فهرست مطالب

مهندسی عمران فردوسی - سال سی و سوم شماره 2 (تابستان 1399)

نشریه مهندسی عمران فردوسی
سال سی و سوم شماره 2 (تابستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/10/10
  • تعداد عناوین: 6
|
  • نازیلا کاردان*، حبیب حکیم زاده، یوسف حسن زاده صفحات 1-20
    پل ها یکی از مهم ترین سازه های هیدرولیکی ارتباطی به شمار می روند. برخورد جریان به پایه پل ها فرسایش اطراف پایه و آسیب دیدگی آن را به دنبال دارد. ازاین رو یکی از مباحث مهم در زمینه ایمنی پل ها، کنترل فرسایش بستر اطراف پایه ها است. تاکنون مدل های فیزیکی مختلفی در آزمایشگاه برای بررسی رفتار جریان و فرسایش بستر پیرامون آن ساخته شده اند که صرف نظر از هزینه و زمان بر بودن آزمایش ها، مشکلات ناشی از تغییرات مقیاس را نیز به همراه داشته اند. امروزه با استفاده از کدهای دینامیک سیالات محاسباتی کارآمدتر، رفتار هیدرودینامیکی سیالات به طور گسترده تری بررسی می شود. در این تحقیق برای این منظور از نرم افزار Flow3D استفاده شده است. این پژوهش به شبیه سازی جریان اطراف مدل پایه های پل مختلف پرداخته و الگوی جریان و فرسایش بستر را بررسی می نماید. با توجه به حساسیت مدل های عددی به تعداد سلول های شبکه در میدان محاسباتی، صحت سنجی تعداد مختلف شبکه، با مقایسه نیمرخ های سرعت انجام یافته است. سه مدل آشفتگی مختلف نیز مورد بررسی قرار گرفته و پس از بررسی نیمرخ های سطح آزاد آب، الگوی جریان اطراف پایه و عدد استروهال، شبیه سازی جریان با مدل آشفتگی LESانجام گردیده است. تعداد 15 مدل نیز برای ارزیابی دو پارامتر مهم عامل آب شستگی، جدایش جریان و جریان رو به پایین، انتخاب شده اند. ابزارهای انتخابی در این راستا، سکو، مقطع هندسی پایه و شکاف می باشند. نتایج نشان داد در اغلب موارد استفاده از یک ابزار کنترل آب شستگی بهتر از ترکیب ابزارهای مختلف عمل می کند با به کارگیری شکل عدسی به عنوان مقطع هندسی پایه، عمق آب شستگی تا 58 درصد کاهش و با مدل ترکیبی مقطع مستطیلی گردگوشه، سکو و شکاف بیشینه عمق فرسایش یافته تا 50 درصد کاهش نشان داد. نتایج به دست آمده بیانگر آن است که کنترل جدایش جریان و پدیده شکست گردابه به مراتب بیش از کنترل جریان رو به پایین در کاهش فرسایش بستر موثر است.
    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی، رهایی متناوب گردابه ها، نرم افزار Flow3D، مدل آشفتگی، آب شستگی، پایه پل
  • پوریا ایلدرآبادی، امیررضا مهردوست، جواد علامتیان* صفحات 21-37

    ارزیابی خطرهای وابسته به سلامت، ایمنی و محیط زیست در پروژه های عمرانی با فرآیند HSEانجام می پذیرد. این یک شیوه نظام مند است که هدف آن حفاظت از سرمایه، نیروی انسانی و محیط زیست در برابر خطرها و حوادث غیرقابل پیش بینی در پروژه های ساختمانی است. در این مقاله، اهداف مبحث HSE، در پروژه های ساختمانی شهر مشهد ارزیابی می شوند. برای انجام این کار، نخست عوامل به وجود آورنده خطرهای سلامت، ایمنی و محیط زیست در کارگاه های ساختمانی شناسایی می شوند. سپس، یک تابع عملکرد بر مبنای ریسک های سلامت، ایمنی و محیط زیست پیشنهاد می شود. وزن دهی عوامل شناسایی شده و ارزیابی عملکرد تابع پیشنهادی، به ترتیب با استفاده از ماتریس SWOTو شبیه سازی مونت کارلو انجام می گردد. برای انجام این کار، با تهیه و توزیع چک لیست های سلامت، ایمنی و محیط زیست بین کارشناسان HSE، مدیران پروژه و سرپرستان کارگاه ها، نظرهای آنها دریافت می شود. در ادامه با به کارگیری روش ماتریس SWOTو شبیه سازی مونت کارلو، به ترتیب، وزن دهی عوامل شناسایی شده و ارزیابی عملکرد تابع پیشنهادی، انجام می پذیرد. نتیجه چنین فرآیندی، طبقه بندی خطر های سلامت، ایمنی و محیط زیست در پروژه های ساختمانی مشهد، با استفاده از تابع پیشنهادی، است. بر این اساس، فرآیندهای وابسته به ایمنی جوشکاری و خطرهای ناشی از برنامه ریزی HSE، به ترتیب، بیشترین و کمترین خطر را در پروژه های ساختمانی مشهد ایجاد می کنند.

    کلیدواژگان: صنعت ساختمان، HSE، سلامت، ایمنی، محیط زیست، شبیه سازی، مونت کارلو، ماتریس SWOT
  • هادی فتاحی*، فاطمه جیریایی صفحات 39-54

    یکی از راه های تحلیل پایداری تونل، بررسی همگرایی و شعاع منطقه پلاستیک در اطراف آن است. از طرفی وجود عدم قطعیت در پارامترهای طراحی، ارزیابی ایمنی سازه ها را به استفاده از روش های احتمالاتی و قابلیت اعتماد سوق می دهد. در این تحقیق سعی شده با بهره گیری از روابط هوک و براون و موهر کولمب،یک متدولوژی برای تحلیل پایداری دو تونل (در شرایط متفاوت) با استفاده از روش های قدرتمند قابلیت اعتماد شامل روش مرتبه اول (FORM)، روش مرتبه دوم (SORM) و شبیه سازی مونت کارلو در نرم افزارهایجدید RTو @Risk ارایه شود. پس از مدل سازی احتمالاتی در این دو نرم افزار، نتایج تحلیل ها نشان می دهد که روش قابلیت اعتماد مرتبه دوم نسبت به روش مرتبه اول در توابع پیچیده تر حالت حدی، از دقت بیشتری برخوردار است. همچنین در مقادیر بالای احتمال شکست، روش های مرتبه اول و شبیه سازی مونت کارلو خروجی های واقعی تری را ارایه می دهند و در مقادیر پایین احتمال شکست، روش شبیه سازی مونت کارلو توصیه نمی شود. به علاوه تونل مدنظر در شرایط بدون نگهداری دارای احتمال شکست بالایی (24٪) است و تدارک یک سیستم نگهداری با فشار نگهداری 12/0 مگاپاسکال کارآمد است.

    کلیدواژگان: قابلیت اعتماد، نرم افزار RT، نرم افزار @Risk، تحلیل پایداری تونل
  • رضا رضوانی توچاهی*، میلاد عزیزی، پژمان نوپارس، علی نبی زاده صفحات 55-69

    خاک به عنوان لایه سطحی زمین و بستر سازه های عمرانی، از اهمیت ویژه ای در توسعه مناطق شهری برخوردار است. برخی از خاک ها، همچون ماسه ساحلی چالوس، به دلیل وجود رفتار نامناسب از قبیل ظرفیت باربری کم و تراکم پذیری زیاد، در زمره خاک های مساله دار قرار می گیرند. از جمله روش های مرسوم در بهسازی سطحی خاک، تثبیت با استفاده از مواد افزودنی مناسب است. در این پژوهش به بررسی اثر افزودن کربنات کلسیم (آهک) در ابعاد معمولی و نانو، بر ویژگی های مکانیکی ماسه مورد استفاده پرداخته می شود. بدین منظور پس از نمونه برداری این خاک از سواحل شهر چالوس، آهک و نانوآهک در درصدهای وزنی مختلف به آن افزوده شده و تحت آزمایش های تراکمی و مقاومتی قرار گرفتند. بر اساس نتایج این پژوهش، افزودن آهک در ابعاد معمولی و نانو، باعث بهبود ویژگی های تراکمی و مقاومتی شده، لیکن تاثیر نانوآهک به مراتب بیشتر است که این موضوع می تواند به علت تشدید و تسریع واکنش های شیمیایی رخ داده بین عناصر موجود در خاک و کربنات کلسیم در ابعاد نانو باشد. همچنین با افزایش درصد آهک و نانوآهک در مخلوط، هم زاویه اصطکاک و هم چسبندگی افزایش یافته، لیکن تاثیر مواد افزودنی بر چسبندگی مخلوط، چشمگیرتر است.

    کلیدواژگان: بهسازی خاک، آهک، نانوآهک، رفتار تراکمی، پارامترهای مقاومتی
  • مرضیه محمدی قناتغستانی*، مهدی قمشی صفحات 77-87

    هدف از انجام تحقیق حاضر بررسی رفتار جریان غلیظ در خم با بستر فرسایشی است. برای انجام آزمایش های جریان نمکی، فلومی با طول کلی 5/8 متر، عمق 70، عرض 20 سانتی متر و شیب کف 001/0 به همراه سه قوس متوالی به شعاع انحنای 40، 80 و 120 سانتی متر، ساخته شد. نتایج نشان داد در پروفیل های سرعت بدنه جریان نرخ افزایش سرعت به ازای افزایش غلظت، به تغییرات فرم بستر وابسته است. درنتیجه باعث کاهش سرعت بدنه جریان تا حدود 19 درصد خواهند شد. سرعت پیشانی افزایش یافته است و تا جایی این افزایش سرعت ادامه یافته است که تنش برشی ذرات بستر قادر به تشکیل فرم بستر باشد. بدین ترتیب، با کاهش تنش برشی بستر و حذف فرم های بستر، نرخ افزایش سرعت پیشانی، کاهشی در حدود 6 درصد داشته است.

    کلیدواژگان: بستر فرسایشی، جریان چگال، جریان ثانویه، خم، پروفیل غلظت، پروفیل سرعت
  • عباس کرم الدین*، محمدحسین برادران خلخالی صفحات 89-107

    مهاربندهای مرکزگرا از جمله سیستم های ساختمانی هستند که سبب کاهش جابه جایی نسبی ساختمان پس از زمین لرزه می گردند. در این پژوهش پس از بررسی و مطالعه تمامی سیستم های مرکزگرا، به صورت تخصصی رفتار کلیه مهاربندهای مرکزگرای پیشنهادی توسط محققین پیشین مورد مطالعه قرار گرفت. بررسی ها نشان داد که مهاربندهای پیشنهادی قبلی همگی نقطه ضعف هایی دارند. برخی از این نکات عبارت اند از: دشواری ساخت، هزینه بالا، جذب انرژی پایین و ظرفیت محدود نیروی محوری. در این پژوهش مهاربند مرکزگرای تلسکوپی دوطرفه (DT-SCED) (Double Telescoping Self-Centering Energy-Dissipative Brace) پیشنهاد گردید. این مهاربند نسبت به نمونه های پیشین دارای قابلیت های بهتری است. برخی از نکات مثبت این مهاربند عبارت است از: سادگی ساخت متناسب با امکانات ساخت در ایران، هزینه پایین ساخت، ظرفیت بالای نیروی محوری، جذب انرژی بالا و قابلیت توسعه. در این پژوهش پس از محاسبه جزییات طراحی مهاربند پیشنهادی، مدل دوبعدی آن در نرم افزار OPENSEES مدل سازی گردید. برای مدل سازی مهاربند از ده المان یک بعدی استفاده گردید. پس از راستی آزمایی مدل سازی، مهاربند تحت بارگذاری چرخه ای قرار گرفت و نمودار چرخه ای (هیسترسیس) آن محاسبه گردید. همچنین یک نمونه ساختمان شش طبقه با سیستم مهاربند مرکزگرای تلسکوپی دوطرفه طراحی و تحلیل گردید. عملکرد لرزه ای ساختمان نمونه با دو نمونه از مهاربندهای پیشنهادی قبلی مقایسه گردید. پارامترهای مورد مقایسه عبارت بودند از: زمان تناوب سازه، مقدار نیروی فعال شدن مهاربند، شکل پذیری سازه، ضریب اضافه مقاومت سازه، بیشینه شتاب، بیشینه جابه جایی نسبی طبقات، بیشینه جابه جایی نسبی باقی مانده طبقات و بیشینه برش پایه. نتایج تحلیل مهاربند پیشنهادی بیان کننده رفتار مرکزگرا و نمودار چرخه ای پرچمی شکل با ظرفیت نیروی محوری بالا برای مهاربند پیشنهادی بود. همچنین عملکرد لرزه ای مهاربند مرکزگرای تلسکوپی دوطرفه در سازه بسیار مطلوب ارزیابی شد.

    کلیدواژگان: مهاربند مرکزگرا، تحلیل سختی، تحلیل استاتیکی غیرخطی، شکل پذیری، قاب فولادی، طراحی لرزه ای
|
  • Nazila Kardan *, Habib Hakimzadeh, Yousef Hassanzadeh Pages 1-20
    Bridges are known as one of the most important communicational hydraulic structures. This is particularly so important in bridge piers exposed to river currents.The flow contact with bridge piers causes erosion around them and would result in damage. Therefore, controlling the erosion around the piers is one of the most important objects in the bridge safety. Many different experimental models have been prepared so far to investigate the flow pattern and local scour around this structure. Regardless of the cost and time of the experiments, problems resulting from changes in scale are also available. Nowadays, the Hydrodynamic behavior of the fluid is more extensively investigated by using the more efficient codes of computational fluid dynamic (CFD). The Flow3D software is used for this regard. This study focuses on the simulation of flow around the different bridge piers and studied the flow pattern and bed erosion around them. In this regard, the assumption of incompressible fluid is used and the sharp free surface is modeled by Volume of Fluid (VOF). Considering the sensitivity of numerical models to the number of cells in the computational domain, verifying the number of cells has been done by comparing the velocity profiles. Three different turbulence models also are investigated, and the free surface profiles, flow pattern around the pier and the Strouhal number are compared. Finally, the flow simulation is done by LES turbulence model. For investigation the two key factors causing local scouring, flow separation and downward flow in upstream of the pier, th1 10 models is selected. The countermeasures that considered in this regard include berm, cross-section and middle slot. The results show that the effect of flow separation control in reducing the bed erosion is much more than controlling the downward flow. Also the results revealed that in most cases using one countermeasure may be acts more better than situations different countermeasures was applied. In using lenticular cross-section, the scouring depth weas decreased up to 58% and with using the combined round-nosed rectangular cross-section, berm, and slot, the scouring depth showed decreasing up to 50%. Also, it was concluded that controlling the flow separation from the pier in boundary layer and the vortex shedding affect the bed erosion much more than the downward flow in pier upstream.
    Keywords: Numerical simulation, Vortex Shedding, FLOW3D software, Turbulence model, scour, bridge pier
  • Pouria Ildarabadi, AmirReza Mehrdoust, Javad Alamatian * Pages 21-37

    The HSE technique is used for evaluating the health, safety and enviromental risks. This is a systematic method which is utilized for protection of capital, manpower and environmental towards the risks of unpredictable events in construction projects. In this paper, HSE method is utilized for evaluating construction projects in Mashhad. For this purpose, health, safety and environmental risks are identified. Then a performance function is proposed based on assumed risks. Weight of identified factors and evaluation the efficiency of proposed function are performed by SWOT matrix and Monte Carlo simulaton technique, respectively. To do this, by prapering, distribution and purchasing health, safety and environment checklists between HSE experts, project managers and supervisors of workshops, their comments are recieved. By running SWOT matrix method and Monte Carlo simulation, health, safety and environmental risks of Mashhad construction projects are classified based on proposed function. Results show that the highest and the lowest risks in construction projects in Mashhad are caused by welding safety related processes and the risks of HSE planning, respectively.

    Keywords: HSE, Construction project, SWOT method, Monte Carlo simulation technique
  • Hadi Fattahi *, Fateme Jiryaee Pages 39-54

    One way to stability analysis of tunnel is to examine the convergence and radius of the plastic zone around it. On the other hand, uncertainties in the design parameters lead to the evaluation of the safety of structures using probabilistic and reliability methods. In this research was presented a methodology for stability analysis of two tunnels (under different conditions), by Hock-Brown and Mohr-Coulomb theory using robust reliability methods including: first order method (FORM), second order method (SORM) and Monte Carlo simulation in new RT and @Risk software. After probabilistic modeling in these two software, the results of the analysis show that the second order reliability method is more accurate than the first order method in more complex limit state functions. Also, at high values ​​of failure probability, first order and Monte Carlo simulation methods provide more realistic outputs and at low values ​​of failure probability, Monte Carlo simulation method is not recommended.In addition, the tunnel without pressure has a high probability of failure (24%), so that providing a support with 0.12 MPa pressure is efficient.

    Keywords: reliability, RT software, @Risk software, Tunnel stability analysis
  • Reza Rezvani *, Milad Azizi, Pejman Nopars, Ali Nabizadeh Pages 55-69

    Soil as a substrate of land and the foundation of civil structures is of particular importance in the development of urban areas. Some soils are classified as problematic soils due to their low mechanical resistance or high sensitivity to moisture changes, such as the Chalus coastal sand. Soil stabilization with suitable materials is one of the methods of soil improvement for problematic soils. The effect of calcium carbonate (i.e., lime) and nano-calcium carbonate (i.e., nano-lime) on the mechanical properties of the Chalus coastal sand is evaluated in this study. For this purpose, after sampling the soil from the coasts of Chalus city and conducting basic geotechnical experiments, the mixtures were prepared with different percentages of lime and nano-lime and compaction and strength tests were performed on the mixtures. The results showed that lime and nano-lime improved the mechanical properties of the soil material. However, the effect of nano-lime on the mechanical properties of Chalus sand is more significant compared to lime-sand mixtures. In addition, the increase in the lime and nano-lime content in soil mixtures resulted in an increase in the internal friction angle and cohesion.

    Keywords: Soil improvement, Lime, Nano-Lime, Compaction Properties, Strength Parameters, Bearing Capacity
  • Marzieh Mohammadi Ghanatghestani *, Mehdi Ghomeshi Pages 77-87

    The purpose of this study was to investigate the behavior of high flow in bending with Erodible Bed, This paper presents a series of experiments in which saline gravity currents flowed through a sinuous channel model. This flume contains three successive bends with three different relative curvature radiuses:40, 80 and cm,8.5 m length, 20cm width and 70cm height. The results show, in condition of a constant discharge, increasing the concentration of the inlet current, the flow velocity of the body flow increases on a mobile bed. The rate of increase in velocity depends on changes in the form of the bed the flow rate of the body will be reduced to about 19%. The velocity of the forehead has increased in the conditions of the mobile bed by forming the form of the bed. So decrease shear stress and omit the bed form cause increasing the velocity of the forehead decrease about 6%.

    Keywords: Erodible Bed, Density Flow, Secondary Flow, Bend, Concentration profile, Velocity profile
  • Abbas Karamodin *, MohammadHossein Baradaran Khalkhali Pages 89-107

    Telescopic Self-Centering braces are one of the very successful examples of Self-Centering braces which perform well in seismic loading. In this study, a new example of Telescopic Self-Centering brace is introduced,which has superior features over other telescopic braces.These include: high axial load capacity, use of shorter cables in brace construction, simplicity of construction, use of separate cables for compressive and traction modes, less fatigue in cyclic loads and, allowing for more dynamic loading cycles. In this paper, a sample was designed with an axial force capacity of 300kN. Modeling of behavior (DT-SCED) was accurately expressed using numerical relationships. nonlinear incremental stiffness analysis method was also used to calculate the hysteresis brace behavior. The cyclic load test was applied to this brace and the result showed complete Self-Centering behavior.Then, a sample building with the double telescoping Self-Centering Energy-Dissipative Brace (DT-SCED) was subjected Single direction pushover analyses and the results are compared with the sample buildings with theSelf-Centering Energy-Dissipative Bracing (SCED) and the Telescoping Self-Centering Energy-Dissipative Bracing(T-SCED).The results of the analysis and comparing with other samples confirm the seismic superiority of performance of the DT-SCED brace over other samples.

    Keywords: Telescoping Self-Centering Energy-Dissipative Brace, Pushover Analysis, Cyclic Load Test, Nonlinear Incremental Stiffness Analysis