فهرست مطالب

مهندسی عمران شریف - سال سی و ششم شماره 2 (تابستان 1399)

مجله مهندسی عمران شریف
سال سی و ششم شماره 2 (تابستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/09/03
  • تعداد عناوین: 14
|
  • امید کلانتری، وحیدرضا کلات جاری* صفحات 3-12

    در پژوهش های صورت پذیرفته بر روی دیوار برشی فولادی، دو حالت ورق صاف با و بدون سخت کننده و ورق فولادی موج دار مطالعه شده است. با وجود اینکه دیوارهای برشی موج دار توانسته اند میزان سختی سازه یی را به طور چشم گیری افزایش دهند، اما از نظر پایداری در رفتار لرزه یی، مقاومت نهایی و جذب انرژی عملکرد ضعیف تری نسبت به دیوارهای صاف سخت نشده از خود نشان داده اند. در پژوهش حاضر و در راستای بهبود عملکرد سیستم لرزه یی ذکر شده، دیوار برشی فولادی مرکب از ورق های صاف و موج دار (SSW-C-FCS) توسط مولفان پیشنهاد شده است. بدین منظور عملکرد لرزه یی دیوارهای برشی فولادی در حالت های صاف سخت نشده،
    موج دار و سیستم نوین پیشنهادی مرکب با جهت موج افقی و قایم در شرایط متفاوت از نظر ابعاد قاب و ضخامت ورق جان مقایسه شده اند. مدل های عددی نشان می دهند که دیوار برشی مرکب پیشنهادی توانسته است ضعف های مربوط به عملکرد لرزه یی دیوارهای صاف سخت نشده و موج دار را به خوبی بهبود بخشد.

    کلیدواژگان: دیوار برشی فولادی مرکب (SSW-C-FCS)، دیوار برشی فولادی سخت نشده، دیوار برشی فولادی موج دار، ارزیابی لرزه یی، تحلیل اجزاء محدود
  • محمود نادری، علیرضا کبودان*، مجید امین افشار صفحات 13-25

    از آن جا که نفوذپذیری سازه های بتنی، یکی از عوامل مهم و تاثیرگذار در دوام و عمر سرویس دهی آنهاست، در پژوهش حاضر اثر افزودنی های دوده ی سیلیسی، خاکستر بادی، زیولیت و پودر آهک با درصدهای جایگزینی 5، 10، 15 و 20 درصد وزن سیمان در نفوذپذیری و مقاومت فشاری نمونه های بتنی 7 روزه با استفاده از روش ''محفظه ی استوانه یی`` بررسی شده است. همچنین رابطه ی بین ضرایب نفوذپذیری و انتشار با متغیرهای: عمق نفوذ، حجم نفوذ، متوسط نرخ نفوذ، درصد حجمی منافذ نفوذپذیر و مقاومت فشاری نمونه ها ارزیابی شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که علی رغم مشاهده ی رابطه یی با دقت بالا بین ضرایب نفوذپذیری و انتشار با متغیرهای ذکر شده، رابطه یی مستقیم و قابل توجه بین مقاومت فشاری بتن و ضرایب مذکور مشاهده نمی شود.

    کلیدواژگان: دوام، نفوذپذیری، افزودنی، روش محفظه ی استوانه یی، ضرایب نفوذپذیری، انتشار
  • محمد رمضانی، عبدالرضا کبیری سامانی*، کیاچهر بهفرنیا صفحات 27-35

    سرریزهای سیفونی در شرایط وجود محدودیت فضا برای احداث انواع دیگر سرریزها و نیز برای عبور دبی زیاد در دامنه ی هد محدود استفاده می شوند. در نوشتار حاضر، به بررسی هیدرولیکی انواع رژیم های جریان، شامل: جریان زیر اتمسفر، جریان دوفازی و جریان با آب سیاه درسرریزهای سیفونی در شرایط غیردایمی پرداخته شده است. جهت صحت سنجی نتایج شبیه سازی عددی، از نتایج آزمایشگاهی مطالعات پیشین استفاده شده است. جهت انجام شبیه سازی عددی از حل گر سیالاتی ANSYS-CFX که در زمینه ی شبیه سازی جریان های دوفازی، توانایی های بیشتری نسبت به سایر نرم افزارها دارد، استفاده شده است. بررسی نتایج نشان داد که میزان نوسان های فشار در یک دبی مشخص در نقاط مختلف سرریز برای شرایطی که جریان داخل مجرای سرریز در حالت دوفازی است، به مراتب بیشتر از زمانی است که جریان زیر اتمسفر داخل سرریز برقرار است. بیشترین نوسان های فشار که می توانند باعث ارتعاش سازه ی سرریز شوند در قسمت های ورودی و گلوگاه سرریز ایجاد می شوند.

    کلیدواژگان: حل گر سیالاتی CFX، رژیم های جریان، سرریز سیفونی، شبیه سازی عددی، نرم افزار ANSYS
  • احمد حیدری، محمود ملکوتی علون آبادی*، سید حامد معراجی، پرویز ملک زاده، سینا رامش خواه صفحات 37-45

    ارزیابی روسازی های در حال بهره برداری با استفاده از آزمایش سقوط وزنه ی خیزسنج از ضروری ترین مولفه های سیستم مدیریت روسازی در بسیاری از کشورهاست. تخمین ویژگی های لایه ی روسازی در حال خدمت به منظور تخمین عمر باقیمانده ی روسازی و همچنین عملیات نگهداری روسازی، همواره مورد توجه پژوهشگران و مهندسان روسازی بوده است. از طرف دیگر، محاسبات بازگشتی به طور گسترده به منظور تخمین ویژگی های لایه ی روسازی استفاده می شود. در اغلب روش های محاسبات بازگشتی، از نرم افزارهای تجاری، نظیر: آباکوس، انسیس و غیره برای به دست آوردن توزیع تنش، کرنش و جابه جایی ها استفاده می شود. اما مسئله ی مذکور، ترکیب آن با موتور بهینه سازی را با مشکل مواجه کرده و الگوریتم های ذکر شده نیاز به استفاده از داده های تحلیلی مصنوعی از قبل تولید شده برای فضای جستجو دارند. در نتیجه، تعداد تکرارها زیاد می شود و زمان محاسبات افزایش می یابد. در نوشتار حاضر، از روش عددی دیفرانسیل کوادرچر (DQ) برای تحلیل روسازی استفاده شده است. با ترکیب روش اخیر و الگوریتم بهینه سازی جستجوی هارمونی، یک مدل محاسباتی کارا برای محاسبه ی تغییرمکان سطح رویه به گونه یی که بتواند به طور موثری زمان محاسباتی برای محاسبه ی معکوس را کاهش دهد، گسترش داده شده است. نتایج حاصل از مطالعه ی حاضر با جمعیت متفاوت نشان داد که در روش مورد نظر می توان در کمتر از 20 تکرار و با خطای بیشینه ی 0٫13٪ به مدول کشسانی لایه های روسازی دست یافت.

    کلیدواژگان: {روش دیفرانسیل کوادرچر، الگوریتم بهینه سازی جستجوی هارمونی، محاسبات معکوس، FWD
  • امیر ساعدی داریان*، سهیل پالیزی، ندا فرهودی صفحات 47-62

    تحلیل سازه ها و بالاخص تعیین مود خرابی آن ها از نیازهای اساسی در حوزه ی مهندسی عمران است. به دست آوردن این اطلاعات به خصوص در سازه های بلندمرتبه، فرایند دشواری است که حتی با استفاده از نرم افزارهای تخصصی نیز بسیار زمان بر است. در پژوهش حاضر، الگوریتم جدیدی به نام الگوریتم پژواک دلفین باینری ارایه شده است، که با اصلاح الگوریتم پژواک دلفین به دست آمده است. سپس تحلیل خمیری قاب های خمشی با استفاده از الگوریتم جدید مذکور، بهینه سازی شده است. مقایسه ی نتایج نشان می دهد که روش ارایه شده با دقت و سرعت بسیار بالا، نتایج بسیار مطلوبی ارایه کرده و مود خرابی سازه را نیز به خوبی نمایان ساخته است. در عین حال اصلاحات صورت گرفته در الگوریتم دلفین، کارکرد جدیدی بر الگوریتم اخیر افزوده است، که از این پس می تواند برای مسایل باینری استفاده شود.

    کلیدواژگان: تحلیل خمیری، تئوری کینماتیک، قاب خمشی، الگوریتم دلفین باینری
  • مهدی پرویزی، مجتبی فتحی*، سهیل مجیدزمانی صفحات 63-71

    این مقاله به بررسی آزمایشگاهی دیوار برشی فولادی که توسط پیچ و مهره به قاب بتنی متصل شده است، می پردازد. سه نمونه ی مختلف تحت بارگذاری شبه استاتیکی رفت و برگشتی مطابق آیین نامه ی 01−1.1ACI T قرار گرفتند. افزودن دیوار برشی فولادی ساده به قاب بتنی، موجب افزایش به ترتیب 3، 8، 12 و 4 برابری ظرفیت باربری، سختی اولیه، جذب انرژی و میرایی معادل شد. وجود سخت کننده های افقی و قایم در نمونه ی دارای بازشوهای قطری، موجب ثابت ماندن تقریبی سختی اولیه ی سیستم و افزایش جذب انرژی و میرایی معادل تا حدود 15 درصد شد و ظرفیت باربری را به میزان 7 درصد کاهش داد. بیشترین تنش ها در نمونه ی دارای بازشو
    و سخت کننده، در جابه جایی نسبی 1٫75 درصد، در چشمه ی توپر نزدیک تیر بین سخت کننده ها و در نمونه ی دارای دیوار برشی ساده در گوشه ها اتفاق افتاد. مطابق نتایج کرنش سنج ها، تسمه های اتصال در گوشه ها در محل اتصال تیر به ستون، دارای بیشترین تنش وارده بودند در حالی که این تسمه ها و سایر اجزا در محدوده ی کشسانی بودند.

    کلیدواژگان: دیوار برشی فولادی، قاب بتنی، اندرکنش، اتصال پیچی
  • مهدی شریفی*، محمدتقی کاظمی صفحات 73-80

    رفتار غیرارتجاعی قاب های مهاربندی شده ی واگرای فولادی با طول تیر پیوندی متوسط، ترکیبی از تسلیم برشی و خمشی است و بنابراین اندرکنش لنگر خمشی و نیروی برشی باید در تحلیل آنها در نظر گرفته شود. به منظور تحلیل غیرارتجاعی سازه علاوه بر سطح تسلیم، دستور جریان لازم است. در نوشتار حاضر، ابتدا تعدادی قاب مهاربندی شده ی واگرا به روش اجزاء محدود مدل سازی شدند. آن گاه بعد از صحت سنجی مدل سازی، با استفاده از تیوری تیر تیموشنکو، سهم تغییرشکل برشی و خمشی تفکیک شده است. با استفاده از نتایج به دست آمده یک رابطه ی دستور جریان برای مقاطع I− شکل فشرده ی لرزه یی پیشنهاد شده است. سپس برای نشان دادن
    کاربرد دستور جریان پیشنهادی، یک تیر با طول متوسط تحلیل شد، که در آن مفصل مرکب تشکیل شده است. در مثال مذکور، دستور جریان پیشنهادی منحنی بار - جابه جایی تا 7٫5٪ کمتر از حالت بدون اندرکنش به دست آمده است. نتایج مثال اخیر نشان می دهد که اثر اندرکنش خمش و برش و دستور جریان در حالت های مختلف متفاوت است و در بعضی حالت ها،
    قابل اغماض نیست و باید بررسی شود.

    کلیدواژگان: اندرکنش لنگر خمشی و نیروی برشی، دستور جریان، تحلیل غیرخطی مرحله یی، مفصل مرکب، مقطع I شکل فولادی
  • مجید شیخعلی، غلامرضا اسدالله فردی*، سید شهاب امامزاده صفحات 81-91

    تاسیسات آب و فاضلاب جزء سرمایه ها و زیرساخت های اساسی هر کشوری است و هر نوع توقف خدمت رسانی و خسارت به این سامانه ممکن است مسایل اجتماعی و سیاسی در پی داشته باشد و نیز سلامتی و جان انسان ها را به خطر اندازد. از این رو، مطالعه و ارزیابی دارایی و آسیب پذیری تاسیسات یاد شده در برابر حملات احتمالی ضروری است تا بتوان برای کاهش ریسک احتمالی برنامه ریزی کرد. با توجه به این مسئله در این مطالعه روش تلفیقی (RAMCAP) و تحلیل سلسله مراتبی (AHP) کل زیرساخت آب و فاضلاب شهر تهران از لحاظ ارزش دارایی و ریسک پذیری بررسی شده است؛ این مطالعه در زمره ی تحقیقات کاربردی (نوع توسعه یی) است و در این مسیر از روش ماتریس زوجی با اخذ نظرات 42 خبره استفاده شده است؛ برای تحلیل داده ها از روش سلسله مراتبی با استفاده از راهنمای RAMCAP استفاده شده است و برای منطقی بودن مقایسات زوجی هر پاسخ دهنده به ماتریس ارایه شده از نرخ ناسازگاری استفاده شده است. نتایج این مطالعه نشان می دهد از نظر اهمیت دارایی ها، سد لتیان با دارا بودن عدد ارزش دارایی 1 حایز بیشترین ارزش دارایی است و بعد از آن سد لار با عدد ارزش دارایی 0٫6920 در ردیف دوم است و شبکه ی توزیع آب و مخازن ذخیره با عدد ارزش دارایی به ترتیب 0٫0312 و 0٫0310 بر مبنای سه معیار ارزش اقتصادی، ارزش عملکردی، منحصربه فرد بودن در ردیف آخر این ارزش گذاری قرار دارند. همچنین 12 تهدید مختلف ارزیابی شد که در این بین حملات شیمیایی و میکروبیوهسته یی (زیست هسته یی) با عدد نزدیک به یک 1 بیشترین احتمال وقوع را دارند. بیشترین آسیب پذیری ناشی از تهدید مربوط به حملات شیمیایی، میکروبی و هسته یی نیز مربوط به سد لتیان با عدد آسیب پذیری 0٫9310 است؛ سپس سد امیرکبیر با عدد 0٫8353 و سد طالقان با عدد 0٫6304 جزء آسیب پذیرترین تاسیسات آب و فاضلاب هستند.

    کلیدواژگان: ریسک، زیرساخت، ارزش دارایی، آسیب پذیری، RAMCAP، AHP
  • سعید شعبانلو*، حسن شرفی، مجید حیدری، سعید کاردار صفحات 93-103

    در مطالعه ی حاضر، با استفاده از ماشین آموزش نیرومند، ضریب دبی روزنه های جانبی مستطیلی و دایروی تخمین زده شده است. برای ارزیابی دقت مدل سازی از شبیه سازی ها مونت کارلو و جهت صحت سنجی از روش اعتبارسنجی چندلایه برای $k=5$ استفاده شده است. ابتدا بهینه ترین تعداد نرون های لایه ی مخفی مساوی 30 انتخاب شده است. همچنین نتایج کلیه ی توابع فعال سازی مدل ماشین آموزش نیرومند بررسی و تابع فعال سازی sigmoid برای شبیه سازی انتخاب شده است. سپس، توسط پارامترهای ورودی، 2 ترکیب مدل سازی و 5 مدل ماشین آموزش نیرومند توسعه داده شده است. تجزیه و تحلیل نتایج مدل سازی ها نشان داد مدلی که شامل پارامتر ضریب شکل بود، دقت بیشتری داشته است. به عنوان مثال، مقادیر $R$ و $MAPE$ برای مدل مذکور به ترتیب مساوی با 0٫990 و 0٫223 تخمین زده شده است. نتایج مدل برتر با روابط تجربی نیز مقایسه و نشان داده شد که مدل اخیر، دقت بیشتری داشته است. همچنین برای کلیه ی پارامترهای ورودی، تحلیل حساسیت مشتق نسبی اجرا شده است.

    کلیدواژگان: روزنه ی جانبی، ضریب دبی، تحلیل حساسیت مشتق نسبی، اعتبارسنجی چندلایه، شبیه سازی مونت کارلو
  • علی حیدری*، نورالله مجیدی صفحات 105-113

    یکی از روش های بررسی بسامد موج زلزله، استفاده از سری فوریه و طیف توان است. در نوشتار حاضر، به بررسی بسامد مود غالب سازه تحت زلزله با استفاده از طیف توان پرداخته شد و بسامدی از زلزله، که بیشترین تاثیر را در پاسخ سازه داشت، بررسی شده است. برای این منظور، ابتدا با استفاده از تیوری موجک گسسته، شتاب نگاشت زلزله تا 5 مرحله فیلتر شده است. در هر مرحله از فیلتر، دو موج تقریبات و جزییات حاصل شد. با توجه به مطالعات پیشین، موج تقریبات به موج زلزله ی اصلی نزدیک تر است. به همین جهت برای انجام تحلیل در حوزه ی بسامد، طیف توان موج تقریبات رسم شد. سپس چند سازه)4 سازه(تحلیل مودال شدند و سپس تحت طیف توان زلزله در حوزه ی بسامد تحلیل شدند و بسامد مود غالب آن ها به دست آمد. با استفاده از تبدیل موجک، تعداد نقاط شتاب نگاشت زلزله ی اصلی به اندازه ی 32 برابر کاهش می یابد، در صورتی که خطای ناچیزی در تخمین بسامد غالب سازه وجود دارد.

    کلیدواژگان: زلزله، طیف فوریه، طیف توان، تبدیل موجکی، بسامد غالب
  • علیرضا علی محمدی*، یوسف حسین زاده صفحات 115-125

    شکل پذیری به عنوان یکی از مفاهیم اصلی در طرح خمیری و لرزه یی سازه ها مطرح است. شکل پذیری در طراحی عموما با ظرفیت چرخشی عضو اندازه گیری می شود. در صورت طرح صحیح اتصال و تامین فشردگی لرزه یی جان و بال مقطع تیر، خرابی های رخداده ناشی از وقوع کمانش خمیری درون صفحه یا برون صفحه خواهد بود. در نوشتار حاضر، ظرفیت دورانی اتصال های خمشی تیر به ستون با مقاطع فشرده ی لرزه یی غیرمنشوری در جان با بهره گیری از تیوری خطوط تسلیم و استفاده از اصول تحلیل خمیری صلب ناشی از بارگذاری چرخه یی و کمینه سازی انرژی پتانسیل محاسبه شده است. سپس شکل پذیری به دست آمده از روش مذکور با محاسبات عددی ناشی از تحلیل المان محدود مقایسه و درنهایت با ساخت یک نمونه ی آزمایشگاهی، مکانیسم خرابی رخداده با مکانیسم های به دست آمده از تحلیل خمیری مقایسه شده است. نتایج حاصل، نشان از تطابق مناسب شکل پذیری محاسبه شده با استفاده از سه روش ذکر شده و تامین الزام های آیین نامه یی در استفاده از اتصال های مذکور در قاب های خمشی ویژه دارد.

    کلیدواژگان: تیر با مقاطع غیرمنشوری، شکل پذیری، رفتار چرخه یی، تئوری خطوط تسلیم، تحلیل اجزاء محدود
  • نیما مرادطلب، محمد دانش یزدی* صفحات 127-138

    هدف از مقاله حاضر، مرور جدیدترین یافته های علمی پیرامون ارتباط بین میزان آلودگی هوا با نرخ ابتلا و مرگ ناشی از ویروس 19− COVID است. پژوهش های انجام شده غالبا شامل تحلیل های آماری روی داده های غلظت اندازه گیری شده برای آلاینده های $rm{PM_{2.5}}$ و $rm{PM_{10}}$ و گازهای $rm{NO_{x}}$ و همچنین داده های تعداد ابتلا و مرگ ناشی از ویروس 19COVID- در کشورهای آمریکا، ایتالیا، چین و انگلستان بوده اند. نتایج مطالعات اخیر بیانگر آن است که همبستگی قوی، مثبت، و معناداری بین غلظت آلاینده های ذکر شده و نرخ ابتلا و مرگ ناشی از ویروس 19−COVID وجود دارد، به طوری که حضور بلندمدت در معرض هوای آلوده، تاثیر چشمگیری در افزایش مرگ ناشی از ویروس 19−COVID داشته است. از آنجا که شهرهای بزرگ ایران هر ساله در فصل های سرد از نظر غلظت آلاینده های هوا در وضعیت ناسالم قرار می گیرند، نتایج پژوهش حاضر می تواند مدیران و سیاست گذاران کشور را در مسیر مدیریت هر چه بهتر بحران حاصل از شیوع ویروس 19−COVID یاری رساند.

    کلیدواژگان: Covid-19، آلودگی هوا، PM2.5، PM10، NO2
  • مهسا چابکی، علی اکبر آقاکوچک* صفحات 139-149

    هدف از انجام این پژوهش، بررسی رفتار و خرابی پیش رونده ناشی از آتش سوزی در ساختمان های میان مرتبه ی فولادی است. بدین منظور، ابتدا یک ساختمان نمونه ی 15 طبقه با سیستم سازه ای قاب خمشی فولادی و با ارتفاع طبقات 3٫2 متر و ابعاد نقشه $29.4times{31.9}$ متر مربع با استفاده از مقررات ملی ساختمان ایران، برای بارهای ثقلی و جانبی مرسوم طراحی شده است. در ادامه، بحرانی ترین قاب سازه به صورت دو بعدی در نرم افزار OpenSees مدل سازی شده و سناریوهای مختلف آتش سوزی، خرابی پیش رونده ی ناشی از فروریزش کف ها و حذف ستون ها بر آن اعمال شده است. نتایج نهایی پژوهش حاکی از آن است که تیرها تحت تاثیر آتش سوزی تا دمای حدود 400 درجه سانتی گراد، تغییر شکل زیادی نداشته اند. اما پس از این دما با کاهش سختی و مقاومت فولاد، تغییر شکل تیرها به سرعت افزایش یافته است به طوری که در دمای 500 تا 650 درجه سانتی گراد، دچار تغییر شکل زیادی شده و خراب شده اند. هم چنین بیشترین افزایش نسبت تقاضا به ظرفیت اسمی تیرها در دمای 350 تا 400 درجه سانتی گراد اتفاق افتاده است.

    کلیدواژگان: قاب خمشی فولادی، نرم افزار OpenSees، تحلیل حرارتی غیرخطی، سناریوهای آتش، خرابی پیش رونده
  • علیرضا جوکار، علیرضا حاجیانی بوشهریان* صفحات 151-158

    آلودگی خاک، در سال های اخیر سبب ایجاد نگرانی در حوزه ی محیط زیست و مهندسی ژیوتکنیک شده است. در این مطالعه ی عددی به رفتار یک پی نواری مستقر بر خاک ماسه یی شیب دار و آلوده به نفت گاز و نفت سفید پرداخته شده است. متغیرهای تحقیق شامل نوع و میزان آلودگی، ضخامت لایه ی آلوده و فاصله ی پی تا لبه ی شیب است. نتایج نشان داده اند با افزایش شیب خاکی، ضخامت لایه ی آلوده و میزان آلودگی، ظرفیت باربری پی نواری کاهش می یابد. ضمن این که با فاصله گرفتن پی از لبه ی شیب، ظرفیت باربری آن افزایش می یابد. نتایج عددی شامل نمودارهای بار - نشست و ظرفیت باربری نهایی پی با نتایج آزمون های آزمایشگاهی گذشته اعتبارسنجی شده اند. میزان بیشینه کاهش ظرفیت پی نواری مستقر بر لب شیب با زاویه ی 60 درجه، برای هر دو نوع آلاینده در حالتی اتفاق می افتد که ضخامت لایه ی آلوده با درصد آلودگی 4، دو برابر عرض پی باشد. این مقدار برای نفت سفید 42 درصد و برای نفت گاز 43 درصد است.

    کلیدواژگان: آلودگی نفتی شیب خاکی، ظرفیت باربری، نمودار بار - نشست، پی نواری، مطالعه ی عددی
|
  • O. Kalantari, V.R. Kalatjari* Pages 3-12

    Steel shear wall is considered as an effective seismic system due to having various characteristic such as loading capacity, high level of stiffness, ductility and higher level of energy absorption. Most studies focusing on the steel shear walls mainly investigated of stiffened or unstiffened flat steel sheets or corrugated steel sheets. Specific shape and outer stiffness on top of the corrugated steel sheets will create a flat, unstiffened steel shear wall relatively enhancing the limitations of stiffened steel shear walls. It should be mentioned that corrugated steel walls can significantly increase the structures' stiffness. However they exhibit weaker performance regarding sustainability of seismic behavior, ultimate strength and energy dissipation capacity compared to the unstiffened steel shear walls.In this study, steel shear walls consisting of flat and corrugated steel sheets (SSW\_C\_FCS) are proposed to improve the performance of the earthquake resistant system. Therefore, considering the frame dimensions and thickness of steel sheets, the seismic performance of unstiffened and corrugated steel shear walls along with the newly proposed steel shear wall consisting of flat and corrugated sheets with horizontal and vertical waves are compared.The specimen' modeling was implemented for a frame containing 3 stories and 1 span considering a real scale under gravity and seismicity loading. The ratio of span's length to the story's height was selected as L/h=0/5 , L/h=1 , L/h=1/5 while three different thickness values (1/5,3 and 4/5mm) were chosen for the steel sheet. As for each specimen, all parts of shear walls were separately designed and controlled by international regulations before conducting numerical evaluations to provide ductility conditions considering the importance of steel shear wall as a ductile system.The results of limited component analysis indicated that the proposed shear wall consisting of both flat and corrugated sheets showed proper sustainability under loading and significantly improved the seismic performance of unstiffen and corrugated flat walls.

    Keywords: Steel shear wall consisting of flat, corrugated sheets, rm(SSW, C, FCS), unstiffen steel shear wall, corrugated steel shear wall, seismic analysis, limited component analysis
  • M. Naderi, A.R. Kaboudan*, M. Amin afshar Pages 13-25

    Permeability is an index, describing the easiness of fluid movement into a porous body, such as concrete. Water containing deleterious substances, such as chloride ions, sulfate ions, aggressive chemicals, etc. can penetrate into concrete and, subsequently, affects its short-term and long-term durability. Therefore, it is of great importance to evaluate the water permeability of concrete. For this purpose, the results of the permeability of the 7-day concrete specimens, containing silica fume, fly ash, zeolite, and limestone powder with replacement levels of 5, 10, 15 and 20 percentage of type II Portland cement mass are presented in this paper. ``Cylindrical chamber'' method, which was devised and developed by Naderi, was used during this investigation, for permeability measurements. Furthermore, one-dimensional permeability and diffusion coefficients, calculated based on cylindrical chamber test results, were used to evaluate the permeability of the concrete specimens. Percentage of the permeable pore space volume was also measured based on ASTM C642-06. The results tend to show that silica fume increases the compressive strength of the concrete specimen without any admixture (control specimen), while fly ash, zeolite, and limestone powder decrease the compressive strength of the control specimen. Moreover, the permeability and diffusion coefficients of the specimens containing the mentioned admixtures, except limestone powder with a replacement level of 20 percentage, were revealed to be lower than those of the control specimen. The results of the regression approach performed also show that the relationships between the dimensionless coefficients of permeability and diffusion and dimensionless coefficients of the test results (penetrated water depth, penetrated water volume, average water flow rate, and percentage of permeable pore space volume) can be estimated with high accuracy using the regression functions; however, no equation was found to estimate the relationship between the dimensionless coefficients of permeability and diffusion and compressive strength of the studied concrete specimens.

    Keywords: durability, permeability, silica fume, Zeolite, fly ash, limestone powder
  • M. Ramezani, A.R. KabiriSamani*, K. Behfarnia Pages 27-35

    Spillways are used in dam projects to convey flood flows and prevent destructive damages of downstream hydraulic systems, while the construction of other types of spillways is restricted, or there is a need to pass great values of flood discharge with a limited head. Siphon spillway is a kind of dam spillways employed in a number of dam reservoirs. This spillway is applied while the space for constructing other types of spillways is restricted, or when there is a need to pass great values of flood discharge with a limited head. One of the most important defects of this spillway is a complicated fluid-structure interaction due to the establishment of different flow regimes inside the spillway. This situation becomes more complicated when the spillway is not connected to the dam, working individually. Despite the importance of the operation of these hydraulic structures, there is a lack of comprehensive research to investigate the hydraulic behavior of these structures and the flow field around and inside them. In the present study, different unsteady flow regimes including sub-atmospheric flow, two-phase flow, and black-water flow and their effects on the hydraulic characteristics of siphon spillways were investigated. For this purpose, ANSYS CFX software was applied to simulate the flow field in such spillways. To validate the obtained flow regimes, via numerical modeling, experimental results of the former studies were used. Results indicated that the pressure fluctuations were mostly greater beneath the inlet and throat of the spillway compared to the other sections.

    Keywords: Siphon spillway, fluid-structure interaction, computational fluid dynamics, black-water flow
  • A. Saedi Daryan *, S. Palizi, N. Farhoudi Pages 47-62

    The analysis of structures and, in particular, the determination of their failure mode is an essential requirement in the field of civil engineering. Obtaining this information in high-rise structures or structures with complex irregular layouts is a difficult process, which is very time-consuming even with the use of specialized computer software. In this research, a new optimization algorithm, named Binary Dolphin Echolocation Algorithm, is introduced by modifying the Dolphin Echolocation Optimization Algorithm. In recent years, meta-heuristic algorithms have been used extensively in engineering optimization problems. This research presents an automated approach to assess plastic loads and failure modes of 2D frames. The plastic analysis of moment frames has been optimized using the Binary Dolphin Echolocation Optimization Algorithm. Not only the proposed algorithm is applicable in this specific plastic analysis problem, but also it can be extensively used in any binary optimization problems. The method of elementary mechanism combination in the plastic analysis of moment frames is based on creating the basic collapse mechanisms, which, following their combination, should reach the minimum coefficient of plastic collapse loads. By using virtual work theory, the collapse load factor of each mechanism is achievable. The critical collapse load factor is then the minimum of them among all possible collapse mechanisms. The efficiency of this algorithm is verified using two frame samples with their exact response in the search for minimum load factors and their corresponding collapse mode. A comparison of the results shows that the proposed method provides outstanding results with high precision and speed and demonstrates the structure's failure mechanism. Meanwhile, the modifications made in this method have significantly reduced the volume of calculations. moreover, applying changes to the Dolphin Echolocation Optimization Algorithm led to the use of this optimization algorithm for binary problems for the first time, ultimately resulting in a good convergence rate.

    Keywords: Plastic analysis, kinematic theory, braced frame, optimization, genetic algorithm
  • M. Parvizi, M. Fathi *, S. Majid Zamani Pages 63-71

    This paper presents an experimental study of steel plate shear wall in the concrete moment frame. This study was based on the idea of using steel plate shear walls in precast concrete structures. The steel plate shear wall was bolted to the embedded plates in concrete boundary elements. These plates were embedded at specified intervals, and friction connection was used for the bolted connections. Semi-static cyclic loading was applied to three different specimens according to ACI T1.1-01 code. Lateral load was applied to the top of specimens. The formation of tension field and buckling waves expressed the required behavior of steel shear walls and, also, good performance of connection scheme. In order to illustrate the effects of adding steel shear plate wall to a concrete frame, one of the specimens was considered to be a bare frame. The results showed the placing of steel shear plate wall in the concrete frame, multiplied loading capacity, initial stiffness, dissipated energy, and equivalent damping of the bare frame by three, eight, twelve, and four, respectively. Horizontal and vertical stiffeners decreased the effects of openings. As diagonal opening with horizontal and vertical stiffeners kept initial stiffness the same and increased dissipated energy and equivalent damping by about 15\%; however, the lateral capacity decreased by 7\%. The results of the strain gauge showed that yielding initiated at a 0.4\% drift level. For the simple steel plate shear wall, the yielding started from corners; for the specimen with openings and stiffeners, it started from the bottom solid panel connected to beam and, also, edges of openings. The stress intensity of the bottom solid panel was more than the rest. Moreover, the steel plate initiated tearing at a drift level of 1.75\%. According to the strain gauge results, embedded corners plates were critical; however, all of them remained elastic. Moreover, it could be said that dissipated energy was obtained from steel plate shear wall. Small bending and shear cracks occurred at the beam-column connection. All of the specimens failed given hinge supports of columns.

    Keywords: Steel shear wall, concrete frame, interaction, bolted connection
  • M. Sharifi *, M.T. Kazemi Pages 73-80

    The interaction of flexural moment and shear force in the eccentrically braced frames with intermediate link length is a major concern of the structuralanalysis and design. In eccentrically braced frames, if the link length is long, the flexural yielding dominates the inelastic response of the link. In case the link length is short, the shear yielding is dominant. For intermediate link length the inelastic response is controlled by the combination of flexural and shear yielding. Steel frames with intermediate beam length behave Like the links of eccentrically braced frames. Therefore, the interaction of flexural moment and shear force shall be considered in analysis of both intermediate link length and steel frames with intermediate beam length.For design of steel I-sections with intermediate length, a yield surface considering moment-shear interaction is required for calculating the ultimate capacity. Nevertheless, for capturing the complete force-deformation curve by a nonlinear step-by-step analysis, a plastic flow rule is required in addition to the yield surface. In this paper, to investigate the plastic flow rule for the highly ductile steel I-sections, a study is carried out using nonlinear finite element analysis. The finite element analysis is verified using some available experimental results in the literature. Then, shear and moment deformations are calculated by using Timoshenko beam theory. Investigating the results of finite element analyses, a simple and practical non-associated plastic flow rule is proposed for the highly ductile steel I-sections. Finally, to show the applicability of the proposed plastic flow rule, an incremental (step-by-step) analysis is performed on a beam with intermediate length in which a mixed hinge is formed. This example is solved two times using both the associated and non-associated plastic flow rule. In this example, the load-deflection path resulting from the proposed flow rule is up to 7.5 percent less than the case without interaction. Results of this example indicate that the proposed non-associated flow rule leads to a softer force-deformation path and a larger ultimate deformation prior to the collapse. In general, the effect of flow rule on load-deflection path on structures is different case to case and cannot be ignored in some cases.

    Keywords: Moment-Shear interaction, steel I-Sections, eccentrically braced frames, incremental analysis, mixed hinges, plastic flow rule
  • M. Sheykhali, S. Sh. Emamzadeh Pages 81-91

    Water and wastewater facilities are the key assets and infrastructure of any country, and any service stop and damage to the infrastructure may have social and political problems and endanger the health and life of humans. Therefore, the study of asset valuation of these facilities against potential attacks is necessary to enable decision-makers to reduce potential risks. In the present study, the proposed combination of RAMCAP and Analytical Hierarchy Process (AHP) analysis of the total water and sewage infrastructure in Tehran based on the value of the assets and riskiness was investigated. We used a pairwise matrix method by receiving 42 expert opinions. To analyze the data, the AHP was used by applying RAMCAP guide. Moreover, to keep the paired comparison of each respondent reasonable, the inconsistency ratio was determined. The results of this study indicated that, because of the importance of assets, the Latian Dam with asset value 1 has the highest asset value and, then, Lar Dam with a value of 0.6920 in the second position and the distribution network of water and reservoirs with asset values of 0.0312 and 0.0310 based on three criteria of economic value, functional value, and uniqueness is in the last position of this value, respectively. Furthermore, 12 different threats were evaluated. In the case of chemical, microbial, and nuclear attacks, a number close to 1 is most likely to occur. The greatest vulnerability of the chemical threat, microbial and nuclear attacks belongs to the Latian dam with a vulnerability of 0.9310 and the Amir Kabir dam with 0.8353. Taleghan Dam with a vulnerability of 0.6304 was in the third position.

    Keywords: Risk, infrastructure, asset value, vulnerability, RAMCAP AHP
  • S. Shabanlou*, H. Sharafi, M. Heydari, S. Kardar Pages 93-103

    In this study, the discharge coefficient of rectangular and circular side orifices was estimated using the extreme learning machine method. Furthermore, in this study for evaluating the ability of different ELM models the Monte Carlo simulations are used. The Monte Carlo simulation is a comprehensive classification of computational algorithms which uses the random sampling procedure for calculating numerical results. The main idea of this method is based on solving problems which might be actual in nature using random decision-making processes. The Monte Carlo methods are usually used for simulating physical and mathematical systems not solvable with other methods. The Monte Carlo simulation is generally used by probability distribution to solve various problems such as numerical optimization and numerical integration. The k-fold cross validation method is also used for examining the performance of the above models. In this method, the main sample is randomly divided into k sub-samples with the same size. Among k sub-samples, a sub-sample is used as the validation data and the remaining as the test data of the model. Then, the validation process repeats k times (equal to the number of layers) and each of k sub-samples is used exactly once as validation data. In this study, the experimental values obtained by Hussein et al. (2010) and Hussein et al. (2011) are used for validating the results of the numerical models. Their experimental model consisted of a rectangular channel with the length, the width and the height of 9.15m, 0.5m and 0.6m, respectively. They installed the circular and rectangular orifices at a distance of 5m from the inlet of the main channel on the side wall. In the next stage, the most optimized number of hidden neurons was chosen equal to 30 and the results of all activation functions of the extreme learning machine were examined and the sigmoid activation function is selected for simulating the discharge coefficient. Subsequently, two modeling combinations were introduced using the input parameters as well as five different extreme learning machine models were developed. The analysis of the modeling results showed that the model with the shape coefficient has more accuracy. The superior model is a function of all input parameters and reasonably estimates values of the discharge coefficient. For example, the values of R and MAPE for this model are estimated 0.990 and 0.223, respectively. The results of the superior model were also compared with the empirical equations and it was shown that this model has more accuracy. Also, the partial derivative sensitivity analysis (PDSA) was run for all input parameters.

    Keywords: Side orifice, discharge coefficient, partial derivative sensitivity analysis, k-fold cross validation, monte carlo simulations
  • A. Heidari*, N. Majidi Pages 105-113

    One of the methods of quake frequency investigation is the use of Fourier series and power spectrum. In this paper, the frequency of the major structural modalities in the earthquake is investigated using the power spectrum and the frequency of the earthquake, which has the greatest effect on the structure response. For this purpose, first, using the discrete wavelet theory, the acceleration of the earthquake is filtered up to 5 steps. At each stage of the filter, two waves of approximations and details are obtained. By analyzing the frequency content of approximate waves and details using the power spectrum and the Fourier spectrum, it results that the frequency of the wave is closer to the original wave of the earthquake. For convergence, the effect of frequency due to different frequencies in approximate waves is considered by the frequency effects of different frequencies in the main earthquake hypothesis called the approximation of the approximate wave to the maximum acceleration of the wave of the main earthquake. In order to verify the validity of the hypothesis, again, the Fourier spectrum and the power spectrum should be plotted for new approximation waves. After examining the frequency of the wave of approximations, it is concluded that the hypothesis works well. By studying the frequency content of the new approximation wave, it follows that for dynamic analysis, the frequency range of the power spectrum is more accurate than the Fourier spectrum. For this reason, the power spectrum is used for analytical calculations. Finally, with the investigations carried out in this paper, for the frequency domain analysis, the scalar approximation power spectrum is plotted. Then, several structures of the modal analysis and under the frequency spectrum of earthquake analysis are in the frequency domain. From the frequency response analysis curve and the results of the modal analysis, the frequency of the dominant mode of the structure is predicted. Using the wavelet transform, the number of accelerated earthquake mapping points reaches 1/32 But there was little mistake in estimating the prevailing frequency of the structure.

    Keywords: Earthquake, Fourier spectrum, power spectrum, wavelet transform, dominant frequency
  • A.R. Alimohammadi *, Y. Hosseinzadeh Pages 115-125

    Ductility is proposed as one of the primary concepts for the structures' plastic and seismic design. Ductility is generally measured in designing with the member's capacity of rotation. In case of a correct designing of the connections and supply of seismic compression to a cross-section of the beam's web and flange, the failures will stem from the occurrence of in- or out-plane plastic buckling. The present study calculates the rotation capacity of the beam-to-column momentonnections with tapered beams compressible seismic cross-sections in the web through the use of yield lines theory and the principles of analyzing rigid plasticity originating from the cyclic loading and potential energy minimization. Then, the ductility obtained from the method described above will be compared with the numerical calculations resulting from the finite element analysis. In the end, a laboratory sample will be made for comparing the occurred failure mechanism with the mechanisms obtained from plasticity analysis. The obtained results are indicative of the appropriate match between the ductility rates calculated through the three aforementioned methods as well as meeting of the guidelines' requirements for the use of the aforesaid connections in special moment frames.

    Keywords: Tapered beams, ductility, cyclic testing, yields lines, finite element analysis
  • N. Moradtalab, M. Danesh Yazdi * Pages 127-138

    In the late February 2020, the first positive cases of the novel coronavirus, COVID-19, were confirmed in Iran, and the World Health Organization updated the status of the global outbreak from epidemic to pandemic in mid-March 2020. The rapid outbreak of the virus intervened a significant portion of socioeconomic activities, leaving behind some serious questions on the main factors intensifying the infection and the morality rates. Although the primary impacts of the outbreak have been extensively explored at the global and regional scales since its emergence, the impacts of the environment on the viral spread are still poorly understood. The goal of this paper is to review the most recent scientific findings on the spatiotemporal correlation between the air pollution and the mortality rate due to COVID-19. These researches are based on statistical analysis of the ground and satellite-based recorded data on PM2.5,PM10, and NOx across the United States, China, Italy, and England. The majority of these studies also consider data on population intensity, meteorological variables, migration rate, age, and health service quality to guarantee the validity of the findings by excluding the possible impacts imposed by these stressors. The results suggest that there exists a significant positive correlation between the concentration of the aforementioned air pollutants and the infection and mortality rates due to COVID-19. While long-term exposure to NOx has been associated with hypertension, heart and cardiovascular diseases, and chronic obstructive pulmonary disease, high concentration of PM2.5 and PM10 pollutants additionally enhances the mortality rate by facilitating the transmit of pathogenic agents through the fine particulate matters in the air. Regarding the drastic air pollution condition during the cold seasons in the most populated cities across Iran, the conclusions of this study can guide policy makers towards an effective planning and management of the COVID-19 crisis in such seasons.

    Keywords: COVID-19, Air pollution, PM2.5, PM10, NO2
  • M. Chaboki, A.A. Aghakouchak * Pages 139-149

    This paper investigates the behavior of mid-rise steel moment-resisting frames (MRF) subjected to compartment fire and progressive collapse scenarios due to floor drop and column removal. In this study, initially, a typical 15-story building with a moment- resisting frame system and a story height of 3.2 (m) was designed using relevant chapters of national building code of Iran for conventional gravity and lateral loads. In order to perform thermal analyses, the most critical frame of this structure is modelled using OpenSees software. Then the nonlinear behavior of the frame is studied at elevated temperatures under different scenarios. In these analyses, the structure is subjected to both gravity and thermal loading simultaneously. Moreover, for performing thermal analysis, a standard fire curve (ISO834) is used. Results of this study indicate that beams do not deform significantly until approximately 400\circC; however, after that, vertical displacements of beams increase significantly due to degrading mechanical properties of steel. Moreover; beams deform and collapse at about 500\circC to 650\circC. In addition, the beam heating initially causes axial forces in the beams due to thermal expansion restraint. Furthermore, Demand to Capacity Ratios of beams increase from early stages of fire and the most increase of DCRnom occurs at about 350\circC to 400\circC. Demand to Capacity Ratios of columns increase from early stages of fire, causing the columns to reach their linear limit state in early stages. This behavior results from the thermal expansion of heated floor, which induce large horizontal displacement and, consequently, cause additional bending moment in the outer column. Moreover, by one story floor drop, columns survive up to 500\circC. However, at higher temperatures (about 600\circC to 750\circC), these heated columns lose their strength and buckle. In column removal scenarios, in the first and 7th stories, where beams lose their strength at about 200\circC and 400\circC, respectively, more damage is observed compared to floor drop scenarios. Fire in lower stories of structures is more critical than that in upper stories since they carry more gravity loads and start to behave nonlinearly at lower temperatures. Moreover, fire in the middle spans produces a more critical situation than that in the end spans, and interior columns are more critical than corner columns.

    Keywords: Steel moment resisting frame system, opensees software, nonlinear thermal analysis, fire scenarios, progressive collapse
  • A.R. Joukar, A. Hajiani Boushehrian * Pages 151-158

    In recent years, due to the increasing use of hydrocarbons by humans, soil contamination has become a concern in environmental and geotechnical engineering fields. In the other words, by the growth and development of industries, the number of factories, complexes, refineries and oil product transportation lines around cities increases. Hence, in addition to the environmental concerns caused by the leakage and entrance of pollutions into groundwater and their side effects, the soil geotechnical characteristics and bearing capacity of soils contaminated by oil contaminations are subject to change. Accordingly, in the oil-rich regions of the world, a great deal of research is devoted to the study of soil refinement, bearing capacity and instability caused by soil contamination. A numerically study was undertaken to achieve an accurate and realistic response. As a review of the previous research indicated, in recent decades, most studies have focused on the geotechnical properties of contaminated soils and there is only a limited amount of information about the bearing capacity and the foundation settlement behavior. Thus the purpose of this paper is to determine the behavior of strip footings rested on the gasoil and kerosene-contaminated sand slope. After determining the bearing capacity, the effect of petroleum products, including gas oil and kerosene oil, on the bearing capacity of strip footings adjacent to sand slopes was investigated. In this study, variables such as the type and percentage of contamination, slope angle, footing distance to slope crest and the thickness of the contaminated layer have been investigated. The results show that a thicker contaminated layer and a greater degree of contamination and soil slope will decrease the bearing capacity of the strip footing. Furthermore by increasing the footing distance to slope crest, the bearing capacity of strip foundation is increased. The numerical results have been verified for both the load-settlement diagram and the ultimate bearing capacity of the footing, by recent experimental results.

    Keywords: Oil contaminated sand slope, bearing capacity, load-settlement curve, strip foundation, numerical analysis