فهرست مطالب

مهندسی عمران مدرس - سال بیست و یکم شماره 3 (امرداد و شهریور 1400)

نشریه مهندسی عمران مدرس
سال بیست و یکم شماره 3 (امرداد و شهریور 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/03/13
  • تعداد عناوین: 15
|
  • محمدتقی احمدی، وحید بیات* صفحات 7-20

    آسیب در سدهای قوسی که از سازه های بسیار مهم و حیاتی هر جامعهای محسوب میشوند، به دلیل خسارتهای فاجعهآمیز ناشی از خرابی احتمالیشان باید همواره ازنظر عملکردی ارزیابی شوند و سطح ایمنی آنها برای ادامه حیات سد بررسی و مشخص شود. در این میان اگر آسیبی مشخص همچون ترکخوردگی در این سازه ها وجود داشته باشد، این ارزیابیها برای مشخص شدن سطح ایمنی فعلی و پیشبینی از مقاومت رزرو سازه در برابر بارگذاریهای مختلف ازجمله زلزله ضرورت مییابد که مورد مشابه آن در کشور موجود است. سد ماروپوینت به عنوان مطالعه موردی برای دستیابی به شناخت لازم در مورد تاثیر ترکخوردگی بر عملکرد سد و مشخص شدن سطح ایمنی آن انتخاب شد و هندسهای مشخص از ترک در بدنه سد ایجاد شد. مدلسازی سهبعدی سد همراه با پی برای چند دسته ترک مختلف با هندسه مشخص و مشخصات مکانیکی مختلف ساخته شد و برای مدلسازی ترک نیز از درز فشاری-برشی استفاده شد. بارگذاریهای اعمالشده نیز بارهای سرویس)وزن و فشار آب(و همچنین بار غیرعادی نفوذ آب در ترک هستند. در دسته اول تحلیلها مشخصات مصالح خطی فرض شدند و با مشاهده تنشهای کششی بزرگ، برای موارد منتخب از مصالح غیرخطی بتن با بهکارگیری مدل آسیب پلاستیک استفاده شد و مصالح پی خطی باقی ماند. ضرایب اطمینان برشی و فشاری برای سطوح درزهای انقباض و صفحه ترک محاسبه شدند و برای ضرایب اطمینان سطوح بدنه سد از معیار گسیختگی متناسب با بتن استفادهشده است. همچنین برای ساخت مدلهای سهبعدی سد، مراحل ساخت سد و درزهای انقباض بین طره ها مدل شده است. نتایج بهدستآمده نشانگر این هستند که برای ترک با عمق نفوذ نصف در ضخامت پوسته، برای هردو حالت نفوذ و عدم نفوذ آب در ترک، ضرایب اطمینان افت محسوسی نداشتند و نگرانی از بابت عملکرد و ایمنی متوجه سد نیست. اما با افزایش عمق نفوذ بهکل ضخامت سد، برای بارهای سرویس بدون نفوذ آب در ترک، با کاهش زاویهی اصطکاک سطح ترکخورده، ضرایب اطمینان افت محسوسی دارند و در صورت افزودن نفوذ آب داخل ترکها، این بارگذاری بهعنوان عاملی تشدیدکننده عملنموده و خرابیهای پای طرهی ترکخورده را افزایش میدهد. همچنین اثر خرابیهای مذکور روی پی، خبر از افتایمنی برشی در محل اتصال سد به طره ی ترکخورده میدهد.

    کلیدواژگان: سدهای بتنی قوسی، ترکخوردگی، ارزیابی ایمنی و عملکرد، مدلسازی مراحل ساخت، سد ماروپوینت
  • احد اوریا*، الیار حیدرلی صفحات 21-34

    در این تحقیق، اثر نحوه قرارگیری ژیوتکستایل در زیر پی در ظرفیت باربری آن بصورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. در این آزمایش ها، خاک زیر پی در یک جعبه فولادی به ابعاد 30×25×90 سانتی متر و پی نواری بصورت یک ورق فولادی به ابعاد  2×5/7×25 سانتی متر شبیه سازی شده است. تاثیر قرارگیری مسلح کننده ها در ظرفیت باربری پی با نه چینش مختلف بصورت تک لایه، دو لایه و سه لایه بصورت پیوسته و غیر پیوسته در بعد سوم، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این تحقیق نشان می دهد استفاده از مسلح کننده ها بصورت نوارهای منقطع که به صورت مناسبی در فضای سه بعدی توزیع شده باشند، باعث افزایش بازده تسلیح می گردد. در تسلیح چند لایه، استفاده از نوارهای گسسته مسلح کننده ها به گونه ای که نواری واقع در اعماق لایه های مجاور زیر یکدیگر قرار نگیرند، باعث افزایش چشمگیر بازده تسلیح خواهد شد.

    کلیدواژگان: خاک مسلح، ژئوتکستایل، ظرفیت باربری، آرایش مسلح کننده
  • مجتبی مرسلی، علی باباخانی* صفحات 35-44

    یکی از مهمترین چالش های پیشروی طراحی سرریزها، تامین پایداری آنهاست که عمدتا در طراحی فونداسیون این سازه ها از میزان عمق آبشستگی تعادلی تحت جریان دایمی استفاده می شود در حالیکه سرریزهای کنگره ای در معرض جریانهای سیلابی قرار می گیرند و با توجه به محدود بودن زمان استمرار دبی پیک سیلاب آبشستگی پایین دست آنها به تعادل نمی رسد لذا استفاده از عمق آبشستگی تعادلی می تواند عمق فونداسیون مورد نیاز را دست بالا تخمین زند. بر همین اساس مقادیر عمق آبشستگی لحظه ای می تواند اطلاعات مفیدی جهت تخمین دقیق آبشستگی در اختیار طراحان قرار دهد. در این تحقیق به بررسی تغییرات عمق آبشستگی لحظه ای و محل وقوع آن پایین دست سرریز کنگره ای مثلثی پرداخته شده است. آزمایشات برای سرریزهای کنگره ای با 6 زوایه مختلف کنگره 15 تا 90 درجه (خطی) در 7 حالت نسبت هدآب به ارتفاع سرریز 0.1 تا 0.7 انجام گرفته است که در تمامی حالات اقدام به برداشت داده های حداکثر عمق تعادلی آبشستگی و در 5 حالت نسبت هدآب به ارتفاع سرریز 0.1 تا 0.5 اقدام به برداشت تغییرات زمانی عمق آبشستگی لحظه ای و محل وقوع آن شده است. نتایج نشان می دهد به ازای مقادیر مختلف هد آب روی سرریز و زوایای کنگره مکانیزم و میزان آبشستگی متفاوت می باشد در حالیکه تغییرات زمانی عمق آبشستگی لحظه ای دارای روندی تقریبا مشابه می باشد. بطوریکه در کلیه آزمایشات نرخ آبشستگی در لحظات ابتدایی شدیدتر بوده و حدود 80 درصد توسعه عمق آبشستگی در 10 درصد ابتدایی آزمایش اتفاق می افتد. همچنین زمان تعادل عمق آبشستگی با افزایش5 برابری هد آب روی سرریز بطور متوسط زمان تعادل 6برابر و افزایش 6 برابری زاویه کنگره نیز منجر به کاهش حدود 45 درصدی زمان تعادل می شود. نتایج بررسی محل وقوع حداکثر عمق آبشستگی تعادلی نیز حاکی از آن است که در تمامی سرریزها با افزایش هد آب روی سرریز، محل وقوع حداکثر عمق آبشستگی، در راستای طولی کانال از مرکز سیکل ها فاصله بیشتری می گیرد و با افزایش5 برابری هد آب روی سرریز فاصله محل وقوع تا 8 برابر افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: آبشستگی، تغییرات زمانی، محل وقوع، سرریز، کنگره ای مثلثی، بدون کف بند
  • محمود رحمانی فیروزجائی، احسان بهنام طلب*، سید علی اکبر صالحی نیشابوری، سید حسین مهاجری صفحات 45-60

    آبگیر جانبی با لوله نوعی سازه هیدرولیکی است که در آبگیری از رودخانه ها و کانال های انتقال آب در مناطقی که توپوگرافی امکان احداث کانال جهت آبگیری را فراهم نمی سازد، به کار برده می شود. در مطالعه حاضر به بررسی عددی برخی از پارامترهای موثر بر راندمان آبگیری جانبی با لوله در یک کانال مستقیم روباز با استفاده از نرم افزار FLOW3D پرداخته شده است. این پارامترها در سه گروه، شامل جهت قرارگیری لوله آبگیر نسبت به راستای جریان اصلی، خصوصیات دهانه لوله آبگیر و نیز موقعیت قرارگیری دهانه لوله آبگیر در نظر گرفته شده است. بررسی ها نشان داد که جریان انحرافی با تغییر خصوصیات دهانه لوله آبگیر، بسته به زاویه آبگیری رفتار متفاوتی را از خود نشان خواهد داد. مشاهدات نشان داد در حالتی که فرورفتگی لوله آبگیر تا حداکثر 40 درصد عرض کانال اصلی باشد و آبگیری از تراز نسبی ارتفاعی 28/0 تا 57/0 عمق آب نسبت به کف کانال انجام شود، آبگیری راندمان قابل قبولی خواهد داشت. زمانی که لوله آبگیر در نزدیکی سطح جریان قرار می گیرد ضریب پادرسوبی (λ) بهترین مقدار را خواهد داشت، هر چند که در این شرایط لوله آبگیر بیشتر در معرض نوسانات سطح جریان قرار دارد و ممکن است باعث بروز مشکلات اجرایی در آبگیری شود.

    کلیدواژگان: لوله آبگیر، تراز قرارگیری لوله آبگیر، زاویه آبگیری، ضریب پادرسوبی، شبیه سازی عددی
  • احسان تیموری*، سعید عباسی صفحات 61-73

    در این مطالعه به بررسی اثرات طوقه های بتنی و نیز زلزله میدان دور و نزدیک بر رفتار فرکانسی و لرزه ای برج آبگیر پرداخته شده است. برای مدلسازی و آنالیز با درنظرگرفتن اندرکنش آب و سازه، از نرم افزار ANSYS که مبتنی بر روش اجزای محدود می باشد استفاده شده است. برای آنالیز بهتر این مدل ها دو زلزله میدان دور و نزدیک انتخاب شده و به یک شتاب یکسان مقیاس شده اند. در ادامه 66 آنالیز برای سه حالت برج اعم از فقط سازه ی برج آبگیر بدون مخزن، برج آبگیر با مخزن پیرامونی و داخل برج خالی و برج آبگیر با مخزن پیرامونی و داخل برج پر انجام گرفته است. نتایج حاصل از تغییرمکان، تنش و عکس العمل تکیه گاهی برج آبگیر تحت آنالیزهای مربوطه با یکدیگر مقایسه شده است. با توجه به نتایج بدست آمده مشخص گردید که اثرات زلزله میدان نزدیک در ماکزیمم تغییرمکان ، تنش و عکس العمل تکیه گاهی به مراتب بیش تر از زلزله میدان دور می باشد با این وجود مقادیر پاسخ ها به محتوای فرکانسی زلزله علاوه بر میدان نزدیک بودن آن بستگی دارد. همچین نتایج نشان داد که افزودن طوقه های بتنی در تراز های بالا و نزدیک به هم اثرات خیلی خوب و مثبتی داشته و باعث کاهش مقادیر ماکزیمم تنش ها، عکس العمل تکیه گاهی، تغییرمکان ها و نیز تغییرمکان نسبی می گردد.

    کلیدواژگان: برج آبگیر، طوقه ی بتنی، مدلسازی المان محدود، اندرکنش آب و سازه، زلزله میدان دور و نزدیک
  • پیام اشتری، محمد رهنمون* صفحات 75-90

    در میان سیستم های باربر جانبی فولادی، پانل های برشی فولادی از دیرباز به عنوان سیستم هایی با قابلیت استهلاک انرژی بالا در قاب های دارای مهاربند واگرا و دیوارهای برشی فولادی مورد استفاده قرار می گیرند. هدف از طراحی قاب های با مهاربندی واگرا تسلیم تیر پیوند و حفظ اعضای مجاور در محدوده ارتجاعی می باشد. ایده استفاده از قاب های مقاوم برشی فولادی همراه با تیرهای غیرمنشوری به عنوان جایگزین قاب های خمشی فولادی و قاب های داری مهاربند واگرا با هدف کاهش دوران تیر پیوند، حذف محدودیت های معماری، حذف محدودیت های نسبت طول دهانه به ارتفاع تیرها در قاب های خمشی با دهانه های کوتاه و قابلیت استهلاک انرژی بالا ارایه می گردد. این سیستم از دو ستون پیرامونی قوی که توسط دو تیر غیر منشوری (ماهیچ ه ای) به تیر پیوند با مقطع ضعیف تر در قسمت میانی وصل می شوند، تشکیل شده است. در این مقاله عملکرد قاب های برشی 1 طبقه با نسبت های طولی مختلف تیر پیوند (0.5 تا) که رفتار همگی کنترل شونده توسط برش می باشند، تحت تحلیل پوش آور و چرخه ای به صورت اجزای محدود مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین در انتها قاب های 3، 5 و 7 طبقه نیز تحت تحلیل پوش آور قرار گرفته و مقادیر ضریب رفتار و ضریب اضافه مقاومت کلیه قاب ها محاسبه گردید. نتایج، رفتار مطلوب قاب های برشی از لحاظ زوال مقاومت در چرخه های هیسترزیس و همچنین ضریب رفتار بالا برابر 9.18 را نشان داد.

    کلیدواژگان: پانل برشی، قاب برشی، استهلاک انرژی، ضریب رفتار، تحلیل اجزا محدود
  • محمد صدیقیان فرد، نادر صولتی فر* صفحات 91-105

    دمای عمق لایه های آسفالتی یکی از پارامترهای مهم و اساسی در فرآیند تحلیل، طراحی و مطالعات بهسازی (روکش) روسازی های آسفالتی است. مدل های پیش بینی به عنوان جایگزین اندازه گیری میدانی و آزمایشگاهی این دما، از روش های کم هزینه و سریع تعیین دمای عمق لایه های آسفالتی هستند. این در حالی است که این مدل ها بر اساس داده های میدانی و آزمایشگاهی محدود ساخته شده اند و نیاز به توسعه مدل هایی برای تعیین دمای عمق لایه های آسفالتی در شرایط مختلف ترافیکی و آب و هوایی وجود دارد. هدف اصلی این پژوهش توسعه مدلی برای پیش بینی دمای عمق لایه های آسفالتی بر اساس داده های آب و هوایی است. در سال های اخیر، شبکه های عصبی مصنوعی به عنوان ابزاری مفید برای مدل سازی پدیده های تجربی، عملکرد مناسبی از خود نشان داده اند. روش مدل سازی استفاده شده در این پژوهش، مدل شبکه عصبی مصنوعی پس انتشار می باشد که میانگین ساعتی دمای عمق لایه های آسفالتی را بر اساس سایر متغیرها شامل زمان روز، عمق مورد نظر از سطح روسازی، میانگین ساعتی دمای هوا، میانگین سرعت و جهت باد، حداقل رطوبت هوا و کل تابش آفتاب پیش بینی می کند. داده ها از پایگاه داده برنامه عملکرد بلندمدت روسازی (LTPP) استخراج شده است. برای مدل سازی از داده های چندین ساله مربوط به ایالت اوهایو آمریکا استفاده شده است. بعد از آموزش شبکه، عملکرد مدل توسعه یافته مورد ارزیابی قرار گرفته و با نتایج مدل رگرسیونی غیرخطی درجه دوم مقایسه شده است. این مقایسه نشان می دهد مدل شبکه عصبی دارای دقت بالاتری نسبت به مدل رگرسیونی می باشد. نتایج پژوهش قابلیت پیش بینی دمای عمق لایه های آسفالتی را بر اساس داده های آب و هوایی موجود توسط مدل توسعه یافته با دقت پیش بینی بسیار خوب (ضریب تعیین برابر 96/0)، بایاس و خطای پیش بینی کم نشان می دهد.

    کلیدواژگان: دمای عمق لایه های آسفالتی، مدل پیش بینی دما، شبکه های عصبی مصنوعی (ANN)، برنامه عملکرد بلندمدت روسازی (LTPP)
  • محمدصادق دهقان، مهدی آرزومندی، فرزین بهلولی، مجتبی کریمایی طبرستانی*، مسعود سعادت خوش صفحات 107-118

    در چند دهه اخیر برای رفع و کاهش نواقص بتن و رسیدن به بتن با دوام، از پوزولان هایی مانند خاکستر بادی و دوده سیلیسی استفاده شده است. از طرفی یکی از بحرانی ترین مسایل دنیا دفع مواد ضایعاتی است. رشد جهانی صنعت اتومبیل بعنوان وسیله اصلی حمل و نقل باعث رشد چشمگیر تولید لاستیک (تایر) شده است و به تبع آن شاهد انباشته های بزرگی از لاستیک های مستعمل هستیم که دفع آنها بعنوان یک نوع زباله جامد می تواند منجر به مشکلات زیست محیطی زیادی شود. بنابراین استفاده بهینه از این ضایعات به یک ضرورت در جهت کاهش آلودگی زیست محیطی تبدیل شده است در این تحقیق برای رفع و کاهش معایب و استفاده بهینه از مزایای این عناصر در بتن، تاثیر توام دوده سیلیسی و پودر لاستیک ریزدانه و درشت دانه ضایعاتی بر خواص مکانیکی بتن مورد بررسی قرار گرفته است .با بررسی تحقیقات گذشته و مطالعات صورت گرفته در این پژوهش  10 نسبت مخلوط مختلف با جایگزینی 10 و 15 درصد ریزدانه و درشت دانه لاستیک جایگزین سنگدانه و 6 درصد دوده سیلیس جایگزین سیمان در بتن مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که کمبود مقاومت حاصل از جایگزینی لاستیک بازیافتی تا حدودی با دوده سیلیس قابل جبران است به طوری که در بین نمونه های ساخته شده 28 روزه در فاز درشت دانه استفاده از 10 درصد لاستیک بازیافتی همراه با 6 درصد دوده سیلیس و در فاز ریزدانه، نمونه حاوی 10 درصد لاستیک بازیافتی و 6 درصد دوده سیلیسی کمترین کاهش مقاومت فشاری و تغییر ناچیز مقاومت کششی نسبت به بتن معمولی را به همراه داشته است. در نهایت مقایسه نتایج آزمایش های انجام شده با روابط آیین نامه های معتبر دنیا نشان داد که دقت روابط آیین نامه های موجود برای بتن با لاستیک بازیافتی تابعی از درصد لاستیک مصرفی در بتن می باشد.

    کلیدواژگان: بتن، پودر درشت دانه لاستیک بازیافتی، دوده سیلیسی، مقاومت فشاری، مقاومت کششی، محیط زیست، لاستیک بازیافتی
  • محمد مهدی دیبائی، امیر کاووسی* صفحات 119-129

    قیر، به عنوان فاز چسبنده، نقش مهمی در رفتار مخلوط آسفالتی ایفا می کند. بر این اساس تعیین مشخصات خستگی آن همواره موضوع تحقیقات گسترده بوده است. در این میان، رویکرد خرابی محیط پیوسته ویسکوالاستیک (VECD) مورد توجه بسیاری از تحقیقات برای تعیین مشخصات خستگی مصالح بوده است. در این رویکرد، سختی ماده به عنوان تابعی از خرابی - که مستقل از نحوه بارگذاری می باشد - تعیین می شود، که بر اساس آن بتوان عمر خستگی را برای انواع بارگذاری تعیین کرد. با این حال استفاده از این روش دارای پیچیدگی هایی است، زیرا از طرفی می بایست خرابی در طول آزمایش تعیین شود، و از طرف دیگر محاسبه خرابی نیازمند تعیین پارامترهایی است که تنها با داشتن روند تابع خرابی به دست می آیند. این موضوع سبب ایجاد یک فرآیند سعی و خطا در این روش می شود. در این مطالعه روشی ابتکاری ارایه شده است که تا حد زیادی می تواند در میزان محاسبات و تعداد آزمایش های لازم صرفه جویی حاصل نماید. طبق این روش، آزمایش پیمایش زمان در دو سطح کرنش مختلف انجام شده، و سپس به کمک روابطی که در این تحقیق برای پیش بینی رفتار خستگی توسعه داده شده است، بدون نیاز به محاسبه متغیر خرابی، تابع خرابی به کمک یک رگرسیون غیرخطی قابل تعیین خواهد بود. در ادامه، روش مذکور با نتایج آزمایش های خستگی بر روی نمونه های قیر اصلاح شده با پلیمر اس بی اس اعتبارسنجی شده است. نتایج حاکی از آن است که استفاده از روش رگرسیون به خوبی می تواند جایگزین روش سعی و خطا شده و با صرف زمان کمتر، تابع خرابی را بدست دهد.

    کلیدواژگان: قیر، خستگی، خرابی محیط پیوسته ویسکوالاستیک
  • علی خیرالدین، زهرا پاکدل، فهیمه مالکی* صفحات 131-146

    در ساخت سازه های بلند یکی از مهمترین نکات مورد توجه طراحان ایجاد ورودی بزرگ در طبقات پایین ساختمان می باشد. نیاز به وجود چنین دهانه های بزرگی عمدتا بدلیل مسایل معماری همچون ترافیک زیاد عبور و مرور در ورودی ساختمان، مسایل زیبایی شناسی و ورودی پارکینگ ها است. ایجاد این دهانه های بزرگ چنانچه با حذف یک ستون همراه باشد موضوع را با مسایل دیگری از مباحث سازه ای همچون اثر توالی ساخت، انهدام پیش رونده، بارهای حین اجرا و وجود یا عدم وجود تکیه گاه های کمکی (شمع های موقت) پیوند زده و مسئله را پیچیده تر می نماید. در این مطالعه 36 سازه منظم 10، 20 و 30 طبقه با ارتفاع 40 تا 120 متر، با سیستم قاب خمشی در برنامه ETABS در نظر گرفته شد. برای بارگذاری ثقلی ساز ه ها از مبحث ششم مقررات ملی ساختمان و برای محاسبه و بارگذاری بارهای جانبی زلزله از استاندارد 2800 ایران استفاده گردیده است. پس از تحلیل دینامیکی طیفی و آنالیز بار افزون سازه های مذکور رفتار آنها از دیدگاه سازه ای و اثر استفاده از مهاربند در یک تا چهار طبقه بالایی ستون حذف شده مورد بررسی قرار گرفت. در سازه های مورد بررسی تغییرات روند تشکیل مفصل پلاستیک، سطح عملکرد سازه، نسبت نیاز به ظرفیت المان های سازه، زمان تناوب مود اول و جابه جایی جانبی نسبی در حالت حذف ستون کناری مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین تاثیر حذف ستون کناری به منظور ایجاد ورودی بزرگ برای ساختمان، بر احتمال خرابی پیش رونده سازه 10 طبقه فولادی مورد مطالعه قرار گرفت.  نتایج نشان داد که استفاده از مهاربند برای تقویت تیر دهانه بزرگ راه حل مناسب و اقتصادی است به ویژه مهاربندهای 7 عملکرد بهتری را در مقایسه با مهاربند شورون نشان می دهند، در صورتی که تعداد طبقات مهاربندی شده بالای دهانه مورد نظر تا قبل از نقطه عطف ساختمان باشند. زیرا در حالتی که مهاربندها وارد ناحیه مجاور نقطه عطف ساختمان گردند به علت شکل پذیری پایین در فشار،  با خرابی در فشار سبب کاهش سطح عملکرد ساختمان می شوند. اولین مفصل پلاستیک در هر سطح عملکردی از محل نقطه عطف آغاز می شود و در نتیجه استفاده از المان های با شکل پذیری پایین در این نواحی سبب کاهش شکل پذیری سازه می گردد. سازه های با مهاربند 7 در اکثر موارد دارای ابعاد المان کوچک تری نسبت به سازه های با مهاربند شورون بوده و اقتصادی تر می باشد. سازه هایی که صرفا با افزایش ابعاد مقاطع تیر و ستون و بدون اضافه نمودن مهاربند تقویت شده اند، نسبت به سازه های دارای مهاربند مقاومت بیشتری دارند. هر چند که در این حالت ابعاد تعداد زیادی از مقاطع نسبت به سازه های مهاربندی شده در برخی موارد تا چند برابر افزایش می یابد و لذا این افزایش مقاومت با افزایش زیاد هزینه توام خواهد بود. نتایج حاصل از آنالیز بار افزون و طراحی بر اساس عملکرد نشان داد در صورتی که سازه از ابتدا با فرض عدم وجود ستون طبق روش های متداول آیین نامه طراحی گردند، با در نظر گرفتن نکاتی، سازه دچار کاهش سطح عملکرد نمی گردد و بطور کلی بهتر است از مهاربند های با شکل پذیری بالاتر استفاده شود.

    کلیدواژگان: سازه های بلند، بارجانبی، مهاربند فولادی، حذف ستون، سطح عملکرد، انهدام پیش رونده
  • زهرا مهرموسوی، رسول قبادیان*، میترا جوان صفحات 147-158

    در تحلیل جریان شکست سد عموما فرض شده است که دیواره شکست عمود بر تکیه گاه می باشد، از طرفی بخاطر شرایط پایداری به ویژه در سدهای بتنی قوسی دیواره های سد معمولا بر تکیه گاه عمود نیستند. این انحراف از حالت نرمال به دلیل تغییر حجم مخزن و الگوی جریان در داخل سد می تواند بر هیدرولیک جریان ناشی از شکست سد تاثیر گذار باشد که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور معادلات حاکم بر آب های کم عمق در مختصات منحنی الخط به روش عددی تفاضل محدود صریح منفصل شدند. به منظور پایداری بیشتر به صورت همزمان از الگوریتم های پرش قورباغه و لکس بر روی شبکه جابه جا شده استفاده گردید. با استفاده از داده های اندازه گیری و تحلیلی سایر محققین، توانایی مدل در شبیه سازی شکست ایده آل در حالت های مختلف بررسی شد و نشان داده شد که مدل در تمام موارد با ارایه نتایج قابل قبول، مشخصات جریان را شبیه سازی می نماید. پس از اعتبار سنجی مدل تاثیر زاویه دیواره سد با تکیه گاه مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج مدل نشان داد با افزایش انحراف دیواره شکست از حالت نرمال مقدار دبی اوج و اشل حداکثر، کاهش یافته است به گونه ای که به ازای انحراف 5/2، 5، 5/7 و 10 درصد مقدار دبی اوج به ترتیب 5/3، 1/6، 2/9 و 11 درصد و نیز اشل حداکثر به ترتیب 2، 6، 9 و 12 درصد کاهش یافته است.

    کلیدواژگان: شکست سد، روش عددی پرش قورباغه و لکس، مختصات منحنی الخط، زاویه دیواره سد با تکیه گاه
  • امید محمدحسنی، بابک میربهاء*، امیرعباس رصافی، مازیار لایق صفحات 159-173

    احداث خطوط پر سرنشین یکی از راه کارهای مدیریت ترافیک شهری است که تمایل به احداث این خطوط در چند سال اخیر موردتوجه بسیاری از کشورهای درحال توسعه قرارگرفته است. در این پژوهش هدف اصلی، تعیین عوامل تاثیرگذار در انتخاب شیوه سفر افراد در حضور این تسهیلات است. در همین راستا داده ها به علت عدم وجود این تسهیلات در ایران، با استفاده از روش رجحان بیان شده و براساس مفهوم ارزش زمان صرفه جویی شده ی افراد در اثر استفاده از این خطوط محاسبه شد.  برای برداشت نمونه ها  1000 مشاهده انجام شد و از مدل لوجیت دوتایی جهت تجزیه و تحلیل اطلاعات استفاده شد. متغیرهایی که برای اولین بار در این مطالعه از آن ها استفاده شد، متغیرهایی مربوط به ورودی و خروجی به بزرگراه و همچنین برای عوارض، با محاسبه ارزش زمان سفر مبداء- مقصدهای گوناگون در طول مسیر مورد مطالعه، عوارض در نظر گرفته شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش قیمت (ناشی از افزایش زمان صرفه جویی افراد) تمایل افراد به استفاده از خط پر سرنشین نیز کاهش می یابد. در همین راستا در قیمت رایگان، نزدیک به 26 درصد رانندگان حاضر به استفاده از خطوط پر سرنشین هستند در صورتی که در قیمت های زیاد، درصد انتخاب خطوط پرسرنشین با عوارض تقریبا به سمت صفر میل می کند. در قیمت 180000 ریال درصد انتخاب به زیر 5 % می رسد همچنین براساس مکان ورود/ خروج به/از بزرگراه چمران تمایل افراد به استفاده از خط پرسرنشین تغییر می کند. علاوه برآن، زمانیکه محل سکونت افراد در کمترین فاصله از محدوده مورد مطالعه قرارداشته باشد 31% تمایل برای استفاده از خطوط پرسرنشین وجود دارد و با افزایش فاصله تا 25 کیلومتر تمایل افراد تقریبا به صفر درصد می رسد. همچنین قابل ذکر است که خانم ها تمایل بیشتری به استفاده از خطوط پرسرنشین دارند.

    کلیدواژگان: خطوط پر سرنشین با عوارض، رجحان بیان شده، مدل لوجیت دوتایی، انتخاب شیوه
  • سید سجاد میرولد*، علی اکبر شیرزادی جاوید، نازنین علاقه بندیان صفحات 175-187

    سالهاست که دریای خلیج فارس بدلایلی همچون رطوبت، دما، کلراید زیاد و جغرافیای بسته آن محیط بسیار مخرب برای دوام سازه های بتنی بوده و یافتن طرح های با دوام مهم است. در این پژوهش به منظور بررسی اثر استفاده از افزودنی های زیولیت و دوده ی سیلیسی بصورت مخلوط های سه و چهارجزیی، بر دوام بتن های خودتراکم حاوی پودر سنگ آهک در شرایط مختلف رویارویی آب دریای خلیج فارس (مغروق، جزر و مد و پاشش)، نمونه های بتن و ملات خودتراکم با نسبت آب به مواد سیمانی ثابت 45/0 و مواد سیمانی380 کیلوگرم بر مترمکعب حاوی 8% دوده ی سیلیسی یا 15% زیولیت ساخته شد. پس از 7 روز عمل آوری در محلول کلسیم هیدروکساید، تمامی طرح مخلوط ها در معرض هر سه شرایط رویارویی (مغروق، جزر و مد و پاشش) در دستگاه تعبیه شده قرار گرفتند. پس از انجام آزمایش های کارآیی بتن و ملات تازه، از نمونه های بتن آزمایش های مقاومت فشاری و الکتریکی، مقدار یون کلراید آزاد و همچنین آزمایش های تخلخل کل، جذب آب مویینه، انبساط طولی و مقاومت فشاری بر روی نمونه های ملات انجام شد. طبق نتایج حاصله، نمونه های چهارجزیی زیولیت-دوده ی سیلیسی بیشترین مقاومت را در برابر آب دریای خلیج فارس در تمام شرایط رویارویی داشتند. همچنین، نمونه های بتن و ملات خودتراکم عملکرد بهتری نسبت به نمونه های معمولی از خود نشان دادند.

    کلیدواژگان: دوام، بتن خودتراکم، ملات خودتراکم، مواد جایگزین سیمان، آب دریا، شرایط رویارویی
  • آرمین معمارزاده، مهدی نعمت زاده*، محسن احمدی صفحات 189-203

    امروزه استفاده از ستون های مرکب بتن و فولاد به سرعت در حال گسترش می باشد. ازاین رو اهمیت مطالعه بر روی عملکرد فشاری این نوع ستون ها، عوامل موثر بر آن ها و ارایه راهکار هایی به منظور ارتقا عمکرد این ستون ها، بسیار مهم تلقی می شود. ازاین رو، در این مطالعه به بررسی ظرفیت باربری محوری ستون های فولادی محاط شده در بتن الیافی(SRFC)  پرداخته شده است. درمجموع 36 نمونه ستون کوتاه فولادی محاط شده در بتن الیافی ساخته شده و تاثیر متغیرهایی شامل نوع شکل پروفیل فولادی (اعم از H و C شکل)،  کسر حجمی الیاف فولادی (0%، 75/0% و 25/1%) و فاصله خاموت ها (40، 65 و 130 میلی متر) بر روی عملکرد فشاری این ستون ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که ظرفیت محوری ستون های فولادی محاط شده در بتن از شکل فولاد داخل آن تاثیر می پذیرد. بدین صورت که ظرفیت محوری ستون ها با مقطع H شکل بیشتر از ستون ها با مقطع C شکل بود که علت آن محصورشدگی بیشتر در این نوع مقاطع می باشد. همچنین، افزایش درصد الیاف فولادی در بتن این نوع ستون ها می تواند علاوه بر افزایش شکل پذیری، ظرفیت محوری ستون را تا 6 درصد افزایش دهد. علاوه بر این، فاصله خاموت ها تاثیر بسیار چشمگیری بر روی ظرفیت محوری این نوع ستون ها دارد به طوری که با افزایش فاصله خاموت ها ظرفیت محوری ستون ها به شدت کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: ستون های مرکب فولادی - بتنی، محصورشدگی، ظرفیت باربری محوری، بتن الیافی، شکل پذیری
  • سجاد شاهسونی، امیرحسین وکیلی*، مهدی مخبری صفحات 205-221

    خاکهای متورم شونده جزء خاکهای مسئله داری هستند که در سراسر جهان پراکنده شده اند. تغییرات رطوبت در این نوع خاکها موجب تغییر حجم شدید و باعث آسیب و خرابی سازه های واقع بر روی آن می شود. خاکهای رسی متورم شونده در چرخه های تر و خشک شدن متوالی، رفتار تورمی-انقباضی از خود بروز می دهند. در این پژوهش رفتار تورمی-انقباضی یک نوع بنتونیت طبیعی با درصد تورم بسیار زیاد و نمونه تثبیت و تسلیح شده با افزودنیهای نانوسیلیس، الیاف پلی پروپیلن و سرباره کوره آهن با نام EAF بررسی و سعی گردید کارایی و دوام این مواد در مواجهه با چرخه های تر و خشک شدگی متوالی مورد ارزیابی جامع قرار گیرد. به منظور مطالعه این نوع رفتار، ابتدا تورم اولیه ی خاک بنتونیت و تاثیر افزودنیها بر تورم آن در دستگاه اودیومتراستاندارد بررسی گردید. مطابق نتایج، فرایند همزمان تثبیت و تسلیح دنبال شده در این تحقیق، سبب کاهش 85 درصدی تورم نسبت به نمونه اولیه با درصد تورم 26/75% گردید. پس از آن، تاثیر چرخه های تر و خشک شدگی بر روی رفتار تورمی-انقباضی خاک مبنا و نمونه بهینه تثبیت و تسلیح شده در دستگاه اودیومتر اصلاح شده مورد بررسی قرار گرفت. ثبت تغییر شکل محوری خاک و همچنین تغییرات درصد رطوبت، نسبت تخلخل و درصد اشباع آن حین چرخه های تورم و انقباض نشان داد که چرخه های تر و خشک شدگی موجب کاهش پتانسیل تورم در نمونه های تثبیت و تسلیح شده و نمونه مبناء گردید. همچنین بررسی تغییرات نسبت تخلخل در مقابل درصد رطوبت خاک اولیه حین چرخه های تر و خشک شدگی نشان داد که منحنی تغییرات، یک منحنی s شکل بوده وبیشترین نسبت تخلخل و تغییر شکل بین درصد رطوبت معادل درجه اشباع 50تا 90درصد رخ می دهد. در حالی که برای نمونه تثبیت و تسلیح شده منحنی تغییرات به صورت s خوابیده بود که عمده تغییرات در درصد رطوبت معادل درجه اشباع 70تا 90درصد اتفاق افتاد که نشان می دهد در نمونه های تثبیت و تسلیح شده از تاثیر منفی رطوبت بر تغییر حجم کاسته شده و میزان تورم و انقباض در تعداد سیکل های کمتری به حالت تعادل می رسد. نتایج حاصله در کنار آنالیزهای به دست آمده از آزمایش های SEM و XRD ثابت کردند که افزودنی های استفاده شده در این پژوهش نه تنها پتانسیل تورم را به صورت چشمگیر کاهش دادند، بلکه ضمن کاهش رفتار تورمی-انقباضی دارای دوام مناسب در چرخه های تر و خشک شدگی متوالی نیز بودند.

    کلیدواژگان: خاک متورم شونده، چرخه های تر و خشک شدگی، اودئومتر اصلاح شده، تثبیت و تسلیح
|
  • V. Bayat*, M.T. Ahmadi Pages 7-20

    Structural damages in arch dams, are often of major concern and should inevitably be evaluated for probable rehabilitation to ensure safe regular normal operation and safe behavior in future under unusual loading. These are crucial to prevent any catastrophic or failure consequences for the life time of the dam. If there is a specific major infection such as a large crack in the dam body, the assessments will be necessary to determine the current level of safety and predict the resistance of the structure to various future loading, such as earthquakes, etc. In this research, Morrowpoint dam is selected as a case study to assess the dam performance and its safety level, at the presence of an actual crack with almost known geometry created in the dam body during the sequence of its reservoir first impounding. Three-dimensional modeling of the dam and its foundation is constructed for several different crack types with specific geometry and different mechanical properties. For modeling of both the existing cracks, and the vertical contraction joints of the arch dam, no-tension, zerothickness joint elements with variable compression-shear behavior are used. The applied loads include normal or service loads (weight and hydrostatic water pressure) as well as abnormal load of water penetration into the crack surface. In the first set of analyses, concrete material is assumed as linear. By observing the high tensile stresses, non-linear concrete materials with plastic damage model is introduced for selected cases although the foundation materials remain as linear. Safety factors of shear and compressive tractions are calculated at the surfaces of the contraction joints and the cracks. For the safety factor of the dam body mass concrete surfaces, a 2-D failure criterion is employed. In applying the weight load, the construction sequence of 3D blocks of the dam, and the stages of grouting the contraction joints have been fully accounted for. The results indicate that for cracking with an extension depth of half the thickness of the dam body, for both cases of penetration and non-penetration of water load into the cracks, safety factors are only slightly reduced and thus the dam safety in normal loading condition remains acceptable. However, in the case of increasing the depth of crack extension into the entire thickness of the dam body, the friction angle of the cracked surface is crucial, and if reduced, the normal loading safety factors of stresses and joints tractions are reduced significantly even when neglecting water penetration effects in cracks. When water penetration into the cracks is added during normal loading case, the situation is of much concern and great damages are expected. Simultaneously, it is observed that, the foundation interface also suffers of much shear safety loss.

    Keywords: Arch concrete dams, Cracking, Safety, Performance Evaluation, Stage Construction, MorrowPoint dam
  • Ahad Ouria*, Eliar Heidarly Pages 21-34

    This paper presents the results of an experimental study on the effect of the pattern of reinforcement placement in reinforced soil on the bearing capacity of a strip foundation. A steel box filled with sand with the dimensions of 100×25×30 cm (Length, widths, and height) was used as the test base. The strip footing was simulated by a steel plate with dimensions of 25×7.5×2 cm. The sand used in this study was a poorly graded sand (SP) according to the unified soil classification system. A woven type geotextile was used as reinforcement. The effect of the reinforcement’s placement pattern on the bearing capacity of the foundation was investigated with nine different layouts including single, double, and three-layered reinforcement layouts. All the specimens prepared with a similar initial unit weight and void ratio. The tests conducted using a displacement-controlled loading device. The loading was applied with a rate of 1 mm/second. All the tests repeated at least three times to assure the accuracy and the repeatability of the results. The results of these tests indicated that the bearing capacity of the foundation increases as the length of the reinforcement increases but up to a certain limit and then remains constant. Although increasing the number of reinforcements layer increased the bearing capacity of the foundation, however, the effectiveness of the geotextile in the improvement of the bearing capacity decreased. Placement of the reinforcements in a discrete pattern improves the effectiveness of the reinforcement on the bearing capacity improvement. In multi-layer reinforcement layouts, using discrete strips of reinforcements in each elevation without overlapping with upper- and lower-layers of reinforcements, resulted the maximum efficiency of reinforcements influence in the improvement of the bearing capacity of the foundation. In the recent case, for a specific cross-sectional area of the reinforcement, the bearing capacity of the foundation could be increased by 20% using 17% less reinforcement. The results of this study indicate that the layout of the reinforcement pattern is a very important factor in the bearing capacity of foundations on reinforced soil. With a proper placement of reinforcements, the maximum bearing capacity of the foundation could be achieved with a minimum amount of reinforcement material.

    Keywords: Reinforced soil, Geotextile, Bearing capacity, Reinforcement Layout
  • Mojtaba Morsali, ALI BABAKHANI* Pages 35-44

    Weirs are widely used in many different shapes to control a water level, facilitate flow diversion, and to regulate the flow of water. Given that the overflow zone is often laterally restricted, the overflow depths can become excessive. As a result, non-linear weirs e.g., Labyrinth with different forms have been developed to increase weir length and discharge capacity within a fixed overflow width. Accurate estimation of the maximum possible depth of scour at weirs is important in decision-making for the safe depth of burial of footings. The design of labyrinth weirs foundations based on equilibrium clear water scour depths may yield considerably greater values than if the flow is of short duration. For a known time-to-peak value of the design flood hydrograph, smaller scour depths may be obtained, which reduces the total cost of construction. Therefore, investigation of temporal variation of clear water scour at labyrinth weirs is important to estimate the possible extension of the scour hole. This would provide useful information for the safe design of footing and the selection of scouring counter-measure to be implemented. In the present study, temporal variation of scour and at labyrinth weirs was studied. In experiments, labyrinth weirs were used and seven head to weir height ratios ( H/p =0.1-0.7) for cycles with 6 different sidewall angles (150, 300,450, 67.50, Linear). In this study, the effect of Alfa and sidewall angles on temporal variation of scour depth and scour depth location were investigated. The results indicated that the mechanism and the value of scouring at weir varied for the different value head and sidewall angles. When head to height weir increased, the value of instantaneous scour depth significantly increased. The results also showed that in all experiments, the scour rate is more severe in the early stages and 80% of the development of scour depth occurs in the early 10% of equilibrium time. Furthermore, When H/P increased 5 times, the equilibrium time of scour depth increased to 6, while whit increasing the sidewall angles to 6 times, equilibrium time decreased 45%.

    Keywords: Experimental, temporal variation, Scour, weir, Labyrinth, triangular, without apron
  • Mahmood Rahmani Firozjaei, Ehsan Behnamtalab*, Seyed Ali Akbar Salehi Neyshaburi Pages 45-60

    Lateral Intake which uses a pipe is a hydraulic structure that has been utilized in water intake from rivers and channels, especially in those situations in which the area topography doesn’t allow to build a lateral channel for water intake. This study deals with the numerical investigation of effective geometrical parameters on lateral intake efficiency with a pipe in a rectangular open channel by using Flow3D software. The parameters that studied, are including the direction of the pipe intake respect to the main channel, the position of the pipe intake entrance in the width of the main channel, the position of the pipe intake entrance in the water depth, the diameter of the pipe intake and the shape of the pipe intake entrance. The comparison of the diverted discharge results for different levels of the pipe intake indicated that if the water intake is placed at relative height level of 0.28 to 0.57 of the water depth, the diverted discharge would be more than others.  Furthermore, by comparing anti-sediment coefficient for different levels demonstrate that if the pipe intake locates near the surface of the flow, anti-sediment coefficient will have an acceptable value.

    Keywords: Numerical simulation, Pipe Intake, Level of Pipe Intake, Intake Angle, Anti-sediment Coefficient
  • Ehsan Teymouri*, Saeed Abbasi Pages 61-73

    In this study, the effects of the concrete rings as well as the far and near field earthquake on the frequency and seismic behavior of the intake tower have been investigated. For modeling and analysis with considering the interaction of water and structure, ANSYS software which is based on the finite element method is used. For a better analysis of these models, two far and near field earthquakes have been selected and scaled to the same maximum value acceleration. To evaluate the effects of concrete rings on the behavior of the intake tower, 33 intake tower models have been modeled by considering concrete rings in different numbers and height levels. In the following, 66 analyzes have been performed for three modes of the tower, including only the structure of the intake tower without a reservoir, the intake tower with the surrounding reservoir and without inside water, and the intake tower with the surrounding reservoir and inside of the tower is full. The results of displacement, stress, and base reactions of the intake tower under the relevant analyzes have been compared with each other. Based on the results, it was found that the effects of a near-field earthquake at maximum displacements and stresses are far greater than a far-field earthquake. However, the values of the responses depend on the frequency of the earthquake in addition to its proximity to the field. The results also showed that surrounding water and internal water have different effects on the seismic response of intake towers affected by near and far-field earthquakes. The presence of water increases the effective duration of the earthquake on the response of the intake tower, especially in the near field earthquake. The results showed that by adding circular rings, the frequencies of the intake towers undergo significant changes, which require seismic analysis to evaluate its effects. In the case of an intake tower without a surrounding reservoir and an intake tower with a surrounding reservoir and without inside water, the maximum values of displacement decrease with increasing the height of the concrete rings and decreasing the distance between them. For an intake tower with a surrounding reservoir and full inside, in the case of far-field earthquake analysis, the greatest reduction in displacement occurs for an intake tower with a ring at 25 meters, while for a near field earthquake, in this case, the amount of displacement is further reduced with an increasing height level of concrete rings. The pattern of changes in the first principal stresses for all the studied models is also in accordance with the changes in the values of the maximum displacement. The maximum values of the base reaction for the intake tower without surrounding reservoir and the intake tower with the surrounding reservoir and without inside water for near field earthquake are greater than for the far-field earthquake while for the intake tower with surrounding reservoir and full inside for far-field earthquake it is more than a near field earthquake which is due to the frequency content of the desired earthquakes. Eventually, the results showed that adding concrete platforms at high and close to each other has very good and positive effects also reduces the maximum values of stress, base reaction, displacement, and relative displacement.

    Keywords: Intake tower, Concrete ring, Finite Element Method, Water-Structure interaction, Far-Field, Near-Field Earthquake
  • Payam Ashtari, Mohammad Rahnemoun* Pages 75-90

    Nowadays, building structures encounter with challenges such as construction speed and cost, especially in high seismicity zones. To accomplish this, steel structures was developed to accelerate the construction process and other economic issues. According to high strength ductility and energy dissipation, steel structure systems have been used widely in active seismic regions. The idea of application of shear panels has been using from many years ago as systems with high energy dissipation capability in EBFs as link beams and steel shear walls. The purpose of the EBFs design is the yielding of link beam and remaining the adjacent member at elastic region. According to the available criteria in design codes, shear in beams is a force-controlled action that exceeding the specified value as nominal strength is not permissible and the capacity design theory should be considered. Increasing the web thickness is the main effective factor achieving the needed shear strength and leads to the enhancement of plastic flexural capacity. The result of this action is more seismic demands in other structural members to keep in desirable operational level. So the shear plastic hinges is introduced instead of flexural plastic hinges at both ends. At this case because of uniform shear yielding through the web, energy dissipation capability is much better than the flexural yielding which begins from the outer face of the beam located on flanges. The web panels of built-up sections restrained by top and bottom flanges and two-sided transverse stiffeners have the ability to carry further loading beyond the web buckling load. The small lateral web displacements produced by excessive loading are not substantial because of available components to supply more resistance. Using adequate stiff transverse to resist against the out-of-plane deformation resulted from post-buckling; tension field actions are developed in shear panels before reaching the maximum shear strength by forming a truss with tension diagonals and compression verticals fixed by stiffeners. The concept of shear resisting frames with non-prismatic beams were presented with the scope of reduction in link beam rotation, elimination of architectural limitations, restrictions on the ratio of span free length to beam total depth and high energy  dissipation capacity. Shear yielding and out of plane deformations caused by tension action field mainly control the frame behavior and energy dissipation. The proposed system is made up two strong side columns connected to the link element with weaker section in the middle of the frame as shear fuse with non-prismatic beams. Tendency to use haunched beams makes it feasible to achieve any link length ratio especially less than 1.0. This paper presents the introducing, design and performance of 1-story-shear resisting frames with different link length ratios (ranges from 0.5 to 1.6 with 0.1 variations) and shear-controlled behavior. The goal is achieved by implementing pushover and cyclic analyses numerically with ABAQUS software. But at first a verification analysis is done to validate the modeling procedure and reach a good conformity between numerical and experimental results. The outputs are presented in the form of response modification factor, displacement ductility and overstrength factor for pushover analyses and hysteresis behavior, backbone curve, energy dissipation capability and overstrength factor for cyclic analysis. Also at the end, 3, 5 and 7-story-frames were studied through pushover analysis and values of response modification factor and overstrength factor of the total frames presented. The results indicate desirable behavior of 1-story-shear resisting frames from the point of stiffness and strength degradation with high values of response modification factor equal to 9.18.

    Keywords: Shear panels, Shear Resisting Frame, Energy dissipation, Response modification factor, Finite element analysis
  • Mohammad Sedighian-Fard, Nader Solatifar* Pages 91-105

    One of the critical environmental factors that affect the deformation of flexible pavements is the depth temperature of asphalt layers. This is due to the viscoelastic behavior of the asphalt mixtures. The stiffness of the asphalt layers has a significant effect on the structural capacity of flexible pavements. This property is a function of the asphalt layer temperature and changes daily and seasonally. As the temperature increases, the stiffness of the asphalt layer decreases, which increases the stress in the base and subbase layers of the pavement. Therefore, the pavement response to the applied loads is affected by the depth temperature. Hence, the depth temperature of asphalt layers is one of the most important and main factors in the analysis, design, and rehabilitation process of flexible pavements. Some predictive models have been developed to determine the depth temperature of asphalt layers in pavement maintenance and rehabilitation activities. These models, as an alternative to field and laboratory measurements of this factor, are low-cost, rapid, and simple methods to determine the depth temperature of asphalt layers. It should be noted that these models are based on the limited field and laboratory data, therefore, there is a need for developing new models for prediction of the depth temperature of asphalt layers in different traffic and climatic conditions. The objective of this study is to develop a model for predicting the depth temperature of asphalt layers based on climatic data. In recent years, Artificial Neural Networks (ANNs) have shown good performance as a useful tool for modeling physical events. The modeling method used in this study is a Back-Propagation Neural Network (BPNN) model that predicts the average hourly depth temperature of asphalt layers based on several variables, including the time of the day, desired depth from the pavement surface, average hourly air temperature, average speed and direction of the wind, minimum air humidity and total solar radiation. Data was extracted from the Long-Term Pavement Performance (LTPP) database. After extracting and preparing raw data, all the needed data were acquired from different data tables and linked to each other in a database. As a case study, data points collected from pavements in Ohio, USA, has been used for modeling. Also, to ascertain the presence or absence of multicollinearity between independent variables, the Pearson correlation test has been conducted. For this reason, the maximum speed and direction of the wind and maximum air humidity parameters were removed from the data set. According to the results of the Pearson correlation test, the average hourly air temperature has the most powerful impact on the average hourly temperature of the asphalt layer depth (correlation=95.2%). After training and testing the neural network, the performance of the developed model has been evaluated, and results were compared with a non-linear quadratic regression model. The results show that the developed model is more accurate than the regression-based model. In addition, the ability of the developed model in predicting the depth temperature of asphalt layers based on existing climatic data with a very good prediction accuracy (R2=0.96) and very low bias and error has been shown. Furthermore, the performance of the developed model has some restrictions for the prediction of depth temperature of asphalt layers. Other factors such as material characteristics can be scrutinized and applied to enhance the performance and applicability of the model.

    Keywords: Depth Temperature of Asphalt Layers, Temperature Prediction Model, Artificial Neural Networks (ANNs), Long-Term Pavement Performance (LTPP)
  • Monammad Sadegh Dehghan, Mehdi Arezoumandi, Farzin Bohloli, Mojtaba Karimaei Tabarestani*, Masخud Saadatkhosh Pages 107-118

    Sustainability helps the environment by reducing the consumption of non-renewable natural resources. Concrete uses a significant amount of non-renewable resources. Efforts aimed at producing environmentally friendly concrete can play a major role in securing sustainable construction. Candidate technologies for sustainable concrete materials include the incorporation of supplementary cementitious materials (SCMs) such as fly ash, silica fume and granulated blast furnace slag as a partial replacement for portland cement; the incorporation of recycled materials in concrete production. As a result, an experimental investigation was conducted to study the hardened properties of concrete constructed with 10% and 15% recycled tires (coarse and fine) as well as 6% silica fume. This experimental program consisted of ten mix designs. The hardened properties (compressive strength and tensile splitting strength) of concrete were compared with the provisions of the international design codes (U.S., Australia, Canada, Europe, and Japan). Results of this study show that using coarse recycled tires in the mix designs decreases compressive strengths between 35% and 45% and splitting tensile strength up to 20%. To overcome inferior hardened properties of recycled tire concrete mixes, silica fume (6%) has been added to the recycled tire concrete mixes. Results of the mixes including both recycled tire concrete and silica fume show better hardened properties compared with the mixes without silica fume, but still the hardened properties of the mixes with recycled tire and silica fume are less than the conventional concrete.

    Keywords: Concrete, Coarse Crumb Recycled Tiers, Silica Fume, Compressive Strength, Tensile Strength, Environmental, Crumb Recycled Tiers
  • Mohammad Mahdi Dibaee, Amir Kavussi* Pages 119-129

    Asphalt binder has an important role in asphalt mixture behavior. Therefore binder fatigue characterization has been widely investigated. Significant research efforts were focused on developing reliable fatigue prediction models. Those efforts in the beginning were concentrated on relating initial responses, such as strain or stress levels of asphalt mixtures to their fatigue life. Such phenomenological relationships were usually developed by means of testing samples under different loading conditions and generating regression models. Considering different combinations of loading conditions, and the long time duration needed for a single fatigue test, the phenomenological approach requires extensive time and funding. Therefore, the mechanistic approaches which substitute excessive testing with analytic equations, have become more common in the field of fatigue behavior characterization. Viscoelastic continuum damage (VECD) mechanics is one of the well-studied mechanistic approaches to characterize the fatigue life of viscoelastic materials. In this approach an internal state variable (ISV), called damage, is defined to stand as a representative of material structural state. Then the state of the modulus is determined as a function of damage, namely damage function.  Determination of damage function can facilitate asphalt fatigue prediction under different loading patterns. However, VECD analysis has its own complications. The damage parameter needs to be calculated in each cycle during the test, while its calculation needs damage function trend to be known. Thus, damage parameter can only be determined using a procedure of try and error. In this research an inventive method has been introduced that can simplify efforts to yield damage function, requiring less time and fewer samples. A formulation framework has been presented here which is based on an analytical solution of the governing differential equation of damage evolution power-law. The solution is made assuming the ruling conditions of this study. These assumptions which are clarified in the paper could be reconsidered to form new formulations through a similar approach. Using the formulation, developed in this study, damage function can be found, using the data obtained from two constant-strain, or a single incremental-strain tests. According to this method Time Sweep Test can be performed at two different strain amplitudes and the developed models could be fit to the initial responses data of the material to yield VECD parameters needed to constitute the fatigue prediction model. This approach uses a nonlinear regression analysis to determine VECD parameters, even without calculating the values of damage during test. Afterward, the proposed procedure was validated by experimental tests. Time Sweep tests were performed on binder samples modified with SBS polymer. The binder samples were modified using SBS Polymer, due to its popularity among asphalt researchers. Such modification transforms a simple binder to a complex one. Results showed that the try and error procedure can be substituted by regression model to yield damage function in less time. The discrepancies between the data obtained from the two above-mentioned methods were negligible. It was concluded that the similar results are due to the same mechanism, used in try and error and regression methods which is performed through different approaches.

    Keywords: Asphalt, Fatigue, Viscoelastic Continuum Damage
  • Ali Kheyroddin, Zahra Pakdel, Fahimeh Maleki* Pages 131-146

    One of the most important points of interest for designers in the construction of the tall building is to create a large entrance to the lower floors of the building. The need for such large openings is mainly due to architectural issues such as high traffic congestion, aesthetics, and parking. Creating these large openings, if accompanied by the removal of a column, connects the issue with other structural issues such as the effect of the Construction sequence, progressive collapse, loads during execution, and the presence or absence of auxiliary supports (temporary piles) and making the problem more complex. In this study, 36 regular structures of 10, 20, and 30 floors with a height of 40 to 120 meters were considered with the Moment resistance frame system in the ETABS software. The Iranian National Building Code part 6 has been used for load gravity of structures and the Iranian standard No. 2800 has been used for calculation and loading of earthquake lateral loads. After spectral dynamic analysis and Pushover analysis of the mentioned structures, their behavior was examined from the structural point of view and the effect of using bracing in one to four upper floors of the removed column. In the studied structures, the changes in the process of plastic hinges formation, structural performance level, Demand- Capacity ratio (DCR) of structural elements, period of the first mode, and drift in case of exterior (non-corner) column removal were evaluated. The effect of elimination on the exterior column to create a large entrance to the building on the probability of progressive collapse of the 10-story steel structure was also studied. The results showed that the use of braces to strengthen the large span beam is a convenient and economical solution. In particular, the V braces show better performance compared to the Chevron brace, if the number of braced floors above the desired span is before the inflection point of the building. Because when the braces enter the area adjacent to the inflection point of the building, due to the low ductility in the pressure, with failure in the pressure, they reduce the level of performance of the building. The first plastic hinge at any performance level starts from the inflection point and as a result, the use of low ductility elements in these areas reduces the ductility of the structure. Structures with V brace in most cases have smaller elements than structures with Chevron braces and are more economical.  Structures that are reinforced only by increasing the dimensions of the beam and column sections and without adding bracing have more strength than structures with bracing. However, in this case, the dimensions of a large number of sections compared to the braced structures in some cases increase several times, and therefore this increase in strength will be accompanied by a large increase in cost. The results of pushover analysis and performance-based design showed that if the structure is designed from the beginning according to the common code design, assuming the absence of columns, the structure does not experience a reduction in performance and is generally better than to use braces with higher ductility.

    Keywords: tall buildings, lateral loading, steel brace, removed column, Performance level, progressive collapse
  • Zahra Mehrmoosavi, Rasool Ghobadian*, Mitra Javan Pages 147-158

    Introduction In dam failure studies, prediction of its hydraulic components, including depth and velocity, has always been important for hydraulic engineers due to its impact on the severity of the disaster. There are various hydraulic, hydrological, geotechnical and geometric factors that affect the characteristics of the flow through the failure of the dam. In order to investigate the effect of the factors, research has been carried out especially in the field of laboratory, but little numerical research has been done. Resource surveys show that although the walls of concrete reservoir dams are not perpendicular to the lateral support, but so far, the effect of wall deflection on the hydraulic properties of the flood due to the dam failure has not been considered. Therefore, in this research, the effect of quarries of 2.5 to 10 percent of the wall of the dam was examined from the perpendicular to the base. Since the wall deviation of the dam from the normal state removes physical space from a rectangular state, the use of orthogonal coordinate system is not possible. Therefore, in this study, using the curvilinear coordinate system of the physical non- rectangular space studied, It is very accurately converted to computational space and the governing equations are solved. Materials and Methods In this research, the governing equations for shallow water were discritized in curvilinear coordinates by explicit finite difference method. For more stability Lax and Leap-Frog schemes on staggered mesh are utilized, too. For areas studied, in order to determine the coordinates of points in the physical space, by presenting a computer program, the computational mesh is created in Cartesian coordinates. Then, by converting the coordinates in the Cartesian system (x, y) to the curvilinear coordinates (ξ, η). Results and Discussion In order to validate the present model, its results were compared with experimental investigation by previous researchers. 1- Failure of the dam in the convergent-divergent channel without sloping and sloping: The water level profile of the laboratory model is presented for different times (zero, 4, 20, 60) seconds. The mean error in the results of the present numerical model is 4.02% for the results of the measurements for the non-slope channel and for the channel with a 0.01 slope, 1.65%. 2- Dam Failure in canal with dry bed with trapezoidal reservoir: The results of the model follow a similar trend to the experimental results, and the magnitude of the error in the peak areas that is more important is not significant. 3- The effect of the wall angle of the partial symmetric dam-break in the dry bed: It was observed that with the diversion of the wall angle of the dam from the perpendicular position in the failure site, depth and rate of flow decreased more. A closer examination shows that for diversion of 2.5, 5, 7.5 and 10 percent, peak discharge values were decreased  3.5, 6.1, 9.2, 11 percent, and the maximum water level was 2, 6, 9 and 12 percent.   Conclusions In simulating the ideal failure of the deformed reservoir on a dry bed, the results of this numerical model are adapted with the results obtained from the physical model. In another study, the results of the model were compared in the simulation of the dam failure phenomenon in the convergent-divergent channel without sloping and sloping with the results of the measurements. It was determined that a numerical model with an average error of less than 5% estimated the depth of the flow in the failure location.In order to achieve the main objective of the research, the results of the present numerical model in simulating the partial symmetric dam failure on dry bed have been investigated. It was observed that the diversion of the angle of the dam wall at the failer site affects the depth and discharge peak flow. The variations in “q” from the upstream of the reservoir to the failer site increase sharply and reach the maximum at the fracture site, then slowly decrease to the end of the reservoir wall. Similarly, changes in the water level with the distance from the upstream wall and moving towards the failer site are higher.  Keywords Dam-Break, Leap-frag and Lax schem, Curvilinear grid, Angel of Dam Wall  with Support.

    Keywords: Dam-Break, Leap-frag, Lax schem, Curvilinear grid, Angel of Dam Wall with Support
  • Omid Mohammadhasani, Babak Mirbaha*, Amir Abbas Rassafi, Maziyar Layegh Pages 159-173

    The high-occupancy lanes are one of the urban traffic management strategies which attract many developing countries in recent years. High-occupancy Toll (HOT) lanes have been implemented in the United States and Europe, but never in developing countries. Thus, such a study is necessary in Iran. In general, the most trips are single-occupancy vehicle (SOV), which increases the number of vehicles in the streets. In this regard, for reducing SOV, especially in high-occupancy lanes, and increasing the capacity, HOT was used in developing countries. The main purpose of the present study was modeling and evaluating the factors influencing the mode choice in the presence of HOT lanes. Many studies evaluated the use of high-occupancy lanes, while in the present study the factor of entrance and departure to / from the field of study and calculating the saved time in different routes and converting it to monetary value to pay tolls were used for the first time. Due to the lack of these facilities in Iran, the data were collected using the stated preference method. Therefore, 1000 observations were investigated and a binary logit model was used to analyze the data. The results indicate that by increasing price (due to increasing saved time), individual willingness decreased for using high occupancy lanes. In addition, nearly 26% of drivers were willing to use HOT lanes when was free of charge, while the percentage of selecting HOT is almost zero when the price is high. Furthermore, in 180000 Rials, the selection percentage reached below 5%. Additionally, the results of the model showed that based on the entrance and departure to / from Chamran Highway, individuals desire to use HOT lanes. In addition, when individuals live in the shortest distance from the field of study, there is a 31% desire to use HOT lanes, while increasing to 25 km, tendency reaches almost zero percent. It is also worth noting that women were more inclined to use HOT lanes.

    Keywords: HOT lane, stated preference, Binary logit, mode choice
  • Sajjad Mirvalad*, Ali Akbar Shirzadi Javid, Nazanin Alaghebandian Pages 175-187

    The Persian Gulf is well known as one of the most aggressive environments in the world because of its high relative humidity, temperature, and concentration of chloride ions. Concrete structures are increasingly being deteriorated in this region. Therefore, Improving the durability of concrete structures in this environment is an important issue. Supplementary cementitious materials (SCMs) can be useful for concrete durability enhancement in such harsh environments. In this paper, the effect of silica fume on deterioration resistance to sulfate attack in seawater within simulated splash, tidal and submerged conditions have been studied in self-consolidating concretes and mortars containing silica fume (SF) with/without natural zeolite (NZ). To achieve this objective, self-consolidating concrete specimens and concrete equivalent mortars (CEMs) with/without 15% natural zeolite and 8% silica fume with a total binder content of 380 kg/m3 and a constant water to cement ratio of 0.45 were fabricated. limestone powder (LP) is also used as an inert filler in all SCC/CEMs. Additionally, both the conventional and SCC mixes were subjected to these durability tests to compare their performance. After 7 days of curing in a saturated calcium hydroxide solution, all of the specimens were subjected to three exposure conditions (tidal, splash, sub-merged) for 28, 90 and 180 days of testing ages. After taking fresh property testes of mortar/concrete samples by SP demand, slump flow, visual stability index, J-Ring, T50, V-funnel tests, several standard hardened property and durability tests were investigated by mortar/concrete compressive strength, chloride permeability, concrete electrical resistivity, mortar capillary water absorption and porosity tests. Moreover, the degree of sulfate attack was evaluated by measuring the expansion of mortar prisms. Traditionally, the extent of sulfate attack is quantified by the expansion of prismatic bars completely submerged in sulfate solution and this exposure regime used to evaluate sulfate attack is not typically representative of that encountered in the field. Wherefore, in this investigation, prismatic bars were placed in different conditions mentioned and exposed to simulated seawater solution then expansion values evaluated. In addition, a reduction in compressive strength of all specimens was denoted by the strength differential factor (SDF). Results demonstrated that the incorporation of SF with NZ mixes in different exposure conditions led to the lowest absolute value of SDFs in all of the simulated-testing environment. Conversely, the lowest level of compressive strength at all testing ages was obtained for ternary blended cements (PC+LP+SF). Therefore, it can be concluded that SF has a negative effect on the compressive strength of SCC exposed to Persian Gulf seawater solution. This is attributed to the Mg-oriented sulfate attack which was more deleterious in SF ternary blended cements. All in all, the results were obtained from a laboratory set-up and indicated that when the durability properties of the concretes in such environments were taken into account, the quarterly use of zeolite and silica fume (PC+LP+SF+NZ) provided the best performance in all exposures. Furthermore, self-consolidating concretes and mortars performed better than normal types. Besides, it is concluded that splash zones affect concrete specimens more harshly than other conditions.

    Keywords: Durability, Self-consolidating concrete, Self-consolidating mortar, Supplementary cementing materials, Seawater, Exposure condition
  • Armin Memarzadeh, Mahdi Nematzadeh*, Mohsen Ahmadi Pages 189-203

    Concrete and steel are materials with extensive use in human construction activities. Concrete is a material with high stiffness which is less expensive than other available construction materials, and steel is a material with high strength and ductility. Steel-concrete composite structural systems have been utilized in the construction of high-rise buildings due to their superior structural behavior. Fibrous concrete-encased steel columns are one of the most important composite structural members in which the axial load is carried by the steel and concrete at the same time. These columns are attracting the interest of many researchers due to their excellent structural performance under both static and seismic loading conditions. The steel-concrete interaction enhances the performance when carrying monotonous and earthquake loading. Reinforcing steel fibers help control crack propagation and prevent brittle failure in concrete through improving aggregate interlocking and thus enhance the properties of concrete including the tensile strength and ductility. This paper aims to investigate the axial capacity of fibrous concrete-encased steel composite stub columns. A total of 36 specimens with different cross-sectional shapes of steel profiles, including H-shaped and C-shaped, were tested, and axial parameters and compressive behavior were investigated. The variables of the research included the shape of the steel profile (H-shaped and C-shaped), steel fiber volume ratio (0%, 0.75%, and 1.25%), and the stirrup spacing (40, 65, and 130 mm). The results showed that the loading capacity of fibrous concrete-encased steel columns was affected by the shape of the steel profile inside. In this regard, the use of the H-shaped steel profile in the columns led to a higher axial loading capacity than the use of the C-shaped steel profile, due to greater confinement provided by concrete in columns with this section type (H-shape). Moreover, the addition of fibers significantly increased the ductility of these columns in comparison with those without fibers, and also, the addition of fibers increased the axial capacity of the steel-concrete composite columns by 6%. On the other hand, given the results, it is found that the stirrup spacing had a considerable effect on the load-carrying capacity of these columns, in that by increasing the stirrup spacing, due to the lower confinement of the column, the axial load-carrying capacity declined. In this regard, as the stirrup spacing increased, the decline in this parameter reached up to 11% for the columns with the H-shaped profile and 9% for the columns with the C-shaped profiles. Furthermore, the results of this study showed that the specimen with the H-shaped steel sections, 1.25% fibers, and the stirrup spacing of 40 mm generally were the optimal specimens in terms of the axial load-carrying capacity and ductility in comparison with the other specimens under study. All the specimens had almost similar damage patterns up to their failure. The difference was that the specimens containing fibers experienced failure mainly in the form of the crushing of concrete cover and its breakage from the middle of the column height, due to greater integrity of the concrete structure in these specimens. However, in the specimens without fibers, a considerable portion of the concrete cover was completely detached from the column.

    Keywords: Composite Steel-Concrete Columns, Confinement, Steel Reinforced Concrete, Axial load-carrying capacity, Fibrous concrete, Ductility
  • Sajad Shahsavani, Amir Hossein Vakili*, Mehdi Mokhberi Pages 205-221

    The problematic expansive soils are spread in all parts of the world. The water content variations cause large soil volume changes and consequently, great losses on the infrastructure. The expansive clayey soils show swelling - shrinkage behaviour respectively in wetting and drying cycles. In this study, the swelling-shrinkage behaviour of a natural severely expansive bentonite was verified in its natural state and after being improved by nanosilica, polypropylene fibres, and the EAF slag. Firstly, the swelling potential of the natural soil was determined and then, different combinations of the stabilizerschr('39') effects on the swelling potential were assessed by means of oedometer tests under 1 kPa loading. The swelling potential of the untreated expansive clay sample was measured as 75.26%, thus the soil sample provided for the study was considered in the very high expansion category. The results indicated that the swelling potential of one-day cured samples by the addition of 0.5% of nanosilica decreased by 22.8%. The improvement by means of 0.5% of nanosilica and 0.6% of polypropylene fiber, and the optimum composition of 0.5% of nanosilica, 0.6% of polypropylene fibers, and 10% of EAF slag decreased the swelling potential by 70 and 85%, respectively. Afterwards, the wetting and drying cycleschr('39') effects on the swelling and shrinkage of the natural soil and that of the best identified combination of additives were verified by means of modified oedometer. The measurement of the axial deformation of soil, void ratio, and the saturation ratio during the swelling-shrinkage cycles indicated that the wetting and drying cycles caused the reduction of swelling potential of both untreated/natural and improved expansive soil samples. Additionally, the variation of void ratio versus soil water content during the wetting and drying cycles showed that the variation was an S-shape curve, which was almost a horizontal S shape for the improved soil. It was observed that the equilibrium occurred in lower number of wetting and drying cycles for the improved sample, compared to that of the natural soil. In addition, for the untreated samples, the highest void ratio variations occurred at saturation degree between 50 and 90%. However, for improved soil sample, the highest void ratio variations were recorded at saturation degree between 70 and 90%, reflecting the reduction of negative effects of water content variations on volume changes when the expansive soil samples were improved. Consequently, it was concluded that the additives used in the study not only decreased the swelling potential of expansive soil samples with very high expansion degree, but also decreased the swelling-shrinkage behaviour of the soil and increased the durability of the samples during wetting and drying cycles.

    Keywords: Expansive soil, wetting, drying cycles, modified oedometer, soil improvement