فهرست مطالب

مهندسی عمران شریف - سال سی و هشتم شماره 1 (بهار 1401)

مجله مهندسی عمران شریف
سال سی و هشتم شماره 1 (بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/06/06
  • تعداد عناوین: 14
|
  • هادی محمدزاده رومیانی*، محمدجواد صفاریان، رضا ذاکری، حمیدرضا رازقی، حامد آبده کیخا صفحات 3-14
    در این تحقیق روشی ساده و عملی برای مدلسازی عددی رفتار ناهمسان ماسه در شرایط زهکشی شده ارایه شده است. با بهره گیری از نرم افزار ABAQUS، آزمایش پیچش استوانه توخالی مدل سازی شده است. برای معرفی مصالح، مدل رفتاری دراکر-پراگر توسعه یافته با کپ به عنوان یکی از مدل های رایج انتخاب شده است. با استفاده از سابروتینUSDFLD و کدنویسی به زبان Fortran در نرم افزار ABAQUS ناهمسانی در پارامترهای مقاومتی و سختی خاک به صورت تابعی از زاویه تنش های اصلی به نرم افزار معرفی شده است. این روش امکان تخصیص پارامتر های مستقل را برای هر جز از خاک با توجه به شرایط و زاویه تنش های اصلی فراهم می سازد. مسیر تنش مشابه سه محوری فشاری با تغییر زاویه تنش-های اصلی و نسبت تنش های میانی به نمونه استوانه توخالی اعمال و کارآیی مدل عددی در شرایط بارگذاری مختلف بررسی شده است. مقایسه نتایج حاصل از مد ل سازی عددی با نتایج آزمایشگاهی نشان دهنده تطابق مناسب نتایج تحلیل عددی با نتایج آزمایشگاهی و کارآیی روش مورد استفاده برای در نظر گرفتن ناهمسانی خاک در مدل های عددی می باشد.
    کلیدواژگان: ناهمسانی، زاویه تنشهای اصلی، آزمایش پیچش استوانه توخالی، Abaqus، سابروتین USDFLD
  • حسین عباسی، مجید برقیان* صفحات 15-22

    آویزها اجزاء انتقال نیرو در پل های معلق هستند که نیروهای وارده بر عرشه را به کابل های اصلی پل انتقال می دهند و سلامت آن ها نقش مهمی در امنیت پل ایفا می کند. اما آویزها تحت بارهای اعمالی و متعاقبا جابه جایی های وارده به آن ها، مستعد خرابی هستند و در نتیجه، بیشتر آن ها طول عمر کوتاهی دارند و باید تعویض شوند. نوشتار حاضر، به دنبال راهکاری برای بالا بردن عمر آویزها بوده و با تمهیداتی که پیشنهاد کرده است، عملکرد آویز بهبود می یابد. برای اصلاح رفتار آویزها، افزودن عضوی از جنس پلی اتیلن بین قسمت سوکت و کابل آویز پیشنهاد شده است. مدل سازی مربوط به آویز واقعی روی پل موردی و مدل پیشنهادی انجام شده و نتایج نشان داده است که در مدل پیشنهادی، تنش وارده بر اعضاء مدل تا حدود 39٪ نسبت به حالت اولیه کاهش یافته است. همچنین نتایج نشان داده است که برخلاف مدل اولیه، کرنش خمیری در سوکت و کابل صفر بوده است. بعد از اثبات کارآیی مدل پیشنهادی، مصالح دیگری (پلی اتیلن، تفلون و پلی پروپیلن) در مدل پیشنهادی جایگزین شدند و نتایج هر 4 مدل مقایسه شدند. از بین مصالح جایگزین، تفلون جواب بهتری داده است.

    کلیدواژگان: آویز، پل معلق، خرابی آویز، جابه جایی وارد شده، اصلاح آویز
  • امیرحسین حسنی*، سعیدرضا صباغ یزدی صفحات 23-34

    پژوهشگران اخیرا پنل های چندلایه ی متشکل از الوارهای متقاطع چوبی (CLT) را به عنوان یکی از مناسب ترین ماده های ساختمانی دارای کمترین اثرات منفی زیست محیطی معرفی کرده اند. در طرح سازه ی ترکیبی فولادی چوبی ارایه شده در پژوهش حاضر، قاب ساختمان از نوع فولادی بوده و برای کف ها و دیوارهای برشی سازه از پنل های افقی و قایم CLT استفاده شده است. در پژوهش حاضر، جهت بررسی عملکرد سیستم سازه ای پیشنهادی، یک ساختمان 6 طبقه با دو نوع سیستم باربر جانبی شامل: الف) سیستم قاب خمشی متوسط فولادی با دیافراگم کف ترکیبی بتنی فولادی و ب) سیستم دوگانه ی قاب خمشی متوسط فولادی و دیواربرشی CLT با دیافراگم کف ترکیبی چوبی−فولادی به کمک نرم افزار ایتبس طراحی شده است. در ادامه، دو قاب ساختمانی از سازه با دو نوع سیستم یاد شده با نرم افزار آباکوس مدلسازی و تحلیل اجزای محدود شدند و سپس رفتار آنها تحت تحلیل بارافزون مقایسه شده است. در مطالعه ی حاضر نتیجه گرفته شد که در صورت استفاده از پنل های افقی و قایم CLT در سازه با سیستم قاب خمشی متوسط فولادی ، علاوه بر عملکرد لرزه یی مناسب سازه، وزن ساختمان نیز 01/22٪ کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: الوارهای چندلایه ی متقاطع چوبی (CLT)، سازه ی ترکیبی چوبی فولادی، قاب خمشی فولادی، دیوار برشی CLT، کف کامپوزیت چوبی فولادی
  • مهدی نوروزی، محمدکاظم شربتدار* صفحات 35-46

    استفاده از پودر لاستیک ضایعاتی با درصدهای مختلف به عنوان جایگزین سنگ دانه در تولید بتن به منظور بررسی آزمایشگاهی خصوصیات مختلف مکانیکی و سازه یی در نوشتار حاضر بررسی شده اند. علاوه بر بتن معمولی، چند نوع طرح اختلاط حاوی پودر لاستیک ضایعاتی معادل 5، 10 و 15 درصد حجم واقعی سنگ دانه ها و الیاف مصنوعی پلی پفیلن سولفید (PPS) با $0/75$ و $1/5$ درصد حجمی در نظر گرفته و نمونه ها ساخته شدند. نتایج آزمایش ها نشان داد که با وجود کاهش مقاومت فشاری، ولی مقاومت های کششی و خمشی و ضربه ی نمونه های حاوی پودر لاستیک و الیاف بهبود یافته و مقاومت ضربه ی نهایی نمونه با $%15$ لاستیک به میزان $%48$ و نمونه با $%0/75$ الیاف و $%5$ لاستیک تا 2 برابر و نمونه با $%1/5$ الیاف و $%5$ لاستیک تا $5/72$ برابر افزایش داشتند. افزودن پودر لاستیک و الیاف باعث افزایش 50 درصدی ظرفیت خمشی، $%2/7$ برابری ضریب اندیس طاقت و افزایش شکل پذیری و جذب انرژی دال های بتنی روسازی با ابعاد بزرگ بر بستر ارتجاعی نسبت به دال مشابه با بتن معمولی شدند.

    کلیدواژگان: {پودر لاستیک ضایعاتی، دال بتنی روسازی، مقاومت خمشی، اندیس طاقت، الیاف پلی پفیلن سولفید (PPS)
  • حسن صالحی*، نادر بیگلری جو، هوشنگ برخورداری صفحات 47-57

    با وجود انجام مطالعات فراوان در زمینه ی بتن های بازیافتی، تاکنون درخصوص تاثیر مقاومت بتن مادر در بتن های بازیافتی مدلی ارایه نشده است. ارایه ی مدل در طرح های بتنی می تواند از صرف هزینه و زمان مازاد برای ساخت آن ها جلوگیری کند. هدف از مطالعه ی حاضر، ارایه ی یک مدل ریاضی برای پیش بینی رفتار مکانیکی بتن بازیافتی با استفاده از روش طراحی آزمایش مرکب مرکزی و تحلیل آماری سطح پاسخ است. پارامترهای موثر ورودی، شامل: مقاومت فشاری بتن مادر، درصد جایگزینی و عیار سیمان بوده است. نتایج نشان می دهند که مقاومت فشاری، مقاومت کششی و جذب آب بتن های بازیافتی به شدت وابسته به مقاومت فشاری بتن مادر هستند. با افزایش مقاومت فشاری شن بازیافتی از 19 به 36 مگاپاسکال، مقاومت فشاری بتن بازیافتی حدود 40٪ افزایش و جذب آب آن حدود 30٪ کاهش یافته است. زمانی که مقاومت فشاری بتن مادر بیش از 28 مگاپاسکال است، می توان درصد جایگزینی سنگ دانه ی بازیافتی را افزایش داد و بتن هایی با مقاومت بالاتر از بتن مادر تولید کرد.

    کلیدواژگان: بتن بازیافتی، مدل سازی، بتن مادر، خصوصیات مکانیکی، مدیریت مواد زائد
  • محمود نادری، ابوالفضل رشوند آوه، علی صابری ورزنه* صفحات 59-67

    در نوشتار حاضر، با توجه به نبود اطلاعات مرتبط با تاثیر مقاومت سنگ دانه ها در عملکرد بتن خودمتراکم، تاثیر نوع و مقاومت آنها در دوام بتن خودمتراکم در مقابل سولفات سدیم ارایه شده است. برای ساخت بتن ها از 9 نوع سنگ مختلف استفاده شده است. نتایج به دست آمده، بیان گر رابطه ی مستقیم بین مقاومت سنگ مادر با مقاومت بتن خودمتراکم ساخته شده با سنگ مذکور در آب و محلول سولفات سدیم است. ضریب همبستگی بالایی بین نتایج آزمون «پیچش» با آزمون «مغزه گیری» به دست آمد، که می توان برای اندازه گیری مقاومت فشاری سنگ ها از آزمون «پیچش» با اطمینان بالا استفاده کرد. مقاومت فشاری سنگ های: توف سبز بلورین، توف سبز، اندزیت، ریولیت، تراورتن، آهک، مرمریت و گرانیت به ترتیب برابر 76/31، 12/33، 92/39، 14/43، 41/48، 97/51، 66/59 و 17/62 مگاپاسکال بوده است. با افزایش مقاومت فشاری، نتایج آزمون پیچش نیز افزایش داشته است، به طوری که برای سنگ های مذکور به ترتیب برابر: 9/155، 3/176، 5/188، 3/201، 4/203، 4/231، 7/240 و 1/246 نیوتن متر به دست آمده است. در ضمن سنگ های با درصد جذب آب بالاتر، با تغییرات کمتری از نظر حجم نمونه مواجه بوده اند.

    کلیدواژگان: سولفات سدیم، آزمون «پیچش»، سنگ مادر، بتن خودمتراکم، دوام
  • محمدقاسم پناهی، حسن استادحسین*، علی میرزایی، امیرحسین باغبانی صفحات 69-78

    در پژوهش حاضر، طرح بهینه ی بتن سبکدانه ی سازه یی از نظر چگالی و مقاومت فشاری در دمای محیط به دست آمده و سپس با به کارگیری و تغییر میزان فزودنی هایی، نظیر دوده ی سیلیس و فوق روان کننده و همچنین با تغییر نسبت آب به سیمان، مقاومت طرح حاصل از مرحله ی قبل در برابر حرارت بهینه شده است. به این منظور، 9 طرح اختلاط متفاوت که از روش تاگوچی به دست آمده، اجرا شده و برای هر یک، 9 عدد آزمونه ی ساخته شده در هر یک از دماهای محیط، 400 و 800 درجه سانتی گراد، 3 نمونه از هر طرح برای حصول مشخصات طرح بهینه آزمایش شده اند. از مهم ترین نتایج پژوهش حاضر می توان به اثر مطلوب کاهش نسبت آب سیمان و افزودن فوق روان کننده در مشخصات فیزیکی و مکانیکی بتن سبکدانه در دماهای 400 و 800 درجه ی سانتی گراد اشاره کرد. همچنین طرح اختلاط بهینه ی بتن سبک مقاوم برای دمای بالا ارایه شده است.

    کلیدواژگان: طرح اختلاط بتن سبکدانه ی سازه یی، مشخصات فیزیکی و مکانیکی بتن سبکدانه، مقاومت بتن سبکدانه در برابر حرارت بالا، سبکدانه ی رس منبسط شده، روش تاگوچی
  • خشایار غراب، حسین تقدس* صفحات 79-85

    برنامه ی زمان بندی پروژه در صنعت ساخت وساز باعث دید یکسان بین ذینفعان پروژه می شود. به طور سنتی برای مشاهده ی برنامه ی زمان بندی از اسناد کاغذی استفاده می شود و ذینفعان به سختی درک عمیقی از آن پیدا می کنند. در حال حاضر، مدل سازی اطلاعات ساختمان (BIM) کمک شایانی به ذینفعان پروژه برای پیدا کردن درک عمیق تر از برنامه ی زمان بندی پروژه می کند. در پروژه ی حاضر، با ایجاد ارتباط مستقیم بین مدل BIM و مدل واقعیت افزوده (AR) توسط یک پایگاه داده ی ابری، چارچوبی برای ارتقاء تعامل ذینفعان با مدل چهاربعدی پروژه ارایه شده است. تفاوت پژوهش حاضر با مطالعات پیشین، بررسی و مقایسه ی مدل چهاربعدی چارچوب پیشنهادی با مدل چهاربعدی BIM در پروژه های خطی است. روش مذکور در یک مطالعه ی موردی خط لوله ی آب پیاده سازی و بازخوردهای مثبتی از مصاحبه با تیم مشاور پروژه گرفته شد. همچنین مشخص شد که با رفع موانع موجود، روش اشاره شده می تواند به عنوان روشی مناسب برای درک بهتر برنامه ی زمان بندی پروژه استفاده شود.

    کلیدواژگان: مدل سازی اطلاعات ساختمان (BIM)، واقعیت افزوده (AR)، مدل چهاربعدی، کنترل پروژه، خط لوله ی آب
  • مائده کشاورز باحقیقت، محمد آزادی* صفحات 87-98

    روش سیمانتاسیون بیولوژیکی، روشی نوین برای اصلاح خاک بر مبنای رسوب کلسیم کربنات است. تا به امروز پژوهش های بسیاری در مورد آن صورت گرفته است که در آن ها توجه کمتری به تاثیر تزریق نزولی در شکل گیری بلورهای کلسیت در سیمانتاسیون بیولوژیکی خاک های ماسه یی شده است. در پژوهش حاضر، از باکتری حاوی اسپور استفاده شده است تا به کمک آن، تاثیر مولاریته و نوع تزریق (ثابت و نزولی) در مقاومت و نفوذپذیری خاک بررسی شود. لذا نمونه های سیمانته شده، تحت آزمایش های سه محوری، نفوذپذیری و SEM قرار گرفتند تا با استفاده از نتایج حاصل، به بررسی مورد اخیر پرداخته شود. نتایج نشان می دهند که نمونه ی سیمانته شده با غلظت ثابت 1/5 مولار، بهترین عملکرد را داشته و در تنش بیشینه ی 1519 کیلوپاسکال نسبت به ماسه ی تمیز، %61/08 افزایش مقاومت داشته است. همچنین ضریب نفوذپذیری نمونه ی سیمانته شده با غلظت ثابت 1/5 مولار برابر 0/047 سانتی متر بر ثانیه بوده است که افزایش %41/25 نسبت به ماسه ی تمیز را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: سیمانتاسیون بیولوژیکی، غلظت نزولی، غلظت ثابت، سه محوری، باسیلوس پاستوری
  • هادی قلی، امیررضا ممدوحی*، عباس بابازاده صفحات 99-108

    برآورد (تصحیح) ماتریس مبدا مقصد با استفاده از داده های شمارش حجم، روشی ارزان برای تخمین تقاضای سفر در یک شبکه ی حمل ونقلی است.فرمول بندی عمومی مسیله ی اخیر به صورت یک برنامه ی بهینه سازی دوسطحی است که در سطح بالای آن، مسیله ی برآورد ماتریس و در سطح پایین، مسیله ی تخصیص ترافیک حل می شود. در شبکه های با ازدحام، عمدتا تخصیص تعادل کاربر قطعی در سطح پایین به کار می رود. فرض رویکرد قطعی، درک یکسان کاربران از هزینه های شبکه است که در واقعیت برقرار نیست. در پژوهش حاضر، یک تخصیص تعادل کاربر تصادفی در سطح پایین مسیله استفاده شده است. در سطح بالای مسیله نیز روش حل اشپیس که کارایی بالایی در شبکه های بزرگ مقیاس دارد، به کار رفته است. نتایج برای شبکه شهر تهران نشان می دهد که با افزایش پراکنش درک کاربران (پارامتر مقیاس مدل لوجیت، کمتر از 5٫0) مدل پیشنهادی با تخصیص تصادفی برآوردهای دقیق تری نسبت به مدل با تخصیص قطعی دارد؛ به گونه یی که در مقایسه با مدل قطعی، نسبت خطای RMSE عناصر ماتریس برآوردشده به مقادیر واقعی تقاضا را بیش از 10 درصد (در بعضی آزمایش ها بیش از 20 درصد) کاهش می دهد.

    کلیدواژگان: ماتریس مبدا مقصد، تصحیح ماتریس، تعادل کاربر تصادفی، روش گرادیان اشپیس، شمارش حجم
  • وحید قربانپور، مهرداد امامی تبریزی* صفحات 109-121

    مصالح دانه یی به دلیل تغییرات دمایی، فشار و هوازدگی، ریزترک هایی در ساختار خود دارند. ریزترک های مذکور، که در طول، راستا و موقعیت های مختلف در درون دانه ها توزیع شده اند، رفتار مکانیکی مصالح دانه یی، همچون: سختی، مقاومت و مقدار شکست را به شدت تحت تاثیر قرار می دهند. در پژوهش حاضر، دانه های مکعبی و استوانه یی ترک دار و بدون ترک، مدل سازی شده و تحت بارگذاری تک محوری با محصورشدگی جانبی قرار گرفته اند. استفاده از مدل تماسی غیرخطی هرتز، انجام آنالیز حساسیت برای تعیین کمینه ی تعداد توپ های لازم برای تشکیل هر کلامپ، کنترل تعداد نقاط تماس، شیب و راستای قرارگیری صفحات ترک در دانه های ترک دار و استفاده از معیار ترکیبی مقاومت کششی و چقرمگی شکست با لحاظ مودهای ترکیبی I و II، از جمله ویژگی های مدل عددی اشاره شده هستند. سپس مدل سازی دانه های ترک دار تحت زوایای مختلف ناپیوستگی به منظور بررسی تاثیر راستای ترک و آرایش ترکیبی دانه های ترک دار و بدون ترک در نسبت های مختلف نیز صورت گرفته است.

    کلیدواژگان: ترک، چقرمگی شکست، رفتار تنش کرنش، فاکتور شکست، روش المان گسسته
  • محمدحسین میرآبی*، احسان جباری، طاهر رجایی، کیوان سیدی نیاکی صفحات 123-134

    در پژوهش حاضر، بارگذاری نوسانی دریچه ی کنترل در مدل آزمایشگاهی تخلیه کننده ی تحتانی سد ارزیابی شده است. با استفاده از روش پردازش تصاویر جریان زیر دریچه ی کنترل و سری های زمانی، نوسان های میدان های سرعت و فشار استاتیکی، تولید، انتقال و استهلاک ادی های جریان آشفته بر پایه ی نظریه ی کولموگروف بررسی شده اند. نتایج پژوهش نشان می دهند که علل آشفتگی جریان به این شرح هستند: 1) در گشودگی 10٪ دریچه ی کنترل، ادی های بزرگ خطوط جریان میانی و نیمه ی پایینی مجرای بالادست دریچه. 2) در گشودگی 30٪ دریچه ی کنترل، ادی های بزرگ خطوط جریان نیمه ی پایینی مجرای بالادست دریچه. 3) در گشودگی های 50 و 70 درصد دریچه ی کنترل، ادی های بزرگ خطوط جریان نیمه ی بالایی مجرای بالادست دریچه. بر اساس نتایج اخیر در گشودگی های کمتر دریچه ی کنترل، خطوط میانی و نیمه ی پایینی جریان مجرای بالادست و در گشودگی های بیشتر، خطوط نیمه ی بالایی جریان مجرای بالادست، بیشترین نقش را در تولید ادی های کولموگروف و ایجاد آشفتگی ایفا کرده اند. ادی های بزرگ مذکور با ابعادی در حدود 5/7 تا 25 میلی متر، بسامدی در محدوده ی 1/0 تا 2 هرتز دارند.

    کلیدواژگان: تخلیه کننده ی تحتانی سد، جریان آشفته، ادی، کولموگروف، مدل آزمایشگاهی
  • کیا بادامچی*، حسین شوکتی صفحات 135-143
    خطوط لوله هنگام عبور از نقاط مختلف جغرافیایی، معمولا در معرض بارهای ترکیبی مختلفی (شامل: بارهای عرضی، طولی، عمودی و فشار هیدرواستاتیک علاوه بر فشار داخلی)قرار می گیرند. در نوشتار حاضر، دو نوع از بارهایی که می توانند تاثیرگذار باشند (فشارهای خارجی و محوری)، با استفاده از نرم افزار آباکوس ارزیابی شده اند. برای ارزیابی دقیق رفتار خطوط لوله ی فولادی و مشاهده ی نوع گسیختگی ایجاد شده در اثر بارهای معرفی شده، اتخاذ ناکاملی ها در تحلیل به روش عددی لازم و ضروری است. جهت صحت سنجی پاسخ های نرم افزار، نتایج تحلیل یک نمونه ی آزمایشگاهی با عددی مقایسه و مشاهده شد که همخوانی قابل قبولی بین آن ها برقرار است. آثار فشار محوری و نسبت قطر به ضخامت (D/t) در ظرفیت کمانشی فشار خارجی تحلیل و بررسی و سپس مشاهده شد که با افزایش فشار محوری و نسبت قطر به ضخامت، ظرفیت کمانشی فشار خارجی کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: خطوط لوله ی فولادی، نرم افزار آباکوس، فشار خارجی، فشار محوری، ناکاملی، نمونه ی آزمایشگاهی
  • سید علیرضا اسماعیلی، سعید گوهری، مجید حیدری* صفحات 145-155

    با توجه به تاثیر مهم سیلاب در تغییرات ریخت شناسی رودخانه، در پژوهش حاضر به بررسی تاثیر پارامترهای مختلف در انتقال بار بستر رسوبی در شرایط سیلاب ناگهانی پرداخته شده است. هیدروگراف جریان ورودی از نوع مثلثی متقارن و زمان پایه ی هیدروگراف ها برابر 90 ثانیه و دبی بیشینه ی آنها از 30 تا 45 لیتر بر ثانیه در نظر گرفته شده است. جنس ذرات رسوبی از نوع کوارتز و با قطر متوسط 1، 2 و 3 میلی متر بوده و در دو شیب 006/0 و 014/0 آزمایش شده اند. نتایج پژوهش حاضر نشان داد که نقش شیب کانال در انتقال بار کف اهمیت زیادی دارد، به طوری که با افزایش 2 برابری شیب کف، میزان کل رسوب انتقالی به پایین دست تقریبا 5 برابر افزایش یافته است. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش دبی رسوب، پارامتر غیرماندگاری افزایش یافته و پارامتر اخیر نقش موثری در کل کار جریان داشته است.

    کلیدواژگان: بار بستر، سیلاب ناگهانی، زمان پایه، هیدروگراف مثلثی، پارامتر غیرماندگاری، کل کار جریان
|
  • H. Mohamadzadeh Romiani *, M.J. Saffarian, R. Zakeri, H.R. Razeghi, H. Abdeh Keykha Pages 3-14
    The behavior of natural soils is often anisotropic. But in practice, the mechanical behavior of soils is usually assumed to be isotropic. In recent years, various constitutive models have been developed that incorporate the anisotropic behavior of soils. But most of these constitutive models cannot take into account all aspects of anisotropy. On the other hand, these models are mostly complex and several parameters are needed to be determined to define the model. Therefore, using these models in practical matters is difficult. In this study, a simple method is presented to study the anisotropic behavior of sands in drained condition. Hollow cylinder torsion tests are modeled using commercial finite element software ABAQUS. The Modified Drucker−Prager/Cap constitutive model is used to define the soil characteristics. This constitutive model is a practical model which is widely used in numerical analyses of geotechnical problems, assuming that the soil has an isotropic behavior. In order to study the effect of soil anisotropy on the shear strength and stress-strain behavior, USDFLD subroutine is used in ABAQUS software. A new subroutine, called USDANISO, was also developed that links soil mechanical parameters to the major principal stress direction in each element, separately. Therefore, when analyzing the model, soil parameters in different soil elements can change as the major principal stress direction rotates. The hollow cylinder geometry is modeled in ABAQUS software and different combinations of shear and normal stresses are applied to investigate the behavior of modeled samples under the principal stresses with different directions. In the numerical model, stress paths similar to experimental studies (hollow cylinder torsion tests), including different values of intermediate principal stress ratio, are applied to study the anisotropic behavior of soil. The results of numerical modeling are compared with the experimental results of hollow cylinder torsion tests. The obtained results show appropriate agreement with experimental studies. Nevertheless, the method, described in this study, can be an efficient and practical method to consider the effect of major principal stress direction and intermediate principal stress ratio on the mechanical behavior of sand in drained condition.
    Keywords: anisotropy, principal stress direction, hollow cylinder torsion test, Abaqus, USDFLD subroutine
  • H. Abbasi, M. Barghian * Pages 15-22

    Suspenders are crucial force transmission components in suspension bridges that transmit deck loads to the main cables, and their durability plays an important role in the safety and serviceability of the suspension bridge. However, one of the problems in suspension bridges is that they face the failure of suspenders under applied loads and consequently, exerted displacements. Therefore, the suspenders often have a shorter life time and needed to be replaced. In this paper, the authors aim to find a solution to extend the life of the suspenders; therefore, a new method was proposed to improve the performance and behavior of suspenders. For this purpose, a polyethylene member was added between the socket and the pendant cable. A case study suspender and the proposed model were modeled and analyzed. The results showed that in the proposed model, the stress on the model members was reduced by about 39% compared with the initial model. Also, the results showed that unlike the original model, the plastic strain remained zero in the socket and cable. After proving the effectiveness of the proposed model, two other materials were replaced by the polyethylene member. The results showed that among the proposed materials, Teflon gave the best result.

    Keywords: Suspender, suspension bridge, suspender failure, exerted displacement, modifying of suspender
  • A.H. Hassani *, S.R. Sabbagh Yazdi Pages 23-34

    Recently, researchers have introduced CLT (Cross Laminated Timber), a kind of engineered wood product that is one of the most suitable construction materials for green building development for the future cities. In the design steel-timber hybrid structure presented in this study, steel is used for the intermediate moment resisting frame of the building and CLT are used as floor panels and shear walls. Therefore, the lateral load-resisting system of the hybrid structure in this study is the dual system of steel intermediate moment resisting frame and CLT shear wall. In order to investigate the structural performance of the above-mentioned system, a sample 6 stories building are considered to be constructed using two types of structural systems were designed using ETABS software; 1- a steel intermediate moment resisting frame with composite concrete-steel floor, and, 2- dual steel intermediate moment resisting frame plus CLT shear walls with timber-steel floor using CLT horizontal panels. Then, FEM model of each of structural frame two types was analyzed using pushover method by ABAQUS software. The behavior of the two type 6-story frame systems were compared. By comparing the weight of Structure with the two types of lateral load-resisting system, it was concluded that the total weight of the building reduced by %22.01 in the structure with a dual system of steel intermediate moment resisting frame and CLT shear wall and composite timber-steel floors, compared to the structure with the steel intermediate moment resisting frame system and composite concrete-steel floors. Comparison of the results concludes that the application of possible substitution of CLT panels instead of steel and concrete common materials of structural members results in light weight structure with acceptable seismic behavior. Furthermore, development of hybrid timber-steel construction can provide buildings with less greenhouse, environmental, and noise pollution for producing materials and building structure, lower energy consumption, less weight, good seismic behavior, fast construction speed, and renewable resource capability.

    Keywords: CLT (Cross Laminated Timber), timber- steel hybrid structure, steel intermediate moment resisting frame, CLT shear wall, composite timber-steel floor
  • M. Noroozi, M.K. Sharbatdar * Pages 35-46

    The current research deals with the use of waste rubber powder with different forms and percentages as a replacement for the fine aggregates in concrete production for the purpose of examining different mechanical and structural properties at an experimental level. The mixed design of common concrete as well as other mixed designs having waste rubber powder were constructed. The amounts of waste rubber were equivalent to 5, 10, and 15% of actual volume of the aggregate. To remove the negative effects on some mechanical properties of the product such as compressive and tensile strength and impact resistance, the synthetic Polyphenylene Sulfide (PPS) fibers known as synthetic complex fibers with 0.75 and 1.5% were added to the concrete having waste rubber powder. The first part of this research examines the effects of the combination of fibers with waste rubber powder on the compressive, tensile, flexural strength, and impact resistance of specimens. Also, in the second part of this research, six concrete slabs were constructed with the structural performance of such concrete in road construction under elastic basement under direct loading. The displacement-load curve of the samples as well as the failure pattern of the samples were observed and analyzed. The result of the experiments on the standard specimen in the first part of this research showed that despite the decrease in compressive strength due to the simultaneous addition of rubber powder compared to the common concrete samples, the tensile, flexural strength, and impact resistance were improved compared to the samples constructed with common concrete. By replacing 15% rubber powder instead of the fine aggregates, the final impact resistance increased up to 48%. Simultaneous addition of 0.75 % fibers and 5% rubber doubled the impact resistance of the concrete. It is worth mentioning that 1.5% addition of fibers to the concrete having 5% rubber power increased final impact resistance up to 5.72 times of that of Ref concrete. The results of the second part of this research showed that the final capacity of fiber-rubber concrete slabs under elastic basement to have favorite flexural behavior as concrete pavement compared to common concrete slab increased up to 50%; meanwhile, the amount of absorbed energy and the strength of combined concrete slabs of rubber wastes and fibers were 3 times higher than those made by common concrete in the reference sample.

    Keywords: Waste rubber powder, tensile strength, concrete slab, toughness, impact resistance
  • H. Salehi *, N. Biglarijoo, H. Barkhordari Pages 47-57

    One of the most significant concerns of recent years among scientists has been related to waste management actions and policies. Unfortunately, landfills are filled with various debris and demolition from old building including waste concrete, glass, brick, ceramic, and plastic. Waste concrete seems to occupy a large volume of these landfills; thus, they are potentially among the most appropriate choices for recycling process. However, different papers have focused on the impact of recycled concrete aggregates in concrete and in recent years, no specific model has been recommended to predict the behavior of parent concrete in recycled concrete. In this study, a central composite design along with response surface methodology was employed to prepare experimental designs and model the properties of concrete made of recycled aggregates. Effective factors included compressive strength of parent concrete, substitution rate of parent concrete, and value of cement, while the compressive strength, tensile strength, and water absorption of recycled concrete were introduced as goal responses. Based on the statistical analysis, all recommended models were adequate with acceptable coefficient of determination ( ). Response surface and perturbation plots revealed that compressive strength, tensile strength, and water absorption of recycled concretes depended heavily on the compressive strength of parent concrete. Moreover, in order to generate concretes with higher compressive strength than the compressive strength of parent concrete, the value of compressive strength for parent concrete should be above MPa. However, for low-strength parent concretes, substitution rate should be limited in order to reduce undesirable performance. As the compressive strength of recycled concrete aggregates increased from to MPa, the compressive strength of recycled concrete was enhanced by over percent. In this substitution, water absorption reduced over percent. Additionally, when the compressive strength of recycled aggregates was fixed at MPa, by changing substitution rate from % to %, the compressive strength of recycled concrete increased from to MPa. The tensile strength of recycled concrete also was enhanced from to MPa.

    Keywords: Recycled concrete, Modelling, Parent Concrete, mechanical properties, Waste management
  • M. Naderi, A. Rashvand Aveh, A. Saberi Vaezaneh * Pages 59-67

    In many parts of Iran, especially in the southern regions of the country where concrete is exposed to seawater, sulfates are the main destructive factors of concrete. The main factors related to the durability of concrete are the type of materials, concrete structure, density, and curing. Inadequate compaction of concrete due to the lack of acceptable vibration in the limited parts between the formwork and rebars is one of the main factors of low structural reliability exposed to sulfates. Due to the lack of information related to the effect of aggregate strength on the performance of self-compacting concrete, in this paper, the effects of type and strength of aggregates on the durability of self-compacting concrete against sodium sulfate is presented. Granite, marble, andesite, rhyolite, travertine, lime, green tuff, crystalline green tuff, and basalt were used to make concrete. "Twist-off" and "Drilled core" tests were employed to measure the compressive strength of rocks. "Twist-off" test is an accurate method with a wide range of applications in determining the strength of materials both in the laboratory and on site and is considered as a fast, accurate and low-cost technique with minor failure in the field of semi-destructive testing. The attractiveness of this method is in accuracy, speed, simplicity, minor breakdown, and low cost of doing it, which makes it more comparable than other on-site tests. This test can be performed in horizontal, vertical, and generally on any smooth surface without the need for prior planning. The tools used in this test are very simple and accessible and performing the test does not require previous skills. The experiments were performed at ages 7, 14, and 28. The results show a direct relationship between the strength of the parent rock and the strength of self-compacting concrete made with of rock. At an early age, there is an increase in compressive strength of samples placed in sodium sulfate compared to samples treated in water. Also, a high correlation coefficient was obtained between the results of the "twist-off" test and the "Drilled core" test, which could be used to measure the compressive strength of rocks with the "twist-off" test with high confidence.

    Keywords: Sodium Sulfate, Twist-off, Mother Rock, self-compacting concrete, Durability
  • M.Q. Panahy, H. Ostadhossein *, A. Mirzaii, A.H. Baghbani Pages 69-78

    The fire phenomenon can cause the loss of structural materials resistance which may end to damage or even structural total collapse. Physical and chemical changes in concrete due to firing also make serious structural defects in concrete structures. Therefore, prevention of reduction of concrete resistance is attended in this research. The primary idea is based on decreasing concrete thermal conductivity to increase chemical and physical resistance. Because of low density and porosity light weight aggregate concrete has low thermal conductivity which can postpone the resistant loss due to high temperature. A set of tests performed to achieve an optimum light weight aggregate concrete mix design in room normal temperature by changing the amount of sensitive mix components and controlling compressive strength and density. In next step some effective additives were implemented to make the optimum mix design against high temperature. For this purpose, 9 different mix designs obtained from the Taguchi method were prepared. For each mix design, 9 test specimens were made. At each, ambient temperature, 400 ͦC and 800 ͦC, three samples of each design are tested. The experiments conducted in this research include testing of compressive strength, ultrasonic pulse, and weight loss and heat effect on the appearance of lightweight concrete. It was seen that the effect of temperature above 400 ͦC is more significant on concrete compressive strength and in temperatures below 400 ͦC density loss is more considerable. The results of tests indicate that reducing the water to cement ratio and using super plasticizer has a desirable effect on the physical and mechanical properties of lightweight concrete at higher temperatures. However, test results showed that the presence of silica fume up to 15 percent of weight of cement can’t improve the strength of lightweight concrete neither in ambient nor in elevated temperature. Optimum mix design lost about 49 percent of compressive strength in 800 ͦC. Also it was observed that loss of density and compressive strength due to elevated temperature are in direct relation.

    Keywords: : structural lightweight concrete mix design, physical, mechanical properties of lightweight concrete, elevated temperature lightweight concrete resistance, LECA lightweight aggregate, Taguchi method
  • Kh, Ghorab, H. Taghaddos * Pages 79-85

    The project schedule is a critical factor in project success in the Architecture, Engineering, and Construction (AEC) industry. An efficient schedule can develop a shared vision (i.e., understanding) among project stakeholders. The traditional construction industry uses paper documents such as Gantt charts to visualize the sequence of construction activities. However, it might be challenging for stakeholders to comprehend the schedule, particularly in large-scale construction projects (e.g., pipeline construction projects). The recent development of 4D modeling schedules (i.e., integration of Gantt charts and the 3D digital model) within the Building Information Modeling (BIM) environment has facilitated a better understanding of the project schedule. However, the process of developing 4D scheduled in large-scale linear projects is still demanding. Given that smartphones are becoming increasingly popular and widely available, their potential use in the construction industry is emerging. Nowadays, various smartphone applications are employed in the industry, some are equipped with the fascinating feature of Augmented Reality (AR). AR is an emerging technology being actively developed by major corporations (e.g., Google, Microsoft, and Apple). Several researchers have studied AR and its potential applications in the AEC industry, including visualization, simulation, communication, collaboration, information modeling, access to information and evaluation, progress monitoring, education, safety, and inspection. This study introduces a hybrid BIM and AR framework to monitor construction schedules and demonstrate the linear progress of construction projects. A cloud database (Cloud DB) is used to communicate and share information between BIM and AR. It also provides a more powerful visualized schedule based on the AR technology (comparing to the 4D BIM-based schedule) to facilitate a deeper understanding of the stakeholders (e.g., digest and update the project schedule) and to enhance the project control. Finally, the capabilities of the developed platform are demonstrated successfully by applying it to an actual water pipeline case study. Employing the developed framework by the consultant company demonstrates some advantages of the developed hybrid framework compared to the traditional scheduling approach and 4D BIM schedules.

    Keywords: Building Information Modeling (BIM), Augmented Reality (AR), 4D Schedule, Project Control, Water pipeline
  • M. Keshavarz Bahaghighat, M. Azadi * Pages 87-98

    Rapid population growth and wave of immigration to cities are growing needs to expand construction in cities. So, reinforcement of bed soil has a high importance in urban structures. The soil must be stabilized for various applications such as: decrease in erodibility, increase in loading capacity and increase in compressive strength. At the ground level, soil can be stabilized by ecological and compaction methods but in depth, improvement should be done by infusion. Injection of chemical substances is costly, destructive and it causes the destruction of the hydrological ecosystem of the improved area, in addition to, ground water may be deviated from their path. Biological cementation is a modern and environmentally-friendly method to remedy the soil that it has been developed through the linkage of civil, geochemical and microbiological fields. This method of improvement is based on Microbial Induced Calcite Precipitation sedimentation, so sedimentary bacteria is used. To date, many studies have been conducted in which less attention has been paid to the effect of descending injection on the formation of calcite crystals in the biological cementation of sandy soils. Therefore, in the present study, a type of bacterium containing spore called Bacillus pasteurii was used to help the effect of molarity as well as The type of injection (constant and descending) on soil strength and permeability should be investigated. For this purpose, biologically cemented specimens by this method were tested in tri-axial consolidated undrained test, fixed load permeability and scanning electron microscope to investigate this case using the results to be proceeded. The results show that as the concentration increases, more calcite is formed in the soil, therefore the cemented sample with a constant concentration of molar had the best performance and compared to untreated sand, % an increase of resistance and % a decrease of permeability was observed.

    Keywords: Bio-cementation, Descending concentration, Constant concentration, Tri-axial test, Bacillus Pasteurii
  • H. Gholi, A.R. Mamdoohi *, A. Babazadeh Pages 99-108

    Estimation (correction) of origin-destination (OD) matrix based on traffic counts data is an inexpensive approach to predicting travel demand in transportation networks. The general formulation of this problem is a bi-level optimization program in which the matrix estimation is solved at the upper level, and the traffic assignment is solved at the lower level. In congested networks, deterministic user equilibrium (UE) assignment is often used at the lower level. Deterministic approaches assume that all users perceive network travel times the same way, which is not the case in reality. In contrast, stochastic methods allow for different user perceptions. This research develops the OD matrix estimation problem (ODMEP) under the stochastic user equilibrium (SUE) constraint. The SUE assignment with the multinomial logit (MNL) route choice model is applied at the lower level. The MNL model is a well-known discrete choice model with a straightforward, closed-form choice probability. Spiess gradient-based approach is used at the upper level, which is efficient in large-scale networks. The Spiess OD estimation models with UE/SUE constraints are implemented on the large-scale Tehran network under different user perception variances represented by the scale parameter (θ) in the MNL formula. Two scenarios are adapted to create the initial OD matrix to compare the results of the two models (ODMEP with UE/SUE assignment). Results show that ODMEP with SUE constraint outperforms ODMEP with UE constraint in producing link volumes close to observed traffic counts. Furthermore, the OD matrix resulting from the SUE-based model is better fitted to the real OD matrix than the UE-based model. However, the two methods' results converge when the scale parameter increases (i.e., variance in users' perceptions of network travel times decreases). In the Tehran network, the SUE-based model reduces the ratio of RMSE of the OD matrix to real demand more than 10 percent (more than 20 percent in some cases) compared to the UE-based model when the scale parameter is less than 0.5.

    Keywords: Origin-Destination Matrix, matrix correction, stochastic user equilibrium (SUE), Spiess gradient approach, traffic counts
  • V. Gorbanpoor, Mehrdad Emami Tabrizi * Pages 109-121

    Granular materials have micro cracks in their structure due to changes in temperature, pressure, and weathering. These microcracks, which are distributed within the grains in different lengths, directions, and positions strongly affect the mechanical behavior of grains such as stiffness, strength, and breakage. On the other hand, the discrete element method is a powerful tool for the analysis of granular materials. Ability to model different types of grain shape, loading conditions, and cracking in materials are among the features of this method. Therefore, by modeling cracked grains by discrete element method, the effect of cracking on material behavior can be evaluated. In this paper, cubic and cylindrical cracked and non-cracked grains are modeled and subjected to uniaxial loading with lateral confinement. Using Hertz nonlinear contact model, performing sensitivity analysis to determine the minimum number of balls required to form each clump, controlling the number of contact points, slope and direction of cracking plates in cracked grains to ensure their uniform distribution in different modeling and using the combined criterion of tensile strength and fracture toughness in terms of combination modes of one and two are among the features of this numerical model. Following the validation of the numerical model with similar laboratory results and ensuring the operation of the model, at this stage, to investigate the effect of crack direction on the behavior of materials, cracked grains are regularly placed on top of each other and at each stage of loading, the direction of the cracks changes from zero (parallel to vertical force) to 90 degrees (perpendicular to vertical force). Finally, the combined arrangement of cracked and non-cracked grains at different ratios is modeled and their behavior is evaluated. The results show 16% and 21.5% increases in applied energy and 19% and 6% increases in strain values, respectively, in cracked cubic and cylindrical specimens. Moreover, the breakage factor increases almost 12% in cracked specimens. The effect of crack inclination at a 45-degree angle is maximal so that the fracture stress is 17% smaller than the average fracture stress at different angles. Finally, for any other desired combination of cracked and non-cracked grains, for a given stress, the amount of breakage factor and the corresponding strain in this range can be estimated through numerical modeling.

    Keywords: : Crack, fracture toughness, Stress-strain behavior, Breakage factor, Discrete Element Method
  • M. H. Mirabi *, E. Jabbari, T. Rajaee, K. Seyedi Niaki Pages 123-134

    In this study the fluctuating loads of the control gate in the experimental model of the bottom outlet of a dam was evaluated. The production, transportation, and dissipation of turbulent flow eddies based on Kolmogorov theory were investigated by image processing of the flow under the control gate, time series of velocity and static pressure fluctuations. According to the results 1- the flow turbulence at 10% opening of the control gate can be related to large eddies of middle and lower half streamlines of the upstream conduit. 2- The flow turbulence at 30% opening of the control gate can be related to large eddies of lower half streamlines of the upstream conduit. 3- The flow turned turbulent at 50% and 70% opening of the control gate can be related to large eddies of upper half streamlines of the upstream conduit. It can be concluded that the middle and lower streamlines of the upstream conduit play a major role in eddies production and flow turbulence at smaller openings of the control gate. In contrast, the upper streamlines of the upstream conduit play a major role in eddies production and flow turbulence at larger openings of the control gate. Large eddies are produced by shear layers created by velocity gradient at the guide slots of gate. The large eddies are transported by side guide slots toward the gate create strong secondary flows. After the collision of strong secondary flows with the main flow, the resulting turbulence leads to fluctuating static pressures. These fluctuations lead to the fluctuating loads on the control gate. Wavelet analysis of the time series provides the magnitude and frequency of pressure waves. Then, wavelet analysis and imaging of the gate flow reveal the causes of the turbulent flow formation process. The size and frequency of these large eddies range from 7.5 mm to 25 mm and 0.1 Hz to 2 Hz, respectively.

    Keywords: Dam Bottom Outlet, turbulent flow, Eddy, Kolmogorov, Experimental model
  • K. Badamchi *, H. Showkati Pages 135-143
    The pipeline in service may be subjected to complicated loads (including lateral, axial, vertical loads and hydrostatic pressure in addition to internal pressure) when crossing complex geohazard regions. In this study, two kind of loads that cloud be more fundamental are numerically investigated using finite element method. The loads imposed on pipelines depend on the pipe content and the environment that the pipeline is passing through. Axial compression can arise within pipelines from thermal loads arising from hot hydrocarbon passage from offshore oil wells to an onshore station or can arise from anchor forces acting on pipelines and External pressure can arise within pipelines from hydrostatic pressure, sudden valve closures, and pump failures. It is very important to select suitable geometric imperfection form to exact investigation behavior of pipelines and mechanism of failures. In order to verification response of numerical analyses, one of the experimental results is compared with numerical result and concluded that there is a good agreement between results. Meanwhile, the effect of the eccentric axial compression, pipe diameter to wall thickness ratio (D/t) on the buckling external pressure are studied. The interaction between the axial load and external pressure was graphically demonstrated and compared for different geometrical ratios through numerical analysis. During analysis, the eccentric axial compression load in the pipe was primarily induced and maintained constant less than its capacity. Subsequently, the uniform peripheral pressure was gradually increased until failure, and, besides, the response of some specimens was separately investigated under pure external pressure and axial compression load. It was found that the D/t ratio is the decisive parameter to specify the buckling behavior of steel pipelines and type of created failure mode subjected to axial compression. Some significant conclusions were drawn based on extensive parametric studies. The buckling external pressure reduces with the increase of pre-axial compression and diameter to thickness ratio.
    Keywords: steel pipeline, Abaqus, External pressure, Axial compression, Imperfection, Experimental
  • S. A. Esmaili, S. Gohari, M. Heydari * Pages 145-155

    The role of floods in sediment transport and river morphology has been proven. In this study, the effect of different parameters on the transfer of sediment bed load under flash flood has been investigated. The input flood hydrograph of the symmetric triangular type with the base time of 90 sec and peak flow rate 30 and 45 lit/s were considered. Sediment particles of quartz type with a moderate diameter of 1.2 and 3 mm and two bed slopes of 0.006 and 0.014 were tested. In this study, changes in water surface profile, rate of bed load in steady and unsteady conditions, and unsteadiness parameter relative to total work done of flow and sediment rate were investigated. By using dimensional analysis, the parameters affecting sediment transport were determined and evaluated in experiments. The results showed that the unsteadiness parameter in unsteady flow had a significant effect on sediment transport. On the other hand, the work done by the flow has a greater impact on sediment transport than the unsteadiness number. In this regard, the effect of channel slope on sediment transport should be considered. The role of channel slope in the transfer of bed load is very important so that by doubling the bed slope, the total amount of sediment transferred to the downstream increases almost 5 times. Also, with increasing the sediment flow rate, the unsteadiness parameter increases and it plays an effective role in the whole work. In general, in high-value hydrographs, the amount of transfer sediment increases and there is a large relationship between the amount of transfer sediment and the total flow work. Reducing the time of the rising arm of the hydrograph shows the effect of increasing the flow rate, which is effective in these waterways, so that with the faster the flood peak time, the more sediment is transferred and the probability of damage and destruction increases.

    Keywords: Bed load, Flash flood, Triangular hydrograph, Base time, Unsteadiness parameter, Flow work