فهرست مطالب

نشریه مهندسی عمران مدرس
سال بیستم شماره 5 (آذر و دی 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/10/10
  • تعداد عناوین: 16
|
  • پبام اشتری*، محمد رهنمون صفحات 7-23

    سیستم لوله ای یکی از سیستم های باربر جانبی در سازه های بلند می باشد که ستون ها در فواصل نزدیک به هم از طریق اتصالات خمشی تیرهای عمیق به یکدیگر در پیرامون ساختمان متصل می شوند. ولی با توجه به حداقل محدودیت های آیین نامه ای در مورد نسبت طول دهانه آزاد به ارتفاع کلی تیر، امکان استفاده از این سیستم وجود ندارد. لذا ایده استفاده از قاب های برشی فولادی همراه با تیرهای غیرمنشوری به عنوان یک جایگزین پیشنهاد شده است. در قاب های برشی با توجه به چیدمان سخت کننده های عرضی تیر پیوند (فیوز برشی)، ظرفیت باربری جانبی می تواند از طریق مقاومت کمانشی،  مقاومت پس کمانشی ناشی از عمل میدان کششی و یا  ظرفیت باربری ناشی از تسلیم ورق جان تامین گردد. لذا تاثیر چیدمان سخت کننده بر روی متغیرهای عملکرد لرزه ای قاب های برشی شامل ضریب رفتار، ضریب اضافه مقاومت و ظرفیت دوران با نسبت های طولی مختلف تیر پیوند که رفتار همگی کنترل شونده توسط برش می باشند با استفاده از تحلیل های اجزاء محدود بررسی شده است. در انتها نیز متغیرهای ضریب رفتار و ضریب اضافه مقاومت در قاب های 3، 5، 7، 10، 15 و 20 طبقه براساس فاصله سخت کنننده بهینه برای یک نسبت طولی مشخص ارایه و به منظور سهولت در مدل سازی قاب های چند طبقه در نرم افزارSAP2000، پارامترهای مدل سازی و معیارهای پذیرش معرفی و با نتایج اجزاء محدود مقایسه شده است. همچنین در انتها یک سازه 25 طبقه با دو سیستم باربر جانبی مختلف شامل قاب خمشی لوله ای و قاب برشی با یکدیگر مقایسه شده است.

    کلیدواژگان: پانل برشی فولادی، قاب برشی فولادی، سخت کننده عرضی، پارامترهای لرزه ای
  • وحید باقری، علیرضا محمدجعفری صادقی*، حسن افشین صفحات 25-36

    بتن متخلخل نوع خاصی از بتن، با تخلخل بالا و اغلب فاقد مصالح ریزدانه است که کاربرد اصلی آن در اجرای روسازی بوده و برای مدیریت رواناب ها استفاده می شود. در این مقاله مقاومت فشاری، نفوذپذیری و مقاومت در برابر ذوب و یخبندان بتن متخلخل حاوی میکرو سیلیس بررسی شده است. بدین منظور مقاومت فشاری طرح های اختلاط حاوی اندازه ها و مقادیر مختلف سنگدانه و نسبت های متفاوت آب به مواد سیمانی حاوی میکرو سیلیس بررسی شد. سپس آزمایش تعیین سرعت نفوذ، دبی و مقاومت در برابر ذوب و یخبندان بر روی طرح های منتخب انجام شد. طبق نتایج حاصل، نمونه های بتن متخلخل بدلیل داشتن سطوح نفوذپذیر، دوام بهتری نسبت به بتن معمولی داشتند. در آزمایش ذوب و یخبندان، نمونه بتن معمولی پس از 16 چرخه به طور کامل دچار شکست شد در حالی که نمونه های بتن متخلخل تا 23 چرخه هیچ ترکی از خود نشان ندادند. طرح اختلاط شماره 10 حاوی سنگدانه شن بادامی، مقاومت بهتری در برابر ذوب و یخبندان از خود نشان داد و کاهش وزن کمتری پس از 23 سیکل در مقایسه با سایر طرح ها مشاهده شد. طرح اختلاط شماره 9 حاوی میکروسیلیس به میزان 7 درصد وزنی سیمان با مقاومت فشاری 283 کیلوگرم بر سانتی مترمربع و قابلیت عبور آب با دبی 1/111 سی سی بر ثانیه برای استفاده در روسازی پارکینگ ها و پیاده روها مناسب می باشد.

    کلیدواژگان: بتن متخلخل، میکروسیلیس، مقاومت فشاری، نفوذپذیری، ذوب و یخبندان
  • علی چیگویی، محمدعلی رهگذر*، محسن ایزدی نیا صفحات 37-48

    مهاربندها به عنوان نوعی سیستم کنترل غیرفعال، نقش موثری در ایجاد مقاومت سازه در برابر نیروهای جانبی مانند زلزله و باد دارند. یکی از روش های بهره گیری بیشتر و اقتصادی تر از قابلیت مهاربندها استفاده از ظرفیت غیر ارتجاعی آن ها است. مهاربندهای معمولی تحت کشش دارای عملکرد خوبی هستند، ولی تحت فشار دچار کمانش شده و رفتار نامطلوب از خود نشان می دهند. این مشکل می تواند باعث کاهش ظرفیت اتلاف انرژی و شکل پذیری شود، که نقش مهمی در بارگذاری چرخه ای مانند زلزله به دلیل ماهیت بارهای لرزه ای دینامیکی دارد. به همین دلیل مهاربندهای کمانش ناپذیر در کشورهای مختلف به شکل قابل توجهی محبوب شده اند. مهاربندهای کمانش ناپذیر شامل هسته و غلاف فولادی می باشند. اگر چه هسته فولادی دارای ظرفیت فشاری ناچیز است، ولی ظرفیت آن را می توان با استفاده از یک غلاف فولادی یا غلاف محدود کننده ی کمانش افزایش داد. به همین منظور در این مقاله جهت بهبود رفتار لرزه ایی مهاربند های کمانش ناپذیر تک هسته ایی، مهاربند های کمانش ناپذیر سه هسته ایی پیشنهاد گردید که در آن از سه هسته با تنش تسلیم متفاوت به صورت موازی استفاده شده است. مهاربندهای کمانش ناپذیر به دو صورت تک هسته ایی و سه هسته ایی با ظرفیت کششی و فشاری یکسان ساخته شد و تحت پروتکل بارگذاری ATC-24 به صورت یک عضو محوری در آزمایشگاه تحت نیروی کشش و فشار قرار گرفتند. نمودار چرخه هیسترزیس هر کدام از مهاربندها به دست آمد و مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان می دهد حلقه ی هیسترزیس مهاربند سه هسته ایی نسبت به مهاربند تک هسته ایی   3/16 %  چاق تر و مساحت بیشتری دارد، این مطلب نمایان گر این است که مهاربند سه هسته ایی از ظرفیت جذب و استهلاک انرژی بالاتر و عملکرد لرزه ایی بهتری برخوردار است، همچنین میرایی در مهاربند سه هسته ای از دریفت 25/0% تا 1% با اختلاف 6/15% ، از دریفت 1% تا 5/1% با اختلاف 1/10% و در دریفت 5/2% با اختلاف 8/8%  نسبت به مهاربند تک هسنه ای بیشتر می باشد.مهاربندها به عنوان نوعی سیستم کنترل غیرفعال، نقش موثری در ایجاد مقاومت سازه در برابر نیروهای جانبی مانند زلزله و باد دارند. یکی از روش های بهره گیری بیشتر و اقتصادی تر از قابلیت مهاربندها استفاده از ظرفیت غیر ارتجاعی آن ها است. مهاربندهای معمولی تحت کشش دارای عملکرد خوبی هستند، ولی تحت فشار دچار کمانش شده و رفتار نامطلوب از خود نشان می دهند. این مشکل می تواند باعث کاهش ظرفیت اتلاف انرژی و شکل پذیری شود، که نقش مهمی در بارگذاری چرخه ای مانند زلزله به دلیل ماهیت بارهای لرزه ای دینامیکی دارد. به همین دلیل مهاربندهای کمانش ناپذیر در کشورهای مختلف به شکل قابل توجهی محبوب شده اند. مهاربندهای کمانش ناپذیر شامل هسته و غلاف فولادی می باشند. اگر چه هسته فولادی دارای ظرفیت فشاری ناچیز است، ولی ظرفیت آن را می توان با استفاده از یک غلاف فولادی یا غلاف محدود کننده ی کمانش افزایش داد. به همین منظور در این مقاله جهت بهبود رفتار لرزه ایی مهاربند های کمانش ناپذیر تک هسته ایی، مهاربند های کمانش ناپذیر سه هسته ایی پیشنهاد گردید که در آن از سه هسته با تنش تسلیم متفاوت به صورت موازی استفاده شده است. مهاربندهای کمانش ناپذیر به دو صورت تک هسته ایی و سه هسته ایی با ظرفیت کششی و فشاری یکسان ساخته شد و تحت پروتکل بارگذاری ATC-24 به صورت یک عضو محوری در آزمایشگاه تحت نیروی کشش و فشار قرار گرفتند. نمودار چرخه هیسترزیس هر کدام از مهاربندها به دست آمد و مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان می دهد حلقه ی هیسترزیس مهاربند سه هسته ایی نسبت به مهاربند تک هسته ایی   3/16 %  چاق تر و مساحت بیشتری دارد، این مطلب نمایان گر این است که مهاربند سه هسته ایی از ظرفیت جذب و استهلاک انرژی بالاتر و عملکرد لرزه ایی بهتری برخوردار است، همچنین میرایی در مهاربند سه هسته ای از دریفت 25/0% تا 1% با اختلاف 6/15% ، از دریفت 1% تا 5/1% با اختلاف 1/10% و در دریفت 5/2% با اختلاف 8/8%  نسبت به مهاربند تک هسنه ای بیشتر می باشد.

    کلیدواژگان: کمانش، مهاربند تک هسته ایی، مهاربند سه هسته ایی، چرخه هیسترزیس
  • بهزاد حاصلی* صفحات 49-61

    در سال های اخیر، سازه ها بنا به دلایل اقتصادی و زیباشناسی، روز به روز عظیم تر و لاغر تر شده اند و این موضوع منجر به رفتار غیر خطی سازه ها شده است. لذا به کارگیری روش های مختلف برای در نظر گرفتن اثرات تحلیل مرتبه دوم در بررسی رفتار سازه ها  همواره مورد توجه طراحان قرار گرفته است. بنابراین در این مطالعه به منظور بررسی اثرات P-Δ ، به تحلیل رفتار غیر خطی سازه های فضایی با تعداد طبقات مختلف می پردازیم. روش های مد نظر جهت برآورد اثرات تحلیل مرتبه دوم شامل روش های ماتریس سختی، توابع پایداری و روش بار جانبی فرضی می باشد. هدف اصلی در پژوهش حاضر، بررسی اثر پارامتر ارتفاع سازه بر دقت روش های محاسبه اثرات تحلیل مرتبه دوم و مقایسه ی دقت روش های ارایه شده جهت تحلیل مرتبه دوم سازه های فضایی است. 
      نتایج نشان می دهد، صرف نظر از ارتفاع سازه، دقیق ترین روش جهت برآورد اثرات P-Δدر تحلیل مرتبه دوم انواع سازه، روش ماتریس سختی است. اگر چه تحلیل غیرخطی مرتبه اول عموما می تواند ضرایب بار نهایی سازه ها را با دقت خوبی برآورد نماید، اما استفاده از تحلیل های غیرخطی مرتبه دوم در برآورد ضرایب بار نهایی سازه های با ارتفاع مختلف منجر به افزایش دقت این برآوردمی گردد. بر اساس نتایج به دست آمده مشاهده شد، تعداد طبقات سازه دقت روش های تحلیل مرتبه دوم را تحت تاثیر قرار می دهد. به نحوی که با افزایش ارتفاع سازه، شاهد افزایش اختلاف نتایج حاصل از هر سه روش تحلیل مرتبه دوم با نتایج به دست آمده از تحلیل مرتبه اول هستیم، این افزایش در راستای عرضی سازه نمود بیشتری دارد. در سازه های بیش از سه طبقه، از میان سه روش تحلیل مرتبه دوم در برآورد اثرات P-Δ ، اختلاف نتایج حاصل از روش بار جانبی فرضی با نتایج تحلیل مرتبه اول،به شدت افزایش یافته و بیش ترین همبستگی با ارتفاع سازه، در این روش مشاهده شده است. همچنین در بین روش های تحلیل مرتبه دوم در سازه های بلند مرتبه و مرتفع، بالاترین دقت مربوط به روش ماتریس سختی می باشد.

    کلیدواژگان: سازه فضایی، اثرات P-Δ، روش ماتریس سختی، روش توابع پایداری، روش بارجانبی فرضی، ارتفاع سازه
  • سید عباس حسینی* صفحات 63-75

    خوردگی میلگردها در سازه های بتن آرمه دارای اثرات مخربی است که مجموع این اثرات موجب تقلیل مقاومت و کاهش دوام این نوع سازه ها می شود. یکی از مهمترین اثرات خوردگی میلگرد، کاهش پیوستگی بین بتن و میلگرد است که در شرایط بحرانی موجب کاهش شدید مقاومت بتن و همچنین تغییر مود شکست سازه بتن مسلح می شود. به دلیل غیرهمگن بودن و همچنین متفاوت بودن خواص بتن های مختلف، مدل های آزمایشگاهی و تحلیلی ارایه شده برای تخمین میزان چسبندگی بتن و میلگرد برای مقادیر مختلف خوردگی دارای تفاوت های زیادی می باشند. در این مقاله با گردآوری تعداد زیادی از نتایج آزمایشگاهی موجود، چند مدل جدید با در نظر گرفتن عدم قطعیت پارامترهای موثر ارایه شده است. برای بدست آوردن این مدل ها نتایج آزمایشگات بر اساس قطر میلگرد دسته بندی شده اند و برای هر قطر میلگرد یک رابطه ارایه شده است. با توجه به اینکه مدل های ارایه شده بر مبنای درصد کاهش سطح میلگرد در طی فرآیند خوردگی می باشند، در این پژوهش اثر عدم قطعیت در شدت جریان خوردگی و قطر میلگرد به صورت کمی مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج حاصله، کاهش پیوستگی در طی دوره گسترش خوردگی به صورت تابع نمایی است و اثر عدم قطعیت چگالی جریان خوردگی بیشتر از عدم قطعیت قطر میلگرد است. اثر عدم قطعیت ها در ضریب تغییرات نتایج بیشتر از اثر آن بر مقدار میانگین نتایج می باشد. مقدار کاهش برای میلگردهای به قطر کوچکتر، کمتر از میلگردهای بزرگتر بدست آمده است به طوریکه برای میلگردهای به قطر 10 و 16 میلیمتر در خوردگی 15 درصد، نسبت پیوستگی به پیوستگی اولیه به ترتیب برابر با 46/0 و 28/0 بوده است.

    کلیدواژگان: خوردگی میلگرد، مدل احتمالاتی، نفوذ یون کلر، دوام بتن، پیوستگی بتن و میلگرد
  • محمد خیراللهی، کریم عابدی*، محمدرضا چناقلو صفحات 77-88

    تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی به عنوان دقیق ترین روش جهت تعیین تقاضای لرزه ای و شناسایی نقاط خرابی سازه ها به حساب می آید. تلاش های گسترده ای جهت توسعه روش های تحلیل غیرخطی به طوری که ساده و سریع باشد، صورت گرفته است. یکی از این روش ها تحلیل های پوش آور می باشد که در سال های اخیر به طور گسترده ای برای ارزیابی لرزه ای سازه ها به کار گرفته شده اند. همچنین روش های پوش آور پیشرفته متعددی برای لحاظ نمودن اثرات مودهای بالاتر و در نظرگیری اثرات تغییر مشخصات مودال سازه ناشی از تسلیم یا کمانش اعضا پیشنهاد شده است. اکثر این روش ها برای تخمین تقاضای لرزه ای سازه های متداول بکار گرفته شده و تحقیقات محدودی برای تحلیل های پوش آور و تخمین پاسخ های لرزه ای سازه های فضاکار صورت گرفته است. بدین منظور در این مطالعه کاربرد بهینه سازی در تحلیل پوش آور جهت پیش بینی پاسخ های لرزه ای سازه های فضاکار چلیکی دولایه متکی بر دیوارهای عمودی دولایه مورد بررسی قرار گرفته است. در این روش از ترکیب ضریبدار نیروهای مودی غالب استفاده شده و سپس ضرایب نیروهای مودی براساس الگوریتم بهینه سازی تا تعیین الگوی بار بهینه، بهینه سازی می شود. به منظور ارزیابی دقت روش مذکور، مدل های مختلف با نسبت های مختلف خیز به دهانه سقف چلیک دولایه و یک نسبت ثابت ارتفاع دیوار فضاکار دولایه به طول دهانه انتخاب گردیده و پس از طراحی هر یک از سازه ها، تحلیل پوش آور تحت الگوی بار بهینه شده انجام می گیرد. پاسخ های حاصل از تحلیل پوش آور تحت الگوی بار بهینه شده با نتایج تحلیل دینامیکی نموی(افزایشی) و دو روش تحلیل پوش آور تحت مود اول سازه و تحلیل پوش آور مودال مقایسه گردیده است. نتایج تحلیل نشان می دهد که روش پوش آور پیشنهادی دقت قابل قبولی در پیش بینی برش پایه و سختی اولیه سازه با نتایج تحلیل دینامیکی داشته و با افزایش نسبت ارتفاع سقف چلیکی دولایه به طول دهانه سازه فضاکار دقت روش مذکور افزایش می یابد. همچنین مقایسه نتایج نشان می دهد که روش پوش آور ارایه شده نتایج نزدیکی در پیش بینی پاسخ های جابجایی در جهات طولی و عرضی با نتایج تحلیل دینامیکی نموی دارد. علاوه بر آن مقایسه پروفیل دریفت حاصل از تحلیل های پوش آور و دینامیکی نموی نشان دهنده آن می باشد که تمامی روش های پوش آور نتایج نزدیکی با تحلیل دینامیکی در گره های روی دیوار در  جهت طولی داشته و در گره های سقف فضاکار روش پوش آور پیشنهادی دارای دقت قابل قبولی می باشد. در جهت عرضی نیز روش پوش آور پیشنهادی در مقایسه با سایر روش ها دقت قابل قبولی در پیش بینی دریفت دارد.

    کلیدواژگان: تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی، تقاضای لرزه ای، تحلیل پوش آور، چلیک دولایه، دیوار فضاکار دولایه
  • امیر زایری بغلانی نژاد*، موسی محمودی صاحبی صفحات 89-102

    یکی از موضوعات مهم در روش های آزمایشگاهی استخراج اطلاعات مودال سازه ها، نوع بار وارده بر سازه می باشد. بطور کلی بارهای اعمالی به یک سازه جهت انجام تست دینامیکی، به دو دسته تحریکات مصنوعی و بارهای محیطی تقسیم می شود. اعمال بارهای مصنوعی به سازه های بزرگ نظیر پل ها و ساختمان های بلند مشکل، پرهزینه و در برخی موارد غیر ممکن می باشد. به همین دلیل جهت استخراج اطلاعات مودال چنین سازه هایی عموما از روش های مبتنی بر تحریک محیطی آنها استفاده می شود. با این وجود این روش ها شامل مشکلاتی نظیر بزرگی دامنه نویز نسبت به دامنه پاسخ اندازه گیری شده می باشند. این موضوع باعث ایجاد خطاهایی در نتایج و در برخی موارد منجر به بدست آمدن مودهای غیر واقعی می گردد. به عنوان یک راه حل، جهت اطمینان از صحت نتایج بدست آمده می توان اطلاعات مودال را از چند روش مختلف محاسبه نموده و نتایج را با یکدیگر مقایسه نمود. در این مقاله یک روش جدید جهت استخراج فرکانس های طبیعی سازه ها تحت اثر ارتعاش محیطی آنها ارایه شده است. بدین منظور از ترکیب دو تکنیک ریاضی کاهش تصادفی(RD) و تجزیه متعامد بهینه(POD) بهره گرفته شده است. علت انتخاب این دو روش توانایی بسیار بالای آنها در حذف نویز از داده های آزمایشگاهی می باشد. الگوریتم پیشنهادی شامل سه مرحله کلی است. در گام اول بعد از اندازه گیری پاسخ شتاب سازه در نقاط مناسب، با استفاده از روش کاهش تصادفی اثرات ارتعاش محیطی از پاسخ ها حذف و تنها خصوصیات دینامیکی سازه در شتابنگاشت باقی می ماند. در مرحله دوم با استفاده از تکنیک تجزیه متعامد بهینه، شتابنگاشت ها به چندین مد سازه ای تفکیک می گردند و بلاخره در گام آخر، پاسخ های بدست آمده از مرحله قبل توسط تبدیل سریع فوریه به حوزه فرکانسی تبدیل می شوند تا فرکانس های طبیعی سازه استخراج گردند. نقطه قوت روش پیشنهادی، پایداری آن نسبت به استفاده از داده های نویزی با دامنه بسیار بالا است که از چالش های موجود در آزمایش های ارتعاش محیطی به شمار می رود. کارایی الگوریتم پیشنهادی با استفاده از مدل سازی عددی و تست آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان داد که از روش جدید می توان به عنوان ابزاری مناسب جهت تعیین فرکانس های طبیعی سازه ها و کنترل نتایج بدست آمده از روش های دیگر بهره جست.

    کلیدواژگان: آزمایش دینامیکی، ارتعاش محیطی، فرکانس طبیعی، تجزیه متعامد بهینه، کاهش تصادفی، نویز
  • محمد شریفی، سید حسین قریشی نجف آبادی، محمدرضا مجدزاده طباطبایی*، سعید بهشتی صفحات 103-115

    بیشتر رودخانه ها دارای بستر های ناهموار می باشند که به آن ها شکل های بستر گفته می شود. این شکل ها بسته به شرایط هیدرولیکی انواع متفاوتی دارند که باعث ایجاد مقاومت در جریان می شوند. باوجود سال ها تحقیق و آزمایش در مورد شکل های بستر هنوز معادله دقیق و جامعی برای پیش بینی هندسه شکل های بستر در و برهم کنش آن با جریان به دست نیامده است. در این پژوهش با هدف بررسی تاثیر هندسه تلماسه بر ساختار جریان، به شبیه سازی عددی حرکت جریان بر روی تلماسه ها در مجرای کانال باز پرداخته شد. در همین راستا تعداد 29 شبیه سازی برای مطالعه تاثیر هندسه پنج نوع تلماسه با زوایا و ارتفاع های متفاوت در شرایط هیدرولیکی مختلف و زبری های کف گوناگون انجام گردید. به دلیل ضعف مدل آشفتگی RANS در پیش بینی جدایش شدید جریان در این پژوهش از مدل آشفتگی DES برای تلماسه های بزرگ مقیاس و برای شبیه سازی مدل عددی از نرم افزار +STAR-CCM استفاده شده است. جهت بررسی صحت شبیه سازی ها، نتایج مدل عددی با نتایج آزمایشگاهی محققین پیشین مقایسه گردید که نشان از دقت خوب مدل عددی دارد. در نهایت فرمولی برای پیش بینی این برهم کنش حاصل شد. نتایج ارزیابی رابطه به دست آمده برای بررسی تاثیر هندسه تلماسه بر هیدرولیک جریان، نشان داد که رابطه ارایه شده با خطای %11.25 و R2 0.86،  با توجه به طبیعت کاملا تصادفی تشکیل شکل بستر، دقت خوبی دارد.

    کلیدواژگان: شکل بستر، تلماسه، تحلیل ابعادی، مقاومت جریان، شبیه سازی عددی، STAR-CCM+
  • محمود نادری*، علی صابری ورزنه صفحات 117-129

    برای تعیین مقاومت المان های بتنی در محل سرویس دهی سازه ها می توان از روش های متفاوت درجا استفاده نمود. کاربرد روش های درجای تعیین مقاومت بتن در مواردی مانند ارزیابی مقاومت فشاری موجود به کار گرفته می شود. در این مقاله برای تعیین مقاومت بتن، از روش "پیچش" استفاده شده و روابط بین مقاومت فشاری، مدول گسختگی و قرایت های به دست آمده از روش مذکور بر روی بتن های ساخته شده با سیمان پوزولانی، در سه حالت بدون الیاف، حاوی الیاف پلی پروپیلن و الیاف شیشه ارایه گردیده است. بدین منظور از 8 طرح اختلاط مختلف با مقاومت فشاری مکعبی در محدوده 15 تا 50 مگاپاسکال برای ساخت بتن با سیمان پوزولانی استفاده شده است. برای بررسی تاثیر الیاف بر نتایج حاصله، مقدار 3/0 درصد حجم بتن، الیاف پلی پروپیلن و شیشه، به صورت جداگانه، به نمونه ها اضافه شد. نمونه های بتنی مکعبی و تیرها ابتدا به مدت 28 روز به صورت غرقاب در آب، عمل آوری شدند و سپس تحت آزمایش قرار گرفتند. همچنین برای بررسی تاثیر سیمان پوزولانی بر مقاومت بتن، تعداد 8 طرح اختلاط با سیمان تیپ 2 ساخته و مورد مقایسه قرار گرفتتند. نتایج حاصله نشانگر افزایش مقادیر به دست آمده از آزمون "پیچش"، مقاومت فشاری و مدول گسیختگی برای بتن های حاوی الیاف می باشد. همچنین یک همبستگی قوی خطی و توانی بین نتایج به دست آمده از آزمون "پیچش" با مدول گسیختگی و مقاومت فشاری نمونه ها به دست آمد.

    کلیدواژگان: الیاف، مقاومت فشاری، مدول گسیختگی، آزمون، پیچش، سیمان پوزولانی
  • امیر ضیاءلامع، احمد جمشیدی*، احمد خدادادی دربان صفحات 131-141

    انتشار آرسنیک در آب های سطحی و زیرزمینی به وسیله فعالیت های انسانی همچون معدنکاری، کشاورزی و صنعتی بعنوان یک تهدید جهانی برای موجودات زنده به شمار می آید. آرسنیت و آرسنات دو گونه ی غالب آرسنیک در خاک های آلوده هستند که سمیت بالایی برای انسان و موجودات زنده دارند. با توجه به خواص ویژه نانوذرات ازجمله واکنش پذیری بالا، نانو ذرات جاکوبسیت جهت جذب آرسنیک از آب انتخاب و با استفاده از روش هم رسوبی تهیه شد. دراین تحقیق، از روش سطح پاسخ (RSM) جهت مدلسازی و بهینه سازی فرآیند جذب آرسنیک از محلول با نانوذرات جاکوبسیت استفاده شد. چهار فاکتور pH (3 الی 11)، غلظت آرسنیک در محلول (1000 تا 4000 میکرو گرم بر لیتر) ، مقدار نانوذرات (1 الی 5 گرم بر لیتر) و زمان (15 الی 195 دقیقه) بعنوان فاکتورهای مستقل موثر بر کارآیی جذب آرسنیک انتخاب شدند.  طرح مرکب مرکزی (CCD) برای طراحی آزمایش و بهینه سازی پارامتر های مدل استفاده شد. آنالیز واریانس گویای آن بود که پیش بینی جذب آرسنیک از محلول با اصلاح کننده ی نانوجاکوبسیت توسط مدل CCD به خوبی (p-value کمتر از 0001/0) و با دقت بالا (R2 برابر 24/96 درصد) انجام شد. نتایج نشان داد که اثر چهار عامل pH، مقدار نانو ذرات، غلظت اولیه آرسنیک و زمان معنی دار است. با توجه به اهداف بهینه سازی، نتایج نشان داد که مقدار بهینه pH، مقدار نانو ذرات، زمان و غلظت اولیه آرسنیک به ترتیب برابر 3، 2 گرم بر لیتر، 48 دقیقه و 3250 میکروگرم بر لیتر است. مقدار درصد جذب آرسنیک از محلول در مقادیر بهینه محاسبه شده برای عوامل، برابر با 7/79 درصد تخمین زده شد. با این وجود مقدار جذب 77/94 درصدی نیز در آزمایش های مربوط به جذب آرسنیک از محلول مشاهده شد.

    کلیدواژگان: آرسنیک، نانوذرات جاکوبسیت، جذب، بهینه سازی، RSM
  • مهسا فخارپور*، رضا کریمی صفحات 143-152

    پژوهش های فراوانی در جذب و محافظت در برابر امواج الکترومغناطیسی، به منظور کاهش اثرات مضر تابش الکترومغناطیسی بر محیط زیست انجام شده است. برای جلوگیری از نفوذ امواج الکترومغناطیس محافظ هایی با رسانندگی بالا استفاده می شود. یک روش مناسب و مفید جهت دستیابی به مواد محافظتی در برابر امواج الکترومغناطیسی، افزودن مواد کربنی رسانا شامل الیاف کربن، رشته های کربنی و نانو لوله های کربنی است. نانولوله های کربنی به دلیل داشتن ساختارهای لوله ای شکل دو بعدی و رسانایی بالا می توانند به آسانی شبکه رسانایی را درون زمینه یک ماده تشکیل دهند و همین امر باعث می شود که محیط، تراوایی الکتریکی بالایی داشته باشد. بنابراین، افزایش تلفات دی الکتریک منجر به تلفات بازتاب امواج الکترومغناطیس می شود. لذا حضور نانولوله های کربنی در ماده جاذب باعث بهبود خواص جذب امواج الکترومغناطیسی می شود. در این پژوهش خواص جذب امواج الکترومغناطیس کامپوزیت سیمان و نانولوله های چندجداره عاملدار کربوکسیل با اشکال مختلف کایرال، زیگزاگ و آرمچیر با دو روش اتصال کوتاه موجبر و بار موجبری تطبیق شده مطالعه می شود. تاثیر شکل MWCNT و ضخامت نمونه بر روی خواص جذب موج الکترومغناطیسی در رنج فرکانسی GHz 12-8 با روش اتصال کوتاه موجبر و بار موجبری تطبیق شده مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. نمونه ها در دو ضخامت  mm 6  و3 تهیه و مقدار نانولوله اضافه شده wt% 1/0 می باشد. اضافه کردن wt% 1/0 نانولوله، عملکرد جذب ملات سیمان را در رنج فرکانسی GHz 10-8 افزایش می دهد. با افزایش ضخامت از mm 3 به mm 6، پهنای باند فرکانس اتلاف بازتاب برای کامپوزیت های MWCNT / سیمان افزایش می یابد، اما تعداد قله ها کاهش می یابد. با مقایسه نتایج جذب امواج نمونه ها با دو روش مختلف استباط می شود که جذب امواج نمونه های با ضخامت  mm 3 با روش بار تطبیقی بهتر از روش اتصال کوتاه بدون استفاده از بار تطبیقی می باشد. در حالی که در نمونه های با ضخامتmm  6 چندان تفاوتی حاصل نمی شود. همچنین در روش اتصال کوتاه جذب امواج توسط نمونه های کامپوزیت با ضخامت mm 3 در فرکانس های کمتر از GHz 5/10 بهتر عمل کرده است، در حالی که در روش بار تطبیقی در فرکانس های بیشتر از GHz 5/10، نمونه های کامپوزیت جذب بهتری داشته اند. علاوه برآن، جذب امواج نمونه های کامپوزیت با ضخامت mm 6 با روش اتصال کوتاه در فرکانس های کمتر و با روش بار تطبیقی در فرکانس های بیشتر نتایج بهتری را نشان می دهد. علاوه بر این، رفتار جذب نمونه کایرال با ضخامت mm 6 با دو نمونه دیگر متفاوت است، زیرا نانولوله های کایرال نامتقارن و نانولوله های زیگزاگ و آرمچیر متقارن هستند. تجزیه و تحلیل ساختاری و مورفولوژی سطح کامپوزیت های سیمان / MWCNT با اشکال مختلف با استفاده از روش میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی شده است. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی کامپوزیت سیمان/ نانولوله چندجداره عاملدار کربوکسیل پراکندگی نانولوله ها در کامپوزیت را نشان می دهد. اتصال نانولوله ها به یکدیگر و سیمان منجر به کاهش حفره ها و تشکیل شبکه رسانای منطقه ای می شود. در نتیجه هدایت الکتریکی افزایش یافته و میدان الکترومغناطیسی در این شبکه تضعیف می شود.

    کلیدواژگان: نانولوله کربنی چند جداره عاملدار کربوکسیل، کامپوزیت سیمان، اتصال کوتاه، بار تطبیقی
  • مهدی قاسمیه*، میلاد افضلان صفحات 153-164

    در سیستم های قاب خمشی فولادی که شامل تیرهای عمیق است، تامین طول مورد نیاز برای جوش منجر به استفاده از ورق های تقویتی با طول زیاد می شود. مشکل اصلی استفاده از ورق با طول زیاد، افزایش تقاضای لنگر خمشی در محل وجه ستون و در نتیجه افزایش احتمال شکست ترد در اتصال است. یکی از روش های بهبود عملکرد اتصال در مقابل این پدیده، اصلاح هندسه ی ورق بدون افزایش طول آن است. در بارگذاری های با تعداد چرخه کم و دامنه بارگذاری بالا که اصطلاحا به آن خستگی کم چرخه می گویند، احتمال شکست ترد یا شکل پذیر وجود دارد. در این پژوهش، با استفاده از روشی میکرومکانیکی برای تشخیص خرابی در فولاد، عملکرد چرخه ای اتصال خمشی تایید صلاحیت شده با ورق انگشتی در برابر ترک خوردگی شکل پذیر مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج تحلیل نشان می دهد این اتصال در برابر ترک خوردگی در بارگذاری کم چرخه با دامنه بالا عملکرد مطلوبی دارد.

    کلیدواژگان: خستگی کم چرخه، اتصال خمشی فولادی، مدل میکرومکانیکی، اجزای محدود
  • امیر ارسلان کرمی متین، مهدی شفیعی فر*، حسن اکبری صفحات 156-177

    موج‏شکن‏های سکویی شکل‏پذیر در خارج کشور به صورت دو لایه با آرمور و هسته، ولی در ایران با توجه به شرایط معادن سنگ به صورت سه لایه با آرمور، فیلتر و هسته طراحی و اجرا می‏شوند. به دلیل اهمیت بالای طراحی و ساخت این سازه‏ها و اجرای هزینه‏بر آنها، تحقیق حاضر، با هدف بررسی لزوم اجرای لایه فیلتر و بررسی تاثیر پارامترهای محیطی و سازه‏ای موثر بر فرار مصالح لایه هسته در موج‏شکن‏های سکویی صورت گرفته است. پارامترهای موثر شامل تعداد امواج، ارتفاع و پریود امواج، عمق آب پای سازه، ضریب دانه‏بندی و عرض سکو است. در این راستا مطالعات آزمایشگاهی بر روی موج‏شکن‏های دو لایه و سه لایه تحت اثر امواج نامنظم انجام شده است. مشاهده‏های آزمایشگاهی نشان داد که در صورت وجود یک عرض سکوی بهینه در موج‏شکن‏های سکویی، فرار مصالح لایه هسته اتفاق نمی‏افتد. در نتیجه نیازی به لایه فیلتر نیست و از این رو می‏توان با اجرای یک عرض مناسب سکو که در آن فرار مصالح لایه هسته اتفاق نمی‏افتد و برای موج طرح غالب پایداری سکو نیز حفظ می‏گردد، لایه فیلتر را از این سازه‏ها حذف نمود. در این تحقیق ضمن بررسی تاثیر عرض سکو بر فرار مصالح هسته و پایداری موج‏شکن، یک معیار بدون بعد برای ارزیابی آستانه فرار مصالح هسته در موج‏شکن‏های سکویی پیشنهاد شده است. همچنین با توجه به شرایط محیطی و سازه‏ای تحقیق آزمایشگاهی حاضر، برای محاسبه عرض بهینه سکو  پیشنهاد می‏شود که مقدار فرسایش عرض سکو (Rec) از رابطه شکاری و شفیعی فر (2013) محاسبه شود و به آن حداقل به اندازه 2 تا 4 برابر قطر اسمی مصالح آرمور اضافه شود. باتوجه به مشکلات اجرای لایه فیلتر و تبعات زمانی و هزینه‏ای آن، انتخاب عرض بهینه سکو و حذف لایه فیلتر می‏تواند در کاهش هزینه و زمان اجرای این نوع سازه بسیار موثر باشد.

    کلیدواژگان: موج شکن های سکویی، لایه فیلتر، فرار مصالح، عرض بهینه سکو
  • محمد نوروز علیایی*، سینا معاف صفحات 179-192

    در چند دهه اخیر استفاده از یک روش کارآمد و اقتصادی در تامین پایداری خاک، به عنوان یک چالش مهم برای مهندسین و محققین مطرح بوده است. نیلینگ (مسلح سازی خاک در محل) با توجه به سرعت اجرا، تکنیک مناسبی در تامین پایداری است. عموما نیلینگ با نیل های ساده و دارای تزریق شناخته می شود، اما نیل دارای صفحات مارپیچ یا "نیل مارپیچ1" نیز با توجه به سرعت زیاد اجرا و عدم نیاز به تزریق مورد توجه است. با توجه به بررسی های محدود صورت گرفته در زمینه نیل مارپیچ، هدف این مطالعه بررسی مقاومت بیرون کشیدگی2 نیل مارپیچ (به عنوان مهم ترین عامل در طراحی سیستم نیلینگ) با یک مدلسازی اجزاء محدود سه بعدی توسط نرم افزار آباکوس است. بررسی اثر سربار3، فاصله و تعداد صفحات، اهداف این مطالعه هستند. نتایج، اثر سربار بر مقاومت بیرون کشش را تایید می کنند. همچنین سطوح گسیختگی در فواصل دورتری نسبت به سطح نیل اتفاق می افتد و فاصله سه برابر قطر را می توان فاصله بهینه صفحات در نظر گرفت. استفاده از نیل با فاصله صفحات کم تر موجب افزایش مقاومت نشده است. همچنین استفاده از صفحات بیش تر با فاصله کم تر افزایش مقاومت را نشان نمی دهد. مقایسه نتایج مدلسازی و تست های آزمایشگاهی نشان دهنده صحت مدلسازی آزمایش بیرون کشش4 است و این مدلسازی می تواند گواهی بر عملکرد نیل مارپیچ در شیب های خاکی باشد.

    کلیدواژگان: مدلسازی اجزاء محدود، نیلینگ، نیل مارپیچ، آزمایش بیرون کشش
  • علی رضا معززی مهر طهران*، شروین ملکی صفحات 193-205

    سیلوهای استوانهای فوالدی از جمله سازه های کلیدی در بیشتر بخشهای صنعتی و کشاورزی بهشمار میروند که وظیفه نگهداری مواد دانهای را برعهده دارند. بارهای مختلفی همچون بارهای ناشی از فرآیند بارگیری و تخلیه سیلوها، بار باد، بار زلزله و بارهای حرارتی، الزم است در طرح سیلوها درنظر گرفته شود. با این وجود، نظر به کارکرد اصلی سیلوها که ذخیرهسازی محتویات دانهای است، پر تکرارترین باری که در چرخه عمر این سازه ها تجربه میشود، بارهای ناشی از فرآیند بارگیری و تخلیه است. ازطرفی، معموال فشار بزرگتری طی مرحله تخلیه در قیاس با مرحله بارگیری بر جداره سیلوها وارد میشود؛ از این رو، اساس طرح اولیه سیلوهای فوالدی بر پایه فشارهای تخلیه است. این درحالی است که بنابر ضخامت اندک جداره، بحث خرابی کمانشی در این سازه ها مطرح است. تحت فشار تخلیه نیز که با ایجاد فشار محوری و کشش پیرامونی قابل توجه در پای سیلوها همراه است، مد کمانش االستیک-پالستیک پافیلی متصور است. ضریب اصطکاک جداری بین سیلو و محتویات دانهای، پارامتری تاثیرگذار در تعیین اندازه و توزیع فشار تخلیه در سیلوها به حساب میآید. برای تعیین چگونگی اثرگذاری این پارامتر بر نتایج مقاومت کمانشی سیلوهای ورق صاف فوالدی، سه نمونه سیلوی جداره متغیر در این پژوهش درنظر گرفته شد. هر یک از سیلوها تحت بارگذاری تخلیه پیشنهادی آییننامه اروپا قرار گرفتند. با انجام تحلیلهای سهبعدی خطی و غیرخطی کمانشی در نرم افزار آباکوس، مقاومت و رفتار کمانشی این سه نمونه سیلو به ازای مقادیر مختلف ضریب اصطکاک جداری که بین 2/0 تا 6/0 تغییر میکند، ارزیابی شد. همچنین کفایت روابط آییننامه اروپا در طرح تنشی پوسته های استوانهای تحت فشار محوری توام با فشار داخلی، مورد سنجش قرار گرفت. با توجه به نتایج حاصل، با وجود توزیع فشارهای متفاوت ناشی از تغییر در ضریب اصطکاک جداری، اثر این ضریب در مقاومت کمانشی تحت بار تخلیه نمونه سیلوهای مطالعه شده، کامال اندک)با بیشینه تفاوت تا 8)%ارزیابی شد. به عالوه، حداکثر تفاوت در تخمین مقاومت پافیلی نمونه سیلوها با روش آییننامه نسبت به روش تحلیل کامپیوتری، محدود به 25(%و همواره در جهت ایمنی(محاسبه شد که نشانگر عملکرد مناسب روابط آییننامه است

    کلیدواژگان: سیلوهای استوانه ای فولادی، کمانش، آیین نامه اروپا، فشار تخلیه، نرم افزار آباکوس
  • شایان نجمی، آبتین رهبری، احسان درویشان، محسن آدابی* صفحات 207-218

    امروزه صنایع تولید سیمان یکی از منابع مهم تخریب محیط زیست می باشند. این صنایع علاوه بر مصرف مواد اولیه و سوخت یکی از عوامل عمده تولید گازهای گلخانه ای در جهان می باشند. یکی از راهکارهای کاهش مصرف سیمان، استفاده از مواد پسماند صنایع به جای سیمان می باشد. در همین راستا بتن ژیوپلیمری اخیرا مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است. در این تحقیق اثر میکروسیلیس و الیاف CFRP و بر خواص مکانیکی و دوام بتن ژیوپلیمریپایه سرباره کوره بلند مورد بررسی قرار گرفته است. نمونه های مختلف با ترکیب 0 الی %10 میکروسیلیس و همین طور 0الی %3 الیاف ساخته و آزمایش های مقاومت فشاری، مقاومت کششی، اولتراسونیک، جذب آب، نفوذپذیری کلرید سریع و مقاومت اسیدی روی نمونه ها انجام شد. نتایج آزمایش ها نشان داد که افزودن میکروسیلیس تا %5 باعث افزایش %11 مقاومت فشاری، %5/7 مقاومت کششی، %15 کاهش جذب آب، %17 کاهش نفوذ پذیری یون کلر و %5/47 افزایش مقاومت اسیدی بتن ژیوپلیمری گردید؛ این در حالی بود که در حالیکهافزودن %3  الیاف CFRP سبب افت %18 مقاومت فشاری، %5/1 مقاومت کششی، %1 افزایش جذب آب، %20 افزایش نفوذ پذیری یون کلرو و %62 کاهش مقاومت اسیدی بتن ژیوپلیمری شد.علاوه براین، بررسی ریزساختاری بتن ژیوپلیمری به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) حاکی از کاهش ترک در نمونه حاوی %5 میکروسیلیس بود..همچنین چسبندگی مناسبی میان الیاف CFRP و بتن ژیوپلیمری مشاهده نشد.

    کلیدواژگان: بتن ژئوپلیمری، میکروسیلیس، الیاف CFRP، خواص مکانیکی بتن، دوام بتن
|
  • Payam Ashtari*, Mohammad Rahnemoun Pages 7-23

    Structures designed to resist moderate and frequently occurring earthquakes must have sufficient stiffness and strength to control deflection and prevent any collapse. Since stiffness and ductility are generally two opposing properties; it is desirable to devise a structural system that combines these properties in the most effective manner without an excessive increase in the cost. Steel structural systems including moment resisting and concentrically braced frames have been widely used to resist earthquake loads. Concentrically Braced Frames (CBFs) have high stiffness, and due to the probable buckling of their diagonal members, are not ductile enough. Versus, Moment-Resisting Frames (MRFs) have adequate ductility as their beam sections can undergo inelastic deformations. However, due to the low stiffness of moment frames, the construction costs will be increased. In recent decades, steel shear panels are utilized as one of the lateral resistant systems, in Steel Plate Shear Walls (SPSWs), and the link beam of steel frames with eccentric bracing to achieve the aim of shear performance and keep the adjacent members in the elastic range. The Tubular frame is one of the common lateral resistant systems in which the columns are placed in close spaces and connected through deep MRF beams around the building perimeters. Based on the new design codes, the minimum limit of span-to-depth ratio (7 for moderate moment-resisting frames and 5 for special moment-resisting frames) is not satisfied at tubular system. So the idea of Shear Resisting Frames (SRFs) with non-prismatic beams connected by a shear fuse in the middle of the span was proposed as one of the alternatives. Using SRFs remove these limitations and increase the energy dissipation capability. In this new concept, the shear force in the beam is considered as the displacement-controlled component of the system. Similar to eccentrically braced frames (EBFs), the link is tuned as a sacrificial component so that the seismic energy is dissipated by shear yielding in a small segment in the middle of the beam. According to the stiffeners layout, lateral loading capacity in SRFs usually is achieved through buckling strengths or post- buckling capacity resulted from tension field action or load carrying capacity from the yielding of the web plates. So stiffeners play a crucial role in the lateral loading capacity of shear resisting frames and have a significant effect on the energy dissipation capability. Following this issue, the effect of transverse stiffeners with different layouts and placements (various spaces and two or one-sided arrangement) on the seismic performance parameters (response modification factor, overstrength factor and rotation capacity of link beam) of steel shear frames with different link length ratios where all of them are controlled with shear behavior, are evaluated by finite element cyclic and pushover analysis. At the end, an optimum space is proposed for different link length ratios and the response modification factors and overstrength factor of multi-story shear resisting frames including 3, 5, 7, 9, 10, 15, and 20-story for a specific link length ratio are presented. Also for facilitating the modeling process of multi-story SRFs in SAP2000 software, modeling parameters and acceptance criteria were extracted from cyclic and monotonic curves. Finally, pushover curves from SAP2000 were compared to ABAQUS to validate these parameters. At the end, a 25-story building with two different lateral resisting systems including tubular frame and SRFs were compared.

    Keywords: Steel Shear panels, steel Shear Resisting Frame (SRF), transverse stiffener, seismic parameters
  • Vahid Bagheri, Alireza Mohammadjafari Sadeghi*, Hasan Afshin Pages 25-36

    Pervious concrete is a particular type of concrete with high porosity and often without fine aggregates or with little sand. The sufficient amount of cement paste covers and glues aggregates in a porous matrix together, resulting in a fast drainage system. On the other hand, high porosity and low amount of cement paste lessen the compressive strength of this type of concrete in comparison with normal concretes. Its main application is in the construction of pavements and management of stormwater. Pervious concrete has many economic and environmental benefits. Reducing the costs of surface water drainage, protecting roads from floods during major storms, preventing contamination of rainwater, recharging groundwater resources, and preventing road surface damage from freezing are some of its advantages. In this study, compressive strength, permeability, and freeze-thaw resistance of pervious concrete specimens containing micro silica have been investigated. Fifteen mix designs containing different amounts and sizes of aggregates, and water to cement ratios, and incorporating highly reactive, amorphous micro silica were prepared. The specimens were demolded after 24 hours and were cured in water with a temperature of 23ºC until the test day. The compressive strength of the specimens was evaluated. Then, permeability and freezethaw resistance tests were conducted on selected mixes. According to the results, the compressive strength of the specimens after 28 days of curing was in the range of 101 to 404 kgf/cm2 . Mix designs containing higher cement and micro silica content, and with lower water to cement ratio exhibited high compressive strength. The flow rate of specimens evaluated in the range of 0 to 111 cc/s, and the corresponding permeate velocity was between 0 and 3.43 mm/s. In mix number 11 with the highest cement and micro silica content, the flow rate was equal to zero due to the filling of concrete pores with cement paste, which happened in bottom layers during vibration. It is worth mentioning that the higher content of sand in the mix number 11 was also effective in the sedimentation of cement paste during vibration. Pervious concrete specimens, due to the permeability, are more durable in freezing and thawing cycles than normal concrete. After 10 cycles of freeze-thaw tests, micro cracks appeared on the surface of normal concrete specimens, and they were utterly destroyed after 16 cycles through fracture of cement paste. However, there were no visible cracks in pervious concrete specimens even after 23 cycles. Weight loss of pervious concrete specimens in freezing and thawing cycles was evaluated and compared in different mix designs. Mix number 10 containing medium gravel aggregates displayed better freeze-thaw resistance than mixes numbers 11 to 13, which contain fine gravel aggregates. This can be attributed to the more porous structure of the former specimen in comparison with the latter mentioned ones. In the case of mix number 11, as mentioned earlier, because of low permeability despite high compressive strength, maximum fracture occurred due to expansion in freezing cycles. Some of the studied mixes are appropriate in pavement construction, such as parking lots or sidewalks, including mix number 9, which contains micro silica at an amount of 7 percent of cement weight with compressive strength of 283 kg/cm2 and a flow rate of 111 cc/s.

    Keywords: Pervious concrete, Micro silica, Compressive strength, Permeability, Freeze-thaw resistance
  • Ali Chigoi, Mohammad Ali Rahgozar*, Mohsen Izadinia Pages 37-48

    As a passive control system, braces have an effective role in creating structural resistance to lateral forces such as earthquakes and winds. One of the ways to make the braces more economical is to use their inelastic capacity. Ordinary braces perform well in tension; however they buckle under pressure and exhibit undesirable behavior. This problem can reduce dissipated energy due to lack of plasticity, which plays an important role in cyclic loading such as earthquakes. For this reason, buckling-restrained brace (BRB) have become increasingly popular in different countries. BRBs include yielding steel core and an outer steel hollow section. Although the yielding steel core has a low compressive capacity, its capacity in pressure can be increased by limiting its buckling due to the outer steel hollow section. So far BRBs introduced as mentioned have a single yielding core, however In this paper, in order to improve the seismic behavior of BRBs, buckling-restrained brace with three parallel cores with different yield stress have been suggested and introduced. The buckling braces were made in one and three steel core with the same tensile and compressive capacity. These braces were subjected to cyclic tensile and compressive loads in the laboratory under the ATC-24 loading protocol. Hysteresis cyclic performances of each brace were obtained and examined. The experimental results show that: 1) the hysteresis loop of the 3-core brace is thicker and higher than the 1-core brace, 2) indicating that the three core brace has 16.3% and 8.8% higher energy absorption and damping capacity, respectively compared to that of the single core brace. Furthermore, it has better seismic performance.

    Keywords: Buckling, single core brace, three core brace, hysteresis cycle
  • Behzad Haseli* Pages 49-61

    In recent years, structures for economic and aesthetic reasons have been growing larger and thinner and this subject leading to non - linear behavior of structures. Therefore, the application of different methods for considering the effects of second order analysis in evaluation of the behavior of structures has always been considered by the designers. in this study to investigate the P-Δ effects, analyze the nonlinear behavior of multi - storey space structures. in order to estimate the effects of second order analysis in this study, methods of Stiffness Matrix, Stability Functions and Assume lateral load method have been used. in present study, in addition to comparing the accuracy of the proposed methods, examine the effect of the parameter height on the accuracy of the second order analysis. the accuracy of the second order analysis methods is investigated by comparing the results of the existing research. In the first part of the present study, after presenting the formulation of three methods of second-order analysis of stiffness matrix, stability functions and assume lateral load method, for beam-column element of a portal frame, a two-story regular structure and finally an irregular six-story structure, that studied by previous researchers, the most accurate second-order analysis is introduced by comparing the load-deformation curves. In the second part, in order to investigate the effect of height of structure on the accuracy of second-order analysis methods, similar structures of three, five, and seven floors were analyzed in two longitudinal and transverse directions and the final load coefficients obtained from the second-order analysis with The first-order analysis of the structures is compared. The analysis of three, five and seven-story structures was performed in two assume lateral load and stiffness matrix methods in OpenSees software as well as stability function analysis using Paap software.the accuracy of second-order analysis methods has decreased and this reduction is more pronounced in the transverse direction of the structure. As the height of the structure increases, the accuracy of the stiffness matrix methods, stability functions and the Assume lateral load method in the second-order analysis of the transverse direction are reduced by 15.5%, 10% and 7.2%, respectively. It is observed in more than three storeys, the accuracy of the Assume lateral load method in estimating the P - Δ effects is greatly reduced and the highest correlation with the height of the structure is observed in this method. also among the second - order analysis methods in tall structures, the highest accuracy is related to the method of Stiffness Matrix.

    Keywords: space frame, P – Δ effect, stiffness matrix, stability function, assume lateral load, height of structure
  • Seyed Abbas Hosseini* Pages 63-75

    Reinforcement corrosion in concrete structures is considered as one of the main important issues that degrade the durability of RC structures. One of the most important effects of reinforcement corrosion is to reduce the bond between concrete and rebar. Bond strength enables the force transfer from reinforcing steel bar into concrete and guarantees the composite manner of reinforced concrete structures. Many empirical models have been developed to estimate bond strength during the corrosion propagation period. The experimental results are different depending on the test conditions and how to prepare the samples. Models presented by different researchers, even for the same basic assumptions, have fundamental differences in the predicted bond strength, which causes uncertainty in the choice of model and results. In this paper by regression of existing empirical results, some different models are presented for each bar diameter. The reinforcement diameter and corrosion current density are two basic variables in bond degradation models that have been considered for investigation of uncertainty in proposed models. Based on the results, the bond reduction during the corrosion propagation is exponential and the effect of the uncertainty of the corrosion current density is greater than the bar diameter. The effect of uncertainties on the coefficient of variation of the results is more than the effect on the mean. The bond reduction for the smaller diameter bars was lower than the larger bars such that for 10 and 16 mm diameters at 15% corrosion, the bond to primary bond ratio was 0.46 and 0.28, respectively.

    Keywords: reinforcement corrosion, bond strength, probabilistic model, chloride ingress, concrete durability
  • Mohammad Kheirollahi, Karim Abedi*, Mohamad Reza Chenaghlou Pages 77-88

    Nonlinear time history analysis (NL-THA) is the most accurate method to estimate the seismic demand of structures and predict their failure. To that end, extensive efforts have been made to develop fast and convenient methods to carry out nonlinear static analyses. In recent years, pushover methods have been widely used as a suitable tool to evalute the seismic performance of structures. Also, various advanced pushover procedures have been proposed to take into account the effect of higher modes and the change in the dynamic properties of structures in the nonlinear phase. Therefore, different pushover procedures have been further developed for this purpose. The nonlinear static analysis  has been widely employed to evaluate the nonlinear behavior of structures. The pushover analysis was first expanded in a number of studies to investigate buildings. Not many studies have been conducted on the seismic demand of latticed space structures. In the present work, therefore, an optimization procedure has been employed to refine the performance of the pushover analysis in estimating the seismic response of double-layer barrel vault roofs with vertical double-layer walls. In the  method proposed herein, the coefficients of the modal load combinations of the studied structures have been optimized using the simplex algorithm to find the optimum load pattern. Fifteen models with various rise-to-span and height-to-span ratios were considered to assess the accuracy of the proposed method in predicting the seismic demand of these structures. The models were analyzed using the OpenSees software. In order to model the buckling behavior of the members, each member was divided into two nonlinear beam-column elements with an initial imperfection of 0.1% at its mid-node.  The models were designed with the dead, snow, temperature, and earthquake loads having been considered. All of the mentioned loads, with the exception of snow load, were applied to the structures as concentrated nodal loads. The snow load, by contrast, was applied to the structures in two symmetric and asymmetric patterns in accordance with the sixth volume of the Iranian national code of buildings. For earthquake loads, the 4th edition of the Iranian code of practice for seismic resistant design of buildings was used. It should be noted that the seismic mass of the roof of each model was calculated by considering the entirety of the dead load in addition to 40% of the snow load. In the design process of each model, the dead, snow, temperature, and earthquake load combinations were formulated based on the AISC-ASD89 standard. The sections of the members of the structures were chosen from hollow tubular sections, with  their slenderness ratios limited to 100. Afterwards, pushover analyses were performed using the optimized load pattern. The obtained results were compared to those of the incremental dynamic analyses (IDA) and two other well-known pushover methods, namely the MPA and the conventional first-mode pushover analysis. The results revealed that the proposed pushover method can provide a good estimation of the base shear and intial stiffness of the structures when compared to dynamic analyses. In addition, an increase in the rise-to-span ratio of the roof causes an improvement in the accuracy of the proposed pushover method. Also, in comparison with the  MPA and conventional pushover procedures, the responses produced by the proposed method are closer to those generated by dynamic analyses. In addition, a comparison of the obtained drift patterns reveals that the results of both the pushover and incremental dynamic analyses along the longitudinal direction of the wall are quite close to each other. Another advantage of the proposed pushover method is that it also produces acceptable results on the nodes on the roof of the space structure. Also, along the transverse direction, the proposed method yields better results.

    Keywords: nolinear time history analysis, seismic demand, incremental dynamic analyses, Pushover analysis, double-layer barrel vault roof, double-layer wall
  • Amir Zayeri Baghlani Nejad*, Mussa Mahmoudi Pages 89-102

    The load type imposed on the structures is one of the important issues of the modal identification Experimental methods. Generally the loads applied to a structure for dynamic testing are divided into two categories: artificial stimulation and ambient loads. Applying artificial loads to large structures such as bridges and tall buildings is difficult, costly and in some cases impossible. For this reason, modal identification of such structures is generally done by ambient vibration tests. However this experimental methods, also include problems such as large noise amplitude relative to the measured responses that this causes errors in the results and in some cases leads to unrealistic modes. As a solution, modal information can be calculated from several different methods and compared with each other to ensure the accuracy of the results. In this paper, a new scheme for natural frequencies extraction of structures from their ambient vibration is presented. For this purpose, the combination of two mathematical techniques of random decrement (RD) and proper orthogonal decomposition (POD) methods were used. The reason for using these two methods, is their ability to reduce the noise effects. In other words, combining of these two methods can lead to a very powerful tool for extracting structural frequencies from its ambient vibration under high amplitude noise conditions. The proposed algorithm consists of three steps: In the first step, after measuring the acceleration response of the structure at the appropriate points, the effects of random vibration are eliminated from the response by RD method and only dynamic properties of the structure remain in the acceleration records. Secondly, the acceleration records are separated into several structural modes using the proper orthogonal decomposition technique and finally, at the last step, the proceeded responses are transformed by the fast Fourier transform into the frequency domain to extract the natural frequencies of the structure. The strength of the proposed method is its robustness to the use of very high amplitude noise data, which is one of the challenges in the ambient vibration experiments. The accuracy of the proposed algorithm was evaluated by numerical modeling and experimental study. To investigate the efficiency of the new method, the numerical and experimental results were compared with the frequencies obtained from commonly modal identification methods such as extended frequency domain decomposition (EFDD) and stochastic subspace identification (SSI). A very good agreement was observed between the results of methods. Furthermore, Studying the effect of noise on the new algorithm results shows that increasing the ratio of noise to acceleration amplitude up to 250, did not affect the results precision and the main frequencies of the structure can be obtained with good accuracy. In this study, the effect of the number of sensors used in the ambient vibration test also was investigated on the accuracy of the new algorithm results. It was concluded that the minimum number of sensors (even one number) and repetition of the experiment can be used to extract structural frequencies from its ambient vibration with high accuracy. The results of this study showed that the new method can be used as a suitable tool to determine the natural frequencies of structures from its ambient vibration under severe noise conditions and to control the results obtained from other methods.

    Keywords: Dynamic Experiment, Ambient Vibration, Natural Frequency, proper Orthogonal Decomposition, Random decrement, noise
  • Mohammad Sharifi, Sayed Hosain Ghoraishi Najafabadi, Mohammadreza Majdzadeh Tabatabaie*, Saeed Beheshti Pages 103-115

    On way to understand the behavior of rivers is to study of flow structures and bedforms. Most rivers have rough beds, that are called bedforms. These shapes have different types depending on the hydraulic conditions that cause the resistance to flow, so sufficient knowledge of the hydraulic resistance of the flow is necessary to calculate discharge, depth, water velocity, flood prediction and sediment transport to reduce the damages that are caused by rivers. Despite years of research and experimentation on bedforms, there is still no adequate and accurate equation to predict the geometry of bedforms and their interaction with flow. The RANS turbulence model is not sufficiently accurate in detecting flow separation in high-altitude and high-angel lee side dunes, but it is more appropriate in other dunes. The LES turbulence model can be more appropriate in detecting flow separation in the vicinity of the bed. But in the layers away from the dune, it produces relatively severe turbulences. The DES turbulence model is more accurate in detecting the flow separation in large-scale dunes and has less execution time than the LES, but this model produces irregular vortices in smaller dunes near the bed. In this research, with the aim of investigating the effect of dune geometry on flow structure, numerical simulation of flow motion on dunes in open channel duct was investigated. In this regard, 29 simulations were performed to study the effect of the geometry of five types of dune with different angles and heights in different hydraulic conditions and different bed roughnesses with RANS and DES turbulence models. The STAR-CCM+  was used in order to simulate the numerical model in this research. This software provides highly realistic results by providing a seamless environment with high network production capability and extensive simulation tools, which helps professionals in the process of working with fluids.In this research, VOF method is used to calculate free surface area, and the solution method is Implicit Unsteady. In order to sensitize the numerical model to the number of computational cells as well as to optimize the runtime and output accuracy, several blocks of lattice dimensionality change in data points and dune locations were used. To select the appropriate networking dimensions, 8 models were run to optimize the time and accuracy of the model. To evaluate the accuracy of the simulations, the numerical model results were compared with those of previous researchers. The results of comparison of the numerical model and the experimental model showed that only about 9.5%, 15.5%, 14.5%, 9.4%, 12.2% and 7.4% were different. This error rate indicates good numerical model accuracy. Also the results of numerical model + STAR-CCM were compared with SSIIM numerical model. then, by using the dimensional analysis, effective factors on the interaction of dune geometry and flow structure were investigated and finally, a formula was developed to predict this interaction. The results of the evaluation of the obtained formula for investigating the effect of dune geometry on the hydraulic flow showed that the presented formula with error of 11.25% and 0.86 R2, due to the completely random nature of bedform formation, is very accurate.

    Keywords: Bedform, Dune, Dimensional Analysis, Flow Resistance, Numerical Simulation, STAR-CCM+
  • Mahmood Naderi*, Ali Saberi Varzaneh Pages 117-129

    Fibers incorporated in concrete, have different shapes and sizes. The main reasons for incorporating fibers in concrete, are to prevent cracking, disintegration of concrete and to increase its resistance to dynamic loading and explosion. As for ordinary concrete, pozzolanic materials can be used along with the fibers. In this paper, the effect of the incorporation of polypropylene and glass fibers in concrete is investigated using the newly developed “Twist-off” method. The “Twist-off” method developed by Naderi is a partially destructive method with high accuracy and very low cost and negligible surface damage. In this method, a metallic disc with 25mm height and 40mm diameter is attached to the surface of concrete under test, using epoxy adhesive. After the setting and hardening of the glue, an ordinary torque-meter is used to apply a torque until the metallic disc is separated from the surface of the concrete. Since the adhesional strength of the epoxy resin to concrete surface is much higher than the strength of the concrete, the failure is bound to happen at the concrete surface. Therefore, the failure measured torque is used to estimate the concrete strength. In order to estimate the compressive strength of the concrete by the method of “Twist-off”, a calibration graph is prepared by employing concrete cubes with different strength. The “Twist-off” strength of these cubes were measured and they are related to their compressive strengths, using ordinary compressive testing machine. Therefore, compressive strength of pozzolanic concrete containing glass and polypropylene fibers were also measured, using 150 mm concrete cubes. The surface strength of the fiber concrete cubes was measured using the “Twistoff” method. The results obtained in this research, show that, addition of glass and polypropylene fibers to pozzolanic concrete increases the surface strength, compressive strength, modulus of rapture of concrete and the load bearing capacity of concrete beams. The random distribution of fibers in concrete beams, increases its ductility and at the failure load, pull out of the fibers are predominant compared to their breakage. The results tend to show that the addition of two percent fibers tend to increase the strength, ductility and the modulus of the elasticity of the pozzolanic concrete. It was also observed that while the addition of glass fibers increases the surface strength of the low strength concrete (40 MPa or less), its addition to the concrete reduces its strength. Compared with the effect of the polypropylene fibers, it was seen that, the increase in the surface strength of concrete with glass fibers is more pronounced. Examination of the results presented in this paper tend to indicate that the “Twist-off “ method can be used for the determination of the surface strength of concrete as well as its compressive strength, with acceptable accuracy and very little surface damage to tested area. Compared with other in-situe methods for concrete strength assessment, the ”Twist-off” method is much cheaper and needs no expert operators. Statistical analysis of the comparative results of the “Twist-off” and the ordinary compressive testing method indicates that the torque obtained in the “Twist-off” method, can be directly related to the compressive strength of the concrete without the need to calculate stress intensities. The relation between the “Twist-off” and compressive strength tests is seen to be linear.

    Keywords: Fibers, Compressive Strength, Flexural Strength, Twist-off, Method, Pozzolanic Cement
  • Amir Zialame, Ahmad Jamshidi*, Ahmad Khodadadi Pages 131-141

    Lots of ecosystems including soil and water in the world is contaminated by the arsenic every year. The emission of arsenic (As) to the surface and groundwater by human activities such as mining, agricultural and industrial activities is considered a global threat to the ecosystem and human health. Arsenite and arsenate are the two dominant arsenic species in contaminated soils that are highly toxic to the human health and ecosystems. Thus, the As elimination from aqueous solution is considered as crucial issue. Among the different removal methods, adsorption is the low cost, and high efficient technique for the As elimination from aqueous phase. In the adsorption process, the adsorbent type is the one of the main factors of successful removal process. Application of nano-adsrobent may lead to produce less secondary waste in the adsorption process. Moreover, bimetal nano-adsorbent due to the some properties including increasing As removal in the early time was selected as adsorbent to remove As from aqueous solution. Many researches believe that Jacobsite nanoparticles (MnFe2O4) are an effective absorbent for the removal of organic and inorganic materials. Due to the special properties of nanoparticles such as high reactivity, Jacobsite nanoparticles were selected for the adsorption of arsenic from water and prepared based on co-precipitation method. The prepared nanoparticles were characterized through the X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffraction XRD, scanning electron microscopy methods (SEM), and pHpzc. According to the XRD, the obtained peaks for the synthesized adsorbent were followed by the previous researches indicated the production of Jacobsite. Based on the XRF, the Mn-oxide and Fe-oxide was 27.8% and 65.5%, respectively. Overall, results of XRD and XRF proved that the synthesized nanoparticles were Jacobsite. Moreover, based on the Fe-SEM, the nanoparticle size was less than 100 nm with mean size of 33.8 nm. Moreover, the he pH of zero point of the nanoparticle (pHpzc) of the synthesized adsorbent was 7.2.  In the presnet study, Response Surface Methodology (RSM) was used to model and optimize the adsorption process of arsenic from solution with Jacobsite nanoparticles. Four factors of pH (3 to 11), concentration of arsenic in solution (1000 to 4000 μg/l), amount of nanoparticles (1 to 5 g/l) and time (15 to 195 min) were selected as independent factors affecting the adsorption efficiency of arsenic. The central composite design (CCD) was used to design of the experiment and optimize the model parameters. Variance analysis indicated that prediction of adsorption of arsenic from the nano-adsorbent by the CCD model was well performed (p <0.0001) with the high accuracy (R2 of 96.24%). The results showed that the effect of four factors pH, nanoparticles, initial arsenic concentration and time was significant. According to the optimization objectives, the results showed that the optimum pH, amount of nanoparticles, time and initial concentration of arsenic were 3, 2 g / l, 48 min and 3250 μg/l, respectively. The arsenic removal from the solution at optimum values ​​calculated for the factors was estimated to be 79.7%. However, 94.77% of As was removed in the adsorption experiments.

    Keywords: Arsenic, Nano-Jacobsite, Adsorption, Optimization, RSM
  • Mahsa Fakharpour*, Reza Karimi Pages 143-152

    Many studies have been conducted on the absorption and protection of electromagnetic waves to reduce the harmful effects of electromagnetic radiation on the environment. High conductivity shields are used to prevent the penetration of electromagnetic waves. A convenient and useful method of obtaining electromagnetic shielding materials is the addition of conductive carbon materials including carbon fibers, carbon filaments, and carbon nanotubes. Carbon nanotubes can easily form a conductive network within a material field due to their two-dimensional tubular structures and high conductivity, which results in a high electrical permeability ambience. Therefore, the increase in dielectric losses results in reflection losses of electromagnetic waves. Thus, the presence of carbon nanotubes in the adsorbent improves the absorption properties of electromagnetic waves. In this study, the electromagnetic wave absorbing properties of multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) functionalization with carboxyl (-COOH) group /cement composites with different shapes; chiral, zigzag and armchair were studied by short circuit of the waveguide and matched load methods. The influence of the MWCNT shape and sample thickness on the electromagnetic wave absorbing properties were discussed and analyzed in the frequency range of 8–12 GHz by a short circuit of the waveguide and matched load methods. The samples were prepared in two thicknesses of 3 and 6 mm, and the amount of nanotubes added was 0.1%wt. The addition of 0.1 wt.% MWCNT greatly enhances the absorption performance of the cement mortar in the frequency range of  8–10 GHz. With the increase of thickness from 3 mm to 6 mm, the frequency bandwidths of the reflection loss for MWCNT/cement composites increases but the number of peaks decreases.  By comparing the results of electromagnetic wave absorbing of the samples with two different methods are deduced that in the samples with a thickness of 3 mm, the absorbing of waves by matched load method is better than short circuit method without matched load. However, in samples with a thickness of 6 mm, there is not much different. Also, the electromagnetic wave absorbing of the composite samples with a thickness of 3 mm performed better by short circuit method at frequencies below 10.5 GHz, while the composite samples had better absorbing in the matched load method at frequencies greater than 10.5 GHz. In addition, the electromagnetic wave absorbing of the composite samples with a thickness of 6 mm show better results by short circuit method at lower frequencies and by matched load method at higher frequencies. Moreover, the absorption behavior of the chiral sample with thickness 6 mm differs from the other two samples because the chiral nanotubes are asymmetric and zigzag and armchair nanotubes are symmetric. Furthermore, the structural analysis and surface morphology of MWCNT/cement composites with different shapes have been explored using the scanning electron microscope (SEM) technique. Scanning electron microscope images of MWCNT/cement composites show dispersion of nanotubes in composite. Connecting of nanotubes and cement leads to reduction of porosity and formation of regional conductive network. As a result, the electrical conductivity is increased and the electromagnetic field in the network is attenuated.

    Keywords: Carboxyl functionalized multi-walled carbon nanotubes, Cement composite, Short circuit, Matched load
  • Mehdi Ghassemieh*, Milad Afzalan Pages 153-164

    Following Northridge earthquake, wide spread brittle cracking had been observed in steel moment connection, and this, was in contrast with the philosophy of designing steel moment frames which accounts for dissipating energy by forming plastic hinges at beams. This situation led to the development of improved connections to make them less prone to brittle fracture. However, studies have shown that these new connections, typically known as post-Northridge connections, can still have the tendency to fracture but in a ductile manner when subjected to ultra low cycle fatigue loading. Ultra low cycle fatigue loading consists of limited cycles of loading with large amplitude which induce strains that are several times greater than yielding. Searching the literature, varied methods have been proposed to predict cracking in ductile steel for both monotonic and cyclic loading. In this research, a micro mechanical model called cyclic void growth model has been applied to predict the instance and location of cracking in the steel structure. For the purpose of predicting the low cycle fatigue failure, finger shaped steel moment type connections with top and bottom cover plates which their experimental data were available, used as a benchmark study. A micro mechanical model is integrated into the ABAQUS finite element program in order to simulate crack initiations in the cover plate welded beam to column connection. For this purpose, a Fortran code is linked with the ABAQUS software for simulating the crack and specifically to predict when and where the crack initiates. By understanding the crack initiation and the location of this crack, a trend line for low cycle fatigue under various constant drift angels are put together. The trend line provides a number of cycles for the crack to initiate by applying the specific drift angle. Therefore, a finite element model of a cover plate welded moment connection was developed and was used in order to simulate cracking in the connection model. Thus, each crack location and the number of cycles to initiate the crack were detected. Utilizing cyclic void micro mechanical model of growth analysis, which is a technique to predict fracture in a ductile material, different cover plate connections were modeled in the steel moment frame, and then their critical points to trigger the crack were identified. Finally, for the finger shaped cover plate moment connection, considering different loading curves data and in order to present the low cycle fatigue life prediction, displacement versus the number of half cycles diagram is produced. Finite element results demonstrated acceptable agreement with the experimental data. Furthermore, the low cycle fatigue life of connections under loading with constant amplitude is estimated, and S-N curves are proposed. These curves can be applicable for engineering purposes, such as performance based design. Also it is demonstrated that the finger plate joint revealed a good performance against soft cracking in low cycle fatigue compared to a number of previously tested joints. The results of the S-N curve for a constant displacement loading averaged 73% of the lifetime of the initial cracking. Sensitivity analysis with 20% tolerance on the intrinsic parameters of the micro mechanical model showed a maximum change of 15% in the responses.

    Keywords: Low cycle fatigue, steel moment connections, cyclic void growth model, finite element analysis
  • Amir Arsalan Karami Matin, Mehdi Shafiee Far*, Hassan Akbari Pages 156-177

    Reshaping berm breakwaters has a large berm above still water level (SWL) and their seaward profile is reshaped under wave attack. When a quarry is available near the construction site but it is not possible to produce a sufficient quantity of large armore stones for a conventional rubble mound breakwater, a berm breakwater is a feasible solution. According to the conditions of the rock quarries in the coastal regions of Iran, it is difficult to produce large armor stone from them. Thus, the concept of berm breakwater has attracted engineers to develop design and construction of this type breakwater in many projects in Iran.Berm breakwater are normally constructed with only two layers. Due quarry yield of rock quarries, not only producing large armor stone is difficult, but also quarry runs - which are used for core layer - have very small size. So, application of a secondary or filter layer is necessary for using such small size materials as core layer. Thus, most of the Iranian berm breakwaters have been designed and constructed with three layers. The present study aims to investigate the necessity for of filter layer to be applied in reshaping berm breakwater by considering the influence of sea states and structural parameters on the erosion of the core layer materials that includes the number of waves, waves height and period waves, water depth, the gradation coefficient of filter layer and the berm width. In this regard, experimental studies were carried out on two layers and three layers breakwaters under irregular waves with JONSWAP wave energy spectrum. Results showed that a wide berm width can preclude erosion of core material under design wave condition. Hence, berm breakwaters can be constructed without filter layer by using an optimized berm width to protect core materials against erosion. A dimensionless parameter is proposed to evaluate the threshold for eliminating filter layer of core materials in berm breakwaters. Considering the aforementioned conditions for optimum berm width and sea state and structural conditions of the present study, required berm width of a two-layered berm breakwater can be calculated using formula of Shekari and Shafieefar (2013) for recession plus at least 4 times of stone diameter. Due to difficulties of implementing a filter layer, selecting the optimized berm width and removing the filter layer can be very effective in reducing the cost and execution time of this type of structure. Filter is a layer in penetrable structures (mostly in coastal and slope protection structures) that precludes erosion of materials due to waves and currents without increasing pore water pressure in materials of lower layers. Filter, in a sense, may contain granular materials, geotextiles, or a combination of geotextiles and granular materials. Further, filters have different applications including prevention of erosion in corechr('39')s materials which is due to the negative pressure fluctuations and movement of fluid through the structure, reduction of hydrodynamics loadings on outer stone layers, and drainage. Filters are categorized into three types based on their resistance to erosion of bed materials in shore or slope protection structures: Geometrically tight filters, Stable with geometrically open filters and Unstable open filters.

    Keywords: Berm Breakwaters, Filter Layer, Erosion of Material, Optimized Berm Width, core
  • Mohammad Noroz Olyaei*, Sina Maaf Pages 179-192

    In recent decades, the use of an efficient and cost-effective method to provide soil stability has been a major challenge for civil engineers. With increasing urban population, the need for underground spaces increases and deep excavation is an inevitable affair in civil projects. Deep tunnels and large buildings require deep excavations, which must use some techniques for stabilize it. Soil-nailing (reinforcing soil at the site) due to the fast build, is a good way to provide stability. It can also be described as a top-down construction technique for the improvement of behavioural properties of in-situ soil mass. Soil-nailed system is formed by inserting relatively slender reinforcing bars into the slope. Depending upon the project cost, site accessibility, availability of working space, and the soil and groundwater conditions, soil-nails can be inserted into the ground. Soil-nail is generally known as conventional and injectable nails but nails with screw plates or "helical soil-nails" are also important due to the faster build and no need for groutings. Helical soil-nails are new alternative to the conventional soil nails or tie-backs for stabilization of slopes, excavations and embankments due to ease of installation, minimal site disturbance and immediate loading capability. Helical soil-nails are installed by application of torque without a drill hole and derive its capacity from one or more helical plates attached to the nail. The shear strength-displacement behavior at the interface is an important parameter in design of various geotechnical engineering projects, for example, soil-nails, retaining walls, shallow foundations, pile foundations, etc. In soil-nailing, behavioure of interface between the soil and nail estimated by pull-out test. The behaviour of interface is governed by numerous factors, such as stress conditions, soil properties, method of installation and soil-nail interface boundary conditions. The pull-out resistance is measured as the most important factor in the design of the nailing system, by pull-out test. This study, because of limited learning of helical soil nail, aimed to investigate the pull-out resistance by a 3D finite element modeling with abaqus software and compare its results with laboratory data. A review of the literature for the screw soil-nails as well as a comparison of its performance with conventional soil nails is discussed and numerical results of a series of pull-out tests on a screw soil-nail are presented. And review of  the overburden pressure and plate number and plate distance effect is followed. The results show that in helical soil-nail pull-out a high overburden pressure effect can be seen. A semi-linear relationship between peak pull-out force and overburden pressure is observed for different methods of calculating the helical soil-nail capacity that it is indicating that it satisfies the Mohr-Coulomb failure criteria. Rupture surfaces occur at distances farther than the nail surface, and three times the diameter can be considered the optimal distance of the plates. Using fewer plate distance does not increase resistance, also using more plate with fewer distance does not increase resistance. Comparison of modeling and laboratory results indicates that modeling of pull-out test can model the behavior of helical soil-nail and verify its performance in a field soil slope.

    Keywords: Finite element modelling, Soil-nailing, Helical soil-nail, Pull-out test
  • Alireza Moazezi Mehretehran *, Shervin Maleki Pages 193-205

    Thin-walled cylindrical steel silos are one of the major storage structures in most of industrial and agricultural sectors. There are different load cases that should be considered in design of silos, such as, filling and discharge loads, wind load, seismic load and thermal loads. Nevertheless, during the life cycle of a silo, filling and discharge of particulate solids exert the most frequent loads on the silo walls. Due to larger values of discharge pressures as compared with those of filling pressures, discharge loads are considered for structural design of silos. Considering small wall thickness of steel silos, they are susceptible to buckling failure. Under discharge pressures, high meridional (axial) compression and internal pressure form at the base of silos that can lead to elastic-plastic elephant’s foot buckling mode. Therefore, it is deemed as the main buckling failure mode under discharge loads of silos. The wall friction coefficient of silos mainly depends on the wall surface characteristic and type of the ensiled material. This coefficient is a key variable in determination of magnitude and distribution of discharge pressures. To assess the effect of this variable on buckling capacity of steel silos, three example silos with different aspect ratios were considered. Each silo was loaded by the concentric discharge pressures in accordance to Eurocode. Subsequently, 3D linear and non-linear buckling analyses (i.e., LBA and GMNA analyses, respectively) were performed for different amounts of wall friction coefficient that varied between 0.2 and 0.6. Considering the results obtained, LBA analyses predicted an elastic axial compression buckling mode in the upper edge of base strake, where there is a change in shell wall thickness. Also, an elastic-plastic elephant’s foot buckling mode at the base strake of each silo was predicted by the GMNA analyses. Moreover, the load-path curves of example silos extracted from the GMNA analyses showed a bifurcation buckling that was followed by a dramatic reduction in post-buckling resistance. This held true for all three silos and all different values of wall friction coefficient considered in this study. The discharge buckling resistances estimated by the LBA were up to three times larger than those predicted by the GMNA. Therefore, including non-linearity in discharge buckling assessment of silos is urgently required. The effect of wall friction coefficient on buckling capacities of steel silos was significant for the LBA analyses that governed by axial compression. However, the elephant’s foot buckling mode observed under discharge load is affected by the both axial and internal pressures. As a result, adopting more sophisticated analyzing procedure that includes geometrically and materially non-linearity in the calculations (i.e., GMNA analyses) showed quite marginal effects for this coefficient (with the maximum difference of 8% in buckling capacity). As an extra investigation, the Eurocode provisions on stress design of steel silos under meridional compression with coexistent of internal pressure have also been examined. Eurocode recommends a reduction in critical axial buckling stress due to accompanying internal pressure, in terms of the plastic pressurised imperfection reduction factor αpp. As compared with the finite element results, for all the cases considered in this paper, the critical axial membrane stress calculated with respect to the Eurocode provisions yielded satisfactory predictions.

    Keywords: Steel cylindrical silos, Buckling, Eurocode, Discharge pressure, Abaqus
  • Shayan Najmi, Abtin Rahbari, Ehsan Darvishan, Mohsen Adabi* Pages 207-218

    Concrete is the most widely used building material in construction industry worldwide and its constituents are easily accessible everywhere. However, cement industry, as the producer of the primary binder of concrete, is one of the effective sources of environment degradation. Cement production needs extraction of mineral resources and burning fuel and causes extensive greenhouse emission due to disintegration of raw materials. Cement production alone is responsible for 7% of global CO2 emission with estimated annual growth of 4%. Toward environmental sustainability, one way is partially or totally replacing cement by waste or byproducts of other industries such as fly ash, ground granulated blast-furnace slag (GGBS), waste water, metakaolin, and silica fume. Geopolymer is a cementitious material with comparable characteristics to those of ordinary cement produced by alumina- and silica-rich waste materials. Therefore, it does not require energy-intensive and pollutive calcination process. Geopolymerization is formed by reaction of silica-alumina under an alkaline solution which creates three dimensional Si-O-Al-O polymeric chains to attain compressive strength, compared to the ordinary cement which develops calcium silicate hydrates (C-S-H) as the main adhesive. Extensive research has conducted on geopolymer concrete. However, more investigations are needed to better understand characteristics of geopolymer concrete containing additives. Fibers are proved to have a positive effect on mechanical strength of concrete. As well, fillers such as microsilica can improve mechanical and durability of concrete. Moreover, most studies in this area are focused on fly ash-based geopolymers and the investigations on GGBS-based geopolymer are rare in the literature. In this study, mechanical and durability of GGBS-based geopolymer concrete containing CFRP fibers and microsilica is investigated. Different concrete samples with 0-3% CFRP fibers and 0-10% microsilica are prepared and experimentally tested. Sodium Hydroxide (NH) and Sodium Silicate (NS) solutions are used as alkali activators. 8 M NH as well as NS with 14.7 Na2O and 29.4 SiO2are used with the NS/NH ratio of 2.5. Since no standard exists for mix design of geopolymer concrete, proposed mix design by Venkatesan and Pazhani (2015) is used. Alkaline to binder ratio of 0.4 is selected with 430 kg/m3binder.The specimens were tested after 28 days of curing. Next, mechanical and durability tests including compressive strength, tensile strength, ultrasonic pulse velocity, water absorption, RCPT, and acid resistance are conducted on the samples. Also, microstructure of the geopolymer concrete is investigated. Results of experimental tests show that, compressive and tensile strength of geopolymer samples decrease by adding microsilica. However, 5% microsilica is the best value to enhance mechanical properties of geopolymer concrete. On the other hand, microsilica can enhance durability properties of geopolymer concrete so that adding 5% microsilica causes moderate improvement of water absorption and chloride penetration. The greatest impact of microsilica is on acid resistance by which adding 5% microsilica resulted in 67% improvement of compressive strength loss. However, unlike the microsilica, CFRP fibers have detrimental effect on mechanical properties and durability of the geopolymer concrete since adding fibers can yield disruption of concrete integrity .On the other point of view, microstructure study shows that all the specimens exhibit micro cracks that can inversely affect the performance of concrete. Also, SEM images show that there is not a strong bond between CFRP fibers and binder paste which yields lower performance of concrete specimens containing fiber.

    Keywords: Geopolymer concrete, Micro silica, CFRP Fiber, Concrete Mechanical Properties, Concrete Durability