فهرست مطالب

نشریه مهندسی عمران فردوسی
سال سی و پنجم شماره 4 (زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1402/02/05
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مهسا روحی فریمان، سید علی حسینی*، منصور فخری صفحات 1-16

    محققان و مهندسان دایما در تلاش هستند تا عملکرد روسازی های آسفالتی را بهبود بخشند. روسازی ها، به عنوان سطوحی که اغلب توسط محورهای سنگین بارگیری می شوند، باید مقاومت کافی در برابر خستگی ، ترک خوردگی و شیارشدگی داشته باشند. در این مقاله با استفاده از داده های به دست آمده از نتایج آزمایشگاهی مطالعه قبلی که مخلوط های آسفالتی گرم (WMA) اصلاح شده با الیاف شیشه و 0، 20، 40 و 50 درصد آسفالت تراشیده شده بازیافتی (RAP) برای بررسی مقاومت مخلوط در برابر شیارشدگی ساخته شدند، پیش بینی عمق شیارشدگی مخلوط ها توسط شبکه های عصبی مصنوعی چندلایه (MLP) و شعاعی پایه (RBF) انجام شد و نتایج با یکدیگر مقایسه شدند. مدل پیش بینی عمق شیارشدگی و پیش تراکم با نتایج تجربی مطابقت خوبی نشان دادند. برای بررسی قدرت تعمیم شبکه عصبی با استفاده از داده هایی که در طول مدل سازی به کار گرفته نشده بودند، شبکه عصبی چندلایه عملکرد بهتری نسبت به شبکه عصبی شعاعی پایه داشت.

    کلیدواژگان: آسفالت بازیافتی، پیش تراکم شیارشدگی، شبکه عصبی مصنوعی چندلایه، شبکه عصبی مصنوعی شعاعی پایه
  • محمد داربر*، حمید چاکری، طاها انصاری صفحات 17-34
    یکی از مهمترین مشکلات حفاری مکانیزه، سایش و خوردگی ابزار و قطعات حفاری می باشد. سایندگی خاک، باعث کاهش قابل توجه راندمان حفاری و افزایش هزینه های اجرایی تونل های شهری می شود. مطالعات گسترده ای در مورد سایش و خوردگی بر روی سنگها وجود دارد. با این حال، مطالعات محدودی روی ذرات خاک و تاثیر آنها بر ابزار برشی ماشین حفاری انجام شده است. با وجود طیف گسترده ای از روش ها و دستگاه های اندازه گیری سایش خاک، تاکنون روش استاندارد و جامعی برای اندازه گیری سایش خاک ارایه نشده است. در این پژوهش، به منظور تعیین سایش خاک، دستگاه آزمایشگاهی جدیدی ساخته شد و تاثیر توزیع اندازه ذرات و چگالی خاک بر روی سایش ابزار برشی در 8 دانه بندی مختلف خاک بررسی شد. همچنین، با استفاده از منحنی دانه بندی خاک با حداکثر چگالی (نمودار تالبوت)، مقادیر سایش ابزارهای برشی در دانه بندی های مختلف مقایسه شد. نتایج نشان داد، بیش ترین مقدار سایش ابزارهای برشی در خاک های با دانه بندی منطبق بر دانه بندی بدست آمده از معادله تالبوت اتفاق می افتد. به هر میزانی که نمودار دانه بندی خاک از نمودار تالبوت فاصله می گیرد، سایش ها کاهش می یابند. همچنین، حداکثر سایش ابزارهای برشی در مقدار ریزدانه 10 درصد با درصد سایش میانگین 27/3 درصد، اتفاق می افتد. با کاهش ریزدانه به مقادیر پایین تر از 10 درصد، ساختار خاک به هم خورده و در نتیجه درصد سایش میانگین ابزارهای برشی از 27/3 درصد در خاک با ریزدانه 10 درصد به 2/37 درصد در خاک بدون ریزدانه کاهش پیدا می کند.
    کلیدواژگان: حفاری مکانیزه، ابزار برشی، سایندگی، دانه بندی خاک، چگالی
  • امیرمحمد سعادت، مهدی مظاهری*، جمال محمدولی سامانی صفحات 35-52

    امروزه بسیاری از منابع آب های سطحی و زیرزمینی در اثر ورود پساب های ناشی از مواد مختلف در معرض آلودگی قرار می گیرند. با توجه به اینکه اکثر روش ها جهت بازیابی تابع شدت آلودگی برای آب های زیرزمینی انجام گرفته است، ارایه روشی جهت بازیابی تابع شدت آلاینده در رودخانه ها با شرایط جریان پیچیده تر می تواند مورد توجه قرار گیرد. در این پژوهش هدف محاسبه تابع شدت منبع آلاینده بوده که بر اساس تحقیقات صورت گرفته تاکنون این مسیله با استفاده از راه حل عددی طرح حافظ گروه مورد مطالعه قرار نگرفته است. طرح حافظ گروه روشی دقیق برای حل مسایل بدخیم است که در این نوشتار با استفاده از این روش، معادله یک بعدی جابه جایی-پراکندگی با ضرایب متغیر حل شده است. اساس روش حل معکوس ارایه شده به این صورت است که با حل سیستم های دینامیکی در گام های زمان های منفی، یک معادله کلی حاصل می شود که قادر به حل معادلات دیفرانسیل معمولی خواهد بود. پاسخ های برگشتی این معادله را به همگرایی لازم می رساند و از واگرا شدن داده ها جلوگیری می نماید. در این پژوهش سه مثال جهت نشان دادن دقت طرح مستقیم و معکوس حافظ گروه ارایه شده است. ابتدا با استفاده از حل مستقیم مقدار غلظت آلاینده در رودخانه با ضرایب متغیر محاسبه شده است و به منظور صحت سنجی حل مستقیم از حل عددی تمام ضمنی تفاضل محدود استفاده شده است. مقایسه نتایج این دو روش با شاخص های آماری، انطباق این دو مدل در روش مستقیم را نشان می دهد. در گام بعد با دو مثال مختلف با استفاده از حل طرح معکوس حافظ گروه به شبیه سازی تابع شدت آلاینده در بالادست رودخانه پرداخته می شود و پس از شبیه سازی و صحت سنجی مدل معکوس با حل مستقیم، ارزیابی این روش با استفاده از شاخص های آماری انجام می شود که نتایج دقت خوب این روش را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: حل عددی، روش معکوس، طرح معکوس حافظ گروه، معادله جابه جایی- پراکندگی، روش عددی خطوط
  • نهمت خدایی*، حامد تیموری صفحات 53-72

    میراگر جرمی تنظیم شونده یا TMD از تجهیزات مهم برای کنترل ارتعاشات سازه ‎ها می باشد. مطالعات پیشین در زمینه تاثیر TMD برای کنترل ارتعاشات سازه‎ها در مقابل باد، عمدتا برای ویژگی‏های ثابتی از میراگر انجام شده است. در این تحقیق، تاثیر پارامترهای جرم و ارتفاع محل نصب TMD در کنترل ارتعاشات طولی و عرضی ناشی از باد ساختمان‎های بلند مطالعه شد. برای این منظور، ساختمان بلندی با پلان مربع و ارتفاع 400 متر به صورت تیر طره‎ای قایم چند درجه آزادی با جرم‎های متمرکز در گره‎ها مدل‎سازی شد. ارتعاشات سازه در برابر باد به ازای محدوده وسیعی از پارامترهای مورد مطالعه، با استفاده از تحلیل حوزه فرکانس و تیوری ارتعاشات تصادفی محاسبه شد. مطابق نتایج، با افزایش جرم میراگر، ارتعاشات سازه و TMD کاهش می‎یابد. برای مثال، کاهش شتاب عرضی تراز فوقانی سازه برای میراگر جرمی 100 و 600 تنی واقع در تراز فوقانی، به ترتیب 31 و 48 درصد به دست آمد. با افزایش ارتفاع محل نصب TMD، تاثیر کنترلی آن افزایش و جابه جایی TMD تا حد کمی کاهش می‎یابد. به ‎طور نمونه، برای میراگر جرمی 300 تنی نصب شده در ارتفاع‎های 320 و  400 متری، کاهش شتاب عرضی سازه به ترتیب 72/33 و 28/41 درصد و  انحراف معیار جابه جایی TMD به‎ترتیب 68/58 و 92/54 سانتی متر تعیین شد.

    کلیدواژگان: میراگر جرمی تنظیم شونده، ساختمان بلند، ارتعاشات ناشی از باد، پاسخ طولی باد، پاسخ عرضی باد
  • موسی محمودی صاحبی*، سروش قادری، فائزه محمودی صاحبی صفحات 73-86
    یکی از کنترلهای کیفیت جوش، کنترل عیوب ظاهری جوش مانند ترک سطحی، جرقه و پاشش، سر رفتن جوش بر روی فلز و ذوب ناقص است. در حال حاضر بر اساس ضوابط آیین نامه ها، کیفیت ظاهری جوش توسط یک بازرس به صورت چشمی (تست چشمی) کنترل می شود. میزان دقت کار در این روش به میزان مهارت شخص بازرس بستگی دارد. عدم استفاده از تجهیزات و فناوری باعث می شود تا خطای شناسایی عیوب ظاهری بالا باشد. در این تحقیق، روشی پیشنهاد می گردد تا به کمک تصاویر حاصل از جوش و استفاده از بینایی ماشین بر اساس یادگیری عمیق بتوان با دقت و سرعت مناسب عیوب ظاهری جوش را شناسایی کرد. در یادگیری عمیق از شبکه کونولوشنال برای استخراج ویژگی از تصویر استفاده می شود. برای اطمینان از دقت روش پیشنهادی، تصاویر جدیدی از جوش معیوب که قبلا وضعیت آنها توسط بازرسان مجرب تعیین شده بود انتخاب گردید و وضعیت سلامت آنها به کمک ماشین مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد روش پیشنهادی می تواند با دقت قابل قبول (بالای 85 درصد)، عیوب ظاهری جوش را شناسایی کند. همچنین نتایج نشان می دهد، با استفاده از روش پیشنهادی، عیوب ظاهری جوش در مقایسه با روش سنتی با سرعت بیشتری مورد ارزیابی قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: عیوب ظاهری جوش، شبکه عصبی کانولوشنال، پردازش تصویر، یادگیری عمیق، بینایی ماشین
  • عارف سرهنگی، فریدون امیدی نسب*، احمد دالوند صفحات 87-110
    سنگدانه های بتنی بازیافتی یکی از انواع سنگدانه های بازیافتی است که بیشترین فراوانی را نسبت به سایر سنگدانه های بازیافتی دارد. در این تحقیق با استفاده از جایگزینی سنگدانه های بتنی بازیافتی به جای سنگدانه های طبیعی، خصوصیات مکانیکی این نوع بتن ها مورد بررسی قرار گرفته است. جایگزینی سنگدانه های طبیعی با سنگدانه های بازیافتی در چهار درصد 0، 15، 30 و 45 انجام شد و این جایگزینی هم به صورت مستقل (شن یا ماسه به صورت مجزا) و هم به صورت همزمان (هم شن و هم ماسه با هم) انجام شد. با توجه به استفاده 50 درصد شن و 50 درصد ماسه در طرح اختلاط مرجع و با جایگزینی درصدهای فوق الذکر با سنگدانه های درشت و ریز بتنی بازیافتی تعداد 21 طرح اختلاط مورد استفاده قرار گرفت. نسبت آب به سیمان در همه طرح های اختلاط ثابت نگه داشته و برابر با 42/0 در نظر گرفته شد. برای جبران کاهش مقاومت ناشی از جایگزینی سنگدانه های بازیافتی، از میکروسیلیس در درصدهای مختلف 7،5 و 15 و فوق روان کننده در طرح های اختلاط استفاده شد. با انجام آزمایش های مختلف، خواص مکانیکی نمونه های بتنی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که بهترین طرح اختلاط از نظر مقاومت فشاری، طرح حاوی 5/7% میکروسیلیس و 15% شن بازیافتی، از نظر مقاومت کششی، طرح حاوی 5/7% میکروسیلیس و 45% شن بازیافتی، از نظر مقاومت خمشی، طرح حاوی 5/7% میکروسیلیس و 30% شن بازیافتی، طرح حاوی 15% میکروسیلیس و 15% شن بازیافتی مشخص شدند. با بررسی چندمتغیره خواص مکانیکی نمونه های بتن، مشخص گردید که طرح های اختلاط بازیافتی حاوی 15%، 30% شن بازیافتی و 45% ماسه بازیافتی با 5/7% میکروسیلیس و همچنین طرح اختلاط 15% ماسه بازیافتی با 15% میکروسیلیس، در بین طرح های اختلاط بازیافتی، بیشترین مقدار مطلوبیت کلی را به خود اختصاص داده اند.
    کلیدواژگان: سنگدانه بازیافتی، سنگدانه طبیعی، مقاومت خمشی، مقاومت فشاری، مقاومت کششی
|
  • Mahsa Rouhi Fariman, Sayyed Ali Hosseini *, Mansour Fakhri Pages 1-16

    Researchers and engineers are constantly working to improve the performance of asphalt pavements. Pavements, as surfaces that are often loaded by heavy axles, must have sufficient resistance to fatigue, cracking and rutting. In this paper, using the data obtained from the laboratory results of the previous study that warm mix asphalt modified with glass fibers and 0, 20, 40 and 50% recycled asphalt pavement (RAP) were made to evaluate the resistance of the mixture against rutting, rutting depth of the mixtures was determined by multilayer perceptron neural network (MLP) and radial basis function neural network (RBF) and the results were compared with each other. The prediction model of post compaction and rutting depth showed good agreement with the experimental results. To evaluate the generalizability of the neural network using data that were not used during modeling, the multilayer perceptron neural network (MLP) performed better than the radial basis function neural network (RBF).

    Keywords: Recycle asphalt pavement, Rutting, Multilayer perceptron neural network, Radial basis function neural network, Post compaction
  • Mohammad Darbor *, Hamid Chakeri, Taha Ansari Pages 17-34
    One of the most critical problems of mechanized tunnelling is the abrasion of cutting tools. Soil abrasivity significantly reduces drilling efficiency and increases the operating costs of urban tunnels. There are extensive studies on abrasivity of rocks. However, limited studies have been performed on the influence of soil particle size distribution on tunnelling machine cutting tools. Despite the wide range of methods and devices for measuring soil abrasivity, so far, no standard and comprehensive method for measuring soil abrasivity have been presented. In this study, considering the effect of some effective parameters on the abrasion of cutting tools, a new laboratory machine to determine soil abrasivity was constructed. Then, using 8 different types of soil granulation, the effect of soil particle size distribution and density on cutting tool abrasion was studied. Also, using the Talbot curve, the abrasion values ​​of cutting tools in different particle sizes were compared. The results showed that the highest values ​​of cutting tools abrasion occur in soils with particle sizes according to the Talbot equation. As the soil granulation curve moves away from the Talbot curve, abrasivity decreases. Also, the maximum abrasion of cutting tools occurs in the amount of fine aggregate of 10% with an average abrasion percentage of 27.3%. By reducing the fine aggregate to values lower than 10%, the soil structure is disturbed and as a result, the average abrasion percentage of cutting tools decreases from 27.3% in soil with 10% fine aggregate to 2.37% in soil without fine aggregate. Also, by increasing soil density from 1.6 to 1.8, the average abrasion percentage of cutting tools increases from 8.1% to 31.4%.
    Keywords: Mechanized excavation, Cutting tools, Soil abrasivity, Particle size distribution, Density
  • AmirMohammad Saadat, Mehdi Mazaheri *, Jamal MV Samani Pages 35-52

    Today, most of the surface water and groundwater resources are exposed to contamination by different materials sewage. because most of the methods have been used to restore the pollution intensity function for groundwater, representing a method to restore pollution intensity function in rivers with more complex flow conditions is considerable. this research aim is to calculate the intensity function of the contamination source, by the numerical solution of group preserving scheme, which has not been observed in other researches done so far. Group preserving scheme is an accurate method to solve ill-posed problems. By implementing this method the one-dimensional advection-dispersion equation with variable coefficients has been solved. The principle of the introduced backward solution method is that by solving the dynamic systems in negative time steps, a general equation will be obtained, which can solve ordinary differential equations. The responses of this equation will lead to convergence of the equation and prevent the divergence of the data. three examples have been presented to show the accuracy of the forward and backward group preserving scheme, Firstly, using direct solutions of the river, the intensity of pollution concentration in the river is calculated, and the implicit finite difference method is applied to verify the accuracy of the direct solutions. In the direct method, the results of the two models were compared with statistical indexes in order to demonstrate the conformity of the two models. In the next step, by solving the backward group preserving scheme in two different examples, the concentration of pollutants upstream is simulated. Following the simulation and verification of the inverse model by direct solution, statistical indexes are used to evaluate the effectiveness of this method.

    Keywords: Numerical Solution, Reverse Method, Backward Group Preserving Scheme, Advection-dispersion Equation, Numerical Method of Lines
  • Nahmat Khodaie *, Hamed Teymouri Pages 53-72

    Tuned mass damper(TMD) is an efficient tool to control wind-induced vibrations of tall buildings. Previous studies on the effect of TMD are generally limited to specific conditions. In the present study, the effect of the mass and installation height of TMD on the wind-induced vibration control of tall buildings are investigated. An example of tall building with the height 400 m and square variable cross section is presented. The analytical model of the building is assumed as a multi-degrees-of-freedom vertical cantilever beam with the masses lumped at the nodes. The wind-induced responses of the structure are computed using the frequency domain analysis and the random vibration method for a wide range of studied parameters. The results indicated that the vibrations of the structure and TMD system decreases with increasing the mass of the TMD. For instance, the 100 and 600-ton TMD installed at top-floor reduced the top-floor crosswind acceleration by 31 and 48 percent, respectively. By increasing the installation height, the control effectiveness of the system increases, while the vibration of the TMD does not change considerably. For a 300-ton TMD installed at 320 and 400 m heights, the crosswind acceleration reduced by 33.72 and 41.28 percent and the RMS displacement of the TMD at these heights were 58.68 and 54.92 cm, respectively.

    Keywords: Tuned mass damper, Tall building, Wind-induced vibrations, Cross wind, Along-wind
  • Musa Mahmoudi *, Soroush Ghaderi, Faezeh Mahmoudi Pages 73-86
    One of the welding controls in health monitoring of structures is to visually control the appearance of welding defects (cracks, Spatter, Overlap, Lack of Fusion). Currently, according to regulations, the appearance quality of welding is controlled by an inspector visually. The accuracy of work in this method depends on the skill level of the inspector. Non using of equipment and technology leads to a high error in identifying visual defects. In this research, a method is proposed to be able to more accurately identify the appearance of welding defects with the help of imaging using machine vision based on deep learning. Convolutional network is used for deep learning to extract features from the image. The results show that the proposed method can identify welding defects with an acceptable accuracy (over 85%). Also, the results show that by using the proposed method, welding defects are evaluated more quickly compared to the traditional method.
    Keywords: appearance welding defects, Convolutional Neural Network, Image processing, deep Learning, Computer vision
  • Aref Sarhangi, Fereydoon Omidinasab *, Ahmad Dalvand Pages 87-110
    Recycled concrete aggregates are one of the types of recycled aggregates that have the most abundance compared to other recycled aggregates. In this research, by using the replacement of recycled concrete aggregates instead of natural aggregates, the mechanical properties of this type of concrete have been investigated. The replacement of natural aggregates with recycled aggregates was done in four percentages of 0, 15, 30 and 45, and this replacement was done both independently (i.e. sand or gravel separately) and simultaneously (both sand and gravel together). According to the use of 50% sand and 50% sand in the reference mixing plan and by replacing the percentages with coarse and fine recycled concrete aggregates, 21 mixing plans were used. The ratio of water to cement was kept constant in all mixing plans and was considered equal to 0.42. To compensate for the decrease in strength due to the replacement of recycled aggregates, micro silica in different percentages of 7.5 and 15 and super plasticizers were used in the mixing designs. By performing various tests, the mechanical properties of concrete samples were investigated. The results showed that the best mixing design in terms of compressive strength is the design containing 7.5% micro silica and 15% recycled sand, in terms of tensile strength, the design containing 7.5% micro silica and 45% recycled sand, in terms of flexural strength, the design containing 7.5% micro silica and 30% recycled sand, the plan containing 15% micro silica and 15% recycled sand was determined. By examining the mechanical properties of concrete samples, it was determined that the recycled mixing plans contain 15%, 30% recycled gravel and 45% recycled sand with 7.5% microsilica, as well as the mixing plan of 15% recycled sand with 15% microsilica. , among the recycled mixing plans, they had the highest amount of overall utility.
    Keywords: Recycled aggregate, natural aggregate, Flexural Strength, Compressive Strength, Tensile Strength