فهرست مطالب

  • سال نوزدهم شماره 5 (آذر و دی 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/09/10
  • تعداد عناوین: 18
|
  • زهرا باقری کلی، مسعود رنجبرنیا* صفحات 1-13

    در زمین های ریزشی جهت حفاری ایمن سازه های زیر زمینی، سیستم های نگهداری متفاوتی می تواند استفاده شود. در چنین شرایطی پیش مسلح سازی با استفاده از داول های طولی یکی از روش های بسیار کارآمد است. مطالعه حاضر به مدل سازی  عددی رفتار سیستم نگهداری فایبرگلاس می پردازد که در آن تغییر مکان جبهه مسلح شده بدست می آید. ترکیب این سیستم با سیستم نگهداری شاتکریت بعنوان سیستم نگهداری اصلی تونل و سیستم پیش برش مکانیکی (پریکاتینگ) بعنوان یکی دیگر از روش های پیش نگهداری تاج تونل نیز مورد مطالعه قرار گرفته است و نهایتا مقدار بار معادل وارده بر این المانهای طولی تعیین شد. این تحقیق، در شرایط مختلف تنش محیطی درجا و در عمق های متفاوت بر روی یک نوع خاک دانه ای (سنگ خرد شده و بشدت ضعیف) انجام گرفته است.. با جمع بندی و پردازش نتایج، روابط تجربی برای تخمین تغییرمکان جبهه حفاری تونل های حفاری شده در سنگ ضعیف و تنش داول های مسلح کننده بر حسب حفاری، تنش های برجای محیطی و همچنین چگالی (تعداد) داول ها ارائه شده است. نتایج حاصل نشان داد که ضریب تنش غیر هیدروستاتیک باعث ایجاد تنش ها و کرنش های غیر یکنواخت در جبهه حفاری می گردد که بررسی و شناسایی بحرانی ترین ناحیه باعث مسلح سازی بیشتر آن می شود. بویژه برای مقادیر تنش غیر هیدروستاتیک بزرگتر از یک ، تنش نرمالیزه شده ماکزیمم داول ها و کرنش مرکز جبهه حفاری افزایش قابل توجهی می یابد. همچنین سیستم پیش برش مکانیکی، کارآمدترین روش فنی برای پایدارسازی جبهه حفاری است.

    کلیدواژگان: تونلالمان های مسلح کنندهفایبرگلاسجبهه حفاریپیش برش مکانیکی زمین های ضعیف
  • مهدی قاسمیه*، امید بامشاد صفحات 15-27

    دیوار برشی فولادی به علت مقاومت پس‍کمانشی بالا، شکل پذیری قابل توجه، مشخصه های هیسترزیس پایدار و سختی اولیه زیاد، در حال حاضر به عنوان یک سیستم باربر جانبی مناسب در نظر گرفته می شود. جهت بررسی جامع عملکرد دیوار برشی فولادی، نیاز به ارزیابی و پیش بینی رفتار غیرخطی آن و مدل های هیسترزیس تحلیلی که قابلیت در نظر گرفتن همه ی مودهای زوال را داشته باشند، می باشد. یکی از مدل های هیسترزیس تحلیلی جامع، مدل ایبارا-کراوینکلر زوال اصلاح شده است. برای تعیین پارامترهای مدل، ابتدا 60 عدد دیوار برشی فولادی یک طبقه با اتصال تیر به ستون به صورت مفصلی و همچنین با ضخامت ورق میانی و طول دهانه مختلف با دو نوع فولاد مورد استفاده برای ورق میانی، به صورت عددی مدل سازی و تحلیل شدند. با استفاده از نتایج تحلیل، پارامترهای مدل زوال واسنجی شده و سپس با استفاده از مشخصات هندسی و مقاومتی تاثیرگذار بر روی این پارامترها، با تحلیل وایازش (رگرسیون)، روابطی جهت تعیین پارامترهای مدل برای دیوار برشی فولادی پیشنهاد شد. با توجه به نتایج، پارامترهای اصلی تاثیرگذار بر روی ظرفیت برشی و سختی قبل و بعد از نقطه ی تسلیم، ضخامت ورق میانی و نوع فولاد استفاده شده برای آن و نسبت طول دهانه به ارتفاع دیوار برشی فولادی هستند که نسبت طول دهانه به ارتفاع دیوار موثرتر است.

    کلیدواژگان: مدل ایبارا-کراوینکلر اصلاح شده، میدان کششی قطری، رفتار پس کمانشی، مدل سازی نواری
  • هادی بهادری*، امین خلیلی صفحات 29-42

    امروزه استفاده از مشتقات تایرهای لاستیکی فرسوده در پروژه های مختلف ژئوتکنیکی جهت جذب و کاهش ارتعاش ناشی از بارهای لرزه ای و دینامیکی گسترش یافته و بررسی تاثیر پارامترهای مختلف بر رفتار دینامیکی آن ها در ترکیب با خاک ازاهمیت فراوانی برخوردار می باشد. با توجه به اینکه بارهای دینامیکی از منابع متعدد و با شکل موجهای متفاوت ممکن است بر خاک وارد شوند، لذا در این مقاله تاثیر شکل موج بارگذاری بر روی پارامترهای دینامیکی مخلوط ماسه - پودر لاستیک از قبیل مدول برشی (G) و ضریب میرایی (D) مورد بررسی قرار گرفته است. یک سری آزمایش میز لرزه g1 بر روی مخلوط ماسه - پودر لاستیک انجام گرفت. نمونه های خاک دردو حالت غیر مسلح و مسلح به پودر لاستیک با درصدهای وزنی 5%، 10%، 15% و 20% پودرلاستیک، و در تراکم نسبی صفر درصد تحت سه نوع بارگذاری مستطیلی، سینوسی و مثلثی در فرکانس ثابت 2 هرتز و تحت شتاب ورودی  g1/0و g3/0 قرار گرفتند. نتایج نشان داد که در همه حالات، نمونه های خاک تحت بارگذاری مستطیلی بیشترین مقدار و تحت بارگذاری مثلثی کمترین مقدار مدول برشی و نسبت میرایی را از خود نشان می دهند. پارامترهای دینامیکی نمونه ها تحت شکل موج های سینوسی و مثلثی نسبتا نزدیک به هم می باشند. تاثیر شکل موج بر روی ضریب میرایی در سطوح کرنش برشی پایین، ناچیز بوده ولی با افزایش سطوح کرنش، افزایش می یابد. ضمن اینکه با افزایش کرنش برشی مدول برشی خاک کاهش یافته ولی نسبت میرایی افزایش می یاید. از طرف دیگر با افزایش درصد پودر لاستیک از مقدار مدول برشی کاسته شده ولی بر میزان ضریب میرایی افزوده می شود.

    کلیدواژگان: ماسه، پودر لاستیک، میز لرزه، شکل موج، مدول برشی، ضریب میرایی
  • قاسم پاچیده، مجید قلهکی*، امین مشتاق صفحات 43-58

    طی سالیان اخیر، احداث ساختمان هایی با امنیت بالا در برابر شرایط انفجار و آتش سوزی یک مساله بسیار مهم در دنیا محسوب می شود. بنابراین یکی از راهکارهای مناسب در این زمینه، استفاده از ستون های مرکب فولادی-بتنی بوده بطوری که در هسته ستون از بتن استفاده شود تا دوام و پایداری آن در برابر حرارت های بالا حفظ شود. در این مقاله به بررسی اثر دماهای بالا بر عملکرد ستون های فولادی دوجداره پرشده با بتن با هندسه منشوری پرداخته شد. بدین منظور تعدادی ستون با هسته داخلی مربع، لوزی و دایره ای شکل که بصورت مستقیم و سراسری در کل طول ستون ادامه یافته و هسته خارجی منشوری شکل با سطح مقطع مربعی که با شیب 1/2 درجه از بالا به پایین افزایش یافته است، ساخته شده و تحت دماهای 25، 250، 500 و 700 درجه سانتی گراد با نرخ افزایش درجه حرارت طبق استاندارد بین المللی آتش IS0-834 قرار گرفتند. سپس کلیه ستون ها تحت بار چرخه ای با پروتکل بارگذاری ATC-24 قرار گرفته و بارگذاری تا مرحله گسیختگی ستون ادامه یافت. در ابتدا مقاومت فشاری 28 روزه بتن، اندازه گیری شده و فولاد استفاده شده تحت آزمایش کشش قرار گرفته و مشخصات تنش و کرنش آن بدست آمد. نتایج حاکی از آن است که با وجود اینکه مود خرابی ستون های با مقطع داخلی مربع و لوزی مشابه یکدیگر بوده اما ستون های با مقطع داخلی دایره آثار تخریبی و گسیختگی نامناسب تری نسبت به ستون های با مقطع داخلی مربع و لوزی داشته اند. مود گسیختگی پای ستون ها تا دمای 500 درجه سانتی گراد بصورت کمربند قطری با زاویه 45 درجه گسترش پیدا کرده اما در دمای 700 درجه سانتی گراد بصورت کمربند افقی در تراز 10 سانتی متری از پای ستون رخ داده است. همچنین سختی اولیه و ضریب شکل پذیری ستون های با مقطع داخلی لوزی تا حدود 2 برابر سایر ستون ها بوده اند. در کلیه ستون ها بیشترین خرابی بتن در ناحیه پای ستون به علت حداکثر لنگر ایجاد شده در آن ناحیه ایجاد شده که از دمای 25 تا 700 درجه سانتی گراد خرابی بصورت جداشدگی بتن از ناحیه فولادی مشاهده شده و با افزایش دما، به تدریج نواحی مرکزی و میانی نیز دچار تخریب می شوند که در نهایت در دمای 700 درجه سانتی گراد در کلیه نمونه ها بتن بصورت کاملا خردشده درآمده به گونه ای که عملا نقشی در ظرفیت باربری ستون نداشته است. تخریب بتن در ستون ها تقریبا در همه ستون های با مقطع داخلی دایره، مربع و لوزی به یک شکل بوده و تفاوتی با هم نداشته اند. بطور کلی تقریبا در تمامی ستون ها از دمای 25 تا 500 درجه سانتی گراد پس از 15 چرخه و در دمای 700 درجه سانتی گراد پس از  9 یا 12 چرخه، ظرفیت باربری ستون ها تا حدود 50 درصد افت داشته و فرآیند بارگذاری متوقف شد. در این بین، ستون های با مقطع داخلی دایره، زودتر از سایر ستون ها گسیخته شده و عملکرد مناسبی در این مساله نداشتند. همچنین در ستون های با مقطع داخلی لوزی نیز فرآیند گسیختگی و کاهش شدید ظرفیت باربری از دمای 500 درجه آغاز شده که نشان از عملکرد نامناسب این ستون بعلت توزیع هندسی ناهمگون در ارتفاع ستون  دارد. بطور کلی تقریبا در تمامی ستون ها از دمای 25 تا 500 درجه سانتی گراد پس از 15 چرخه و در دمای 700 درجه سانتی گراد پس از  9 یا 12 چرخه، ظرفیت باربری ستون ها تا حدود 50 درصد افت داشته و فرآیند بارگذاری متوقف شد.

    کلیدواژگان: ستون فولادی دوجداره پرشده با بتن، هندسه منشوری، دما، بار چرخه ای
  • احسان پاکدل، محمدرضا مجدزاده طباطبایی*، حامد سرکرده، سیدحسین قریشی نجف آبادی صفحات 59-71

    گرداب را می توان به عنوان یکی از پدیده های ناشناخته در زمینه آبگیری از مخازن سدها نام برد که می تواند باعث به وجود آمدن مشکلاتی در فرآیند آبگیری شود. در این تحقیق با هدف بررسی تاثیر امواج در سطح مخزن بر گرداب، به شبیه سازی عددی امواج در دهانه آبگیرهای قائم با استفاده از نرم افزار STAR-CCM، در شرایط تشکیل گرداب های مختلف پرداخته شده است. در همین راستا گرداب های کلاس A، B و C در مدل عددی شبیه سازی گردید و نتایج آن پس از برخورد با امواج بررسی شد. نتایج نشان داد که امواج باعث کاهش مولفه های سرعت مماسی، شعاعی و محوری گرداب شکل گرفته می شوند. طبق نتایج ارائه شده، ماکزیمم مقدار مولفه سرعت مماسی در هنگام حضور امواج به طور میانگین در گرداب های نوع A، B و C به ترتیب حدود 14%، 19% و 23% کاهش داده شده است. میزان کاهش ماکزیمم مقدار مولفه سرعت شعاعی نیز برای گرداب های کلاس A، B و C به ترتیب حدود 9%، 13% و 18% می باشد. ماکزیمم مقدار سرعت محوری نیز برای گرداب های کلاس A، B و C به ترتیب حدود 15%، 16% و 23% کاهش داده شده اند. با توجه به نتایج شبیه سازی، میزان کاهش با کم شدن دامنه امواج بیشتر شده و این بدین معنی است که امواج با دامنه کوچکتر یا به عبارتی ریزموج ها بهتر می توانند مولفه های سرعت را کاهش داده و در نتیجه جریان گردابی را به روشی هیدرولیکی تضعیف کنند.

    کلیدواژگان: آبگیرقائم، امواج، گرداب، بردار سرعت، نرم افزار STAR-CCM
  • مسعود آرامی فدافن، احسان جعفری ندوشن*، مهدی اژدری مقدم صفحات 73-83

    افزایش روز افزون جمعیت به همراه تقاضای بیشتر برای آب در بخش های کشاورزی و نیرو، رشد سریع ساخت سدها را به همراه داشته است. در این میان افزایش ارتفاع سدها به منظور افزایش ذخیره مخزن و برآورد نیاز آب، موجب افزایش سرعت آب روی سرریزها می گردد که به دنبال آن نیاز به بررسی کاویتاسیون و راهکارهای مقابله و یا کاهش خسارات آن اجتناب ناپذیر می باشد. طبق بررسی های صورت گرفته در دهه های اخیر ساده ترین، اقتصادی ترین و موثرترین راهکار جهت کاهش و جلوگیری از این آسیب ها، تعبیه ی هوادهنده ها در مکان های مناسب و وارد نمودن هوا به جریان می باشد. لذا در این تحقیق بااستفاده از 1200 داده تجربی حاصل از 90 آزمایش صورت گرفته توسط Pfister (2007) رابطه ای جهت تعیین روند خروج هوا از جریان تحت شرایط فشار حفره صفر و ضریب همبستگی بیش از 84/0 به عنوان تابعی از طول بی بعد شده ی جت جریان با استفاده از تحلیل رگرسیونی ارایه شده است که با توجه به سادگی با دقت مناسب می تواند در تعیین فاصله بین هواده ها بر اساس حداقل میزان غلظت هوای بستر مورد استفاده قرار گیرد. نتایج مطالعه حاضر با فواصل مربوط به هواده های سرریز سد آزاد بر اساس غلظت هوای بستر مینیمم مورد بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: هواده، سرریز شوت، آسیب های کاویتاسیون، غلظت هوای بستر
  • صالح حمزهء جواران*، سعید شجاعی صفحات 85-96

    در این مقاله، یک آنالیز المان مرزی جدیدی برای مدلسازی مسائل دو بعدی پتانسیل پیشنهاد شده است. روش المان مرزی بر مبنای المان های هنکل کروی به منظور تقریب متغیرهای حالت معادلات دیفرانسیل پواسون و لاپلاس (پتانسیل ها و شارها)، بازفرمول بندی شده است. با استفاده از غنی سازی توابع پایه ی شعاعی هنکل کروی، توابع انترپولاسیون روش المان مرزی حاصل شده اند. بدین منظور، به بسط تابعی ای که در آن فقط از تقریب توابع پایه ی شعاعی هنکل کروی استفاده می شود، ترم های چندجمله ای الحاق می شود. از جمله خواص منحصر بفرد انترپولاسیون پیشنهادی می توان به مشارکت میدان توابع نوع اول و دوم بسل در فضای مختلط علاوه بر اغنای میدان توابع چندجمله ای، بر خلاف توابع کلاسیک لاگرانژ که فقط توابع چندجمله ای را اغنا می کنند، اشاره کرد. بعلاوه توابع شکل پیشنهادی از خاصیت قطعه قطعه پیوسته از مرتبه بینهایت سود می برند که این امر برای توابع شکل کلاسیک لاگرانژ که دارای مرتبه پیوستگی محدودی هستند، وجود ندارد. تابع هنکل کروی نوع اول دارای سینگولاریتی قوی در قسمت موهومی خود، تابع نیومن کروی، می باشد که این مطلب عدم وجود حد برای میل نرم اقلیدس به سمت صفر را در بر دارد. در ادامه برای رفع سینگولاریتی از ترم اضافی با توان  استفاده شده است. پس از رفع سینگولاریتی، حالت حدی انطباق نقطه ی چشمه و گره ی مرزی محاسبه شده است. برای نشان دادن کارایی و دقت روش حاضر، چند مثال عددی در نظر گرفته شده است و نتایج حاصل با نتایج حل تحلیلی و نتایج توابع شکل کلاسیک لاگرانژ مقایسه شده است. نتایج این مقایسه ها حاکی از دقت بسیار بالاتر روش پیشنهادی می باشد.

    کلیدواژگان: المان های هنکل کروی، توابع پایه ی شعاعی، روش المان مرزی، مسائل پتانسیل دوبعدی، معادلات پواسون و لاپلاس
  • امین حواران*، موسی محمودی صاحبی صفحات 97-109

    خصوصیات دینامیکی سازه ها، مانند فرکانس طبیعی، شکل مودها و نسبت های میرایی، نقش تعیین کننده ای در رفتار سازه در برابر بارهای دینامیکی مانند زمین لرزه ایفا می کنند. یکی از کاربردهای این خصوصیات تعیین نیروهای زمین لرزه ای است که برسازه ها اعمال می شود. از کاربردهای دیگر این ویژگی ها می توان به روزرسانی مدل اجزا محدود، تشخیص آسیب در سازه ها و پایش سلامت درازمدت سازه ها نام برد. دقت و کاهش هزینه ارزیابی این خواص، نقش مهمی در افزایش بهره وری و درنتیجه عمر مفید سازه ها ایفا می کند. هدف از این مقاله ارائه یک روش جدید برای افزایش دقت سنجش جابجایی های از راه دور از طریق پردازش تصویر است. برای این منظور، یک تیر یکسر گیردار آلومینیومی و یک قاب سه طبقه با وزن اضافی در نظر گرفته شده است. در پایه سازه ها با استفاده از چکش ضربه واردشده و سپس لرزش آن ها با استفاده از پردازش تصویر ضبط شده است. برای استخراج خواص دینامیک روش جستار قله مورداستفاده قرار گرفت و روش میانگین پیشنهادی بر روی آن ها اعمال گردید. دقت روش جدید با مقایسه خواص لرزه ای با نتایج حاصل از سانسورهای شتاب سنج و روش المان محدود مقایسه گردیده است. نتایج نشان می دهد که این روش می تواند دقت روش پردازش تصویر را بهبود بخشد.

    کلیدواژگان: پردازش تصویر، روش میانگین گیری، خواص دینامیکی، فرکانس طبیعی، شکل مود
  • محمدرضا خاکسار، حسین گنجی دوست*، بیتا آیتی صفحات 111-122

    فرآیند لجن فعال یکی از فرآیندهای اصلی موجود در تصفیه خانه های فاضلاب شهری است. لجن مازاد بیولوژیکی محصول جانبی تصفیه فاضلاب با استفاده از این فرآیند است و هزینه تصفیه و دفع آن تقریبا 60% کل مخارج تصفیه خانه می باشد. یکی از مراحل تصفیه لجن مازاد بیولوژیکی، هضم بی هوازی می باشد ولی به دلیل ساختار لجن مازاد بیولوژیکی، ناکارآمد است. روش های مختلفی برای بهبود بهره وری هضم بی هوازی لجن مازاد بیولوژیکی به کار رفته است. یکی از این روش ها پیش تصفیه با استفاده از امواج اولتراسونیک می باشد. در این پژوهش برای نخستین بار لجن مازاد بیولوژیکی با استفاده از حمام اولتراسونیک با فرکانس kHz40، توان الکتریکی 265 وات و سطح مقطع مبدل صوت برابر با 137×240 میلیمتر مربع مورد پیش تصفیه قرار گرفت و اثر دو فاکتور چگالی صوت و زمان تابش امواج بر محلول سازی لجن بررسی شد. افزایش غلظت COD محلول و پلی ساکارید محلول و همچنین کاهش میزان جامدات فرار معلق نشان داد پیش تصفیه باعث محلول سازی لجن شده است. پیش تصفیه با چگالی W/mL 53/0 به مدت بیست دقیقه موجب افزایش 20 درصدی تولید بیوگاز نسبت به نمونه شاهد شد. با پیش تصفیه با کمترین میزان انرژی در محدوده آزمایش ها، شاخصDSVI در حدود 10 درصد نسبت به نمونه شاهد کاهش یافت و با افزایش میزان انرژی، این کاهش ادامه پیدا کرد. علاوه بر آن برای نخستین بار اثر پیش تصفیه بر شاخص هدایت الکتریکی نیز بررسی شد. نتایج نشان داد که از شاخص هدایت الکتریکی می توان برای ارزیابی میزان محلول سازی لجن استفاده نمود.

    کلیدواژگان: حمام اولتراسونیک، هضم بی هوازی، هدایت الکتریکی، لجن مازاد بیولوژیکی
  • یونس سجودی*، حسن شرفی صفحات 123-135

    افزایش میزان رطوبت لایه های خاک در شیب باعث گسیختگی شیب ها می گردد. هدف اصلی این مطالعه، بررسی مکانیزم گسیختگی در شیب های چند لایه تحت تاثیر افزایش میزان رطوبت لایه های خاک می باشد. برای این منظور با استفاده از تحلیل های عددی و مطالعات آزمایشگاهی تاثیر موقعیت های مختلف قرارگیری شمع ها در شیب تحت شرایط مختلف اشباع شدگی لایه ها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج مطالعات انجام شده نشان می دهند سطح لغزش ایجاد شده در شیب های چند لایه اشباع، بسته به موقعیت های مختلف قرارگیری شمع ها و شرایط متفاوت اشباع شدگی لایه ها متفاوت از یکدیگر می باشند. نتایج مطالعات نشان می دهند عامل افزایش رطوبت در میان لایه رسی بیشترین تاثیر را در سطح لغزش ایجاد شده در شیب و سایر پارامترهای مورد مطالعه از قبیل نسبت ظرفیت باربری پی های مستقر بر تاج شیب و نسبت بهسازی ضریب اطمینان پایداری شیب دارد. نتایج به دست آمده از مطالعت عددی و آزمایشگاهی نشان می دهند برای افزایش پایداری، نصب شمع در نزدیکی وسط شیب بیشترین کارایی را دارد. در صورتی که بهینه موقعیت نصب شمع برای افزایش ظرفیت باربری پی های مستقر بر شیب بستگی به شرایط پایداری شیب قبل از اعمال سربار در تاج و شرایط اشباع شدگی لایه های خاک در شیب داشته و در اغلب موارد در نزدیکی تاج شیب می باشد. مقایسه نتایج مطالعات آزمایشگاهی و عددی نشان می دهند همخوانی نسبتا مناسبی بین نتایج مدل های فیزیکی با نتایج تحلیل های عددی وجود دارد.

    کلیدواژگان: شیب چند لایه، شمع، ضریب بهسازی، روش piv، مدلسازی فیزیکی
  • حامد شهسواری، سبحان مرادی، سعید رضا خداشناس* صفحات 137-151

    چکیده- همه ساله پل های زیادی در سراسر جهان تخریب می شوند. بسیاری از پل ها به دلیل ملاحظات سازه ای و ابعاد بزرگ آن ها روی گروه پایه ها استوار هستند. مکانیزم های ایجاد شده در فرآیند آبشستگی در گروه پایه ها باعث پیچیده تر شدن آن نسبت به تک پایه می شود. تحقیق حاضر در شرایط آبشستگی آب زلال و بر روی پایه های استوانه ای انجام گردید. در این تحقیق روند آبشستگی پایه پایین دست بر اساس سرعت جریان مورد بررسی قرار گرفت. عمق آبشستگی موضعی اطراف پایه پایین دست را می توان بر اساس مقدار سرعت جریان به چهار ناحیه تقسیم کرد: 1- ناحیه بدون آبشستگی 2- ناحیه آبشستگی هم زمان 3- ناحیه انتقالی 4- ناحیه انحرافی. در ادامه با اعمال کابل پیچیده شده در پایه ها به تاثیر این روش در کاهش آبشستگی در دو پایه و همچنین تاثیر کابل در نواحی بوجود آمده در پایه پایین دست پرداخته شد. نتایج کاهش آبشستگی در اطراف پایه ها را با اعمال کابل نشان می داد. همچنین عمق آبشستگی در پایه پایین دست کمتر از پایه بالادست بود و با به کارگیری کابل درصد کاهش آبشستگی پایه پایین-دست نسبت به بدون کابل در پایه پایین دست با فاصله D3 و D5 بترتیب 7 و 26 درصد می باشد. بر این اساس با کاهش عمق آبشستگی در سرعت های مختلف با به کارگیری کابل، نواحی به وجود آمده در پایه پایین دست دچار تغییرات به میزان قابل توجه گردید به نحوی که ناحیه آبشستگی همزمان در بازه سرعت موجود از بین رفت.

    کلیدواژگان: آبشستگی موضعی، گروه پایه، روش حفاظتی، پایه پایین دست، نواحی آبشستگی
  • اکبر صفرزاده*، سیامک خیاط رستمی، بابک خیاط رستمی صفحات 153-166

    در این تحقیق هیدرولیک و ساختار جریان بر روی سرریزهای کلید پیانویی مستطیلی با ارتفاع های مختلف، در دو حالت بدون دماغه و با وجود دماغه با شکل های مختلف با روش آزمایشگاهی و مدل سازی عددی سه بعدی، مطالعه شده است. آزمایش ها در یک فلوم به عرض یک متر انجام شده و مدل سرریزها با استفاده از صفحات PVC با سه ارتفاع مختلف به نحوی ساخته شده است که نسبت طول توسعه یافته تاج به عرض کانال در تمامی آن ها برابر پنج باشد. ابتدا منحنی ضریب آبگذری برای محدوده گسترده ای از نسبت هد به ارتفاع برای سه ارتفاع مختلف سرریز تعیین و سپس تاثیر سه هندسه از دماغه با شکل های مثلث، دایره و بیضی بر بهبود ضریب آبگذری سرریز با ارتفاع های مختلف بررسی شده است. در این پژوهش بازه انتخاب شده برای نسبت هد به ارتفاع همخوانی مناسبی با نسبت مذکور در طراحی سرریز کلید پیانویی سدهای موجود دارد. بر اساس نتایج حاصله، ضریب آبگذری با افزایش ارتفاع سرریز تا مقدار خاصی افزایش یافته و دماغه های مثلثی بزرگ و بیضی تاثیر قابل ملاحظه ای بر بهبود عملکرد هیدرولیکی سرریزها دارند. تاثیر اصلی دماغه در اصلاح توزیع خطوط جریان بر روی تاج جانبی سرریز در ناحیه پایین دست این تاج می باشد.

    کلیدواژگان: سرریز کلید پیانویی، دماغه، مدل آزمایشگاهی، روش عددی، ضریب دبی، خط جریان
  • محمدعلی علیایی، امین زین العابدین*، بهزاد قیاسی، عبدالرضا کرباسی صفحات 167-180

    خشکسالی یک جزء جدایی ناپذیر بلایای طبیعی محسوب می شود. معمولا خشکسالی بدون هیچ گونه هشدار قبلی و به تدریج آغاز می گردد. علاوه بر این اثر، این پدیده معمولا در طول زمان ایجاد شده و به سرعت از بین نمی رود. ایران در یک منطقه خشک و نیمه خشک واقع شده که معمولا پدیده خشکسالی را تجربه می کند. شاخص های زیادی برای اندازه گیری شدت خشکسالی پیشنهاد شده است که از جمله مهم ترین آنها می توان به شاخص بارش استاندارد شده (SPI)، شاخص پالمر (PDSI) و شاخص ذخیره آب های سطحی (SWSI) اشاره نمود. هر کدام از این شاخص ها دارای مزیت ها و معایب مخصوص به خود هستند و برای انواع خاصی از خشکسالی مورد استفاده قرار می گیرند. پارامترهای مختلفی در اندازه گیری این شاخص ها به کار می رود که از جمله آن می توان به بارش، ذخیره مخزن، دبی، دما و تبخیر و تعرق پتانسیل اشاره نمود. در این مقاله ابتدا سه شاخص اصلی اشاره شده برای حوضه آبریز اهرچای، واقع شده در آذربایجان شرقی، محاسبه شده، سپس بر اساس ترکیب این شاخص ها به همراه دو پارامتر مهم دیگر، سطح آب زیرزمینی و انرژی خورشیدی، یک شاخص ترکیبی خشکسالی (CDI) برای منطقه تهیه و محاسبه شد. این شاخص ترکیبی جنبه های مختلف آب و هوایی، هیدرولوژی و مشخصه های کشاورزی منطقه را نشان می دهد. در گام بعد تحلیل توام دو متغیر شدت و مدت خشکسالی با استفاده از تابع مفصل (کاپولا) صورت گرفته و منحنی های مختلف دوره بازگشت به ازای دو حالت عطفی و فصلی رسم شد. نتایج نشان داد که شدیدترین خشکسالی در این حوضه در ژوئن (تیر ماه) 2004 رخ داده است. همچنین در تحلیل دو متغیره دوره بازگشت های روابط عطفی بیشتر از فصلی به دست آمد.  از نتایج این تحقیق در پایش و آماده سازی برای خشکسالی استفاده می شود.

    کلیدواژگان: خشکسالی، شاخص های خشکسالی، شاخص ترکیبی، تابع مفصل
  • حامد فرهنگیان، حمزه شکیب* صفحات 181-193

    ستون های نزدیک به هم و تیرهای عمیقی که در محیط سیستم های لوله ای یکپارچه شده اند، در ساختمان های بلند صلبیت و پایداری مناسبی تامین می کنند. استفاده از سیستم لوله ای موجب کاهش قابل توجه در مصالح مصرفی و فاصله زیاد ستون ها در فضای داخلی پلان است. موارد مزبور محبوبیت استفاده از این نوع سیستم سازه ای را بالا برده است. اما مهمترین مساله در این نوع سیستم سازه ای، بوجود آمدن تاخیر برشی، تحت اثر بارهای جانبی است. تاخیر برشی موجب توزیع غیریکنواخت تنش در ستون های پیرامونی سازه و به دنبال آن افزایش تغییر مکان های سازه، محدود نمودن استفاده از حداکثر ظرفیت سازه و ایجاد اعوجاج کف ها می شود. محققان برای کاهش اثرات تاخیر برشی، روش های مختلفی ارائه کرده اند که هیچکدام قادر به حذف کامل اثرات تاخیر برشی نیستند. هدف تحقیق حاضر شامل شناخت نحوه اثرگذاری تاخیر برشی بر سازه های لوله ای و ارائه روشی جدید برای کاهش آن با در نظر گرفتن مسائل اقتصادی است. با توجه به روند بوجود آمدن و نحوه تاثیر تاخیر برشی در سازه های لوله ای، روش  افزودن مهاربند به طبقاتی که دارای بیشرین اثرات تاخیر برشی هستند، برای کاهش اثرات تاخیر برشی ارائه شده است. روش پیشنهاد شده به همراه سیستم لوله ای تحت اثر زلزله های با سطوح عملکردی مختلف تحلیل شده و از نظر اهداف عملکردی بررسی شده اند. در تمام تحلیل ها و ارزیابی های انجام شده در این پژوهش، عملکرد و رفتار سیستم های پیشنهادی، بهتر از سازه لوله ای بوده است. میزان کاهش تاخیر برشی در سازه پیشنهادی برای زلزله های مختلف سطح شدید، بین 14 تا 42 درصد و برای زلزله های مختلف سطح بهره برداری، 3 تا 35 درصد بوده است که نشان دهنده عملکرد مطلوب سازه پیشنهادی تحت اثر زلزله های با سطوح عملکردی مختلف است.

    کلیدواژگان: ساختمان های بلند، سیستم لوله ای، تاخیر برشی، تحلیل و طراحی بر اساس اهداف عملکردی، دستورالعمل لس آنجلس (LATBSDC)
  • علی کاتبی، امیرمسعود صالحی*، فاطمه کشاورز صفحات 195-206

    تعمیر و نگهداری سازه ها در طول عمر سازه امری اجتناب ناپذیر می باشد. بنابراین استفاده از یک ماده تعمیری که قابلیت ارائه سرویس مجدد در زمان طولانی تری را داشته باشد، لازم می باشد. امروزه تولید یک ماده تعمیری که پیوستگی کامل با المان آسیب دیده داشته باشد و بر اساس مصالح موجود در کشور دارای صرفه اقتصادی نیز باشد، ضروری است. از طرف دیگر افزایش ضایعات صنعتی، کمبود فضای دفن زباله و افزایش هزینه های آن، بازیافت ضایعات صنعتی را به یک الزام تبدیل نموده است. یکی از این مواد زائد، ضایعات ماسه ریخته گری است که حاوی رزین، پودر ذغال و بنتونیت می باشد که قابل حل در آب بوده و باعث انتشار مواد شیمیایی خطرناک در محیط زیست می گردد. در این پژوهش نمونه های ملات و گروت با جایگزینی مقادیر مختلف ضایعات ماسه ریخته گری با ماسه با هدف بررسی اثر جایگزینی بر خواص این محصولات پایه سیمانی، ساخته شده است. نتایج نشان می دهد جایگزینی ضایعات ماسه ریخته گری کارایی ملات و گروت تا حدودی کاهش می دهد. در رابطه با خواص سخت شده، جایگزینی 20% از این ماده ضایعاتی باعث کمترین کاهش مقاومت فشاری ملات می گردد اما جایگزین 10% از این ماده باعث افزایش مقاومت فشاری گروت شده است. اثر این مواد بر مقاومت خمشی نیز تقریبا همانند تغییرات مقاومت فشاری بوده است. با توجه به نتایج تحقیق حاضر آزمایش فراصوت که بعنوان یک آزمایش کنترل کیفیت غیرمخرب برای مقاومت فشاری بتن بکار می رود، قابلیت تخمین مقاومت فشاری و خمشی ملات و گروت را ندارد.

    کلیدواژگان: ملات تعمیری، ضایعات ماسه ریخته گری، سرعت امواج فراصوت، دوام ملات
  • محمد نقوی، میرعلی محمدی*، قربان مهتابی صفحات 207-219

    رودخانه های طبیعی برای تنظیم شیب خط انرژی، به ندرت در مسیری مستقیم جریان دارند و معمولا دارای مسیری انحنادار هستند که به آن ها پیچان رود گفته می شود. پس از پیدایش رودخانه های پیچان، با گذشت زمان و حرکت جانبی پیچ ها، میزان پیشروی قوس برونی افزایش یافته و مقدار ضریب خمیدگی یا سینوسی در پلان زیاد می شود. درکانال های پیچان، میزان انحنا با عدد بی بعدی به نام ضریب خمیدگی تعریف می شود که نسبت طول مسیر انحنادارکانال اصلی به طول مستقیم سیلاب دشت می باشد. با افزایش مقدار ضریب خمیدگی، شیب، سرعت جریان و ظرفیت انتقال دبی رودخانه کاهش می یابد. در نتیجه خطر سیلابی شدن به طور قابل توجهی افزایش یافته و در هنگام بروز سیلاب، سطح آب از مقطع اصلی رودخانه فراتر رفته و وارد دشت های سیلابی آن می شود. در این حالت با توجه به اندرکنش بین جریان با سرعت بالا در کانال اصلی و جریان کندتر در سیلاب دشت ها و تبادل اندازه حرکت بین این دو ناحیه، مشخصات جریان دائما در حال تغییر می کند. در این تحقیق، مشخصات هیدرولیکی جریان شامل توزیع عرضی سرعت متوسط عمقی، پروفیل سطح آب، توزیع سرعت در طول، نسبت سرعت عرضی به طولی در محور مرکزی کانال اصلی، میزان سرعت متوسط و دبی عبوری از کانال اصلی، بردارهای سرعت در مقاطع مختلف عرضی و توزیع برآیند سرعت در سطوح مختلف افقی با توجه به تغییر ضریب خمیدگی برای شش نوع کانال با مقادیر سینوسی مختلف به صورت عددی مورد بررسی قرارگرفته است. برای بررسی اثر ضریب خمیدگی کانال مرکب پیچان روی مشخصات هیدرولیکی جریان، از نرم افزار FLOW3D استفاده شده است و مدل آشفتگی این نرم افزار نیز طوری انتخاب گردیدکه انطباق بهتری با داده های آزمایشگاهی داشته باشد. برای این منظور، از دو مدل آشفتگی پرکاربرد RNG و k-ε استفاده شد و عملکرد این دو مدل در شبیه سازی مشخصه هیدرولیکی جریان مورد بررسی قرار گرفت و مشخص گردید که مدل آشفتگی RNG دارای دقت بیشتری می باشد. در ادامه، این مدل به عنوان مدل آشفتگی نهایی برای شبیه سازی عددی معرفی گردید. در نهایت با بررسی کانال مرکب پیچان تحت تاثیر ضریب خمیدگی مختلف مشخص شد که با افزایش ضریب خمیدگی کانال از مقدار 1 به 1.641، مقدار سرعت متوسط مقطع کانال اصلی به طور میانگین 54% و میزان دبی عبوری از کانال اصلی به طور متوسط 38% کاهش می یابد. با افزایش ضریب خمیدگی، مقدار حداکثر سرعت متوسط عمقی از 0.55 به 0.38 متر برثانیه کاهش و مقدار حداکثر ارتفاع سطح آب از 0.305 به 0.332 متر در قوس بیرونی مقطع CS1 افزایش می یابد. افزایش مقدار ضریب خمیدگی باعث می شود نسبت سرعت عرضی به سرعت طولی در محور مرکزی کانال اصلی افزایش یافته به طوری که مقدار آن در بحرانی ترین حالت از صفر به 0.4 می رسد.  با افزایش ضریب خمیدگی، مقدار سرعت طولی حداکثر به سمت سیلاب دشت سمت راست (خم داخلی) حرکت کرده و از مقدار آن کاسته می شود. به طوری که با افزایش ضریب خمیدگی از 1 به 1.641، مقدار حداکثر سرعت طولی از 0.55 به 0.42 متر برثانیه کاهش یافته و موقعیت آن از مرکز کانال اصلی به سمت خم داخلی در بالای عمق لبریز کانال اصلی حرکت می کند.

    کلیدواژگان: کانال مرکب، پیچان رود، ضریب خمیدگی، سرعت متوسط عمقی، FLOW3D
  • سیدمهدی هاشمی حیدری*، محمدرضا جلیلی قاضی زاده، مجید احسانی، احمد احمدی، داریوش محجوب صفحات 221-235

    از جمله مهمترین منابع آلوده کننده در محیط های آبی بویژه در مخازن سدها، سامانه های کارست نمکی می باشد که انحلال آن در آب مخزن باعث کاهش شدید کیفیت آب مخزن می شود. در تحقیق حاضر برای بررسی رفتار کیفی مخزن سد در حضور سازند کارست نمکی، ابتدا بررسی های میدانی از مخزن انجام گرفت. سپس برای کالیبراسیون مدل عددی و تعیین ضریب انحلال سازند کارست نمکی، مدل آزمایشگاهی بصورت کانال ذوزنقه ای طراحی و ساخته شد. سپس مدل آزمایشگاهی با استفاده از مدل عددی MIKE شبیه سازی شد. با مقایسه نتایج مربوط به مدل آزمایشگاهی و مدل عددی، مقدار تقریبی ضریب انحلال سازند نمکی موجود در مخزن تعیین و مدل عددی کالیبره شد. در ادامه با تعمیم ضریب انحلال بدست آمده به مخزن واقعی و شبیه سازی عددی مخزن، رفتار کیفی آن مورد تحلیل و بررسی قرارگرفت. همچنین تحلیل حساسیت پارامترهای موثر بر فرآیند انحلال و توزیع شوری انجام شد و نحوه اثرگذاری و میزان تاثیر مقادیر ضریب انحلال نمک، دبی، دما، تبخیر و رطوبت نسبی بر توزیع شوری و شرایط کیفی مخزن در اثر انحلال سازند نمکی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج این مطالعه می تواند در طراحی و بهره برداری از مخازن دارای سازند نمکی مفید باشد.

    کلیدواژگان: مخزن سد، توزیع شوری، ضریب انحلال نمک، مدل سازی آزمایشگاهی، مدل MIKE
  • میثم ولی زاده*، گرشاسب خزائنی صفحات 237-247

    امروزه از معضلات اصلی بشر حفظ محیط زیست در برابر وجود مواد ضایعاتی است. استفاده مجدد این مواد همچون لاستیک تایر ضایعاتی به عنوان جایگزینی بخشی از مصالح در ساخت بتن به عنوان یک استراتژی اساسی جهت دستیابی به توسعه پایدار محسوب می شود. در این پژوهش به کارگیری همزمان پودر و خرده لاستیک و سیم و الیاف فولادی بازیافت شده از تایر ضایعاتی در مخلوط بتن، مورد بررسی مقاومت های سایشی و فشاری و وزن واحد حجم بتن قرار گرفته است. در پژوهش حاضر در 12 طرح اختلاط از جایگزینی پودر و خرده لاستیک با ماسه به مقدار 9، 13/5، 18، 22/5 و 27 درصد حجمی ماسه و افزودن سیم و الیاف فولادی بازیافتی از تایر به مقدار 0/5 درصد حجمی استفاده شده است. نتایج آزمایشات نشان می دهد افزودن 0/5 درصد الیاف فولادی بازیافتی به بتن حاوی 9 درصد پودر و خرده لاستیک، کاهش مقاومت فشاری را بهبود می بخشد و باعث افزایش مقاومت سایشی می شود. با افزایش درصد های جایگزینی پودر و خرده لاستیک با ماسه در مخلوط بتن همراه با 0/5 درصد الیاف فولادی بازیافتی، مقاومت سایشی بتن افزایش اما مقاومت فشاری و وزن واحد حجم بتن کاهش می یابد. مقاومت سایشی این نوع بتن های حاوی مواد ضایعاتی نسبت به بتن شاهد تا 37/5 درصد افزایش داشته است.

    کلیدواژگان: خرده لاستیک، تایر ضایعاتی، سیم فولادی، الیاف فولادی بازیافتی، مقاومت سایشی
|
  • Zahra Bagheri, Masoud Ranjbarnia* Pages 1-13

    For safe underground excavation, different supporting system can be used in weak ground conditions. However, rock mass instability does not give opportunity to install an appropriate supporting system. Pre-reinforcement of tunnel face can be an effective solution for this condition. Fiber glass dowels are one of the most efficient and economic methods of ground reinforcement. Fast installation, flexibility in using with other supporting systems … are the other advantages of this pre-reinforcement. This paper studied numerically the behavior of the longitudinal fiber glass dowels which may accompanied with the different supporting system i.e. with shotcrete layer as the main supporting system or with pre-cutting system as another pre-support method. The analyses was carried out by FLAC 3D in different weak ground condition subjected to different in-situ stresses implying tunnel depths. The fiberglass forces as well as tunnel center displacements are the output of this simulation. The results showed the location of critical zones developed in tunnel face in non-hydrostatic stress field. It leads to employ more concentration of dowels on those zones. As well, the best result for the dowels could be seen when they were accompanied with pre-cutting system. Finally, from the results of numerous analyses, mathematical formulations were presented to fast calculate the maximum stress of dowels and strain of the tunnel center in any different condition of weak ground condition.

    Keywords: tunnelfiber glass dowelstunnel facepre-cuttingweak ground
  • Mehdi Ghassemieh*, Omid Bamshad Pages 15-27

    Nowadays, Steel Plate Shear Wall (SPSW) is considered as a suitable alternative to conventional lateral load resisting systems that used for earthquake resistant design of structures, because of high post buckling strength, significant ductility, stable hysteresis characteristics and high initial stiffness. Also, steel plate shear wall has lighter weight of structures, increased floor area, quicker speed of construction, significant economically affordable and high quality control compared to a traditional reinforced concrete shear walls. Study on behavior of steel plate shear wall was began in 1970s with the aim of providing an easy method for the analysis and design. The initial experimental and analytical researches clarified varies aspects of seismic behavior of steel plate shear wall, but it is still unknown, because of its complex behavior and design. Although some researches on steel plate shear wall has been done since the early 1980s, the appropriate performance of structures that had steel plate shear wall as lateral load resisting systems in the Northridge, USA (1994) and Kobe, Japan (1995) earthquakes caused researchers and working engineers to investigate and implement the steel plate shear wall system to a greater extent. Analytical and experimental research works and studies, provided primarily in Canadian, US and UK universities on steel plate shear wall considered different facets of the seismic behavior of steel plate shear wall and flourished the essential procedures for its application as an effective lateral load resisting system. However, in order to investigate the performance of steel plate shear wall comprehensively, wide range of nonlinear behavior has to be assessed and predicted and it requires hysteresis models that are capable to consider all deterioration modes. One of the comprehensive analytical hysteresis models is the modified Ibarra-Krawinkler (IK) deterioration model that provides four deterioration models including basic strength deterioration, post-cap strength deterioration, unloading stiffness deterioration and accelerated reloading stiffness deterioration for systems with bilinear, peak oriented and pinching behavior. In this study, by calibrating the modified Ibarra-Krawinkler deterioration model parameters for steel plate shear walls with different properties, some equations are proposed to determine modified Ibarra-Krawinkler deterioration model parameters. First, one of the experimental specimens was modeled and analyzed in ABAQUS software and accuracy of results was measured. Then, 60 number of pinned joints-one story steel plate shear walls with different infill plate thickness and bay length, using two types of steel for infill plate are numerically modeled and analyzed by ABAQUS software. Also, the height of steel plate shear walls was kept constant equal to 3500 mm. Using OpenSees software numerical analysis results, the modified Ibarra-Krawinkler deterioration model parameters are calibrated. Then, by identifying the effective factors, some statistics equations are suggested. According to the results, effective parameters on lateral load resisting capacity, elastic stiffness and post capping stiffness were thickness of infill plate and its steel type and ratio of bay length to height of steel plate shear wall. Also according to the results, the and ratio of bay length to height of steel plate shear wall had more influence on modified Ibarra-Krawinkler deterioration model parameters.

    Keywords: Modified Ibarra-Krawinkler deterioration model, Diagonal tension field, Post buckling behavior, Strip modeling
  • Hadi Bahadori*, Amin Khalili Pages 29-42

    Today, the use of waste tires mixed with soil has been expanded in various geotechnical projects to absorb and reduce the vibration caused by seismic and dynamic loads. Therefore, the objective of this work was to evaluate the dynamic properties of such mixtures prior to practical applications. Given that the different kinds of exterior cyclic loading affect the natural soil, such as earthquakes, high buildings, high speed rails, wave loads, oil tanks, reservoirs and so on, and they demonstrate different wave patterns. So far independent research on the effect of loading frequency on the dynamic properties of the sand-tire mixture has not been carried out. Therefore, in this paper, 1-g shaking table tests were employed to investigate the effect of loading waveform on dynamic properties of sand-tire mixture. A hydraulic shaking table with a single degree of freedom, designed and constructed at the Crisis Management Center of Urmia University, was used to conduct the experiments. Firoozkuh No. 161 sand was used in all the experiments and tire powders were used as a soil reinforcement material. Tire powders are made from discarded tires that have been broken into pieces and sieved by an industrial tire-shredder system. Also, accelerometers were used to measure the acceleration of the input to the sample as well as to record the acceleration caused by the input excitation at different depths of the soil sample. The displacement transducers (LVDT sensors) were also used to measure linear displacement. To record information, all sensors were plugged into a 16-channel dynamic data logger ART-DL16D. Samples were constructed in both unreinforced (pure sand) and reinforced form and with a relative density of zero. In reinforced samples, tire powders were added to the sand with 5%, 10%, 15% and 20% in gravimetric basis. To prepare the sample, a wet tamping method was utilized in both the unreinforced (pure sand) and the reinforced (sand mixed with tire powders) specimens. In this method, first, the sand was mixed with 5% water. Samples were subjected to rectangle, sinusoidal and triangle waveform at constant frequency of 2 Hz and input acceleration of 0.1g and 0.3g. The results showed that in all cases, soil samples exhibit the highest shear modulus and damping ratio under rectangle loading. Therefore, the values of G and D for the rectangular waveforms are greater than those of the sinusoidal and triangle waveforms. The shear modulus and damping ratio for the sinusoidal waveforms are marginally greater than those of triangle waveforms. The effect of loading waveform on the damping ratio of the soil at low levels of strain is negligible, but it increases with increasing strain levels. The shear modulus reduced by increasing the tire powder and the highest reduction is observed in the mixture with 10% to 15% of tire powder. By increasing the tire powder, the damping ratio values of samples increased so that the mixture with 20% of the tire powder has the highest damping ratio. In all cases, the shear strain increased by increasing the amplitude of the input acceleration, and as a result, the shear modulus decreased and the damping ratio increased. In addition, with increasing acceleration, the difference between the values of the shear modulus and the damping ratio increases between different loading waveforms.

    Keywords: sand, tire powder, shaking table, waveform, shear modulus, damping ratio
  • Ghasem Pachideh, Madjid Gholhaki*, Amin Moshtagh Pages 43-58

    In recent years, the construction of high - security buildings against the conditions of explosion and fire is a very important issue in the world. Therefore, one of the appropriate strategies in this field is to use steel - concrete composite columns to be used in the core of the concrete column to maintain its durability and stability against high temperatures. This paper studies the impact of temperature rise on the performance of concrete-filled double skin tubular steel columns with prismatic geometry. In doing so, a number of columns whose interior core was square, diamond and circularly-shaped and their exterior core was prismatic with a square cross-sectional area increasing with the slope of 2/1 degrees from top to the bottom, were constructed and exposed to the temperatures of 25, 250, 500 and 700 °c. Accordingly, the temperature rates up in compliance with ISO-834. Afterwards, all column specimens were subjected to cyclic loads adopted from the ATC-24 loading protocol which proceeded until the specimens failed. Firstly, the 28 - day compressive strength of concrete, measured, and steel used is tested under tensile test and the stress and strain characteristics were obtained. The results indicate that although the failure mode of the columns with interior core of square or diamond shape resembles each other, the columns whose interior core was circularly-shaped, experienced more intensive damages compared to the latter specimens. Failure mode of the columns base was developed as a diagonally with degree of 450 by temperature of 500 °c but at the temperature of 700 °c, the damages have occurred horizontally at the level of 10 cm from the column base. Moreover, initial stiffness and ductility ratio of the columns with diamond-shaped interior core was approximately 2 times greater than the other columns. in all columns, the maximum damage in the leg area is caused by the maximum anchor in that area caused by 25 to 700 °C, and with increasing temperature, the central and middle regions are also completely destroyed, so that at 700 °C in all specimens, concrete is completely crushed in such a way that it has virtually no role in the load - bearing capacity of the column. The destruction of concrete in columns is almost identical in all columns of the inner circle of the circle, squares and diamond. In general, the load - bearing capacity of the columns decreased by about 50 % after 15 cycles at a temperature of 700 °C after 9 or 12 cycles, and the loading process was halted. In the meantime, the columns of the inner circle of the circle had broken out earlier than the other columns and did not have proper functioning. also in the diamond - shaped columns, the rupture process and the severe reduction of the carrier capacity are initiated at 500 °C, indicating that this column does not indicate that this column is due to heterogeneous geometrical distribution at the height of the column.

    Keywords: Concrete-Filled Double Skin Steel Column, Prismatic Geometry, Temperature, Cyclic Loading
  • Ehsan Pakdel, Mohammadreza Majdzadeh Tabatabaie*, Hamed Sarkarde, Sayed Hosain Ghoraishi Najafabadi Pages 59-71

    The formation of a vortex at the mouth of power plant intake is one of the unfavorable hydraulic phenomena that occur during dewatering of dams. More precisely, the formation of vortex flows in the openings of the intake disturbs the proper functioning of the intake structure. vortices cause problems such as oscillating in the system, reducing turbine output, increasing hydraulic losses in the intake openings, entering the air and particles into the intake pipe and eventually reducing its efficiency. In recent years, various scholars have conducted extensive studies on the phenomenon of vortex. In the meantime, research has been carried out experimentally using mechanical devices and less attention has been paid to the natural phenomena existing on the level of reservoirs of dams and their impact on the vortex. One of the most important natural phenomena that occurs in the reservoir of dams is the waves that can affect the vortex. In this research, with the aim of investigating the effect of waves on the vortex, numerical simulation of waves in the openings of vertical intake has been studied in various vortex formation conditions. In this regard, three class of vortices A, B and C were simulated in numerical model and the results were investigated after dealing with waves. To simulate the flow in the vertical intake, the model designed by Sun and Liu was used. This model is designed in a cylindrical shape with four rectangular inlets, with a vertical intake located at the center and end of the cylinder. In the present study, the model was studied in three-dimensional and two-phase mode, so that numerical simulation of vortex and wave can be investigated with this approach. In order to reduce the computational time to solve the equations, Euler's method was chosen and the turbulence was simulated using the LES model in STAR-CCM Software. After sensitivity analysis, 3 mm grid dimensions were selected. For computational mesh domain, a Cartesian coordinate was used and the free surface was considered using the VOF method. Accordingly, after formation of three classes of vortices A, B and C in the numerical model, three waves with a/d ratio of 2.6%, 1.3% and 0.3% were generated and the effect of their collisions on vortices was analyzed. The amplitudes of the waves are determined in relative proportions of the reservoir water's height and are not far from reality. The results showed that the waves reduced the components of tangential, radial and axial velocity. According to the results, the maximum component of the tangential velocity at the time of the presence of waves is reduced by about 14%, 19% and 23%, respectively, in the class A, B, and C vortices. The radial velocity component is also reduced by about 9%, 13% and 18% for the A, B, and C vortices, respectively. The maximum axial velocity was also reduced to 26%, 13%, and 23% for class A, B, and C vortices, respectively. According to the simulation results, the decrease rate with decrease decreasing wave amplitude, which means that smaller waves can lower the velocity components and thus weaken the vortex flow.

    Keywords: Vertical intake, Waves, Vortex, STAR-CCM, Velocity vector
  • Masoud Arami Fadafan, Ehsan Jafari Nodoushan*, Mehdi Azhdary Moghadam Pages 73-83

    The increase of population and demand for water, agriculture and energy cause a rapid increase in construction of the dam has been.  Moreover, the increase of dam height to increase storage and estimate the need for water cause increase the velocity of water over the spillway has been.  Spillways, chutes and bottom outlets are important hydraulic structures for dam safety. Due to high velocities combined with low pressures, cavitation damages may occur on chute bottom and cause major damages or endanger the dam stability. Damage experience for flows in spillway tunnels and chutes indicates that damage becomes significant when water velocities exceed 30m/s, this velocity or head can be considered as the borderline for high velocity or high head flows. Introducing air to high-speed flow is necessary to prevent pressure reduction and its events such as cavitation. It is possible to protect spillway surfaces from cavitation damages using aerator devices. Usually, the air entering the flow is not reached to the bed chute.  It is necessary to install the first aerated according to topographic conditions and cavitation index at the appropriate location. By determining the process of changing the air concentration of the bed, the distance between the two aerators can be determined. The air in the flow causes the compression and damping that cause Bursting bubbles. In result, the damage caused by cavitation is reduced.  So cavitation investigations will be necessary and need to reduce and prevent cavitation damages. The length of the flow jet has a fundamental role in determining the distance between two aerators. With increases, the length of the jump, the contact surface of the upper and lower layers of the jet is in more contact with the air and affects the amount of air entering the flow. The absorbed air is removed from the flow after the Jet collision. By determining the minimum concentration of air in the bed, an optimal distance between the two aerations can be selected to prevent cavitation damage. Select the minimum air concentration of bed is based on the relationship provided by Wood (1983). It means that the concentration of average air in the stream is higher, which causes the flow of bulking and requires taller walls for the sides of the shut Which is not economically feasible. The variation in the air concentration of the bed can only be considered as a function of the length of the jump flow and the upstream heights. Creating a suitable duct for providing A negative cavity pressure Lead to the better performance that causes increases the distance between aeration. So use of aerators in suitable places and the entrance of air to water flow is a most effective way to reduce this damage, therefore in this study, an equation has been derived to estimate the distance between two aerators base on 1200 data of 90 experiments with R2 more than 0.84.  results this study have been compared and investigated for aerator of Azad dam.

    Keywords: Aerator, chute overflow, Cavitation Damages, Bottom Air Concentration
  • Saleh Hamzehei Javaran*, Saeed Shojaee Pages 85-96

    In this paper, a new boundary element analysis for the modeling of two-dimensional potential problems is proposed. The boundary element method is reformulated here based on spherical Hankel elements for the purpose of approximation of the state variables of the Poisson and Laplace differential equations (potentials and fluxes). Spherical Hankel function is obtained by combing Bessel function of the first (similar to J-Bessel ones) and second (also called Neumann functions) kind so that the properties of both mentioned functions will be combined and result in a robust interpolation tool. The interpolation functions of the boundary element method are obtained using the enrichment of the spherical Hankel radial basis functions. To this end, the expansion of a function in which only the spherical Hankel radial basis functions approximations are used have been given polynomial terms. Generally, radial basis function (RBF) is an efficient tool in finding the solution of non-homogeneous partial differential equations. Its main idea is the expansion of non-homogeneous term by its values in interpolation nodes, based on Euclidean norm that leads to obtaining a particular solution. Although the J-Bessel RBF contains the features of the first kind of Bessel function, it usually cannot represent the full properties of a physical phenomenon. Therefore, using the combination of the first and second kind of Bessel function in complex space (Hankel function) may lead to more accurate and robust results. In other words, the solution of Bessel equation can be referred as a prominent usage of both first and second kind of Bessel, which shows that using them together may result in more accuracy and robustness. The aforementioned discussion brings this matter to mind whether it is possible to present RBFs that benefit from both Bessel functions of the first and second kind. Therefore, by the idea of combining spherical Hankel in imaginary space, enrichment of them for a three-node element in the natural coordinate system is explained in this paper. Moreover, the algebraic manipulations and formulations are reduced because of profiting from the advantages of complex number space in functional space. It is also possible for the proposed shape function to satisfy both Bessel function fields and polynomial functions, unlike classic Lagrange shape functions that only satisfy the polynomial function fields. Moreover, the proposed shape functions benefit from the infinite piecewise continuous property, which does not exist in the classic Lagrange shape functions with limited continuity. The spherical Hankel function of the first kind has a strong singularity in its imaginary part, the spherical Neumann function. This issue results in the fact that when the Euclidean norm tends to zero, the limit does not exist. In the following, an extra term with power  is applied to remove this singularity. After the elimination of the singularity, the limit state of coinciding source point and field point is calculated. In the end, to demonstrate the accuracy and efficiency of the proposed shape functions, several numerical examples are solved and compared with the analytical results as well as those obtained by classic Lagrange shape functions. The numerical results show that the proposed Hankel shape functions represent more accurate solutions, using fewer degrees of freedom, in comparison with classic Lagrange shape functions.

    Keywords: Spherical Hankel elements, Boundary element method, 2D potential problems, Poisson's, Laplace's equations
  • Amin Havaran*, Mussa Mahmoudi Pages 97-109

    Dynamic properties of structures, such as natural frequency, shape modes, and damping ratios, play a decisive role in structure behavior against dynamic loads like earthquakes. Determining the earthquake forces imposed on structures based on the design spectra is one of the utilization of these properties. Other applications of these features could be utilized to update the finite element model, detect potential damage in structures, long-term health monitoring of structures, and evaluating the safety of structures after heavy loading. Therefore, accuracy and reducing the cost of extracting these properties would have a significant role in improving the efficiency and consequently of the useful life of structures. In other word, the more accurate of structural dynamic properties means, the more accurate determination of the seismic response of the structures. These properties depend on a great deal of detail, such as material behavior and the geometry of the structure, which could not be easily simulated in analytical models. So, performing seismic tests on structures is the most reliable method for obtaining these properties. Determination of these properties have been done in a variety of ways. However, various methods have been developed in many studies to extract these quantities by image processing. The aim of this article is presenting a novel approach to increase the accuracy of remote sensing by image processing. Therefore, the current paper is an attempt to apply the average method to improve efficiency as a cheaper method for obtaining the dynamic properties of structures. For this purpose, a cantilever aluminum beam and a Three-story frame with additional mass have been considered, and the commercial camera captures the vibration of the structure. The extracted displacements of each four points on the edge of the specimen are recorded as the input signals of the system. With two numerical derivatives of these displacements, the acceleration of the structure is obtained. Peak survey method utilized to extract natural frequencies, damping ratios, and mode shapes of the each selected point. The averaging method applied to calculate the final properties of the structure. At last, the results are compared with the values ​​obtained from the acceleration sensors embedded on the structure and the finite element results. Then the accuracy and error of the algorithm are evaluated. However, these results could be utilized as the input information in the health-monitoring of the structures. The results show that the novel method did not improve the accuracy of the first three natural frequencies modes of vibration in comparison with the standard method for the cantilever beam. It is also observed that the new method wouldn’t make a significant difference in the calculation of damping ratios of the system. On the other hand, although the existence of cables and sensors would reduce the accuracy of image processing and recorded displacements, the new algorithm improves the estimation of the first three shapes modes. In the same way, the same function was performed for the Three-story frame structure. Although its natural frequencies did not change for the first three modes of vibration, the mode shapes are closer to the values ​​obtained from the accelerometer sensors.

    Keywords: image processing, average method, dynamic properties, natural dynamic frequency, shape mode
  • Muhammad Reza Khaksar, Hossei Ganjidoust*, Bita Ayati Pages 111-122

    Activated sludge process is commonly utilized for the treatment of wastewater with the benefits of high efficiency and easy operation. However, during the biological treatment of wastewater, huge amounts of waste biomass (called as “waste activated sludge (WAS)”) are inevitably generated in the process. The WAS should be treated in order to reduce the water content of raw WAS, transform the highly putrescible organic matter into stable or inert organic and inorganic residue, and finally condition the residue to meet disposal acceptance regulations. But, WAS treatment and disposal, representing 50–60% of the total operating costs of the wastewater treatment. WAS is produced in massive volumes; specifically, more than 25,000 tons of WAS is produced in Iran per year. Anaerobic digestion is one the most applicable methods in WAS stabilization due to its ability to reduce WAS volume and produce biogases. A mixture of primary and secondary sludge (WAS) passes through anaerobic digestion, but this process is more difficult for WAS than primary sludge. However, the hydrolysis stage limits anaerobic WAS digestion. To optimize the general process of WAS anaerobic digestion and increase hydrolysis performance, it would be possible to pre-treat WAS by various mechanical, thermal, chemical, and biological methods. In this research the influence of ultrasonic bath pre-treatment was studied to observe the effects of ultrasonic density and sonication time on WAS solubilisation. The charactristics of ultrasonic wave producer was surface area of 240×137 mm2, frequency of 40 kHz, power of 265W. The effect of ultrasonic waves with these characteristics on WAS solubilization was investigated for the first time. Increases in soluble chemical oxygen demand and soluble polysaccharide concentration, as well as the decrease in volatile suspended solids, indicate that pre-treatment could cause WAS solubilisation. The cavitation produced by ultrasound waves radiation breaked down the bacterial cell wall and released the intracellular substances into an aqueous phase. Since polysaccharide is one of the main parts of extracellular polymeric substances (EPS), a polysaccharide concentration increase in the solution indicated that ultrasonication disintegrates WAS floc and the EPS value reduced in biological flocculation. Increases in ultrasonic density and sonication time caused more solubilisation, stronger cavitation arised with an increase in ultrasonic density and with increased ultrasonic density; more floc structure disintegration was achieved in less time. The best Pre-treatment efficiency was achieved in ultrasonic density 0.53 W/mL and 20 min. sonication time and it caused 20% increase in biogas production compared to the control sample. In addition to WAS pre-treatment for solubilisation, the ultrasonic bath pretreatment could improve WAS settling properties. After pre-treatment with the lowest energy in experiment rang, the diluted sludge volume index (DSVI) decreased by about 10% compared to the control sample; this reduction continued upon the energy increase. Reduction of EPS from around WAS floc reduced the negative charge of WAS floc and increased the WAS floc’s fall rate. Therefore, DSVI reduction resulting from ultrasonic bath pre-treatment could be due to the EPS concentration reduction around WAS floc. Likewise, the influence of pre-treatment on electrical conductivity was also examined for the first time. Given the change in WAS, electrical conductivity with ultrasonic bath pre-treatment, in addition to other tests like chemical oxygen demand and volatile suspended solids, electrical conductivity could also effectively assess WAS solubilisation.

  • Yones Sojoudi*, Hassan Sharafi Pages 123-135

    Water increases in slope layers induced failure of slopes. Water is the most important factor in most of the slope stability analysis. Although water does not directly lead to the slopes displacement, but is an important factor for the following reasons: (1) water increases due to rainfall and snow melt will lead to increases slope weight. (2) Water can change the angle of slope (angle of slope is an angle that slope is stable in this angle). (3) Water can be absorbed or excreted by minerals are available in the soil. After adding the water, the weight of the rock and soil increases. (4) Water can dissolve the cement between the seeds and cohesion between the seeds is lost. In this paper, the feasibility of using piles to stabilize layered earth slopes were studied. A set of physical modeling of foundations was performed adjacent to layered slopes. The deformation pattern and shear strains of soil near slope and below surcharge load were studied. For this purpose, a comprehensive set of tests and numerical analysis were undertaken on different slope models. In each step of loading, digital image of deformed soil was captured and image processing was applied with GeoPIV software for investigation of soil deformation on slope and below the footing. the effect of pile and saturated conditions effects on improvement ratio (safety factor of stabilized slope with pile / safety factor of the slope stability without piles), bearing capacity of foundations, slope stability and slip surface shape in layered slope were investigated. The results show that the slip surface of layered slopes differs depending strongly on the installed pile positions and layered saturation conditions. In consideration of the model tests and numerical analysis results, it is found that, when clayey layer was near ground surface, changes in clayey layers water content significantly affected on slip surface and layered slope stability. Consideration of slipe surface shape for different layers saturation canditions, it is found, saturation of below layers which is located below the slip surface, has not significant effects on slope stability and slip surface shape. But with increasing upper layers water content, large volume of soil were failed. Experimental and numerical results show, for stable slope before applied surcharge load or before water content increases, critical slipe surface occurred in front the installed pile. But for unstable slope, critical slip surface positions depend on layers saturation and soil properties and occurred in front or behind or in upper and lower part of pile. In general The critical slip surface location dependent on water table level conditions and location of pile. Also from the experimental and numerical results it is found, the optimum location of pile for increasing bearing capacity of foundation which is located on slope crest, is near slope crest and maximum magnitude of Bearing capacity ratio ((bearing capacity of reinforced slope/ bearing capacity of non- reinforced slope)(BCR)) was obtained when piles installed near slope crest. Also optimum location of pile for increasing slope stability are found near mid of slope. A close agreement between the experimental and numerical results in Failure mechanism and the critical values of the studied parameters is observed

    Keywords: Layered slope, Pile, improvement ratio, PIV method, Physical Modeling
  • Hamed Shahsavari, Sobhan Moradi, Saeed Reza Khodashenas* Pages 137-151

    Study of different scouring areas relative to flow velocity in Downstream Base in pairs of bases and Impact of cable protection method on these areas Abstract Bridge failure is a common phenomenon all around the world. Bridges are one of the most important structures which are under attention from many years ago. Bridge is a structure to cross over obstacles such as rivers or valleys. Investigation of scouring in water structures especially in bridges is absolutely important in river engineering. Failure of several structures in all over the world are usually due to structural consideration and giant scales on piers. Created procedure of scouring by group of piers are more complicated than one single pier. Increasing the resistance of bed materials and decreasing the power of erosion factors are the ways to stand against local scouring. To decrease the power of erosion factors (horseshoe and wake vortex), equipment such as collars, submerged vanes and etc. are being used. This study was conducted with freshwater on cylindrical piers. The experiments were with a constant discharge during 6 hours in hydraulic laboratory of Ferdowsi University of Mashhad using a flume of 10 m length, 0.30 m width and 0.50 m depth. Sands with median diameter of 0.72, special gravity of 2.65 grams per cubic centimeters and geometric standard deviation of 1.12 are used in the experiments. Range of flow rate was from 8 to 18 l.s-1. An adjustable weir in the downstream regulates the water depth in the channel. The area for conducting the experiments in the channel has 1 m length and 10 cm bed height, which is 6 meters away from the beginning of the channel. Scouring procedure of downstream pier was investigated base on flow velocity. Results show that depth of local scouring of downstream pier can be categorized in 4 zone based on flow velocity: 1- No scouring occurrence zone, 2- Synchronized scouring zone, 3- Transitional zone, and 4- Deviance zone. Following previous investigations, effects of application of rolled cable over piers on reduction of scouring around two piers and zones of downstream pier (zones related to velocity) were examined. In this study, the efficiency of using rolled cable around the piers to decrease scouring is investigated. Results show that rolled cable, scouring will decrease. In fact, rolled cable around the piers will decrease the power of down flow, horseshoe and wake vortexes. Results show that scouring was reduced around piers due to application of rolled cable. So that cable at its best state reduces the maximum scour depth by 50 percent for downstream pier in the situation distance 3D and 54 percent for downstream pier in the situation distance 5D. Reduction of scouring depth of downstream pier was less than upstream piers. Scouring depth of downstream pier with rolled cable was 7 and 26 percent reduced in comparison with piers (No rolling cable was used) located at 3D and 5D from it. Because of scouring reduction as consequences of rolled cable, downstream zones were significantly changed that finally caused synchronized zone removal. Keywords: Local Scouring, Base group, Protective method, Downstream Base, Scouring zones

    Keywords: Local Scouring, Base group, Protective method, Downstream Base, Scouring zones
  • Akbar Safarzadeh*, Siamak Khayyatrostami, Babak Khayat Rostami Pages 153-166

    In this paper hydraulics and flow structure over the rectangular piano key weirs with different heights have been studied experimentally and numerically and effects of different fillet shapes on hydraulic performance are investigated. Experiments are conducted in a one meter width flume. Models of the tested weirs are made from PVC Plates in 3 different heights and with the same L/W ratios equal to 5. Discharge coefficient curve for wide range of heads over height ratio for 3 different weir heights are determined and effect of triangular, half round and oval fillets on increasing of discharge coefficient are investigated. In this research, the chosen range for ratio of head over height is in good agreement with ratio which has been used to design of prototype weirs. Large triangular and oval shaped fillets have significant effects on improvement of performance of the piano key weirs. Main effect of fillets is more uniformly distribution of the flow streamlines over the downstream part of the side crest. In second part of this paper, one and half-key piano key weirs with oval noses and without any nose (net) have been numerically modeled using Flow-3D model. Discharge coefficients of one of the numerically simulated rectangular models is compared with derived discharge coefficient curve from physical model. Convergence of inflow and outflow of numerical model has been controlled. Satisfactory correspondence presents between the experimental and numerical studies. Discharge distribution over the crest of the normal PKW and the weir equipped with oval fillet are compared. Result showed that due to uniformly distribution of the streamlines, the fillet notably increases flow rate at the downstream part of the side crest. Results of numerical simulations are exported to Tecplot software, in order to visualize the flow streamlines at different parts of the studied weirs. The weir with oval fillet affects the flow streamlines in three positions: the near bead streamlines of the weir with oval fillet, have less lateral diversion when they reach beneath the overhang of the outlet keys. In other word, streamlines pass this region more smoothly rather than normal PKW. As a result, the fillet decreases the local head loss, when the flow enters the inlet keys. Streamlines of the mid depth level show less contraction at the entrance and middle of the inlet keys. Consequently, lower velocity of the flow along the inlet keys, helps to more evacuation of the flow from side crests. Finally, streamlines release more uniformly from downstream part of the side crest. These phenomena results low submergence level at the middle of the outlet keys. The outlet keys are the brake of nonlinear weirs. By decreasing the submergence level of the outlet keys, flow from the side crests discharge more freely from inlet to the outlet keys.

    Keywords: Piano key weir, Experimental model, Numerical method, Fillet, Discharge coefficient
  • Mohammadali Olyaei, Amin Zeynolabedin*, Behzad Ghiasi, Abdolreza Karbassi Pages 167-180

    Drought is an integral part of natural hazards. It usually occurs gradually and without any warning. Moreover, this phenomenon is usually created over time and does not disappear quickly Recently, some factors such as climate variability and the impact of climate change have influenced drought frequency and intensity in many parts of the world. Various definitions have been provided for drought but in general the lack of water resources in a specific period in a geographical area is considered as drought which implies this phenomenon as a regional hazard. IRAN is located in an arid and semi-arid region in which it experiences drought frequently. There are different types of drought such as meteorological, hydrological, agricultural and social-economic. These types are differentiated based on the factor which is rainfall, river flows, soil moisture, and social-economic consequences. There are many indices proposed for measuring drought severity; among them Standardized Precipitation Index (SPI), Palmer Drought Severity Index (PDSI) and Surface Water Supply Index (SWSI) could be mentioned. Each of these indices has its own pros and cons and is suitable for a particular type of drought. Therefore knowing the types of drought can provide a better understanding of shortages and their characteristics. Various factors are utilized for measuring these indices including precipitation, reservoir storage, discharge, temperature and potential evapotranspiration. In this study the three main aforementioned indices were first calculated for Aharchay watershed, located in East Azerbaijan province. Next based on combining these three indices with another two important parameters, groundwater level and solar radiation, a combined drought index is developed and calculated for the studied region. Considering the fact that the aforementioned parameters and indices have different level of importance in combined index, different weights based on expert opinions are assigned to the parameters considering how critical each parameter is in the overall drought analysis. This combined index demonstrated various climatic, hydrological and agricultural aspect of the region. In the next step, bivariate analysis of the two variables, intensity and duration, is carried out using copula. This is done by first checking the dependency between intensity and duration using Pearson, Spearman, and Kendall correlation coefficients. Second, various copula functions were fitted such as Gaussian, T, Clayton and Gumbel functions. Third, based on the Ordinary Least Square (OLS) and Kolmogorov–Smirnov (K-S) tests, the best copula functions were used. Lastly, based on the chosen copula the joint probability distributions were obtained. Two cases named “OR” and “AND” were defined for joint probability of the two variables and different return period curves is drawn. The results showed that the most severe drought in this watershed occurred in June 2004. Moreover, by assessing correlation coefficient between the considered indices it is shown that analysis of the drought in a region based solely on one index would neglect other imperative aspects in drought determination which necessitates a more integrated indicator. Furthermore, in bivariate analysis, return periods of “AND” cases were more than “OR” case. The results of this study could be utilized in preparedness and monitoring drought.

    Keywords: Drought, Drought indices, Combined index, Copula function
  • Hamed Farhangian, Hamzeh Shakib* Pages 181-193

    The tubular structures are having the capability of resisting wind and earthquake loads with the exterior tube system. Tube systems consist of closely spaced exterior columns and deep beams around the corner of the plan that provides sufficient rigidity and stability for tall/high-rise buildings. Another advantage of the tubular system is the significant reduction in the building materials and increasing the architectural space in the internal plan. The mentioned cases have increased the popularity of this kind of structural system. But the most important problem in the tube system is the shear lag. Shear lag is the non-uniform distribution of stress on the face columns when the tube system is subjected to lateral loads. Shear lag can occur in any box-shaped structural system that is loaded laterally.  Shear lag increases structural displacement, limiting the use of maximum structural capacity and causing warping of the floors. The purpose of this research is to study the effects of shear lag on the tube system and find how to reduce shear lag. In order to do this, a tubular structure is analyzed and designed based on the Capacity Design Approach and Performance Base Design with the LATBSDC, ASCE 7-16, and AISC 360-10. To evaluate the seismic performance of the tubular structure and braced tube structure, the Nonlinear Dynamic Procedure (NDP) for two ground motion intensity levels based on LATBSDC is used. Nonlinear dynamic response analyses for two earthquake ground motion intensities done and acceptability criteria demonstrated. In the next step shear lag in the designed structures is investigated. Also, the relationship between shear lag and the stiffness of the peripheral beams is studied. The result shows that increasing peripheral beam stiffness is not a good way to reduce the effects of shear lag because of economic issues. Also, other proposed methods, such as the addition of core or internal tubes, are not a suitable solution to reduce the effects of shear lag, given the high cost they impose on the project. Due to the development process and the effect of shear lag on tubular structures, adding braces to one-fifth of the height of the structure in lower floors have been proposed to reduce the effects of shear lag. In order to calculate the shear lag, the distribution of axial stress in the tubular structure columns is considered as the basis and compared with the axial stresses of the columns in the proposed system. The proposed tube system and tube system have been analyzed by different levels of earthquakes and compared for performance purposes. In all the analysis and evaluations carried out in this study, the performance and behavior of the proposed systems were better than the tubular structure. With the addition of braces to one-fifth of the height of the structure in lower floors, the stress in the corner columns has been significantly reduced. The proposed system has been able to significantly reduce the shear lag. Therefore, in order to reduce shear lag and achieve proper behavior in tube systems, it is recommended to use the proposed systems in this study.

    Keywords: Tall buildings, Tubular structure, Shear lag, Analysis, design based on performance objectives, LATBSDC guideline
  • Ali Katebi, Amir Masoud Salehi*, Fatemeh Keshavarz Pages 195-206

    Maintenance and repair of structures during the life of the structure is inevitable. Therefore, using a repair material that have the ability to re-service in a longer time is necessary. Today, produce a repair material that has a complete bond with the damaged element and makes it economical based on the available materials in the country is necessary.On the other hand increasing  the quantities of waste materials ,scarcity of land-filling space and because of its ever increasing cost,recycling industrial waste materials has become an attractive proposition to disposal.One of these by-products is waste foundry sand. Waste foundry sand that contains resin, coal powder and bentonite which are solvable in the water and leads to environmental pollution. Therefore, industry owners are looking for a solution to the problem of organic waste due to pressure from environmental organizations.One of these solutions is dumping of construction waste in cement products such as concrete, mortar and grout. In this research, with the aim of reaching mortar and grout with good performance and durability, as well as up to 40 MPa compressive strength of 28 days, the initial mixture ratios were determined and the final mixture was determined by making laboratory samples and correction of ratios. 5 mixtures for mortar and 5 maixtures for grout. In the mixtures for all mortar and grout samples, the ratio of water to cement is fixed at 0.4 and the cement content of the mortar samples is 650 kg/m3. Natural sand mortar samples have been replaced with 10, 15, 20 and 25 percent waste foundry sand. The amount of cement for grout samples is 1100 kg / m3. In grout mixtures, 10, 15, 20, and 25 percent of sand have been replaced by waste foundry sand (WFS). The results  indicate that replacing WFS reduces the workability of mortar and grout. The compressive strength of the mortar samples is reduced by replacing different amounts of WFS at the age of 7 and 28 days. Mortar with 20% replacement of WFS, is the optimum percentage of waste sand in the mortar. However, the compressive strength of the grout samples increases by replacing 10% casting sand. By increasing the replacement value by more than 10%, the compressive strength decreases. Based on various studies in concrete, ultrasonic velocity test (as a non-destructive test) is used to estimate the compressive strength, which has a linear correlation between ultrasonic wave velocity and compressive strength. But the results of this study showed that the non-destructive test of ultrasonic waves does not have the ability to estimate the compressive strength and the flexural strength of the mortar. This result was also observed in Grout samples. Therefore based on the results of this research the ultrasonic velocity test does not have the capability to estimate the compressive and flexural strength of mortar and grout. Despite the decrease in the mechanical properties of the mortar by replacing WFS, the water absorption of the mortar containing this material has decreased, which is up to 15%. But by increasing the replacement percentage by up to 25%, the volumetric absorption of the samples of the grout decreases.

    Keywords: Repair mortar, Waste foundry sand, Ultrasonic Pulse Velocity, mortar durability
  • Mohammad Naghavi, Mir Ali Mohammadi*, Ghorban Mahtabi Pages 207-219

    Natural rivers are rarely in direct flow because of regulating the energy grade-line, and usually have a curved path to which it is referred to as "meandering channels". After the appearance of meandering rivers, with the passage of time and the lateral movement of the meanders, the external bending progression and the sinusoidal or curvature is increased. In the meandering channels, the curvature of the meandering sections with a dimensionless number can be defined as the sinusoidal which is the ratio of meander length of the main channel to the floodplain length. By increasing sinusoidal slope number, flow velocity and river discharge capacity decrease. As a result, the risk of flood has increased significantly and during floods the water level exceeds to the main river boundary and enters to the floodplains. In this case, due to the interaction between higher velocities in the main channel and the slower velocities in the floodplains and the exchange of the momentum between these two regions, the flow profile is constantly changing. In this research, the hydraulic characteristics of the flow including the depth-averaged velocity, the free surface water profile, longitudinal velocity distributions, ratios of transverse to longitudinal velocities in the central axis of the main channel and the mean velocity and flow rate of the main channel along the meandering compound channel have been investigated numerically, regarding the change in the sinusoidal ratio for Six types of channels with different sinusoidal ratios. In order to investigate the effect of the sinusoidal ratio in meandering compound channel on the hydraulic characteristics of the flow, the FLOW3D software is used, the software was also chosen so that the turbulence model with experimental data have better compliance. For this purpose, two RNG and k-ε turbulence models were used and the performance of these two models was investigated in simulating the important hydraulic characteristics of the flow, such as the flow velocity, and it was determined that the RNG turbulence model has a better accuracy than the k- ε turbulence model. In the following, this model was introduced as the final turbulence model for numerical simulation. Numerical simulation results show that by increasing the sinusoidal ratio of channel from 1 to 1.641, the mean velocity of the main channel section is decreased by 54% on average and the flow rate of the main channel decreases by the average of 38%. Also, by increasing the sinusoidal ratio, the maximum depth-averaged velocity decreases from 0.55 m/s to 0.38 m/s, and the maximum free surface height of the water rises from 0.305 m to 0.332 m in the outer bend of the CS1 cross section. Increasing the sinusoidal ratio causes the ratio of the transverse velocity to be increased longitudinally in the central axis of the main channel, so that its value in the most critical state reaches from zero to 0.4. As the sinusoidal ratio increases, the maximum length velocity moves towards the right side flood plain (internal bend) and decreases its value so that by increasing the sinusoidal ratio from 1 to 1.641, the maximum longitudinal velocity 0.55 m/s to 0.42 m/s and its position moves from the center of the main channel to the inner bend over the depth of the main channel overflow.

    Keywords: Compound Channel, Meandering, Sinusoidal, Depth-Averaged Velocity, FLOW3D
  • Seyedmahdi Hashemiheydari*, Mohammadreza Jalilyghazizadeh, Majid Ehsani, Ahmad Ahmadi, Daryush Mahjoob Pages 221-235

    The presence of halite karst systems in dam reservoirs can be one of the crucial sources of pollutants for the water resources. Karstic regions are those with dissolving caves. If dam is constructed in the regions with reactive rocks it is likely to be endangered by karst phenomenon, dissolution and corrosion of current waters. construction of dams and reservoirs in these formations are associated with high risk. Comprehensive and accurate understanding of the salt dissolution processes facilitates the description of salt karst formations dissolution process in dam reservoirs.This research was performed based on three basis: field studies, experimental investigation and numerical modeling. For determination of dissolution coefficient, the physical model of reservoir was built in form of trapezoidal channel and samples of salt rock in the reservoir were used in the physical model of karst formation. This model was implemented in different conditions and the results of dissolution amount and salt concentration were measured for different time scales. At the next stage, the physical model was simulated in numerical model for determining of dissolution coefficient. The numerical model ran with different dissolution coefficients and results were compared with experimental results. With this comparison and adaptation of results, the dissolution rate of halite karst determined and then used in the numerical simulation of main reservoir. With simulation of main reservoir using dissolution coefficient obtained from laboratory study, the effect of salt karst formation on reservoir’s water quality was analyzed. The influences of effective parameters such as dissolution rate, air temperature, discharge and relative humidity on the water quality of dam reservoir were studied along with carrying out a wide range of sensitivity numerical analysis. To this purpose, a versatile finite volume tool ‘MIKE’ was used. Using the experimental study and numerical simulation and implementation of results, the dissolution coefficient of salt karst formation was calculated about 0.2 cm/h. Numerical model results showed that early months of operation were not critical to the project and salt concentration in reservoir was in the range of 0.8 to 0.9 of allowable limit. But considering the changes occuring in reservoir’s conditions, the process of salinity distribution increases and salt concentration increases with time. By comparing the salt concentration in reservoir and in numerical model, it was found that the average error percentage of concentration values was  about 13.65 percent and the numerical model showed the values lower than the reservoir in most times.The sensitivity analysis of parameters affecting the salinity distribution, showed that these parameters have a significant impact on salinity distribution and salt concentration in reservoir. It was found that with 10 percent changes in studied parameters, dissolution rate with 21%, air temperature with18%, discharge with 21.1% and relative humidity with 6.1% caused changes in salt concentration of reservoir. According to the results it is evident that dissolution rate and discharge were the most important factors that influence the behavior of salinity distribution in dam reservoir.

    Keywords: Dam reservoir, Salinity distribution, Halite dissolution coefficient, Experimental modeling, MIKE
  • Meisam Valizadeh*, Garshasb Khazaeny Pages 237-247

    Nowadays, one of the main problems of human being is the protection of the environment against the presence of waste materials. Every year millions of tires are discarded, thrown away or buried all over the world. One of these waste materials, waste tires are. Wired tires are made of rubber particles and steel fibers. Past research has shown that rubber particles and recycled steel fiber from waste tire, can be used in concrete. This type of steel fibers can have a positive effect on the mechanical properties of concrete. Rubber particles in concrete reduce the compressive strength. In some studies, it has been shown that rubber particles increase or decrease the abrasion resistance of concrete, and even the size of the rubber particles also affect the abrasion resistance of concrete. In this research, simultaneous application of powder and crumb rubber, wire and recycled steel fibers from waste tire in concrete mixture, has been investigated to study the abrasion and compressive strengths and unit weight of concrete. In this research, in 12 mixing designs, replacing of powder and crumb rubber with sand to the amount 9%, 13.5%, 18%, 22.5% and 27% by volume of sand and adding 0.5% by volume of wire and recycled steel fibers from waste tire has been used. In all designs, the cement cutie is 380 and the ratio of water to cement is 0.47 constant. In this research, different samples are compared with the control sample. Compressive strength were performed after 7 and 28 days. Also, abrasive resistance and weight per unit volume were performed after 28 days. The results of the experiments show that rubber particles with a fine gradation will have a better impact on the abrasion resistance. But this is not so that about compressive strength and it reduces more resistance. Based on the results, adding 0.5% recycled steel fibers with a length ratio to high diameter to concrete containing 9% of powder and crumb rubber, reduction in compressive strength improves and cause increased abrasion resistance. But the adding steel wire to concrete containing powder and crumb rubber reduces the abrasion resistance. Use the powder and crumb rubber with 0.5% recycled steel fibers, reduces the compressive strength and by increasing the amount of powder and crumb rubber, reduction of resistance will be more. The abrasion resistance of concrete containing powder and crumb rubber with with 0.5% recycled steel fibers is increased relative to the control concrete. By increasing the powder and crumb rubber content, the abrasion resistance increases, but this upward trend occurs to a certain percentage of powder and crumb rubber replacement with sand, and then the percentage of increasing abrasion resistance decreases. By increasing the powder and crumb rubber, weight loss will be increased. From this perspective, it causes the lightness of concrete which can be the advantage of using these waste materials in concrete. The abrasion resistance of concrete containing 9% of powder and crumb rubber with 0.5% recycled steel fibers has increased up to 37.5% relative to the control concrete.

    Keywords: crumb rubber, waste tire, steel wire, recycled steel fiber, abrasion resistance