frame connections by utilizing the rotation behavior in the connection. The steel frames are modeled in a customized version of OPENSEES computer program. The numerical model consists of nonlinear beam column elements with the rotational spring element at the end in which the rotational behavior of the spring were the hysteresis behavior of the connection obtained from ABAQUS computer program. These springs simulate the hysteretic response a steel component (beam or olumn) subjected to cyclic loading including strength and stiffness deterioration based on the modified Ibarra-Krawinkler deterioration model. Panel zones are modeled in such away that the shear distortions were explicitly included with the possibility of nonlinear behavior during an earthquake. The numerical results show that most numerical specimens predict the plastic hing location to be right after the top flange plate. Using numerical results as a database, the model parameters are calibrated and effective geometrical properties of connections are determined. The most effective parameters are beam depth, beam span to beam depth ratio, beam web depth to web thickness ratio, top plate length to top plate thickness ratio, bottom plate length to bottom thickness ratio, and beam flange width to beam flange thickness ratio. Finally, using nonlinear regression equations, relationships for predicting the model and deterioration parameters are proposed. Also different rotational capacity such as maximum plastic rotation, plastic rotation spectrum and cumulative plastic rotation are predicted. From the regression analysis the pertinent parameters effecting the detioration of the connection are identified.

    Keywords: Stiffness, Strength deterioration, Steel connections, Moment Frames, Nonlinear behavior, Cyclic loading
  • Kami Kaboosi*, Mehran Fadavi, Ehsan Setaiesh Pages 145-157
    Global water scarcity and air pollution by greenhouse gases have amplified the need to use of unconventional water and environmental friendly materials in the concrete industry. Because of its proximity to the Caspian sea, the geological conditions and hydrogeological characteristics of the northern and western regions of Golestan province, groundwater in this area is very salty. On the other hand, due to lack of access to good quality surface water in most of the months, civil and construction activities in this area are always challenging. Accordingly, the present study was conducted to investigate 120 treatments (including three levels of water quality including tap water, briny grounwater and  mixture of equal ratio of tap water and briny grounwater), four levels of zeolite (including 0, 10, 20 and 30 percent of zeolite application instead of cement in the concrete mix design), two levels of cement content (including 250 and 350 kg.m-3) and five curing ages (including 3, 7, 21, 56 and 90 days) in three replications. Considering the considerable types of the experimental treatments in this study and in respect to the lack of statistical analysis in previous studies, the results of this study were analyzed based on a completely randomized design with factorial experiment using analysis of variance (ANOVA) and means comparison (LSD) tests. Averagely, use of briny groundwater resulted insignificant increase in the compressive strength of concrete specimens compared to tap water, while combined water significantly decreased this property, but this reduction was within permissible range 10 percent based on national and international standards. Also, replacement of 10, 20 and 30 percent of cement by zeolite compared to non-zeolite treatment significantly reduced the compressive strength of concrete specimens by 9.9, 9.5 and 23.1 percent, respectively, but the difference between replacement level 10 and 20 percent was not significant. However, Concurrent use of briny groundwater and zeolite up to 20% can be recommended without significantly reducing the compressive strength of concrete. In the cement content of 250 kg.m3, the difference between tap water and combined water treatments was not significant, but the use of briny groundwater resulted significance increase in compressive strength of concrete pieces by 22.8 and 21.8 percent compared to tap water and combined water, respectively. In contrast, in the cement content of 350 kg.m-3, the highest compressive strength was obtained in samples made with tap water, briny groundwater and combined water, respectively, and the differences between them were statistically significant. The results showed that due to double and triple interaction of these three factors on compressive strength of cement pieces, which means different effects of water quality and application percent of zeolite on different content of cement, the choice of the best application level of zeolite and water type according to the cement content should be selected based on the mix design test in building site. However, using of briny grounwater and zeolite in the concrete mix design, especially in cement content of 350 kg.m-3, without significantly reducing the compressive strength of concrete and even significantly increase of this property in some treatments, is recommended.
    Keywords: Cement content, Curing age, Mix design, Unconventional water
  • Sadegh Garivani*, Seyed Saeid Askariani Pages 159-171
    Progressive collapse is a particular phenomenon in structures in which all or a part of the structure is collapsed due to a local damage or fracture in a limited part of the structure. This phenomenon is often triggered by an accident such as an explosion in the structure and then progresses for reasons other than the proper redistribution of forces between other members of the structure. In this phenomenon, failure is often triggered by an accident such as an explosion in the structure and then progressed to other parts of the structure due to some reasons such as inappropriate redistribution of forces between the other structural members. In recent years, study on progressive collapse in structures has been increasingly taken into account and a number of different researches have been conducted on this topic. One of the issues discussed in this regard is the impact of structural systems on the potential for progressive collapse in buildings. One of the most common types of building structures is reinforced concrete buildings that are also widely used in Iran. In these buildings, various types of structural systems such as “moment-resisting frames systems”, “bearing wall systems”, “dual systems include moment-resisting frames and shear wall”, etc. are used. Choosing an appropriate system to have more safety against a premature failure requires knowledge of the behavior of these systems against this phenomenon. Proposing and choosing an appropriate structural system to have more safety against the progressive collapse, taking account economic considerations, requires having sufficient knowledge of the behavior of these systems against this phenomenon. In this paper, an attempt has been made to compare the behavior of various structural systems of reinforced concrete structures against the progressive collapse. In this regard, after literature review on the researches and existing standards/codes provisions related to this issue, nine reinforced concrete frames different in structural systems or number of stories have been modeled and the behavior of these frames has been investigated. These frames consist of 3, 7, and 10-story frames, as well as three structural systems: “Intermediate reinforced concrete moment frame”, “special reinforced concrete moment frame” and “Intermediate reinforced concrete moment frame + Intermediate reinforced concrete shear walls”. The loading and design of these frames is done in two ways: taking into account the criteria for progressive collapse, without taking into account these criteria. In the design of the structures with the aim of preventing a progressive collapse, the UFC-4-023-03 regulations have been used and these structures have been evaluated under different column removal scenarios. Finally, the provisions for linear and nonlinear analysis presented in this code are also compared. The results show that in terms of the ability to withstand the loads on the structure after column removal and also economic considerations, “Intermediate reinforced concrete moment frame” have better behavior than other structural systems studied in this paper. Moreover, in the studied structures, it is determined that the UFC-4-023-03 regulations, in the nonlinear analysis method, has been provided more conservative criteria compared with linear analysis.
    Keywords: Progressive collapse, Reinforced concrete buildings, Load-resisting system, Column removal
  • Banafsheh Zahraie*, Shayan Mohseni Pages 173-186

    Proper operation of gated spillways, which plays an important role in safety of dams during flood event, remains as a prominent challenge. Although telecommunication networks used in flood warning systems facilitate flood management by dams to some certain level but accurate prediction of both the magnitude and timing of peak flood flows with few days of lead time is not still possible. Therefore, operation of gated spillways may mostly benefit from the observed reservoir water level and observed flood discharges in the upstream gagging stations. In Iran, many of river-reservoir systems face severe floods every year. Most of these reservoirs are operated based on engineering judgments of dam personnel and static policies such as rule curves, which are not proper formulated for flood events with various return periods. In this study, we proposed a rule curve for operation of gated spillways using sequential approach and its performances was compared with previously developed operation policies. For this purpose, nine stages as critical control levels were assigned and spillway gate openings associated with each critical level were determined for Mahabad Dam, located in northwest of Iran, as the case study of this research. Each control level was related to given percentage of the design flood volume. When using the proposed rule curve, as a critical control level is reached, the discharge through the spillway and related opening of its gate are accordingly increased. The gate openings associated with each critical water level were optimized using a real coded Genetic Algorithm (GA). This attitude or policy of nine -stage operation includes an appropriate algorithm for determining critical levels, development of operational models spillway gates, calculation of gate opening in each stage, and applying the model to the case study of Mahabad dam. This study adopts the nine stages approach for which nine control levels and gate openings are determined by GA. As it mentioned before, the nine critical levels should be placed in flood retention reservoir between initial water surface elevation and maximum water surface elevation. So, it will have crucial role to determinate gate opening spillway during flood events, and increase of flood storage in the flood retention reservoir. This model was employed to route a flood with the same return period of design spillway flood through Mahabad reservoir. The performance of the proposed rule curve was then assessed by determining the amount peak flow discharge reduction. The results of the case study shows superiority of the proposed rule curve over previously developed operation policies for flood control in Mahabad Dam. One of the main advantages of the proposed methodology is that for using the proposed rule curve not flood forecast data is needed and therefore, it can be considered as a reliable tool for operation of gated spillways when there is no flood warning system in the upstream basin. The future studies can be focused on testing the proposed algorithm on other reservoirs. In the cases of dams with large flood control volumes, critical control levels can also be considered as decision variables of the GA optimization model.

    Keywords: Genetic Algorithm, Flood Control, Gated Spillway, Operation Policy, Flood Hydrograph
  • Peyman Mohammadzadeh, Khosro Morovati Pages 187-198

    Flooding of rivers is accompanied with a threat on the population living on their floodplains and on the neighboring settlements. Accurate modeling of such flows is thus imperative to assess flood risks, perform real-time flood routing, or estimate the impact of a mitigation schema.The converging of the compound channel causing the flow become even more complicated. The flow patterns in converging compound channel and free-surface profile has been simulated by using RSM turbulence model and VOF method, respectively. The comparison of the experimental results including longitudinal free surface profiles, depth-averaged velocity distribution and the ratio between floodplains and total discharge confirmed that the numerical simulation can be used to model the flow pattern in converging compound channel. Furthermore, Absolute Percentage Error (APE) for each of these parameters was amounted to 3.25%, 4.66% and 9.72%, respectively. Respect to the numerical simulation capability in anticipating the flow field parameters, we investigated the effect of relative depth on the flow patterns in a converging compound channel. Moreover, the flow parameters including velocity distribution, depth-average velocity, secondary flows, ratio between floodplain and total discharge, bed sheer stress and energy dissipation were investigated in different relative depths h* (0.1, 0.2, 0.3, 0.4 and 0.5). By evaluating and comparing the flow results in the different relative depths, we came to conclusion that the longitudinal-average velocity in the main channel increased as the cross section was narrowed. However, the longitudinal-average velocity in the floodplains decreased in the relative depths of 0.1 and 0.2 as the cross section was narrowed. In contrast, this parameter increased in the relative depths of 0.3, 0.4 as well as 0.5 the floodplains narrowed. Velocity gradient between the main channel and floodplains in the relative depth of 0.1 was strong and in the relative depth of 0.5 was insignificant. In the smaller shallow depth, this velocity gradient has been resulted in secondary flow in the cross section of converging compound channel. Accordingly, in the relative depth of 0.1 and 0.2 four cells of secondary flows were formed and in the relative depth of 0.3 just two cells of secondary flows were formed. The secondary flows in the relative depths of 0.4 and 0.5 was eliminated. Convergence in the length of main channel get the discharge conveyance capacity of floodplain to decrease. furthermore by decreasing the relative depth the capability of floodplains to conveyance the discharge was significantly decreased. This decrease was evident in the depth of 0.1 in which the ratio between floodplain and total discharge was amounted to 2.52%. Sheer stress in channel bed increased when the relative depth of the main channel increased and the maximum amount of bed shear stress was happened at end of the channel. On the other hand, in the floodplains, this parameter decreased along with the converging in the lower relative depths (0.1, 0.2) and for the other relative depths the bed sheer stress increased along with converging. In channel inlet the maximum and minimum amount of energy dissipation was resulted at the relative depth of 0.1 and 0.5 respectively.

    Keywords: Converge, Numerical simulation, Relative depth, Floodplain
  • Mohammad Mahmoudi Rad*, Mohammad Javad Khanjani Pages 199-210

    With rapid rise in development of urban districts, a ferocious demand for water-collecting urban sewer systems is inevitable. In fact, flexible sewer collecting systems and drainage systems should be developed for controlling sewage and runoff, respectively. In the case of underground, conducting water flow properly through high vertical distances needs reliable criteria design for dissipating flow energy. Vortex structure is taken into account as one of the economical infrastructures which can be used to eradicate destructive impacts of inflow over a drop with invert elevation. In the current investigation, a physical model, made of Plexiglas segments, was set up to study hydraulic performance of vortex drop structure in terms of flow energy dissipation efficiency (FEDE). 144 experiments were conducted and analyzed by means of full factorial method (FFM). Results of dimensional analysis demonstrated that Froude number (Fr), ratio of drop total height to shaft diameter (L/D), and ratio of sump depth to shaft diameter (Hs/D) were considered effective variables on the FEDE. Hence, a regression based equation in form of a quadratic polynomial was proposed to estimate FEDE variable. Experiments aims were to investigate simultaneous effects of approach flow Fr, L/D, Hs/D on the FEDE. Results of experiments indicated that FEDE variable had downward trends with an increase in Fr variable and additionally, FEDE has gone through upward trends with an increase of L/D and Hs/D ratios. Increase in , which causes remarkable effect of wall friction on vortex flow, leads to increase in FEDE in the structure. Moreover, observations showed that decrease in inlet discharge for smaller Froude number results in more rotations of vortex flow in vertical shaft than flow with larger discharges for larger Froude number. This causes reduction of FEDE due to increase in inlet discharge. In addition, shown that in the structures with smaller L/D (L/D=10), the reduction effect of  on the FEDE is more. With respect to positive effects of sump depth range (Hs/D=1-1.6) on FEDE and flow patterns observed in the entrance outlet tunnel, range (Hs/D=1-1.6) can be replaced by Hs/D range (0.7-1) proposed Zhao et al. [11]. In addition, the results showed that the interaction of  and Hs/D on the FEDE in the structure is not significant.
    For Q between 9.7 and 27.1 l/s, formation of hydraulic jump in tangential inlet was not occurred and flow was drained freely to drop shaft. Additionally, water surface in tangential inlet was lower than that of approach channel. In the outlet part of vortex structure, flow hitting the baffle leads to relatively significant increase in flow elevation top of the baffle in comparisons with other parts. Moreover, for constant values of Q and Hs/D ratio, flow elevation over the baffle has increased with an increase in L/D ratio, while for constant values of Q and L/D ratio, flow elevation has plummeted with an increase in Hs/D. Observations of experiments indicated that baffle-hitting flow accelerated without existence of sump at the base of drop shaft. Then caused to detaching flow and consequently occurrence of cavitation increased.

    Keywords: Vortex structure, Energy dissipation, Experimental design, Regression analysis
  • Shervin Maleki, Alireza Moazezi * Pages 227-239

    Thin-walled cylindrical steel silos are susceptible to instability under wind pressure when they are empty or only partially filled. This paper investigates numerically the wind buckling behavior of three steel silos. They are composed of flat sheets with stepped walls with multiple discrete steps in thickness.
    The vertical and circumferential distributions of wind loading were adopted from Eurocode. Two proposed circumferential pressure distributions for an isolated silo and a silo in a group were taken into consideration. Where the silo does not have a closed roof, an additional uniform value of internal underpressure coefficient should be considered, thus increasing the net stagnation inward pressure on the silo walls. The effects of additional inward pressure on a vented silo with a small opening were specially explored through the paper. Therefore, a total of four different load cases were examined in this paper: isolated load case and grouped load case, each of them for silos with closed roof and for vented silos.
    Two types of analyses were undertaken for the wind buckling assessment of the silos: the linear elastic bifurcation analysis and the geometrically and materially non-linear analysis. According to non-linear load-deflection curves, the buckling in all load cases was of snap-through type. The curves showed more non-linear charecteristics in group load case. Moreover, in general, the wind buckling resistance of silos under grouped load case was less than isolated load case. Finally, silos with closed roof compared with vented silos with a small opening, exhibited about 40% more wind buckling resistance.

    Keywords: Steel cylindrical silo, Buckling, Eurocode, Wind load, Abaqus