فهرست مطالب

مهندسی زیر ساخت های حمل و نقل - سال پنجم شماره 3 (پیاپی 19، پاییز 1398)

مجله مهندسی زیر ساخت های حمل و نقل
سال پنجم شماره 3 (پیاپی 19، پاییز 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/08/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • حمیدرضا زورمند*، محمود عامری صفحات 1-16
    عملکرد رویه های آسفالتی در برابر عوامل محیطی از جمله رطوبت حائز اهمیت است و بسیاری از خرابی ها تحت تاثیر مستقیم ورود آب به جسم روسازی و تضعیف اتصال بین قیر و سنگدانه به وجود می آید. از طرفی مخلوط آسفالتی با استخوان بندی سنگدانه ای (SMA) نوعی مخلوط آسفالتی گرم با اسکلت درشت دانه و درصد بالای قیر و فیلر می باشد که به خاطر ریزش قیر، نیاز به استفاده از افزودنی ها می باشد. بنابراین هدف این تحقیق بررسی آثار نانومواد بر حساسیت رطوبتی مخلوط های آسفالتی SMA است. در این پژوهش از مصالح آهکی، قیر70/60، دو افزودنی ایوانیک دگوسا (TEGO Addibit L300) به میزان 15/0، 25/0 و 35/0 درصد و زایکوترم (Zycotherm) به میزان 05/0، 1/0 و 15/0درصد وزنی قیر استفاده شده است. آزمایشات مدول برجهندگی، کشش غیرمستقیم، آب جوشان و خزش دینامیکی روی نمونه های آسفالتی به منظور کنترل حساسیت رطوبتی و پتانسیل شیارشدگی انجام گرفته است. نتایج آزمایشات نشان می دهد که مواد ضد عریان شدگی ایوانیک تا 6 درصد و زایکوترم تا 16 درصد باعث بهبود عملکرد مخلوط های آسفالتی SMA در مقابل رطوبت می شود. افزودن زایکوترم (15/0درصد وزنی قیر) به مخلوط آسفالتی نیز باعث بهبود مقاومت شیارشدگی می شود. همچنین در تحلیل و مقایسه این دو ماده به این نتیجه می رسیم که تاثیر نانو ماده زایکوترم در بهبود خواص رطوبتی و عملکردی مخلوط نسبت به ایوانیک مطلوب تر است.
    کلیدواژگان: آسفالت ماستیک درشت دانه، ایوانیک، تغییرشکل دائم، حساسیت رطوبتی، نانوماده زایکوترم
  • علی ذوالقدری، بابک احمدی*، حسن طاهر خانی صفحات 17-37
    بتن خودتراکم یکی از محصولات نوآورانه در صنعت بتن است که طی سالیان زیادی توسعه یافته است. اگرچه بسیاری از محققین همچنان، در حال بهینه سازی نسبت های مخلوط این بتن و استفاده از مصالح جدید برای بررسی آن هستند. مقادیر بالای استفاده از سیمان پرتلند در تولید این بتن یکی از چالش های اصلی پیش رو در طرح مخلوط است. این استفاده زیاد از مقادیر سیمان باعث بالا رفتن هزینه ی تولید این بتن می شود؛ همچنین مقادیر زیادی از دی اکسید کربن هنگام تولید سیمان پرتلند آزاد می شود که خطرات زیست محیطی فراوانی را به دنبال دارد. در این تحقیق، به منظور کاهش مقدار سیمان مورد استفاده در طرح مخلوط، از ماسه طبیعی با ریز دانه زیاد و زئولیت به عنوان جایگزین بخشی از سیمان پرتلند استفاده شد. زئولیت در مقادیر 0، 5، 10 و 15 درصد در دو نسبت آب به مواد سیمانی 42/0 و 46/0 جایگزین سیمان شد؛ برای بررسی ویژگی های بتن تازه، از آزمایش های جریان اسلامپ، جریان اسلامپ در حلقه J، T50، جعبه L و قیف V استفاده شده است؛ مشخصات مکانیکی بتن تازه نیز در سنین 7، 28 و 90 روزه با استفاده از آزمایش های مقاومت فشاری و مقاومت خمشی (به روش بارگذاری چهار نقطه ای) و همچنین مقاومت سایشی به روش دیسک های چرخان طبق استاندارد ASTM C779-A مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایش های بتن تازه نشان می دهند که جایگزینی زئولیت باعث بهبود پایداری استاتیکی مخلوط و جلوگیری از جداشدگی سنگدانه ها می شود، اما باعث افزایش مقدار استفاده از فوق روان کننده مورد نیاز می شود. جایگزینی زئولیت باعث کاهش مقاومت فشاری و خمشی طرح ها در سنین 7 روزه می گردد؛ اما در سنین 28 و 90 روزه باعث بهبود نتایج می گردد. همچنین مشاهده می گردد که جایگزینی زئولیت در مقادیر آب به مواد سیمانی پایین تر نتایج بهتری را در مقاومت سایشی، خمشی و فشاری بتن رقم زده است.
    کلیدواژگان: رویه بتنی خودتراکم، زئولیت، کارایی بتن
  • نادر صولتی فر، مرتضی جلیلی قاضی زاده* صفحات 37-50
    راهنمای طراحی روسازی مکانیستیک - تجربی (MEPDG) برای طراحی و بهسازی روسازی های آسفالتی از مدول دینامیکی به عنوان مشخصه رفتار ویسکوالاستیک مخلوط های آسفالتی استفاده می کند. این راهنما برای تعیین مدول دینامیکی لایه های آسفالتی در حال بهره برداری، از نتایج آزمایش افت و خیزسنج وزنه افتان (FWD) به همراه مدل های پیش بینی آزمایشگاهی مدول دینامیکی بهره می گیرد. در این پژوهش با انجام آزمایش های میدانی و آزمایشگاهی در ده سایت روسازی آسفالتی در دو استان خوزستان و کرمان، به تحلیل مدول دینامیکی درجای لایه های آسفالتی با استفاده از نتایج محاسبات بازگشتی FWD پرداخته شده است. در هر سایت، آزمایش FWD انجام شده و مغزه هایی برای تجزیه و تعیین خصوصیات حجمی مخلوط ها و مشخصات ویسکوزیته قیرهای بازیابی گرفته شده است. با ارزیابی مدول دینامیکی لایه های آسفالتی با استفاده از مدل پیش بینی هیرش، امکان ساخت مدل جدید با پرداخت این مدل بررسی شده و مدل جدید پیش بینی مدول دینامیکی درجای لایه های آسفالتی تحت عنوان مدل هیرش درجا توسعه یافته است. ارزیابی عملکرد و اعتبارسنجی مدل توسعه یافته، دقت پیش بینی بالا و اریب پیش بینی پایینی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: مدول دینامیکی لایه های آسفالتی، آزمایش FWD، مدل های پیش بینی مدول دینامیکی، مدل هیرش، MEPDG
  • حامد ارشدی، علی خیرالدین*، حسین نادرپور صفحات 51-70
    امروزه استفاده از مصالح با مقاومت بالا به دلیل ملاحظات اقتصادی و اجرایی اهمیت فراوانی یافته و توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده است. استفاده از فولاد مقاومت بالا در سازه های بتن مسلح مزایای فراوانی همچون کاهش مصرف مصالح، زمان و هزینه های جانبی اجرای پروژه و بهبود کیفیت اجرا و... را دارد. اما از سویی دیگر به علت تاثیرات ناشناخته و گاهی نامناسب این دسته از مصالح بر رفتار سازه های بتنی (مانند شکل پذیری کلی، جذب انرژی و افزایش ترک خوردگی سازه های بتن آرمه) کاربرد آنها در سازه های با شکل پذیری ویژه با محدودیت روبرو شده است. در این مقاله، به صورت آزمایشگاهی تاثیر کاربرد فولاد مقاومت بالا بر انواع شاخص های خرابی (برحسب تغییرمکان، انرژی و ترکیبی) در اتصالات تیر-ستون پل های راه آهن بتنی مسلح (که بر اساس ظوابط لرزه ای اعضای با شکل پذیری ویژه طراحی شده اند) مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج آزمایشگاهی نشان میدهد که کاربرد فولاد مقاومت بالا عموما زوال نمونه ها را تسریع کرده و خرابی های سازه ای را افزایش میدهند. از سویی دیگر با کاربرد میلگردهای مقاومت بالا، جذب انرژی نیز کاهش میابد. اما با این حال مشاهدات آزمایشگاهی نشان دادند که تاثیرات مضر فولاد مقاومت بالا به عنوان خاموت از تاثیر آن به عنوان میلگرد طولی کمتر است.
    کلیدواژگان: فولاد مقاومت بالا، پل های راه آهن با قاب صلب، شاخص خرابی، سازه بتن مسلح با شکل پذیری ویژه
  • شاهین شعبانی*، محمود رضا کی منش، میرمحمد سیدهاشمی صفحات 71-87
    در سالیان اخیر روند صعودی هزینه های مرمت و بازسازی روسازی های آسفالتی که در اثر افزایش مقدار و تکرار بارهای ترافیکی وارده به روسازی ها ایجاد شده است، موجب گردیده که گرایش به استفاده از قیر و آسفالت های اصلاح شده با مواد افزودنی بخصوص در راه ها و نواحی با آمد و شد زیاد رو به افزایش باشد. تحقیقات فراوانی در زمینه شناسایی افزودنی مناسب به منظور بهبود عملکرد قیر و مخلوط آسفالتی صورت پذیرفته است. در این پژوهش به بررسی میزان کارایی و تاثیر همزمان نانو اکسید آلومینیوم (Al2O3) و پودر لاستیک بازیافتی به عنوان افزودنی در قیر به منظور بهبود عملکرد آن در برابر خرابی های ناشی از تغییرشکل و خستگی پرداخته شد. جهت دستیابی به اهداف این پژوهش ابتدا قیر با 20% پودر لاستیک و درصدهای مختلف نانواکسید آلومینیوم (0، 5/0، 1 و 5/1% وزنی قیر) ترکیب و سپس تحت آزمایشات کلاسیک و رئولوژی قرار گرفت. نتایج این پژوهش نشان داد که عملکرد قیر اصلاح شده با پودر لاستیک و نانو اکسیدآلومینیوم در دماهای متوسط و بالا بهبود یافت. بررسی نتایج نشان داد که استفاده از 20% پودر لاستیک و %5/1 نانواکسید آلومینیوم می تواند بهترین عملکرد رئولوژیکی را برای قیر در دماهای متوسط و بالا به همراه داشته باشد. پیش بینی می شود استفاده از این قیر قادر باشد رفتار مخلوط آسفالتی را بمنظور مقابله با خرابی خستگی و شیارشدگی تا حد قابل توجهی بهبود بخشد.
    کلیدواژگان: قیر، خستگی، شیارشدگی، پودر لاستیک، نانو اکسید آلومینیوم
  • احمد دالوند*، فریدون امیدی نسب، امیر حسین صحرایی مقدم صفحات 89-110
    یکی از مهمترین پیشرفت ها در تکنولوژی راهسازی استفاده از رویه های بتنی می باشد. از این رویه ها در راه هایی که به حداکثر عملکرد و کمترین تعمیرات در زمان بهره ورداری نیاز دارند، استفاده می گردد. از طرفی در دهه ی اخیر به منظور بهبود عملکرد بتن، استفاده از کامپوزیت های سیمانی و الیاف رایج شده است. در این تحقیق به بررسی نقش الیاف های فولادی و پلی پروپیلن در بهبود رفتار رویه های کامپوزیتی سیمانی خود تراکم پرداخته شده است. برای این منظور، تعداد 127 عدد نمونه مکعبی، استوانه ای و دیسکی در 11 طرح اختلاط مختلف ساخته شد. همچنین نمونه های خمشی دو لایه در 17 طرح اختلاط مختلف حاوی الیاف های فولادی، پلی پروپیلن و ترکیبی از آن ها ساخته شده است. بر روی نمونه ها، آزمایشات فشار، کشش برزیلی، ضربه ی وزنه افتان، جذب آب نیم ساعته و 72 ساعته وخمش سه نقطه ای مطابق با ضوابط نشریه 731 انجام گرفت. نتایج نشان دهنده ی تاثیر مطلوب تر الیاف فولادی نسبت به الیاف پلی پروپیلن بر روی خصوصیات مکانیکی و ضربه ای نمونه ها می باشد.
    کلیدواژگان: رویه های بتنی، الیاف فولادی، الیاف پلی پروپیلن، کامپوزیت های سیمانی خودتراکم
  • مهدی پنجی*، سعید مجتبی زاده حسنلویی صفحات 111-134

    در این مقاله، الگوی بزرگنمایی لرزه ای سطح زمین در حضور تونل های دوقلوی دایره ای بدون پوشش، در برابر امواج مهاجم لرزه ای برون صفحه نشان داده شده است. از روش اجزای مرزی نیم صفحه در حوزه ی زمان که پیشتر برای تونل های زیر زمینی منفرد توسعه داده شده بود، جهت تحلیل لرزه ای مدل مفروض بهره گرفته شده است. ابتدا، ضمن اشاره ی مختصر به فرمول بندی روش پیشنهاد شده و ارائه ی یک مثال صحت سنجی، با در نظر گرفتن پارامترهای عمق مدفون تونل، فاصله ی مابین، زاویه ی موج مهاجم و فرکانس پاسخ، به تحلیل حساسیت و تعیین بزرگنمایی لرزه ای سطح زمین اقدام شده است. در نهایت، با اتخاذ بزرگنمایی حداکثر در حالات مختلف و برازش از این مقادیر، نتایج به صورت یک سری معادلات خطی و جداول، جمع بندی شده است. نتایج نشان می دهد، موقعیت های مختلف استقرار تونل های دوقلوی مدفون در بافت شهری، بر پاسخ لرزه ای سطح زمین، بسیار موثر است. نتایج این تحقیق می تواند در تکمیل و تدقیق آیین نامه های موجود، پیرامون موضوع پهنه بندی سطح زمین در حضور تونل های دوقلو، مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: الگوی بزرگنمایی، اجزای مرزی نیم صفحه، تونل های دوقلوی دایره ای، حوزه ی زمان، موج SH
|
  • Hamidreza Zoormand *, Mahmoud Ameri Pages 1-16
    The performance of asphalt mixtures against environmental factors such as moisture is important and many of the damages are directly affected by the water entering the pavement and weakening the bond between bitumen and aggregates. On the other hand, Stone Mastic Asphalt Mixture (SMA) is a kind of hot mix asphalt with coarse aggregate skeleton and a high percentage of bitumen and filler, which requires the use of additives due to drain down. Therefore, the objective of this research is to investigate the effects of nanomaterials on the moisture sensitivity of SMA asphalt mixtures. In this research were used, Calcareous aggregate, AC-60/70, two additive Evonik Dgosa in the amount of 0.15, 0.25 and 0.35%, and Zycotherm of 0.05, 0.1 and 0.15% of bitumen weight. AASHTO T283 (modified Lottman test), Resilient Modulus Ratio (RMR), dynamic creep and boiling water test were conducted to control moisture sensitivity and rutting performance. Results showed that Evonik up to 6% and Zycotherm (nanomaterial) up to 16% improve the performance of SMA asphalt mixtures against moisture.Adding Zycotherm (0.15% wt) to the asphalt mixture improves rutting resistance. Also, after analysing of these materials, it can be resulted that the effect of Zycotherm (nanomaterial) on the moisture properties and performance in the mixed state is more favorable than Evonik.
    Keywords: Evonik, Moisture sensitivity, Permanent deformation, Stone Mastic Asphalt (SMA), Zycotherm (nanomaterial)
  • Ali Zolghadri, Babak Ahmadi *, Hasan Taherkhani Pages 17-37
    Regarding the growing use of self-compacting concrete(SCC) in roads, highways and airports, designing concrete structures with the sustainable development view is needed. Many researchers are trying to optimize SCC mixture proportions using new materials. Using high content of Portland cement to produce SCC is one of the major challenges. This high content of cement causes higher cost of production. Also higher content of CO2 emission during the production of Portland cement into atmosphere, is one of environmental concerns. In this research, two approaches were adopted to lower the Portland cement: river sand with high content of fine particles and zeolite as the supplementary cementitious materials(SCM) were used. Portland cement was replaced by natural zeolite with the replacement levels of 5,10 and 15 percent in 0.42 and 0.46 of water to cementitious materials ratio. To investigate the rheology of SCC mixtures, slump flow, visual stability index, J-ring, T50, L-box and V-funnel tests were employed. Mechanical properties of hardened concrete were examined in 7, 28 and 90 days of curing, using compressive and flexural bending(third-point loading) experiments; abrasion resistance of concrete according to ASTM C779-A in 28 and 90 days of curing were also examined. Result of fresh concrete tests indicated that using zeolite improved the static stability and segregation resistance of concrete mixtures but increased the required dosage of high-range water-reducer agent(HRWRA). It was observed that , at the age of 7 days, natural zeolite caused compressive and flexural strength reduction; but at 28 and 90 days of curing, significant improvements were observed. Also in lower water to cementitious ratio replacement, zeolite had better impact on both rheological and mechanical properties.
    Keywords: Self-compacting Concrete pavement, Zeolite, Rheology of concrete
  • Nader Solatifar, Morteza Jalili Qazizadeh * Pages 37-50
    Mechanistic–Empirical Pavement Design Guide (MEPDG) uses dynamic modulus for flexible pavement design and rehabilitation. This parameter could be defined as the viscoelastic property of asphalt materials. Mechanistic–Empirical Pavement Design Guide (MEPDG) uses results of both Falling Weight Deflectometer (FWD) and laboratory dynamic modulus predictive models for determination of dynamic modulus of in-service asphalt layers. In this research, ten asphalt pavement sites were selected in Khuzestan and Kerman provinces in Iran. Field and laboratory testing were performed and dynamic modulus of in-service asphalt layers was determined. Hirsch predictive model for dynamic modulus of asphalt mixes was calibrated and new model was developed for predicting in-situ dynamic modulus of asphalt layers. Performance evaluation and validation of this new model showed very good correlation between predicted and measured values with high prediction accuracy and low prediction bias.Keywords: Dynamic Modulus of Asphalt Layers, FWD, Dynamic Modulus Predictive Models, Hirsch Model, Mechanistic–Empirical Pavement Design Guide (MEPDG).
    Keywords: Dynamic Modulus of Asphalt Layers, FWD, Dynamic Modulus Predictive Models, Hirsch Model, MEPDG
  • Hamed Arshadi, Hosein Naderpour Pages 51-70
    Nowadays, because of the economical considerations, the application of the high-strength materials has been taken into serious considerations by several researchers. High-strength reinforcement application has many benefits like: decreasing material consumption, project time and peripheral costs. However, due to some of their repercussions such as: decreasing the overall ductility, energy absorption and increasing crack widths, their applications are limited in seismic prone areas. In this research, the effect of high-strength reinforcements on the different types of damage indices in the beam-column connections of rail bridges (designed based on the special seismic instructions) are studied experimentally under cyclic loading. Experimental results show that the application of high-strength reinforcements expedites the failure process of the specimens. Moreover, the results show that the energy absorption of the specimens decreases by using high-strength reinforcements either. However, the effects of high-strength reinforcements as stirrups has less repercussions than the case of using them as longitudinal reinforcements.
    Keywords: High-Strength Reinforcements, Rail Bridges with Rigid Frames, Damage Index, Reinforced Concrete Structures with Special Ductility
  • Shahin Shabaani *, Mahmod Krymanesh, Mir Hashemi Pages 71-87
    Due to the traffic structure in Iran and the excessive occurrence of loads to the surface of the pavement and then to the lower layers, the need to implement a resistant layer against to traffic loads in different weather conditions is quite obvious. In recent years, the upward trend in repair and maintenance costs for pavements has been increasing due to the increase in the amount and frequency of traffic loads on pavements, has led to an increase in the tendency to use modified bitumen and asphalt mixtures, especially in areas with high traffics. Many studies have been done to identify the appropriate additive for use to improve the behavior of bitumen and mixtures. The efficiency and effect of Nano Al2O3 as additive in rubber modified bitumen to improve its performance against rutting and fatigue destroies was evaluated in this study.In order to achieve the objectives of this study, firstly bitumen and 20% rubber powder with different percentages of Nano Al2O3 (0, 0.5, 1.0 and 1.5%) was combined and subjected to physical and rheological tests. The results of this study show that improving the bitumen behavior in moderate and high tempratures can be led to decrease of fatigue and rutting failures. Evaluation on the results showed that using of 20% rubber powder and 1.5% Al2O3 has the best effects on the rheological behavior of bitumen. Also it’s predicted that using of this bitumen can improve the asphalt mixture strength against fatigue and rutting.
    Keywords: Bitumen, Fatigue, Rubber Powder, Nano Al2O3
  • Ahmad Dalvand *, Frydon Omid Nasab, Amirhosein Sahraei Moghadam Pages 89-110
    One of the most important advances in road construction technology is the use of concrete pavements. These pavements are used in roads that require maximum performance and minimum repairs at the time of use. On the other hand, in recent decades, the use of cementitious composites and common fibers Has become popular to improve concrete performance. In this research, the role of steel and polypropylene fibers in improving the behavior of self-compacting cementitious composites pavements has been investigated. For this purpose, 127cubes specimens, cylinders and discs were made in 11 different mixing design.Two-layer flexural specimens were made in 17 different mixing designs containing steel fibers, polypropylene and a combination of them. On specimens, compressive tests, splitting test, drop weigth impact test and water absorption for half an hour and 72 hours and three point flexural test in accordance with the regulations of the 731 code have been done. the results showed that the more favorable effect of the steel fibers than the polypropylene fibers on the mechanical and impact properties the specimens.
    Keywords: Concrete pavements, Steel Fibers, Polypropylene fibers, Self-compacting cementitious composite
  • Mehdi Panji *, Saeed Mojtabazadeh Hasanlouei Pages 111-134

    In this paper, the amplification pattern of the ground surface is presented in presence of twin unlined circular tunnels subjected to SH-waves. To analyze the assumed seismic model, a half plane time-domain Boundary Element Method (BEM) was used which has been previously developed for single sub-surface tunnels. First, after presenting a brief formulation of the proposed method and displaying a verification example, the sensitivity analysis was carried out to obtain the seismic amplification pattern of the ground surface by considering the key parameters including tunnels buried depth, interval distance, incident wave angle and response frequency. Finally, by collecting the maximum amplification of different scenarios and applying linear fit on the obtained values, the results were summarized as series of linear equations and tables. The results showed that different situations of buried twin tunnels in urban fabric was very effective on the seismic response of surface. The results of this research can be used to completing and increasing the accuracy of existing codes around the subject of ground surface zonation in presence of twin tunnels.

    Keywords: Amplification pattern, Half-plane BEM, SH-wave, Time-domain, Twin circular tunnels