فهرست مطالب

مهندسی عمران شریف - سال سی و هفتم شماره 4 (زمستان 1400)

مجله مهندسی عمران شریف
سال سی و هفتم شماره 4 (زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1401/02/13
  • تعداد عناوین: 13
|
  • شایان ساکی پور، محمود یزدانی*، احمدعلی فخیمی صفحات 3-12
    محیط های سنگی همواره حاوی عیوبی، از قبیل: درزه، ترک و شکاف های از پیش موجود هستند. در بسیاری از موارد، ترک ها در فصل مشترک دو ماده قرار دارند. مطالعات اندکی در خصوص رفتار ترک در فصل مشترک دو ماده به صورت آزمایشگاهی صورت گرفته است. در مطالعه ی حاضر، به صورت آزمایشگاهی به بررسی نمونه های شبه سنگ حاوی یک شکاف از پیش موجود (در هندسه های مختلف)در فصل مشترک دو ماده تحت آزمایش فشاری تک محوره پرداخته شده است. برای بررسی دقیق فرایند رشد ترک از جوانه زنی تا مرحله ی گسیختگی نمونه از روش همبستگی تصاویر دیجیتال استفاده شده است. برای شکاف با زوایای 0 تا 30 درجه، گسیختگی غالبا در اثر رشد ترک کششی، زاویه ی 45 تا 75 درجه، گسیختگی غالبا با گسترش ترک برشی در امتداد فصل مشترک و در زاویه ی 90 درجه، ترک کششی در مرکز نمونه و در امتداد فصل مشترک ایجاد شده است. نتایج حاصل نشان داد رشد ترک و الگوی گسیختگی به هندسه ی شکاف های از پیش موجود وابسته است.
    کلیدواژگان: ترک در فصل مشترک، نمونه ی شبه سنگ، رشد ترک، همبستگی تصاویر دیجیتال، الگوی گسیختگی، آزمایش فشاری تک محوره
  • فاضل ضیائی، نادر مختارانی* صفحات 13-19

    هضم بی هوازی خشک، یک فرایند مناسب به منظور بازیابی انرژی از زایدات است که اخیرا به دلیل راندمان بالا و راهبری ساده در مقایسه با هضم بی هوازی تر به آن توجه شده است. یکی از پارامترهای موثر در فرایند مذکور، نسبت ماده ی تلقیح به خوراک ورودی (I/S) است. در پژوهش حاضر، به بررسی تاثیر I/S در عملکرد فرایند هضم بی هوازی خشک بخش آلی زایدات شهری در شرایط دمایی مزوفیلیک پرداخته شده است. بدین منظور آزمایش ها در نسبت های مختلف I/S و در راکتورهای ناپیوسته با حجم مفید 2 لیتر انجام شده است. برای کنترل عملکرد فرایند، پارامترهای pH، پتانسیل اکسیداسیون و احیاء، COD، غلظت اسیدهای چرب فرار و همچنین مقدار و ترکیب بیوگاز تولیدی ارزیابی شده اند. براساس نتایج حاصل در نسبت های {I/S} کوچک تر از 1، به دلیل تجمع اسیدهای چرب فرار، عملکرد سیستم مختل و حجم گاز متان تولیدی در حدود 5٪ حالت بهینه بوده است. در پژوهش حاضر، بهترین عملکرد هاضم در نسبت I/S برابر 2 با تولید lit CH4 / g VS 35/0 و حذف 77٪ از جامدات فرار به دست آمده است.

    کلیدواژگان: مدیریت پسماند شهری، هضم بی هوازی خشک، بیوگاز، ماده ی تلقیح
  • نازنین محبوبی مطلق، احمدرضا محبوبی اردکانی*، علی نورزاد صفحات 21-32

    برای برقراری تعادل در بیشتر شبیه سازی های انجام شده به روش اجزاء منفصل از یک میرایی محلی غیرلزجی استفاده شده است. در پژوهش حاضر، برای ارزیابی اثر میرایی محلی غیرلزجی در رفتار ماسه های گردگوشه و تیزگوشه تحت آزمایش سه محوری از مقادیر مختلف ضریب میرایی (alpha) در شبیه سازی های سه بعدی استفاده شده است. سپس، آزمایش های سه محوری استاتیکی و دینامیکی در شرایط تحکیم یافته ی زهکشی شده در آزمایشگاه روی نمونه های ماسه یی حاوی ذرات گردگوشه و تیزگوشه در تراکم نسبی 80٪ جهت کالیبره کردن مدل سازی ها انجام گرفت. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهند که اثر میرایی محلی غیرلزجی در رفتار شبه استاتیکی مصالح قابل توجه نبوده و در شرایط یکسان، انرژی ذخیره شده در نمونه ها با ضرایب میرایی مختلف تقریبا برابر بوده است. در آزمایش های دینامیکی شبیه سازی شده، با افزایش ضرایب میرایی، نسبت میرایی نمونه ها، افزایش و مدول برشی آن ها، کاهش یافته است. همچنین، بیشینه ی سرعت دورانی و سرعت انتقالی ذرات در نمونه ها با افزایش ضریب میرایی کاهش پیدا کرده است.

    کلیدواژگان: شبیه سازی به روش اجزاء منفصل، مصالح دانه یی، آزمایش های سه محوری، ضریب میرایی محلی غیرلزجی
  • منصور قلعه نوی، مهرالله رخشانی مهر*، علی خدابخشیان صفحات 33-47

    پژوهش حاضر یک مطالعه ی آزمایشگاهی بر روی خصوصیات مکانیکی 16 طرح اختلاط بتن حاوی پودر مرمر)0، 5، 10 و 20 درصد(و میکروسیلیس (0، 5/2، 5 و 10 درصد) است، که جایگزین بخشی از سیمان شده اند. نسبت آب به مواد سیمانی ثابت و برابر با 45/0 بوده است. آزمایش های اسلامپ، وزن مخصوص، مقاومت فشاری، مقاومت کششی و مدول کشسانی به منظور ارزیابی خصوصیات بتن انجام شده است. در نهایت، تمامی طرح های اختلاط از دیدگاه های زیست محیطی، اقتصادی و مکانیکی بررسی و مشخص شد که خواص مکانیکی بتن حاوی پودر مرمر، برای نسبت های جایگزینی بیش از 10٪ تمایل به کاهش دارند. نتایج رضایت بخشی برای نسبت های جایگزینی پودر مرمر تا 10٪ به دست آمده است. در خصوص استفاده از میکروسیلیس مشاهده شد که کاستی هایی که در مقایسه با بتن شاهد در خواص مکانیکی بتن حاوی پودر مرمر به وجود آمده است، جبران می کند. مقایسه ی طرح های اختلاط بتن از دیدگاه های مختلف نشان داده است که طرح اختلاط بهینه، زمانی ایجاد می شود که پودر مرمر و میکروسیلیس به طور همزمان استفاده شوند.

    کلیدواژگان: ضایعات سنگ مرمر، میکروسیلیس، مکانیکی، زیست محیطی و اقتصادی، بتن
  • سحر صفری، امید رضایی فر*، مجید قلهکی صفحات 49-56

    در عصر حاضر، به افزایش سرعت و کاهش استفاده از آلاینده ها بیشتر از قبل توجه شده است. سازه های پیش ساخته ضمن افزایش سرعت ساخت و ساز، باعث صرفه جویی در زمان و منابع نیز می شوند. در مطالعه ی حاضر، از ترکیب سازه های پیش ساخته به همراه بنتونیت استفاده شده است. بنتونیت از جمله پوزولان هایی است که به راحتی استخراج می شود و از سیمان، هزینه ی تولید کمتری دارد. به این منظور از طرح اختلاط مبتنی بر بنتونیت استفاده و رفتار رفت و برگشتی بر روی 6 نمونه بررسی شده است. بر اساس نتایج به دست آمده، نمونه ی ساخته شده از بنتونیت 92٪ بار نهایی، 43٪ انرژی جذب شده و 61٪ سختی نمونه ی شاهد را به دست آورده و به میزان 43٪ شکل پذیرتر از نمونه ی شاهد بوده است. در پایان می توان گفت که نمونه ی ساخته شده از بنتونیت، مقاومت قابل قبولی در برابر نمونه های سیمان تولید و به خوبی انرژی سازه را جذب می کند.

    کلیدواژگان: پانل ساندویچی، ظرفیت باربری، رفتار برشی، شاتکریت، سیمان
  • پروانه ناطقی بابگی، بهرام نوائی نیا*، مرتضی اسکندری قادی صفحات 57-67

    هدف از پژوهش حاضر، معرفی توابع پتانسیل تغییرمکان جدید با استفاده از تیوری غیرکلاسیک گرادیان کرنش غیرمحلی برای حل مسایل الاستودینامیک در محیط همسانگرد جانبی همگن است. بدین منظور ابتدا معادلات حرکت سه بعدی برای محیط همسانگرد جانبی همگن با استفاده از تیوری وابسته به ابعاد گرادیان کرنش غیرمحلی محاسبه شده است. سپس با استفاده از یک روش سیستماتیک، توابع پتانسیل تغییرمکان کامل برای حل مسایل الاستودینامیک در محیط همسانگرد جانبی همگن ارایه شده است. توابع پتانسیل مذکور برای مستقل سازی معادلات حرکت حاکم تیوری گرادیان کرنش غیرمحلی برای محیط همسانگرد جانبی به کار می روند. توابع پتانسیل به دست آمده شامل دو تابع اسکالر هستند، که دو معادله ی دیفرانسیل جزیی مرتبه ی 8 و 4 را ارضا می کنند. به علاوه، توابع پتانسیل برای دو تیوری گرادیان کرنش و تیوری غیرمحلی ارینگن نیز به طور جداگانه ارایه شده است. در نهایت نیز روابط توابع پتانسیل برای حالت ساده شده ی محیط همسانگرد ارایه شده است.

    کلیدواژگان: محیط همسانگرد جانبی، توابع پتانسیل تغییرمکان، تئوری گرادیان کرنش غیرمحلی، مسائل الاستودینامیک
  • علی روشن میاوقی، آزاد یزدانی*، محمدرشید سلیمی صفحات 69-79

    درنوشتار حاضر، روشی برای شبیه سازی زمین لرزه ی نزدیک گسل شبه پالس با استفاده از مدل سازی مشخصات آنی پیشنهاد شده است. روش پیشنهادی بر اساس فرایند زمان - بسامد است، که برای در نظر گرفتن مشخصات نامانای زمین لرزه ضروری است. در مطالعه ی حاضر، به منظور حفظ مشخصات نامانای زمین لرزه از تبدیلات هیلبرت و موجک مانا استفاده شده است. از تبدیل موجک مانا به منظور تجزیه ی سیگنال زلزله ی اصلی به یک سری زیرباندهای بسامدی و از تبدیل هیلبرت جهت استخراج مشخصات آنی زمین لرزه ها استفاده شده است. به منظور تولید داده های تصادفی جهت شبیه سازی زلزله ها از توزیع ها و توابع مناسب برازش شده روی مشخصات آنی و ضرایب تقریب به دست آمده از آخرین مرحله ی تبدیل موجک مانا استفاده شده است. در مطالعه ی حاضر، از چند زمین لرزه ی پالس دار برای بررسی کارآمد بودن روش پیشنهادی استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد روش پیشنهادی به خوبی مشخصات اصلی زلزله ی ثبت شده را در بر می گیرد و همچنین آثار پالس زمین لرزه را نیز به خوبی حفظ می کند.

    کلیدواژگان: زمین لرزه ی شبه پالس، تبدیل موجک، تبدیل هیلبرت، مشخصات آنی، توزیع گوسین
  • علیرضا کبودان*، محمود نادری صفحات 81-92

    مقاومت، دوام و شکل سنگدانه در خصوصیات بتن تاثیرگذار است. لذا در نوشتار حاضر، تاثیر مشخصات سنگ های صخره ی: گرانیت، اندزیت، سیلیس، آهک، مرمر و توف و سنگدانه های حاصل از شکستن آن ها در مقاومت فشاری و نفوذپذیری نمونه های بتنی 28 روزه بررسی شده است. برای انجام مطالعات، ویژگی های مکانیکی (مقاومت های فشاری، کششی و سطحی، مقاومت در برابر سایش و ضربه، سختی اشمیت و چگالی اشباع با سطح خشک)، دوامی (تخلخل، نفوذپذیری و جذب آب) و هندسی (گردگوشگی، توپری و نسبت ابعادی) سنگدانه ها و سنگ های صخره یی ذکر شده اندازه گیری شده اند. نتایج حاصل نشان می دهند که سنگ های صخره یی، نفوذپذیری کمتر و مقاومت فشاری بیشتری نسبت به بتن حاوی سنگدانه های همان سنگ صخره دارند. به علاوه، همبستگی قوی یی بین ویژگی های مکانیکی و دوامی ذکر شده با مقاومت فشاری و نفوذپذیری بتن وجود دارد و تاثیر خصوصیات هندسی سنگدانه ها در مقایسه با نوع آن ها، در مقاومت فشاری و نفوذپذیری بتن قابل صرف نظر است.

    کلیدواژگان: مقاومت فشاری و نفوذپذیری بتن، شکل سنگدانه ها، مشخصات مکانیکی، دوامی سنگدانه ها
  • احد اوریا*، حمید صادق پور صفحات 93-104

    در پژوهش حاضر، اثر ایجاد مهار برگشتی در انتهای مسلح کننده ها در افزایش ظرفیت باربری پی منفرد واقع بر ماسه ی مسلح شده با الیاف پلیمری بررسی شده است. ماسه ی بستر پی درون یک جعبه ی فولادی به ابعاد 100×100×70 سانتی متر و پی نیز با استفاده از یک صفحه ی فولادی به ابعاد 20×20×5/2 سانتی متر شبیه سازی شده است. برای مدل سازی مکانیسم اثر مهار برگشتی در ظرفیت باربری پی، از نرم افزار D3FLAC استفاده شده است. نتایج نشان می دهد در صورتی که طول برگشت مهار به اندازه ی کافی بزرگ باشد و انتهای مهار در زیر پی قرار گیرد، ظرفیت باربری پی مسلح شده با مهار برگشتی افزایش در مقایسه با حالتی که مسلح کننده های بدون مهار با طول برابر استفاده شده است، حدود 27٪ خواهد داشت. ایجاد مهار برگشتی باعث افزایش محصورشدگی در خاک زیر پی می شود و با افزایش طول آن، تنش همسان در زیر پی، توزیع یکنواخت تری خواهد داشت.

    کلیدواژگان: پی منفرد، خاک مسلح، الیاف پلیمری کربن، مهار برگشتی، ظرفیت باربری
  • سینا فراهانی، امیر هوشنگ اخویسی* صفحات 105-120

    تجربه های زلزله های گذشته نشان می دهند که قاب های خمشی بتن آرمه به دلیل رفتار ذاتی تردد بتن و سختی کم قاب، بسیار آسیب پذیر هستند. با توجه به استفاده فراوان قاب های بتنی در ساخت و سازهای کشور، یافتن راهکاری مناسب برای مقاوم سازی این سیستم که بتواند خسارت احتمالی را کاهش دهد، اجتناب ناپذیر است. اخیرا مزایای استفاده از مهاربندهای کمانش تاب در قاب های بتن آرمه در مطالعات آزمایشگاهی فراوانی برجسته شده است. این مطالعه تلاش می کند با توسعه روابط مورد نیاز، روشی مبتنی بر تغییرمکان را برای طراحی قاب های بتنی مهاربندی شده ارایه دهد. بدین منظور ابتدا، روش مبتنی بر تغییرمکان بر پایه روش موجود توسعه داده شده است. به منظور مدل سازی مهاربند کمانش تاب و در نظر گرفتن اثر آن بر روی رفتار غیرخطی قاب بتنی، مدل عددی غیرخطی بر پایه راستی آزمایی با نتایج آزمایشگاهی موجود، توسعه داده شده است. سپس روابط جدیدی با استفاده نتایج تحلیل های تاریخچه زمانی غیرخطی و همچنین بهره یافتن از یک رهیافت عددی اصلاح شده، پیشنهاد شده است. بیشینه خطای میانگین روش مجموع مربعات در قاب های با ارتفاع زیاد 11 درصد به دست آمده است که این موضوع نشان دهنده دقت لازم روابط پیشنهادی است.

    کلیدواژگان: قاب شکل پذیر، قاب بتن آرمه، طراحی مستقیم بر مبنای تغییر مکان، تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی، روش کمینه ی مربعات
  • پریا دیناروند، علیرضا رشنو* صفحات 121-133

    بتن به دلایل مختلفی مستعد ترک خوردگی است و رویکردهای خودترمیمی در بتن، راهکاری مناسب برای رفع آن به نظر می رسند. در میان روش های مختلف خود ترمیمی که اساس شیمیایی دارند، رسوب کلسیم کربنات ناشی از فعالیت متابولیک میکروارگانیسم ها، رویکردی دوست دار محیط زیست است. در نوشتار حاضر، با هدف ایجاد بینشی موثر و در راستای حفظ محیط زیست، به ارزیابی رویکردهای مختلف استفاده از باکتری در بتن، پتانسیل باکتری برای ترمیم ترک ها و تاثیر باکتری های مختلف در ویژگی های مهندسی بتن پرداخته شده است. تصاویر به دست آمده از ریزساختار بتن، نشان دهنده ی تشکیل بلورهای کلسیم کربنات در نمونه ها و تاییدی بر عملکرد امیدبخش باکتری در کاهش خلل وفرج، ترمیم ترک ها و بهبود خواص مهندسی بتن است. مشارکت باکتریایی در غلظت های {(10^{5}-10^{7},Cells/ml) منجر به افزایش مقاومت فشاری تا 49٪ و کاهش نفوذ یون کلر و جذب آب به ترتیب تا 69 و 94 درصد شده است. همچنین در غلظت های $rm{(10^{7}-10^{9},Cells/ml)}$، بیشینه ی عرض ترمیم ترک $rm{1.2 mm}$ بوده است.

    کلیدواژگان: خودترمیمی، رسوب کلسیم کربنات، باکتری، بهبود دوام، ترمیم ترک
  • امیرحسین نمدچی، جواد علامتیان*، حمید محمدالهی اره کمر صفحات 135-145

    رویکردهای انتگرال گیری عددی برای تحلیل دینامیکی را می توان به دو دسته ی صریح و ضمنی تقسیم کرد. پایداری و دقت، دو ویژگی مهم روش های اخیر هستند. از دیدگاه پایداری عددی، روش های مذکور به دو گروه پایدار مشروط و نامشروط دسته بندی می شوند. با وجود سادگی، روش های صریح پایدار مشروط هستند و حجم محاسبات نیز در روش های ضمنی، علی رغم پایداری نامشروط، به طرز چشمگیری زیاد است. در نوشتار حاضر، با بهره گیری از برتری های هر دو دسته، یک روش انتگرال گیری نیمه صریح نوین با پایداری نامشروط بر پایه ی روش آلفای تعمیم یافته ارایه شده است. این کار با وابسته کردن عامل های وزنی الگوریتم پیشنهادی به مشخصات سازه و استفاده از مفهوم ماتریس بزرگ نمایی انجام شده است. بر این اساس، عامل های وزنی نامعلوم به گونه یی محاسبه شده اند که معادله ی مشخصه ی
    روش پیشنهادی با روش آلفای تعمیم یافته برابر شود. ویژگی مذکور، انطباق ویژگی های عددی روش نوین با روش آلفای تعمیم یافته را به دنبال خواهد داشت. درستی فرضیات و کارایی رابطه سازی پیشنهادی با تحلیل دقت، پایداری و حل پاره یی از نمونه های عددی انجام شده است. یافته ها، برتری روش پیشنهادی را نسبت به سایر روش های مشابه آشکار ساخته اند.

    کلیدواژگان: تحلیل دینامیکی، انتگرال گیری عددی، روش وابسته به سازه، پایداری نامشروط
  • جواد نامداریان، محمود یزدانی* صفحات 147-155

    اکتشاف و استخراج منابع هیدروکربنی)نفت و گاز(و همچنین انرژی زمین گرمایی در اعماق زیاد لایه های سنگی، چالش هایی را برای پایداری دیواره ی چاه حفاری در دماهای بالا به وجود آورده است. از طرفی دفن زباله های هسته یی در اعماق زمین منجر به افزایش طولانی مدت دما در سنگ های اطراف می شود و خصوصیات سنگ ها را تحت تاثیر قرار می دهد. بنابراین درک اثر دما در خصوصیات مکانیکی سنگ، اهمیت زیادی دارد. هدف مطالعه ی حاضر، بررسی مقاومت فشاری تک محوری سنگ گرانیت تحت حرارت است. بدین منظور نمونه های استوانه یی شکل با نسبت ارتفاع به قطر 2 و با قطرهای 28، 54 و 84 میلی متر تهیه و در دماهای 25، 100، 200، 400 و 600 درجه ی سانتی گراد آزمایش شده اند. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که با افزایش درجه ی حرارت، مقاومت فشاری تک محوره کاهش یافته است. مقدار کاهش مقاومت در دمای 600 درجه ی سانتی گراد برای قطر 28 میلی متر برابر 47٪، برای قطر 54 میلی متر برابر 53٪ و برای قطر 84 میلی متر برابر 56٪ به دست آمده است. همچنین در دمای ثابت، با افزایش قطر نمونه، مقاومت فشاری کاهش یافته است.

    کلیدواژگان: اثر حرارت، اثر اندازه، مقاومت فشاری تک محوری، گرانیت
|
  • Sh. Sakipour, M. Yazdani *, A.A. Fakhimi Pages 3-12
    Rocks normally contain defects such as joints, cracks, and pre-existing flaws from small to large scales. The behavior of these defects is highly dependent on their geometrical characteristics and locations in the rock mass. In many cases, these cracks are located at the interface of two materials. Most of the investigations on interfacial cracks have been analytical and there are a few experimental studies available. In this study, crack initiation, growth, and coalescence of a pre-existing flaw in a rock-like material are investigated under uniaxial compressive loading. Specimens are made of two types of rock-like materials with different compressive and tensile strength. The flaw is placed at the center of specimens. Flaw width is equally distributed in both materials. To investigate the effect of geometrical parameters of the flaw on crack growth processes, rock-like specimens with different flaw angles were made. To show the repeatability of results, three identical specimens of each geometry were made. Digital image correlation technique was used for a detailed investigation of crack growth processes from initiation to failure. Nikon D7100 camera was used to take pictures of the specimen during loading. Ncorr software was used to analyze the pictures. The results showed that crack growth, coalescence, and failure pattern depended on pre-existing flaw geometry. By varying the angle of inclination from zero to 45°, the compressive strength decreased and then, increased with increasing the angle of inclination from 45 to 90°. Specimen with 45° flaw had the least compressive strength because theoretically maximum shear happens at this angle. For flaws with angles of 0 to 30 degrees, failures are caused by the growth of wing cracks. However, from 45 to 75 degrees, failures often occur with the propagation of the shear crack along the interface. At the angle of 90 degrees, a tensile crack is formed at the center of the sample along the interface. The results showed that crack growth and failure pattern depended on pre-existing flaw geometry.
    Keywords: Interfacial flaw, Rock-like material, crack growth, Digital Image Correlation (DIC), Failure Pattern, Uniaxial compression test
  • F. Ziaei, N. Mokhtarani * Pages 13-19

    Nowadays, the world’s population growth and improved standards of living have given rise to increased global waste production. This rate is even higher in developing countries. For example, in Iran’s capital, Tehran, about 7,000 tons of waste is generated daily. Improper management of these massive amounts of solid waste causes many serious human health and environmental issues. According to statistics, 60% of municipal waste in most developing countries is made up of biodegradable organic materials. Anaerobic digestion (AD) is one of the most common waste management techniques which have been utilized for several decades to manage municipal wastes. Additionally, AD benefits society by producing bioenergy and biosolids that can be used as fertilizers. Today, dry anaerobic digestion (DAD) has gained much more attention in comparison to liquid anaerobic digestion due to its lesser water requirement, smaller reactor volume, and higher biogas production. Since DAD is a biological process, the inoculum to substrate ratio (I/S) is an effective parameter in AD-based processes. In this regard, the effect of the I/S ratio on the DAD of organic waste with fruit and vegetable waste provided by the Tehran fruit and vegetable market at mesophilic conditions was investigated in this study. Experiments were conducted at four different I/S ratios (0.25, 0.5, 1, 2) in bench-scale reactors using the sludge supplied from the South Tehran wastewater plant. Different operational and controlling parameters including pH, chemical oxidation demand (COD), oxidation-reduction potential (ORP), volatile fatty acids (VFAs) concentration, and the composition of the biogas were assessed in the experiments. According to the results, when the I/S ratio was below one, the volume of the biogas decreased due to the accumulation of VFAs. The best result was gained when the I/S ratio was 2 resulting in 0.35 lit CH4/g VS production and 77% removal of Volatile solids (VS).

    Keywords: Municipal solid waste management, Dry anaerobic digestion, Biogas, inoculum
  • N. Mahbubi Motlagh, A. Mahboubi *, A. Noorzad Pages 21-32

    Frictional sliding may not be sufficient for the stability of a system. In almost all models in the Discrete Element Method (DEM), a local non-viscous damping is used to balance the system by applying a damping force with a magnitude proportional to the unbalanced forces to each particle. The predicted macroscopic behavior of simulated particle assembly is influenced by the damping coefficient (α). In the present research, after calibrating the DEM simulations with the results of static and cyclic triaxial tests performed on sand samples containing rounded and angular particles under confining pressure of 100 kPa and cyclic stress ratio of 0.5, to study the effect of local non-viscous damping on the static and dynamic behavior of sands, different values of damping coefficient (0.5, 0.6, 0.7, 0.8 and 0.9) were used in simulations (in three-dimensional conditions). Then, the effects of initial void ratio, confining pressure, and particle shape on the behavior of the simulated samples were determined. The simulation results of the samples under static triaxial tests indicate that the effect of local non-viscous damping on the quasi-static behavior of granular materials is not significant. Under the same conditions, the energy stored in the samples with different damping coefficients is approximately equal. Angular specimens have a higher stored energy level. α has no significant effect on the coordinate number, magnitude of contact forces, and the maximum deformation in samples at the end of the static triaxial tests (20% axial strain). Upon increasing the damping coefficient from 0.5 to 0.9, the maximum rotational and translational velocities of both groups of samples are reduced. The higher the value of α considered in the simulation of cyclic triaxial test, the greater the dissipated energy of sample; thus, its damping ratio increases. By increasing the α coefficient, the shear modulus of round and angular particles decreases. The damping coefficient does not have a significant effect on the number of contacts between particles in the samples under cyclic triaxial tests, but the magnitude of contact forces, maximum rotational and translational velocities of the particles, and maximum deformation occurred in samples decreased with damping coefficient.

    Keywords: Discrete element method simulations, Granular materials, Triaxial tests, Local non-viscous damping coefficient
  • M. Ghalehnovi, M. Rakhshanimehr *, A. Khodabakhshian Pages 33-47

    One of the most widely used materials in the construction industry is concrete and one of its main constituent elements is cement. Cement production, in addition to consuming non-renewable natural resources, emits greenhouse gases and pollutes the environment. Waste marble powder (WMP) is an industrial by-product that the marble factory generates considerable amounts during stone processing. WMP mostly not used in the industry nor being recycled and causes serious environmental problems. Silica fume (SF), also known as micro silica, is an ultrafine powder collected as a by-product of the silicon and ferrosilicon alloy production. This paper presents the results of an experimental investigation of mechanical properties carried out on the concrete mixes containing WMP and SF as a partial replacement of Portland Cement (PC). In all concrete mixtures, a constant water/binder ratio was used and concrete mixtures with a target initial slump of 80±10 were prepared. All of the concrete mixtures were assessed in terms of environmental, economic and mechanical aspects. Global warming potential, fossil fuel depletion potential and acidification potential were considered as environmental indicators of concrete mixtures production.
    Finally, it was observed that the mechanical properties of concrete containing WMP are improved for replacement ratios up to 10%. The use of SF improved the performance of all mixing designs and compensated for the shortcomings in the mechanical properties of concrete containing high percentages of WMP. Mechanically, the best percentages for simultaneous use of WMP and SF are 5% and 10%, respectively. From an environmental point of view, replacing 20% of WMP and 10% of SF with PC, not only leads to the production of concrete with suitable mechanical properties but also reduces the use of cement by 30% and the resulting environmental pollution. The combined index designed in this study showed that the optimal mix design in terms of mechanical, environmental and economic belongs to a mixture in which 5% WMP and 5% SF are used simultaneously.

    Keywords: Waste marble powder, Silica Fume, Mechanical, Environmental, Economic, concrete
  • S. Safari, O. Rezaifar *, M. Gholhaki Pages 49-56

    In modern life, with the advancement of science and technology, human need for prefabricated structures is felt more. Therefore, the study of prefabricated structures becomes very important. Lightweight prefabricated structures are among the items that need further studies and researches. These panels have high execution speed and are earthquake resistant. These elements are used as wall and ceiling in structures. It is necessary to study the shear capacity and performance of these lateral panels against and reciprocating loads. In this study, the compatibility of prefabricated structures with nature and reduction of maximum pollution have been considered. For this purpose, an attempt is made to use materials compatible with nature and replace them with cement. This study is a laboratory study of the lateral bearing capacity of lightweight prefabricated panels and its integration with the desired materials. Five shear walls consisting of a thatched specimen and two specimens are made using bentonite. A one-story structure with bentonite was also examined and reinforced. The results of the samples are presented in the form of hysteresis curves and push finally hardness diagram. Finally, the results are compared. The sample with a cement grade of 400 had the highest load capacity and was able to withstand 52.33 kN load. Also, the straw sample suffered the least load. The highest difficulty is related to the sample of a one-story building, followed by the cement sample with a grade of 400. The straw sample has the least hardness. The decrease in stiffness occurred in the samples with a steep slope. The amount of energy absorbed by each sample is equal to the area under the cover curve. The sample with a grade of 200 cement has the highest area under the curve, thus absorbing the highest amount of energy. The thatch sample absorbs the least amount of energy. The average ductility of a single-story structural sample is higher than that of other samples. The thatched specimen has the lowest ductility.

    Keywords: Sandwich panels, load-bearing capacity, Shear Behavior, Shotcrete, Cement
  • P. Nateghi Babagi, B. Navayi Neya *, M. Eskandari Ghadi Pages 57-67

    Today nanotechnology has become important in many fields, including industry, medicine, engineering, aerospace, national security and electronics. As the dimensions of the structures decrease, the effects of size play a crucial role in properties of the media. Mechanical properties, electrical conductivity, thermal properties and other known chemical and physical properties are some examples that differ on nanoscales. Classical continuum mechanics are impotent to cover the effects of dimensions of the constituents of the media on nanoscales. Hence, several non-classical continuum theories, including non-local elasticity theory, strain gradient theory, and non-local strain gradient theory, have been developed by researchers to explain size-dependent mechanical behavior on a nanoscale. In this research, governing equations in terms of displacement potential functions based on nonlocal strain gradient theory are introduced for elastodynamic problems in homogeneous Transversely isotropic media. To this end, the three-dimensional equations of motion of the homogeneous Transversely isotropic media are first calculated using the nonlocal strain gradient theory. Then, using a systematic method, a set of complete displacement potential functions will be presented to solve elastodynamic problems in these media. By use of potential functions, the governing equations of motion will be decoupled. The proposed potentials include two scalar functions. One of them satisfies an 8th-order partial differential equation and 4th-order PDE is governed on the other. These potential functions are obtained in the form of a combination of wave operators, non-local parameter, and characteristic length, which are functionally and physically meaningful. These potential functions are obtained in the form of a combination of wave operators, non-local parameter, and characteristic length, which are functionally and physically meaningful. In addition, potential functions for limiting cases namely strain gradient theory and Eringen nonlocal elasticity theory are presented, separately. Also, by neglecting non-local parameters and characteristic length, the solution is degenerated to the Eskandari-Ghadi solution for classical theory of elasticity. Moreover, a new set of potential functions is presented to solve the elastodynamics of nonlocal strain gradient theory for the simpler case of isotropic materials.

    Keywords: Displacement potential functions, elastodynamic problems, nonlocal strain gradient theory, Transversely isotropic media
  • A. Roshan- Miavaghi, A. Yazdani *, M.R. Salimi Pages 69-79

    In areas near active faults, ground motions usually show a large pulse in velocity time history. These near-field pulse-like ground motions increase the structural failure and cause extensive damage to structures. Due to the limited number of pulse-like ground motion recorded in a range of magnitude and distance, there is a small set of possible earthquake scenarios for seismic engineering in a given area, especially in areas near the fault. A new method has been proposed in this paper for simulating near-field pulse-like ground motions using instantaneous feature modeling. The proposed method is introduced based on the time-frequency process which is necessary to consider non-stationary characteristics of ground motion. In this method of simulation, wavelet-based Hilbert transform is used to extract the non-stationary characteristics of original pulse-like ground motion. The stationary wavelet transform is first applied to decompose the original ground motion into a series of subband frequency, and then the instantaneous features are obtained by applying Hilbert transform on each subband frequency. Instantaneous frequencies are modeled by Gaussian distribution and the instantaneous amplitude fitted by Gaussian curves. Approximation coefficients obtained from the last level of wavelet transform are also simulated using the Gaussian curves. Pulse-like ground motion will be simulated using Hilbert and Wavelet inverse transforms and the new generated data for the instantaneous characteristics and approximation coefficients. In this study, four pulse-like ground motions of Imperial Valley1979 and Northridge 1994 were used to verify the effectiveness of this simulation method. Simulated ground motions were compared with the recorded pulse-like ground motions and various criteria were used to confirm the effectiveness of the proposed method. Peak ground acceleration, response spectrums, and arias curves which are important parameters of ground motion were used in this paper to validate the proposed method. Simulation results not only captured the main characteristics of the recorded pulse-like ground motion, but also preserved the effects of the pulse as well.

    Keywords: Pulse-like ground motion, wavelet transform, Hilbert Transform, Instantaneous Frequency, Instantaneous Amplitude, Gaussian distribution
  • A.R. Kaboudan *, M. Naderi Pages 81-92

    Aggregates make up between 60% and 80% of the concrete volume, being surrounded by the cement paste and their properties all have significant impact on the behavior of concrete, during the service life for which it been designed. For this reason, a series of laboratory tests were conducted during this investigation to evaluate the effects of mechanical, durability and geometry properties of aggregates on the compressive strength and permeability of the 28-day concrete specimens. Concrete specimens were made with different types of aggregates, including granite, andesite, silica, limestone, marble and tuff. Studied mechanical properties were compressive, tensile and surface strengths, Los Angeles abrasion index, Schmidt hardness and saturated surface dry density, while permeability, water absorption and porosity were investigated as durability properties. Geometry properties of aggregates, including circularity, solidity and aspect ratio were also measured to investigate the effect of aggregates shape on the concrete compressive strength and permeability. To measure permeability and surface strength, the methods of “Cylindrical chamber” and “Twist-off” were applied, respectively, which were proposed and developed by Naderi. The results obtained revealed that a direct linear correlation, with coefficient of determination higher than 0.89 exists between compressive and surface strengths of the studied concrete specimens and parent rocks. On the other hand, parent rock compressive strength is approximately 140%-270% higher than that of the concrete containing aggregates of the same parent rock, while its permeability is nearly 59%-71% lower than the permeability of the corresponding concrete. It was also observed that concrete compressive strength decreases with increasing its permeability and vice versa. Analysis of the results demonstrated that strong correlations, with coefficients of determination higher than 0.73 exist between concrete compressive strength, concrete permeability and the mentioned mechanical and durability properties of parent rocks and the corresponding aggregates. On the contrary, coefficients of determination lower than 0.1 were obtained for the relationship between geometry properties of aggregates, concrete compressive strength and permeability. This behavior revealed that the impact of aggregates shape on concrete compressive strength and permeability is not significant, compared with the mentioned mechanical and durability properties of the parent rocks and the corresponding aggregates.

    Keywords: Compressive strength, permeability of concrete, Shape of aggregates, Mechanical, durability properties of aggregates
  • A. Ouria *, H. Sadeghpour Pages 93-104

    In this research, the effects of the wraparound anchorage on the bearing capacity of a spread footing on sand reinforced by carbon fiber reinforced polymer strips were studied experimentally and numerically. A steel box with the dimensions of 100×100×70 cm was used as a test setup and the spread footing was simulated using a steel plate with the dimensions of 20×20×2.5 cm. Also, a numerical model was developed by FLAC3D software to simulate the physical model for further investigations. Laboratory tests were conducted on unreinforced and reinforced models with and without wraparound anchors with different lengths. The results of these investigations indicated that the effect of the wraparound anchorage on the bearing capacity of the foundation was highly dependent on the return length of the anchor. Its effect on the improvement of the bearing capacity of the foundation was noticeable when the length of the anchor was long enough that the end of the reinforcement placed under the footing. Otherwise, the effect of the wraparound anchor on the improvement of the bearing capacity of the footing was negligible. Depending on the length of the return anchor, two distinct load-settlement behaviors were observed. When the length of the return anchor was not long enough, the bearing capacity of the footing showed some improvement in low settlement levels, but it approached the bearing capacity of the footing with unanchored reinforcements as the settlement was increasing. There was at least 10% improvement in the bearing capacity in this situation. For models with long return anchors, increasing the settlement of the footing increased the bearing capacity of the footing when compared to the behavior of reinforced model without wraparound anchor. The improvement of the bearing capacity of the footing was up to 27% for long anchors depending on the length of the wraparound anchor. The results of the numerical simulations indicated that the wraparound anchorage changed the stress distribution and increased the confinement of the soil elements located under the footing. Increasing the length of the return anchors led to a uniform distribution of the confining pressure under the footing.

    Keywords: Spread footing, reinforced soil, Carbon fiber, wraparound anchor, Bearing capacity
  • S. Farahani, A. H. Akhaveissy * Pages 105-120

    For reinforced concrete (RC) structures located in earthquake prone areas, inherent brittle behavior of concrete may have adverse effects on their seismic performance. Buckling-restrained braces (BRBs) are commonly employed as ductile bracing components located in seismic areas where configuring these elements in RC frames can develop a ductile steel braced reinforced concrete structures. By evaluating key limit states governing dual frame design, this study aims to present a direct displacement-based design (DDBD) method as an alternative approach to the seismic design of steel braced reinforced concrete structures. The force–deformation expression of the steel braced reinforced concrete structures was developed. The new approach for numerical modeling was proposed and validated to simulate the nonlinear behavior of dual system. Then, a number of steel braced reinforced concrete structures considering different height and bracing configurations were designed to perform nonlinear time-history (NTH) analysis under real earthquakes. The seismic response including the maximum displacement profile of all models was acquired. The maximum value of least mean square error was calculated 11% for high-rise sample models that the predicted displacements can be reliably matched with the demanded displacements of the steel braced reinforced concrete structures. The analytical results of the current study indicate that DDBD approach can be used to design ductile steel braced reinforced concrete structures in seismic zones.

    Keywords: Ductile frame, RC frame, Displacement-based design method, The least-squares method, nonlinear dynamic analysis
  • P. Dinarvand, A.R. Rashno * Pages 121-133

    Concrete is one of the most widely used constructional materials which is disposed to cracking for various reasons. Cracking is one of the unavoidable defects in concrete. When micro-cracks develop and join together, a continuous network of cracks is formed inside the concrete. Cracks increase the permeability and reduce the impermeability against moisture and aggressive substances such as sulfate ions, chloride ions, and acids. These factors affect the structure durability and reinforcement corrosion and destroy the concrete matrix. The concrete self-healing approaches appear to be an appropriate idea to remove this damage. Among the different self-healing ways which are basically chemical, the Calcium Carbonate precipitation, resulting from the micro-organisms metabolic activities, is a new environmentally friendly strategy. Their ecological variety is high and can be found in different natural settings. In this way, to treat damaged structures, a microbial process is applied wherein the combination of bacteria, urea, and a calcium source forms calcium carbonate crystal that results in crack reduction, impermeability, and improved concrete mechanical properties. Biologically, the calcium carbonate precipitation helps heal the small cracks, fill pores, and bind other materials such as sand and gravel in concrete. These precipitations are the byproducts of the usual metabolic processes such as photosynthesis, urea hydrolysis, and sulfate reduction. To obtain a useful insight in this important researching area and to protect the environment, this article investigates different approaches of using bacteria in concrete, the bacteria potential to heal the cracks. Improving the properties of concrete was examined, and the laboratory results were interpreted. Investigation of the concrete micro-structure indicated the formation of the calcite crystals in the samples and confirmed the promising performance of bacteria in healing micro-cracks, improving the mechanical properties, and the concrete durability in the destructive environments. By reducing structural pores, bacterial participation at a concentration of 105-107 cells/ml led to an increase in compressive strength by and a decrease in the penetration of chloride ions and water absorption to and , respectively. Moreover, the maximum crack healing width at a concentration of 107-109 cells/ml about was mm.

    Keywords: self-healing, Calcium Carbonate precipitation, Bacteria, crack healing, Mechanical properties, durability
  • A.H Namadchi, J. Alamatian *, H. Mohammadelahi Arehkamar Pages 135-145

    In structural dynamic analysis, various time integration techniques have been proposed. Generally, these algorithms discretize the time domain into a finite number of intervals and approximate the displacements, velocities, and accelerations via mathematical expressions at each time increment. Based on the structure of these approximations, time integration schemes are classified as explicit and implicit. Explicit schemes are much simpler and often march forward only through pure vector operations. On the other hand, implicit strategies require more computational efforts especially in nonlinear behaviors since they involve solving a system of simultaneous equations at each time step using iterative techniques. Although computationally more expensive, implicit schemes are unconditionally stable, meaning that the growth of solution errors at each time increment remains bounded. On the contrary, explicit techniques suffer from instabilities which manifest as unrealistic growth of amplitude of the responses. To overcome this issue, time step size should be chosen small enough to meet the stability criterion. In this paper, by gathering the advantages of both approach, a new semi-explicit unconditionally stable time integration method based on the well-known implicit Generalized-α (G-α) technique is proposed. To this end, first, the fundamental approximating relationships of the suggested method is introduced for a single degree of freedom system with the unknown integration parameters. Then, using the concept of amplification matrix, these unknown parameters are determined so that the method possesses the same characteristic equation as the G-α technique. This leads to a set of model-dependent integration parameters that are no longer scalar constants. Due to this kind of formulation, similar stability and accuracy behavior are observed when comparing the proposed method with the G-α technique, both analytically and numerically. After generalization of the proposed algorithm to the multi-degree of freedom systems, some numerical examples are solved and comparisons are also made with other similar time integration schemes. Findings reveal the merits of the proposed algorithm over the other well-known time stepping techniques.

    Keywords: Dynamic analysis, numerical integration, Structure-dependent Method, unconditional stability
  • J. Namdarian, M. Yazdani * Pages 147-155

    The exploration and extraction of hydrocarbon resources (oil and gas) as well as the geothermal energy at great depths of the rock layers have posed challenges for the stability of the drilling well wall at high temperatures. Also, the burial of nuclear waste leads to a great increase in temperature in the surrounding rocks and affects the properties of the rocks. In addition, drilling deep oil wells at a high temperature of the drilling area illustrates the importance of investigating the effect of heat on the rock strength. Therefore, understanding the effect of temperature changes on the physical and mechanical properties of rock is vital for designing rock structures and evaluating safety in rock engineering. In this study, uniaxial compressive strength of granite, a common type of rock in the Earth's crust, under different temperatures and in different sizes is investhgated. For this purpose cylindrical specimens with diameters of 28 mm, 54 mm, and 84 mm were prepared and tested at laboratory temperatures and temperatures of 100, 200, 400, and 600 ° C. The samples were subjected to compressive loading and heating simultaneously. The results of the tests showed that uniaxial compressive strength decreased with increasing the temperature. At temperatures below 400 ° C, water begins to evaporate and escape through the cracks at a relatively slow rate. This creates a high air pressure and intensifies the formation and expansion of the cracks and pores and increases the cracks. As temperature rises above 400 ° C, chemical changes occur in the rock, which may reflect the color change of the sample. The quartz phase transition results in an increase in microcracks due to different expansion between the quartz grains and other minerals, which is one of the reasons for the decrease in strength between 400 and 600 ° C. The reduction in strength at 600 ° C was obtained for 28 mm diameter, 47%, for 54 mm diameter was 53% and for 84 mm diameter was 56%. Also, at a constant temperature, the uniaxial compressive strength decreased as the diameter increases. These changes are observed at all sizes.

    Keywords: Thermal effect, size effect, Uniaxial Compression Strength, Granite