فهرست مطالب

مهندسی عمران فردوسی - سال سی و چهارم شماره 1 (بهار 1400)

نشریه مهندسی عمران فردوسی
سال سی و چهارم شماره 1 (بهار 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/08/09
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محسن مهرمطلق، آرش بهار*، امید بهار صفحات 1-18
    انرژی باد از مهم ترین انرژی های تجدیدپذیر بوده که دارای روند رو به رشد نیز است. برج توربین بادی، نگه دارنده کل مجموعه است و خرابی آن منجر به فاجعه ی کامل می گردد. بااینکه خرابی برج می تواند کل توربین بادی را به خطر اندازد و سبب خرابی وسیع گردد ولی تحقیقات در این بخش از توربین نسبت به تاسیسات مکانیکال توربین بادی، ناچیز است. در این تحقیق، تحلیل گسترده ی عددی به منظور تشخیص خرابی در برج توربین بادی توسط تجزیه ی موجک دوبعدی چندسطحه بااستفاده از موجک های متعامد و اندرکنش خاک- سازه، انجام گردیده است. مدل المان محدود تهیه شده، با توربین بادی ساحلی مبنای پنج مگاواتی آزمایشگاه ملی انرژی تجدیدپذیر وزارت نیروی آمریکا، صحت سنجی شد. در ادامه ضمن تعریف چندین سناریوی خرابی، شکل های مودی سه بعدی مدل المان محدود سازه ی آسیب دیده، استفاده از روش پیشنهادی، مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج حاکی از تاثیر مثبت اندرکنش خاک-سازه بر افزایش کیفیت تشخیص خرابی سازه ی آسیب دیده، است.
    کلیدواژگان: برج توربین بادی، تشخیص خرابی، اندرکنش خاک- سازه، پردازش سیگنال، موجک متعامد
  • بهاره فراهانی، علی درخشانی* صفحات 19-34
    به واسطه ی طبیعت ناهمگون خاک های غیرچسبنده و پیچیدگی پارامترهای موثر در نشست، پیش بینی دقیق نشست پی معمولا با دشواری های بسیاری همراه است. این موضوع از گذشته مدنظر پژوهشگران مختلفی بوده است و برخی محققان نیز معادلاتی برای پیش بینی نشست پی سطحی ارایه کرده اند. به دلیل عدم دقت کافی این روابط، پژوهشگران از روش های جدیدتری از جمله اجزای محدود، تفاضل محدود، محاسبات نرم و... برای پیش بینی نشست استفاده می کنند. در پژوهش حاضر مدل جدیدی بااستفاده از هوش مصنوعی برای پیش بینی نشست ارایه می گردد. هدف از توسعه ی این گونه مدل ها ایجاد فرمول هایی دقیق تر و درصورت امکان ساده تر می باشد. در این مقاله عملکرد الگوریتم برنامه نویسی چندعبارتی (Multi expression programming) برای پیش بینی نشست پی های سطحی واقع بر خاک دانه ای مورد بررسی قرار می گیرد و مقادیر به دست آمده از مدل های جدید با دقیق ترین مدل های قبلی، مقایسه می شوند. سپس تحلیل عملکرد، مطالعه ی پارامتری، تحلیل حساسیت و ارزیابی ضریب اطمینان انجام می گردد. همان طور که از نتایج مشخص است، مقایسه بین مدل MEP و دقیق ترین مدل ها شامل ANN، GP، GEP و EPR در ادبیات فنی نشان می دهد که مدل پیشنهادی در این مطالعه، با ضریب هم بستگی 45/93 درصد عملکرد بهتری نسبت به اکثر مدل های توسعه یافته قبلی دارد.
    کلیدواژگان: پیش بینی نشست، پی های سطحی، برنامه نویسی چندعبارتی، خاک دانه ای
  • مسعود نصیری، محمد حاجی عزیزی*، احمدرضا مظاهری، پنکاسم جانپرادیست صفحات 35-52

    رفتار ماسه ها وابسته به زمان است و می تواند پایداری بسیاری از پروژه های ژیوتکنیکی را تحت تاثیر خود قرار دهد. در این پژوهش از 9 مدل ماسه با شکل و اندازه ی ذرات مختلف و دانه بندی متفاوت به منظور بررسی رفتار وابسته به زمان ماسه ها در بازه های زمانی 2، 7 و 30 روزه و تحت بارگذاری های مختلف استفاده شده است. نمونه ها با تراکم 60 درصد، به مدت 30 روز تحت تنش 45 کیلوپاسکال و در بازه های 7 روزه تحت تنش های 26 تا 416 کیلوپاسکال (با گام های افزایشی دو برابر) تحت آزمایش ادیومتر در حالت خشک قرار گرفتند. نتایج نشان داد که چرخش، لغزش و خردشدگی دانه های ماسه روی هم در بازه های زمانی آزمایش شده تحت بارهای ثابت، عامل ایجاد تغییرشکل های خزشی در نمونه ها بوده است. نمونه های ماسه ای بین 5/1 تا 2/4 درصد کرنش خزشی در بازه ی زمانی 30 روزه و بین 61/0 تا 5/2 درصد کرنش خزشی در بازه های زمانی 7 روزه از خود نشان دادند. هم چنین روابط خطی به منظور پیش بینی تغییر شکل وابسته به زمان ماسه ها پیشنهاد شد. نتایج به دست آمده تطابق خوبی با مطالعات قبلی داشتند.

    کلیدواژگان: ماسه ی خشک، آزمایش ادئومتری، رفتار وابسته به زمان، اندازه ی ذرات
  • اسماعیل محمدی ده چشمه، وحید بروجردیان* صفحات 53-76
    در این تحقیق، به بررسی رفتار لرز ه ای دیوارهای بتنی مرکزگرای گهواره ای در دو حالت پایه- گهواره‎ای و گهواره‎ای دوگانه پرداخته شد. برای تحلیل‎های لرزه‎ای از سه مجموعه شتاب نگاشت شامل 22 شتاب‎نگاشت دور از گسل، 14 شتاب‎نگاشت نزدیک گسل دارای پالس و 14 شتاب‎نگاشت نزدیک گسل بدون پالس استفاده شد. به این منظور، سازه‎های 8، 12، 16 و 20 طبقه تحت اثر شتاب نگاشت‎های مزبور مورد تحلیل تاریخچه - زمانی غیرخطی قرار گرفتند. براساس مساحت کابل پیش‎تنیده مورداستفاده در دیوار، سه نوع دیوار گهواره ای دوگانه در نظرگرفته شد و رفتار لرزه‎ای آن با رفتار دیوار پایه - گیردار و پایه - گهواره ای مقایسه شد. مدل سازی‎ها در نرم افزار OpenSEES و به صورت دوبعدی انجام شدند. برای صحت سنجی مدل‎سازی، از داده‎های آزمایشگاهی موجود در خصوص دیوارهای پایه - گیردار و پایه - گهواره ای استفاده شد. به منظور مطالعه ی تطبیقی سازه های موردنظر، ضرایب مطلوبیت براساس کاهش اثرات مودهای بالا و کاهش جابه جایی های نسبی پس ماند تعریف شد. نتایج نشان داد، به طور کلی شاخص مطلوبیت دیوارهای گهواره ای دوگانه بیشتر از سایر سیستم‎های موردمطالعه در این تحقیق است. علاوه بر این، کاهش مساحت کابل در بلوک تحتانی دیوارهای گهواره ای دوگانه در کاهش اثرات مودهای بالا بسیار موثر است.
    کلیدواژگان: سیستم مرکزگرا، دیوار گهواره ای، جابه جایی نسبی پس ماند، پس کشیدگی، اثر مودهای بالا
  • رضا لطفی، مسعود محمودآبادی*، احسان دهقانی صفحات 77-94
    در این تحقیق، رفتار لرزه ای مخازن روزمینی بیضوی دوقلو مورد مطالعه قرار گرفته است. اساسا مخزن سازه ای است که برای ذخیره ی انواع مایع به کار می رود و در انواع زمینی و هوایی و نیز بتنی و فولادی کاربرد گسترده ای در تصفیه خانه ها و پالایشگاه ها و کارخانه ها دارد. در این تحقیق مخازن بیضوی روزمینی یک قلو و دوقلو در حالت های مختلف کشیدگی و لاغری مخزن، تحت زلزله های کیپ و طبس به طور هم زمان در جهات طولی و عرضی بااستفاده از نرم افزار فلوینت به روش حجم محدود، تحت تحلیل دینامیکی قرار گرفته اند و پارامترهای فشار ماکزیمم ضربه ای و ارتفاع ماکزیمم موج حالت های متناظر با هم مقایسه شده اند. با بررسی نمودارهای به دست آمده مشخص شد که درصد کاهش پارامترهای فشار ماکزیمم ضربه ای و ارتفاع ماکزیمم موج به واسطه ی تقسیم مخزن، در مخازن لاغرتر بیشتر است. هم چنین مشخص گردید که درصد کاهش پارامترهای فشار ماکزیمم ضربه ای و ارتفاع ماکزیمم موج به واسطه ی تقسیم مخزن، در مخازن کشیده تر بیشتر می باشد.
    کلیدواژگان: تحلیل لرزه ای، مخزن بیضوی، تقسیم مخزن، کاهش تلاطم
  • هادی فتاحی*، میلاد صادقی گواری، حسین قائدی صفحات 95-115

    سنگ افت یکی از انواع ناپایداری دامنه ای است که در اکثر مناطق کوهستانی رخ می دهد و موجب صدمات جانی و خسارات سنگین به تاسیسات، مناطق مسکونی، جاده ها، مزارع و وسایل نقلیه می شود. بنابراین  برای جلوگیری از صدمات مالی- جانی، پیش بینی و مدل کردن پدیده ی سنگ افت در  دیواره های پرشیب برای انجام اقدامات پیش گیرانه ضروری می باشد. در این راستا در مقاله ی حاضر، به منظور ارزیابی خطر سنگ افت ابتدا بااستفاده از نرم افزار Rocfall مسیر حرکت سقوط سنگی بلوک های جدا شده به صورت منفرد و جدا از هم در بحرانی ترین مقطع از ارتفاعات شمال باختری شهر شاهرود مورد تحلیل قرار گرفت. سپس به منظور درنظر گرفتن فعل و انفعالات بین ذرات در مسیر حرکت، شکل، اندازه و وزن قطعات از روش المان مجزای PFC3D  استفاده شد. با تحلیل نتایج حاصل از شبیه سازی به کمک دو نرم افزار مذکور، این نتیجه حاصل شد که اگر سنگ افت اتفاق بیافتد، تعداد زیادی از قطعات در محدوده ی جاده ها و مناطق مسکونی توقف دارند که این توقف ها راه بندان در جاده و خطرات مالی- جانی را در پی خواهد داشت. به عبارتی دیگر باتوجه به این که بیشترین فاصله ی افقی طی شده توسط قطعات 393 متر و  فاصله ی افقی مناطق مسکونی 340 متری می باشد، لذا احتمال حادثه در اثر سنگ افت بسیار بالا است. در ادامه ی پیشنهاداتی از جمله نصب توری های فلزی، ضربه گیرها، کاهش انرژی جنبشی در قطعات، تغییر در ابعاد قطعات، ایجاد تغییر در هندسه ی شیب جهت کاهش خطر و خسارات ناشی از سنگ افت در مقطع موردنظر ارایه شده است.

    کلیدواژگان: سنگ افت، روش توده ای- کلوخه ای، نرم افزار Rocfall، روش المان مجزا، نرم افزار PFC3D
|
  • Mohsen Mehr Motlagh, Arash Bahar *, Omid Bahar Pages 1-18
    Wind energy is one of the most hopeful renewable energy sources that is also growing. The wind turbine tower supports the complete wind turbine system, and its damage may cause catastrophic failure of the wind turbine. However, the background to the study of the health monitoring of the wind turbine tower against its mechanical installations is insignificant. Besides, no comprehensive research has been conducted on the health monitoring of the tower with soil-structure interaction included. In this article, the extensive analysis of the multilevel 2D wavelet decomposition approach using orthogonal wavelets and soil-structure interaction is performed numerically. The established finite element model is calibrated and verified with the NREL 5-MW reference onshore wind turbine. Then, while defining several damage scenarios, the 3-dimensional modes of the finite element model of the damaged structure were investigated using the proposed method. The findings imply that the quality of the damage detection in the soil-structure interaction models has increased, generally.
    Keywords: Wind Turbine Tower, Damage Detection, Soil-Structure Interaction, Signal processing, Orthogonal Wavelets
  • Bahare Farahani, Ali Derakhshani * Pages 19-34
    Due to the non-homogeneous nature of cohesionless soils, and the complexity of the parameters related to settlement, generally the exact estimation of the foundation settlement involves many difficulties. This problem has been studied by many researchers and some equations have been proposed for estimating the settlement of shallow foundations. Because of the low accuracy of these equations, researchers are using more modern techniques like finite elements, finite difference, soft computing, and so on, for calculating the settlement. In the current study, a new model is proposed based on artificial intelligence to predict the settlement. The purpose of developing such models is to achieve more accurate and possibly simpler equations. In this paper, the performance of multi expression programming (MEP) method to predict the settlement of shallow foundations on granular soils is evaluated and the values obtained from the developed models are compared with those from the most accurate previous models. Then, the performance analysis, validation, parametric study and sensitivity analysis are performed. As can be seen from the results, the comparison between the MEP model and the most accurate models including ANN, GP, GEP and EPR in the technical literature showed that the model proposed in this study with correlation coefficient of 93.45 percent, performs better than most previously developed models.
    Keywords: Prediction of Settlement, Shallow foundation, Multi Expression Programming, Granular soil
  • Masoud Nasiri, Mohammad Hajiazizi *, Ahmad Reza Mazaheri, Pornkasem Jongpradist Pages 35-52

    The time-dependent behavior of sands is one of the main issues that can influence many projects. In this study nine sand models with different particles shape and sizes and different grain distribution have been used to investigate creep behavior. The samples were prepared at 60% relative density and the constant stresses of 45 kPa for 30 days and 26 to 416 kPa for seven days (with the double increase in stress increment) under dry conditions in the Oedometer apparatus (one-dimensional consolidation) were tested. The results showed that the rotation, slipping, and crushing of the sand grains over time under constant load was the cause of creep deformation in the dry samples. Sand samples exhibit 1.5 to 4.2% creep strains in 30 days, and 0.61 to 2.5% creep strains in seven days’ time interval. Finally, two linear equations are presented to predict the deformation of sands over time. The results were in good agreement with previous studies.

    Keywords: Dry Sand, creep, Oedometer Test, Time-Dependent Behavior, Particle size
  • Esmaeil Mohammadi Dehcheshmeh, Vahid Broujerdian * Pages 53-76
    In the present study, the seismic behavior of self-centering rocking wall systems in both types of base-rocking and double-rocking was investigated. To conduct seismic analyses, three sets of seismic records were considered including 22 Far-Field (FF) ground motions and 28 Near-Field (NF) ground motions that half of which are Pulse-like (Pulse). These ground motions were used for nonlinear time-history analysis of structures with 8, 12, 16 and 20 floors. Based on the area of prestressing cables, three types of double-rocking walls are considered and compared with the base-rocking and the fixed base walls. Numerical modelling was conducted via OpenSEES software in two-dimensional space. For the sake of validation, the available experimental data of base rocking and fixed base walls was used. To compare the seismic performance of the structures, some desirability coefficients have been defined. These coefficients were based on the reduction of the higher mode effects and the reduction of the inter-story residual drifts. The results showed that generally, the double-rocking walls provides higher desirability coefficients than the other considered systems. Furthermore, the double-rocking walls by reducing the cable area in the bottom block (R2-H1) are more
    Keywords: Self-Centering System, Rocking Wall, Residual Drift, Post-Tensioning, Higher Mode Effects
  • Reza Lotfi, Masoud Mahmoudabadi *, Ehsan Dehghani Pages 77-94
    The seismic behavior of the on ground bipartite elliptical tanks has been investigated in the current study. Basically, the tank is a structure used to store different types of fluid, and it is also widely used in refineries, sewage treatment plants and factories in the form of on ground and elevated tanks made from concrete and steel. The monoplete and double on ground elliptical tanks have been dinamically analyzed under Cape and Tabas earthquakes simoultaneously in the longitudinal and transverse directions in various conditions of prolateness and slenderness of the tank and the maximum impulsive pressure and the maximum wave height parameters of corresponding cases have been compared with eachother in the current research. By study of the concluded diagrams, it was revealed that the reduction percent of the maximum impulsive pressure and the maximum wave height parameters due to partitioning of the tank is higher in more slender tanks. It also was revealed that the reduction percent of the maximum impulsive pressure and the maximum wave height parameters due to partitioning of the tank is higher in more prolate tanks.
    Keywords: Seismic analysis, Elliptical tank, Tank partitioning, Sloshing mitigation
  • Hadi Fattahi *, Milad Sadeghi Govari, Hossein Ghaedi Pages 95-115

    Rock fall is a type of slope instability that occurs in most mountainous areas and causes casualties and severe damage to facilities, residential areas, roads, farms and vehicles. Therefore, to prevent financial damage, it is necessary to predict and model the phenomenon of rock fall in steep walls to take preventive measures. In this paper, in order to assess the risk of falling rocks, first using Rocfall software, the path of rock fall of isolated blocks was analyzed individually and separately in the most critical section of the northwestern heights of Shahrood. In order to consider the interactions between particles in the path, shape, size and weight of the parts, the distinct element method PFC3D was used. Analyzing the simulation results with the help of these two softwares, it was concluded that if the rock falls, a large number of parts will stop in the area of ​​roads and residential areas, which will result in traffic jams and financial-human risks. In other words, considering that the maximum horizontal distance traveled by the plots is 393 meters and the horizontal distance between residential areas is 340 meters, so the probability of an accident due to falling rocks is very high. In the following, suggestions such as installation of metal grids, shock absorbers, reduction of kinetic energy in the parts, change in the dimensions of the parts, change of the slope geometry to reduce the risk and damage caused by falling rock in the desired section are presented.

    Keywords: Rock fall, Rocfall software, PFC3D software, Mass-lump method, Distinct element method