فهرست مطالب

نشریه مهندسی عمران
سال پنجاه و پنجم شماره 1 (فروردین 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/01/01
  • تعداد عناوین: 12
|
  • معین محمدی زاده، بهرام نادی*، البرز حاجیان نیا، الهام محمودی صفحات 3-18
    ظرفیت باربری و نشست پی های سطحی واقع بر لوله معمولا در خاک های ماسه ای به میزان قابل قبولی نبوده است، از این رو به منظور بهبود عملکرد این گونه پی ها روش های مختلفی پیشنهاد می گردد که یکی از به صرفه ترین روش ها اضافه نمودن دامنه به لبه های پی سطحی است. استفاده از دامنه زیر محیط پی های سطحی، سبب افزایش عمق موثر پی و محصورسازی خاک درون دامنه شده، که بارهای سازه به اعماق مقاوم زیرین در تراز نوک دامنه انتقال می یابد. در سال های اخیر ارزیابی عملکرد پی های دامنه دار به عنوان یکی از موضوع های مطلوب مهندسین عمران تبدیل شده است. در این مقاله اثر عمق مدفون و فاصله لوله مدفون تا مرکز بارگذاری پی با استفاده از آزمایش های ازمایشگاهی و عددی مورد ارزیابی قرار گرفته است. از این رو از پی دامنه دار واقع بر لوله مدفون با دامنه های B و2B  (B عرض پی) استفاده شده است. نتایج آزمایش های آزمایشگاهی نشان می دهد که با بهره بردن از پی دامنه دار با عمق 2B می توان ظرفیت باربری را در مقایسه با پی نواری بیش از 300% افزایش داد. مقایسه عددی پی دامنه دار با پی نیمه عمیق و نواری مدفون نشان می دهد که ظرفیت باربری پی دامنه دار کمتر از 10% با پی نیمه عمیق اختلاف داشته است، که با بهره گیری از پی دامنه دار می توان مهندسین عمران را به سمت طراحی های اقتصادی و دقیق تر سوق داد.
    کلیدواژگان: پی دامنه دار، تحلیل حدی المان محدود، لوله مدفون، مدل سازی آزمایشگاهی، ماسه
  • مجید پرهیزکاری، علی صابری ورزنه، محمود نادری* صفحات 19-40

    عوامل آسیب زا با نفوذ به داخل بتن باعث کاهش دوام آن می شوند. بنابراین آگاهی از میزان نفوذپذیری بتن دارای اهمیت می باشد. امروزه مواد افزودنی کاهنده نفوذ بتن به طور گسترده در ساخت انواع سازه های بتنی مانند مخازن ذخیره آب استفاده می شوند. در این تحقیق، به تاثیر عواملی چون مقدار سیمان، نسبت آب به سیمان، اثر مواد کاهنده نفوذ، سن بتن و همچنین ارتباط مقاومت سطحی و فشاری بتن با نفوذ آب سطحی به داخل بتن پرداخته شده است. نمونه های مکعبی بتنی با رده های مقاومتی 25، 30، 35 و 40 مگاپاسکال و سنین 7، 28 و 90 روزه تهیه شده اند. در نمونه ها، کاهنده های نفوذ مانند واترپروف، میکروسیلیس و مزوکریت استفاده شده است. با به کارگیری روش های پیچش، محفظه استوانه‎ ای و جک بتن شکن اقدام به بررسی مقاومت سطحی، نفوذپذیری و مقاومت فشاری نمونه های بتنی شده و ارتباط آن‎ها با هم بررسی گردید. همچنین درصد حجمی منافذ نفوذپذیر مطابق با استاندارد ASTM C642-06 اندازه‎ گیری و از آن به عنوان معیاری برای سنجش نفوذپذیری استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که بیشترین کاهش نفوذ به ترتیب در نمونه های بتنی حاوی واترپروف، میکروسیلیس، مزوکریت و بدون افزودنی بوده و مقدار آن از 5 تا 20 میلی لیتر متغیر است. با کاهش نفوذپذیری، مقاومت سطحی از 6 تا 15 مگاپاسکال و مقاومت فشاری بتن ها از 15 تا 55 مگاپاسکال افزایش یافته است. همچنین می توان با استفاده از معادله های رگرسیونی ارایه شده و به کارگیری هر یک از مولفه های مقاومت فشاری و سطحی نمونه های بتنی، حجم آب نفوذی به درون نمونه‎ های بتنی را با دقت مناسبی پیش ‎بینی نمود.

    کلیدواژگان: روش پیچش، محفظه استوانه ای، نفوذپذیری، مزوکریت، واترپروف
  • مهسا میری، مسعود عامل سخی*، مرتضی جیریایی شراهی صفحات 41-59

    بهسازی خاک ها از دیرباز نقش مهمی در علوم عمرانی به خصوص در علم ژیوتکنیک ایفا کرده است لیکن با گذشت زمان و کمبود زمین های مقاوم جهت احداث سازه های عمرانی پیشرفته تر، مهندسین این حوزه بر آن شدند تا روش های نوینی در جهت تثبیت و تسلیح خاک های مسیله دار به کار گیرند. هم چنین در سال های اخیر با توجه به مشکلات زیست محیطی هم چون افزایش زباله و ضایعات صنعتی و رها شدن آن ها در محیط زندگی افراد، مشکلاتی را برای حیات موجودات زنده به وجود آورده است. در چنین شرایطی مهندسین حوزه ژیوتکنیک تلاش نموده اند، با به کارگیری این مواد در پروژه های عمرانی، حفاظتی از محیط زیست به عمل آید و علاوه بر آن با توجه به هزینه های بسیار ناچیز مواد ضایعاتی، باعث کاهش هزینه های اقتصادی پروژه‎ های بهسازی خاک نیز بشوند. در نتیجه در این پژوهش، به تسلیح خاک دانه ای در دو حالت سست و نیمه متراکم با استفاده از ماده ضایعاتی صنعتی پلیمری با نام کامل اتیلن-وینیل استات (EVA) پرداخته شده است. آزمایش ها در درصد های مختلف وزنی EVA (0، 0/2، 0/5، 0/75، 1، 1/25، 1/5، 1/75، 2، 2/25،2/5، 3 و 4)، بدون افزودن رطوبت و با استفاده از دستگاه CBR صورت گرفته است. نتایج نشان می دهد CBR خاک با استفاده از این مواد افزودنی به طور قابل توجهی افزایش پیدا کرده و تاثیر آن با کاهش وزن مخصوص خاک، بر روی خاک بیشتر می شود. هم چنین مقدار بهینه مواد افزودنی در حالت سست و نیمه متراکم به ترتیب 2% افزودنی و 1% افزودنی می باشد.

    کلیدواژگان: بهسازی خاک، تسلیح خاک دانه ای، ماده ضایعاتی، اتیلن-وینیل استات EVA))، محیط زیست
  • مهدیه جعفرپور، مریم مختاری*، نوید سلطانی صفحات 61-83

    وجود حفره های زیرزمینی نظیر قنات ها و لوله های خطوط انتقال آب باعث تغییراتی در پاسخ لرزه ای در سطح زمین می شود، از آن جا که خصوصیات زلزله برای ساختگاه ها در فواصل نزدیک و دور از چشمه لرزه زا متفاوت است و در آیین نامه های مختلف اثرات حوزه نزدیک و دور از گسل در بارگذاری به طور دقیق لحاظ نشده ، لذا مطالعه چنین اثراتی ضروری است. در این مطالعه پاسخ لرزه ای سطح زمین با استفاده از نرم افزار پلکسیس دو بعدی در اثر وجود حفره ی زیرزمینی مدور بررسی شد. بدین منظور، مجموعه ای از شتاب نگاشت های حوزه دور و نزدیک شامل سه زلزله ی بم، لندرس و لوما پریتا که از لحاظ محتوای فرکانسی متفاوت می باشند، انتخاب و پاسخ لرزه ای سطح زمین در حضور حفره بررسی شد. به منظور ارزیابی تاثیر نوع خاک، چهار نوع خاک با مشخصات مکانیکی متفاوت در نظر گرفته شده و پاسخ لرزه ای سطح زمین در حالت حضور و عدم حضور حفره ی زیرزمینی تحت این چهار نوع خاک بررسی گردید. تاثیر عمق مدفون حفره با در نظر گرفتن دو نسبت عمق متفاوت (1،3=    H/R) مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج به دست آمده بیانگر آن است که وجود حفره ی زیرزمینی باعث ایجاد بزرگنمایی در پاسخ زمین خواهد شد به عنوان نمونه ضریب بزرگنمایی جابه جایی سطح زمین در حالت حضور به عدم حضور حفره در بحرانی ترین حالت (زلزله لندرس) به 4/8 در حوزه نزدیک و 6 درحوزه دور گسل می رسد. همچنین با فاصله گرفتن از مرکز حفره (X/R>4) کاهش بزرگنمایی در سطح زمین تحت انواع بارگذاری کاملا مشخص است. مطابق با نتایج تحقیق مشاهده می شود که پارامترهای مورد بررسی تاثیر قابل توجهی در شتاب و جابه جایی در سطح زمین داشته و بنابراین ارزیابی دقیق تر آن ها ضروری می باشد.

    کلیدواژگان: حفرات زیرزمینی، پاسخ لرزه ای زمین، زلزله حوزه نزدیک گسل، زلزله حوزه دور گسل، اجزاء محدود
  • رضا ثقفی لاسمی، مسعود ضیایی*، محمدهادی علیزاده الیزئی، رضا اسماعیل آبادی صفحات 85-107

    یکی از راهکارهای بازیافت مواد ضایعاتی مانند لاستیک تایر و شیشه، استفاده از آن ها در بتن می باشد که علاوه بر کمک به پاک سازی محیط زیست، باعث برداشت کمتر از معادن طبیعی و کاهش آلودگی حاصل از تولید سیمان می شود. در این مقاله تاثیر جایگزینی همزمان ذرات لاستیک ضایعاتی به جای بخشی از سنگدانه ریز و پودر شیشه به جای بخشی از سیمان، بر کارایی و مشخصات مکانیکی بتن، در دمای محیط و پس از اعمال حرارت °C600، مورد بررسی قرار گرفت. برای تعیین میزان تاثیر اندازه ذرات لاستیک بر کارایی و مشخصات مکانیکی، پیش و پس از اعمال حرارت، از دو اندازه متفاوت ذرات لاستیک mm 1-0/15 و mm 5-3 استفاده شد. در کل 13 طرح اختلاط ساخته شد، که جز طرح مرجع، باقی دارای ترکیب ذرات لاستیک جایگزین ماسه در مقادیر حجمی 5% و 10%، در دو اندازه ذرات لاستیک و پودر شیشه جایگزین سیمان در مقادیر وزنی 10%، 15% و 20% بوده اند. برای بررسی کارایی بتن های دارای لاستیک و پودر شیشه از آزمایش اسلامپ استفاده شد، همچنین مقاومت های فشاری، کششی، نسبت مقاومت کششی به فشاری، پیش و پس از اعمال حرارت و افت وزن ناشی از اعمال حرارت، مورد بررسی قرار گرفت. برای درک رفتار مواد ضایعاتی از تصاویر میکروسکوپ الکترونی و طیف سنجی استفاده گردید. نتایج در هر دو حالت حرارتی نشان داد 5% لاستیک و 10% پودر شیشه، همچنین اندازه mm 5-3 ذرات لاستیک، بهترین نتایج را از نظر مقاومت های فشاری و کششی، در بین طرح های اختلاط دارای لاستیک و پودر شیشه، ارایه داده اند.

    کلیدواژگان: بتن، لاستیک ضایعاتی، پودر شیشه، مشخصات مکانیکی، حرارت بالا
  • محمود نیکخواه شهمیرزادی*، سید مجدالدین میرمحمدحسینی، سعید ابریشمی صفحات 109-130

    موارد بسیاری وجود دارد که پی سازه علاوه بر بار استاتیکی، در معرض بارگذاری سیکلی قرار می گیرد که از آن جمله می توان به زلزله، بار ناشی از ترافیک و ارتعاش ناشی از ماشین آلات اشاره نمود. در این مطالعه آزمایشگاهی، تاثیر عرض پی، تراکم خاک ماسه ای، تعداد سیکل بارگذاری، شدت سربارهای استاتیکی و سیکلی بر نشست سیکلی پی نواری مورد بررسی قرار گرفته است. مصالح خاکی مورد استفاده در این تحقیق، ماسه متوسط بد دانه بندی شده (SP) است. مدل پی دارای عرض 5، 7/5 و 10 سانتی متر و طول آن، 34 سانتی متر است. سیستم بارگذاری به صورت هوای فشرده است که قابلیت اعمال بار یکنواخت و سیکلی را دارا است. در خاک ماسه ای با تراکم متوسط و متراکم، مقدار متوسط نشست پی در سیکل اول بارگذاری، به ترتیب حدود 46 و 51 درصد کل نشست سیکلی است. خاک ماسه ای با تراکم متوسط زیر پی، در نشستی معادل 22 تا 27 درصد عرض پی دچار گسیختگی شده است. خاک ماسه ای متراکم زیر پی، در نشستی معادل 33 تا 43 درصد عرض پی دچار گسیختگی شده است. هر چه سربار کل وارد به خاک کمتر باشد، خاک تعداد سیکل بارگذاری بیشتری را تحمل می کند تا دچار گسیختگی شود؛ یعنی با ازدیاد سربار استاتیکی و سیکلی، خاک در تعداد سیکل کمتری دچار گسیختگی شده است. با توجه به ایجاد نشست ماندگار در پی تحت اثر بارهای سیکلی، در طراحی پی ها تحت اثر این نوع بار، مقدار نشست پیش بینی شده حتما بایستی از مقدار مجاز آن کمتر باشد.

    کلیدواژگان: تراکم ماسه، عرض پی، نشست، سربار استاتیکی، سربار سیکلی
  • سمیه عباسی، ابراهیم ولیزادگان* صفحات 131-144

    یکی از روش های ساده و کم هزینه برای اندازه گیری جریان در کانال ها استفاده از فلوم ها می باشد. در این تحقیق کارایی فلوم های ذوزنقه ای با پایه های منشوری جهت اندازهگیری جریان در کانال های ذوزنقه ای مطالعه شده است. بررسی های آزمایشگاهی روی چهار پایه منشوری که در کف کانال ذوزنقه ای با شیب جانبی قابل تنظیم نصب می شوند انجام شد. بر اساس نتایج بدست آمده از اجرای آزمایش های متعدد، در تحلیل اول با استفاده از آنالیز ابعادی رابطه و نموداری جهت محاسبه دبی جربان بطور جداگانه برای هر شیب جانبی و یک رابطه برای تمامی شیب های جانبی بررسی شده ارایه شد. در تحلیل دوم با استفاده همزمان از مفهوم اصل انرژی و آنالیز ابعادی رابطه و نمودار محاسبه ضریب دبی جریان برای هر شیب جانبی بطور جداگانه و رابطه ای واحد برای تمامی شیب های جانبی بررسی شده بدست آمد. برای بررسی دقت روابط بدست آمده، از پارامتر آماری متوسط قدر مطلق خطای نسبی (MARE) استفاده شد. در تحلیل اول مقدار متوسط خطای نسبی جهت برآورد دبی جریان در شیب های جانبی بررسی شده (z=0/268  ، 0/4663، 0/7 و 1) به ترتیب 8/8، 10، 7/7 و 8/3 درصد است. همچنین در تحلیل دوم مقدار این پارامتر آماری جهت تعیین ضریب دبی جریان در شیب های جانبی بررسی شده به ترتیب6/5، 10، 1/8 و 3/4 درصد و بر اساس رابطه واحد برای تمام شیب های جانبی بررسی شده 9 درصد می باشد. بنابراین تحلیل دوم (استفاده همزمان از مفهوم اصل انرژی و آنالیز ابعادی) برای محاسبه دبی جریان نسبت به تحلیل اول (آنالیز ابعادی) مناسب تشخیص داده شد.

    کلیدواژگان: اندازه گیری جریان، کانال ذوزنقه ای، اصل انرژی، آنالیز ابعادی، ضریب دبی
  • راضیه کدخدایی، کیاچهر بهفرنیا*، مرجان شهیدی صفحات 145-161

    در راستای کاهش اثرات زیست محیطی منفی تولید سیمان پرتلند، بتن سبک قلیا فعال سرباره ای می تواند به عنوان یک ماده نوین ساختمانی در صنعت ساخت و ساز مدنظر قرار گیرد. بر اساس بررسی های انجام شده توسط مولفین، اطلاعاتی راجب به میزان افت خشک شدگی بتن سبک قلیا فعال سرباره ای تک جزیی موجود نمی باشد. در این تحقیق تاثیر عیار سرباره، مقدار متاسیلیکات سدیم به عنوان فعال کننده قلیایی و تاثیر کاربرد سبکدانه بر مقاومت و افت خشک شدگی بتن سبک قلیا فعال سرباره ای مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تاثیر دو نوع عمل آوری، عمل آوری در آب و عمل آوری در پوشش پلاستیکی، بر خصوصیات این نوع بتن مورد بررسی قرار گرفته است. برای ساخت بتن سبک از سبکدانه لیکا در ترکیب با سنگدانه های معمولی استفاده شد و دو ترکیب ریزدانه لیکا - شن و ریزدانه لیکا - درشت دانه لیکا بدین منظور استفاده گردید. یک نمونه بتن سبک با سیمان پرتلند و یک نمونه بتن قلیا فعال سرباره ای با سنگدانه های معمولی برای کنترل و مقایسه نیز ساخته شد. مقاومت فشاری نمونه ها در سنین 7، 28 و 90 روز و افت خشک شدگی تا سن 180 روز اندازه گیری شد. طبق نتایج آزمایشگاهی به دست آمده، با افزایش عیار سرباره و مقدار متاسیلیکات سدیم، اسلامپ و زمان گیرش کاهش و مقاومت فشاری و افت خشک شدگی این نمونه ها افزایش پیدا کرد. همچنین نتایج نشان می دهد که عمل آوری بتن حاوی سبکدانه در پوشش پلاستیک سبب افزایش افت خشک شدگی و کاهش مقاومت فشاری می شود.

    کلیدواژگان: بتن سبک، بتن قلیا فعال تک جزئی، متاسیلیکات سدیم، افت خشک شدگی، عمل آوری
  • مازیار فهیمی فرزام*، میرامیر یوسفی صفحات 163-183

    بررسی احتمالاتی سازه ها یکی از روش های مناسب جهت در نظر گرفتن اثرات عدم قطعیت و افزایش اطمینان به نتایج حاصل از تحلیل سازه ها است. نمودارهای شکنندگی یکی از موثرترین روش های بررسی و ارزیابی احتمالاتی سازه ها هستند. این نمودارها احتمال رخداد خسارت را به صورت تابعی از شدت بار لرزه ای اعمالی بر سازه نمایش می دهند. روش تحلیل دینامیکی افزایشی (IDA) یکی از متداول ترین روش های تحلیلی برای ترسیم نمودار های شکنندگی است. در این پژوهش به بررسی آماری و احتمالاتی عملکرد لرزه ای سازه های معیار (SAC) 3 و 9 طبقه فولادی تحت 22 جفت رکورد دور از گسل معرفی شده در FEMA P695 با استفاده از نرم افزار OpenSEES پرداخته خواهد شد. سازه های ذکر شده با استفاده از تحلیل دینامیکی افزایشی برای حالت بدون جداساز و با جداساز سرب - لاستیکی مورد بررسی قرار خواهند گرفت. سپس با استفاده از نمودارهای IDA، یک رابطه کلی ریاضی متناظر با سازه مورد مطالعه، برای تمامی سطوح عملکرد تعیین خواهد شد، این رابطه معرف مدل احتمالاتی تقاضای لرزه ای هر سازه می باشد. با استفاده از این روابط، نمودارهای شکنندگی سطح عملکرد فروریزش برای سازه بدون جداساز و با جداساز ترسیم خواهد شد. به منظور ارزیابی احتمالاتی تاثیر سطوح مختلف شدت های لرزه ای بر عملکرد سازه جداسازی شده، نمودارهای شکنندگی فروریزش برای سه سطح متفاوت از شدت های رکوردهای مورد بررسی ارایه شده است. با توجه به نمودارهای شکنندگی ترسیم شده، می توان علاوه بر تاثیر سطوح مختلف شدت لرزه ای بر عملکرد لرزه ای احتمالاتی سازه، تاثیر مثبت جداساز سرب - لاستیکی را در کاهش احتمال رخداد فروریزش مشاهده کرد. همچنین طبق نتایج منحنی شکنندگی، نسبت حاشیه اطمینان فروریزش در سازه 3 و 9 طبقه به ترتیب 100% و 81% افزایش یافته است که نشان دهنده عملکرد احتمالاتی بهتر جداساز در سازه های کوتاه مرتبه است.

    کلیدواژگان: نمودار شکنندگی، تحلیل غیرخطی، تحلیل دینامیکی افزایشی، کنترل غیرفعال، OpenSEES
  • مرتضی جوادی اصطهباناتی*، فاطمه محمدی، رامین رفیعی صفحات 185-200
    در این مطالعه نقش عوامل موثر بر ناپایداری تونل و فضاهای زیرزمینی با استفاده از رویکرد آماری بررسی شده است. بدین منظور، مهم ترین عوامل موثر بر ناپایدرای تونل شناسایی و این عوامل (شامل 25 عامل) در قالب شش گروه اصلی دسته بندی شدند. سپس، مجموعه وسیعی از ناپایداری های رخ داده در تونل های مختلف دنیا مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از این بررسی ها به صورت یک پایگاه داده مبتنی بر جامعه آماری و با در نظر گرفتن عامل اصلی ایجاد کننده ناپایداری و نوع کاربری تونل ثبت شد. در نهایت، تحلیل های آماری بر روی ناپایداری های رخ داده در تونل های مختلف و با تمرکز بر نوع کاربری و فراوانی نسبی ناپایداری انجام شد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد مجموعه عوامل ژیومکانیکی، مباحث مطالعات و طراحی و عوامل مربوط به شرایط زمین شناسی و جغرافیایی ساختگاه دارای بیشترین میانگین فراوانی نسبی در ناپایداری بوده که این سه دسته عوامل، مجموعا حدود 73 درصد از ریزش های حادث شده در تونل های با کاربری عمرانی را شامل می شوند. همچنین، بین 70 الی 80 درصد از ناپایداری ها ناشی از 32 درصد از عوامل بوده و نقش سایر عوامل در بروز ناپایداری تونل کمتر از 30 درصد برآورد شده است. در این بین، سه عامل اصلی "زون های ضعیف"، "عدم به کارگیری بازطراحی و بازنگری حین اجرا" و " سطح و وضعیت آب زیرزمینی"، به ترتیب با فروانی نسبی 17/5، 12/5 و 10/5 درصد، موثرترین عامل در بروز ناپایداری بوده اند. در مجموع، تونل های آزادراه و بزرگراه، دارای بیشترین انطباق با سایر کاربری های دیگر بوده و می توان این گونه نتیجه گیری کرد که این نوع کاربری را می توان از نقطه نظر عوامل موثر بر ناپایداری تونل، به عنوان نماینده از سایر کاربری ها در نظر گرفت. نتایج حاصل از این تحقیق را می توان به عنوان یک مبنای کلی در ارزیابی احتمال ناپایداری تونل و فضاهای زیرزمینی و مدیریت این نوع از پروژه ها به کار گرفت.
    کلیدواژگان: ناپایداری تونل، نوع کاربری تونل، بررسی آماری، عامل ناپایداری، تحلیل آماری
  • سید جعفر حسینی، فرنوش باسلیقه*، جلیل شفائی صفحات 201-223

    تغییر شکل های ماندگار بعد از وقوع زلزله باعث افزایش هزینه های مقاوم سازی و حتی اجرایی شدن طرح بهسازی می گردد. یکی از سیستم های مقاوم برای کنترل نیروهای جانبی وارده ناشی از زلزله، استفاده از دیوار برشی با قابلیت استهلاک انرژی خوب است. تغییر شکل های ماندگار و به وجود آمدن ترک در نواحی مرزی و بحرانی دیوار پس از زلزله های نسبتا شدید، منجر به کاهش عملکرد لرزه ای دیوار می شود. در این تحقیق به بررسی پاسخ ها و رفتار چرخه ای دیوارهای برشی بتنی تحت پروتکل بارگذاری چرخه ای پرداخته شده است. برای این منظور با استفاده از نرم افزار اجزای محدود OpenSEES، به مدل سازی دیوار برشی بتنی مبتنی به روش SFI-ΜVLEM یا مدل سازی دیوار با استفاده از المان های قایم چندتایی بر اساس روش مایکروفایبر پرداخته شده است. مدل های اصلی آنالیز شده در این مطالعه شامل 2 دیوار بتنی با میلگردهای فولادی و آلیاژ حافظه دار شکلی SMA با ابعاد و چینش آرماتورهای متفاوت از هم و دیوار بتنی نوآورانه با المان مرزی مجزا به صورت ستونک بتنی از جنس بتن سیمانی مهندسی ECC و میلگردهای  SMAمی شود. اعتبارسنجی مدل ها بر اساس مطالعات گذشته انجام شد. پس از اعتبارسنجی مدل های اولیه به مطالعه پارامتریک مدل ها به منظور بررسی اثرات ابعاد نواحی مرزی، نوع و چینش آرماتورها و میزان نیروهای محوری وارد بر دیوارهای برشی در مدل ها اقدام شد. نتایج کسب شده از خروجی ها نشان می دهد، استفاده از مصالح SMA در نواحی مرزی دیوار به شکل قابل توجهی بر رفتار مرکزگرایی دیوار موثر است و میزان جذب انرژی دیوار برشی با استفاده از مصالح SMA کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: دیوار برشی بتنی، آلیاژ حافظه دار شکلی، جابه جایی پسماند، رفتار مرکزگرا، تحلیل چرخه ای
  • حمید بیرقی*، ابراهیم مومن آبادی صفحات 225-244
    این مقاله به بررسی انواع نیازهای انرژی در دیوارهای کوپله می پردازد که در آن ها دو دیوار بتن مسلح توسط تیرهای بتن مسلح به یکدیگر متصل شده اند. در ابتدا سازه ها با به کارگیری روش تحلیل طیفی طبق آیین نامه های معتبر طراحی می شوند و در ادامه با تهیه مدل غیرخطی دیوار با المان های فایبری در نرم افزار PERFORM-3D و انجام تحلیل تاریخچه زمانی تحت اثر زلزله های دور و نزدیک گسل، انرژی ورودی، انرژی جنبشی، انرژی میرایی و انرژی غیرالاستیک مورد بررسی قرار می گیرد و مشارکت دیوار تیر کوپله بتن مسلح در اتلاف انرژی مطالعه می شود. دو رویکرد مفصل یگانه (SPH) و مفصل گسترده (EPH) برای دیوار بتن مسلح در نظر گرفته می شود. در رویکرد مفصل یگانه، فقط در پای دیوار بتن مسلح اجازه مفصل پلاستیک داده می شود و بقیه نواحی دیوار به صورت الاستیک مدل می شود. در رویکرد مفصل گسترده، کل دیوار قابلیت گسترش پلاستیسیته را دارد. نتایج نشان داد در همه سازه ها سهم تیر کوپله در اتلاف انرژی غیرالاستیک از سهم دیوار بتن مسلح بیشتر است. به طور متوسط در رویکرد EPH، سهم تیرهای کوپله حدود 60 درصد و سهم دیوار بتن مسلح حدود 40 درصد از انرژی غیرالاستیک را شامل می شود و این اعداد در رویکرد SPH به ترتیب حدود 77 و 23 درصد است. دلیل افزایش سهم تیر کوپله از انرژی غیرالاستیک در حالت  SPHآن است که دیوار در 90 درصد از ارتفاع خود الاستیک عمل کرده و سهم دیوار کاهش می یابد و بنابراین سهم مشارکت تیر کوپله در انرژی غیرالاستیک افزایش خواهد یافت.
    کلیدواژگان: دیوار، بتن مسلح، تیر کوپله، تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی
|
  • Moein Mohammadizadeh, Bahram Nadi *, Alborz HAJIANNIA, Elham Mahmoudi Pages 3-18
    The bearing capacity and settlement of shallow foundations located on the pipe are usually not acceptable in sandy soils. Therefore, in order to improve the performance of strip foundations, various methods are proposed, as a cost-effective alternative is to add skirts to the edges of the shallow foundation. the addition of the skirt to the edges of the shallow foundation increases the effective depth of the foundation and soil trapped within the skirts, and loads of the structure are transferred to the bottom depth at the level of the skirt tip. In recent years, performance assessment of skirted foundations has become one of the desired topics for civil engineers. In this article, the effect of the burial depth and horizontal distance from the center of the pipe to a single load have been evaluated using numerical and experimental tests. Therefore, the skirted foundations located on the buried pipe with skirts B and 2B (B is the width of the foundation) have been used. The results of the laboratory tests show that by using the skirted foundation with skirts of 2B, the bearing capacity can be increased by more than 300% compared to the strip foundation. A numerical comparison of the skirted foundation with semi-deep and embedded strip foundation shows that the bearing capacity of the skirted foundation was less than 10% different from the semi-deep foundation. Civil engineers can be led towards more economical and accurate designs by using the skirted foundation.
    Keywords: Skirted foundation, finite element limit analysis (FELA), Buried pipe, Laboratory Model, Sand
  • Majid Parhizkari, Ali Saberi Vaezaneh, Mahmood Naderi * Pages 19-40

    Harmful materials penetrate the concrete and reduce its durability. Therefore, knowing the permeability of concrete is essential. Today, concrete penetration-reducing additives are widely used to construct various concrete structures such as water storage tanks. This paper discusses the effect of factors such as the amount of cement, water-to-cement ratio, penetration-reducing materials, concrete age, and the relation between surface strength, compressive strength, and surface water penetration into the concrete. Concrete cube samples are prepared with the strength of 25, 30, 35, and 40 MPa and ages of 7, 28, and 90 days. Permeation reducers such as waterproof, micro silica, and mezocret have been used in the samples. Using the torsion method with a cylindrical chamber device and a concrete breaker jack, the surface strength, permeability, and compressive strength of concrete specimens have been measured, and their relation with each other has been investigated. Also, the volume percentage of permeable pores was calculated according to ASTM C642-06. This standard was used as a criterion for measuring permeability. The results show that the highest permeability reduction is for waterproof, micro silica, mezocret, and without additive concrete samples, respectively, and its amount varies from 5 to 20 ml. Despite the complex structure of penetration-reducing materials, it is possible to predict the water penetrating volume into the concrete specimens with appropriate accuracy by obtaining the compressive and surface strength of concrete specimens and using the proposed regression equations.

    Keywords: Twist-off, cylindrical chamber, Permeability, Mezukret, Water Proof
  • Mahsa Miri, Masoud Amelsakhi *, Morteza Jiryaei Sharahi Pages 41-59

    Soil improvement has long played an important role in civil sciences, especially in geotechnics. However, with the passage of time and the lack of resilient lands for the construction of more advanced construction structures, engineers in this field decided to use new methods to stabilize and reinforce problematic soils. Also in recent years, environmental problems such as the increase of waste and industrial waste and their release into the living environment have created problems for the life of living Creatures. In these circumstances, geotechnical engineers have tried to use these materials in construction projects to protect the environment and, also, due to the very low cost of waste materials, reduce the economic costs of soil improvement projects. As a result of this study, granular soil is reinforced in two loose and semi-dense states using Polymeric industrial waste material called full ethylene-vinyl acetate (EVA). The experiments were performed at different weight percentages of EVA (0, 0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.25, 1.5, 1.75, 2, 2.25, 2.5, 3 and 4), without adding moisture and using the CBR device. The results show that soil CBR has increased significantly with the use of these additives, and its effect on the soil increases with the reduction of the specific weight of the soil.

    Keywords: Soil improvement, granular soil Reinforcement, Ethylene-vinyl acetate (EVA), waste material, ENVIRONMENT
  • Mahdieh Jafarpour, Maryam Mokhtari *, Navid Soltani Pages 61-83

    The existence of underground cavities such as aqueducts and water supply pipelines causes changes in the estimated seismic response on the ground. Since the characteristics of an earthquake are different near and far from the seismogenic source and the corresponding regulations have not considered near- and far-field effects on loading, it is necessary to study and compare such effects. This study has used the finite element method and the two-dimensional Plaxis software to investigate seismic responses on the ground while there are underground circular cavities. To this end, a set of near- and far-field accelerograms belonging to Bam, Landers and Loma Prieta were selected. Those recordings were different in terms of frequency. To examine the effect of soil type, four types with different mechanical characteristics were selected, and the seismic responses on the surface of the ground were studied in the presence and absence of an underground cavity. The effect of the buried depth of the cavity was evaluated with regard to two different buried depths (H/R = 1, 3). The results showed that the presence of an underground cavity leads to an amplified response of the ground. For instance, the amplification index of the displacement on the ground with and without cavities in the most critical conditions (Landers earthquake) was found to be 4.8 and 6 as recorded in near-field and far-field accelerograms, respectively. Moreover, the farther from the cavity center (X/R > 4), the less amplification was clearly observed on the ground under different loadings. The selected parameters also proved to have significant effects on the acceleration and displacement on the surface of the ground. To gain more insight about these effects, further research is needed.

    Keywords: Numerical Analysis, Earthquake, Underground Cavities
  • Reza Saghafi Lasemi, Masoud Ziaei *, MohammadHadi Alizadeh Elizei, Reza Esmaeilabadi Pages 85-107

    One of the recycling approaches for waste materials like tires and glass is to use them in concrete. In this paper, the effect of the simultaneous use of waste rubber as partial substitution of fine aggregate and glass powder as partial substitution of cement, on workability and mechanical properties, in ambient temperature and after exposure to temperature of 600 °C, is investigated. In order to evaluate the effect of rubber particle size on workability and mechanical properties, two different rubber particle sizes of 0.15-1mm and 3-5mm were used. In total, 13 mixtures were prepared. Except for the reference mixture, the rest contained a combination of rubber particles replacing fine aggregate with the percentages of 5% and 10% by volume and glass powder replacing cement with percentages of 10%, 15% and 20%. First of all, the slump test was carried out. Moreover, compressive strength and tensile strength, before and after thermal exposure, were investigated. In order to have an understanding of waste material's behavior, scanning electron microscopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy tests were conducted. the results indicated that 5% for rubber particles, 10% for glass powder and also rubber particle size of 3-5 mm presented the best results among mixtures containing rubber and glass powder, in terms of compressive and tensile strengths.

    Keywords: Concrete, waste rubber, Glass powder, Mechanical Properties, Elevated Temperature
  • Mahmoud Nikkhah *, Seyed Majdeddin MirMohammad Hosseini, Saeed Abrishami Pages 109-130

    There are many cases in which the foundation, in addition to static load, is exposed to cyclic loading, such as earthquakes, traffic loads, and machine vibrations. In this laboratory study, the effect of foundation width, sandy soil density, number of loading cycles, static and cyclic overhead intensity on cyclic strip foundation settlement has been investigated. The soil material used in this research is poorly graded medium sand (SP). The foundation model has a width of 5, 7.5 and 10 cm and its length is 34 cm. In medium and dense sandy soils, the average amount of foundation settlement in the first loading cycle is about 46 and 51% of the total cyclic settlement, respectively. Medium-density sandy soils below the foundation have failed at a settlement of 22 to 27% of the foundation width. The dense sandy soil beneath the foundation has failed at a settlement of 33 to 43% of the width of the foundation. The lower the total overhead entering the soil, the more loading cycles the soil can withstand to fail; That is, with increasing static and cyclic overhead, the soil is failed in a smaller number of cycles. Due to the creation of permanent settlements under the effect of cyclic loads, in the design of foundations under the effect of this type of load, the amount of predicted settlement must be less than the allowable amount.

    Keywords: Sand density, foundation width, Settlement, static overhead, cyclic overhead
  • Somayeh Abbasi, Ebrahim Valizadegan * Pages 131-144

    One of the simple and cheap ways for flow measurement in canals is to use flumes. In this study, the efficiency of trapezoidal flumes with prismatic piers for flow measurement in trapezoidal canals was investigated. Laboratory investigations on four prismatic piers installed in the trapezoidal canal floor with an adjustable side slope were conducted. Based on the results of conducting several experiments, in the first analysis, a relationship and graph to calculate the discharge for each side slop and a relationship for all of the investigated side slopes were separately presented using dimensional analysis. In the second analysis the relationship and graph to calculate the discharge coefficient for each side slope and a single relationship for all of the investigated side slopes were separately obtained through the simultaneous use of the concept of energy principle and dimensional analysis. To investigate the accuracy of the obtained relationships, the statistical parameter of Mean Absolute Relative Error (MARE) was used. In the first analysis the mean value of the relative error to estimate the discharge in the investigated side slopes (z=0.268, 0.4663, 0.7 and 1) were 8.8, 10, 7.7 and 8.3 percent, respectively. Also in the second analysis, the value of this statistical parameter to estimate the discharge in the investigated slopes were 6.5, 10, 1.8 and 3.4 percent respectively and based on the single relationship for all of the investigated side slopes was 9%. Therefore, to calculate the discharge, the second analysis was recognized to be more appropriate than the first.

    Keywords: Flow Measurement, Trapezoidal canal, energy principle, Dimensional analysis, Discharge Coefficient
  • Razieh Kadkhodaei, Kiachehr Behfarnia *, Marjan Shahidi Pages 145-161

    In order to reduce the negative environmental effects of Portland cement production, lightweight alkali-activated slag concrete can be considered as a new building material in the construction industry. According to the studies conducted by the authors, there is no research about drying shrinkage of one-part lightweight alkali-activated slag concrete. In the present study, the effect of slag content, the dosage of one-part alkali-activator and aggregate combination on the compressive strength and drying shrinkage of lightweight one-part alkali-activated slag concrete were considered. Also, two types of curing methods i.e. water curing and plastic cover curing were selected to investigate the effect of curing conditions on drying shrinkage and compressive strength. To make lightweight concrete, lightweight aggregate (Leca) was used in combination with natural aggregates and two aggregate combinations, one containing lightweight fine aggregate and normal weight coarse aggregate and one other containing both lightweight fine and coarse aggregates, were considered for conducting the experimental tests. A Portland cement mix was also used to make a reference mix of concrete. Compressive strength of the samples was measured at the ages of 7, 28 and 90 days and the drying shrinkage up to the age of 180 days. According to the results, slump and setting time decreased with increasing slag and activator content, while compressive strength and drying shrinkage increased. Examination of the curing condition of lightweight one-part alkali-activated slag concrete showed that drying shrinkage increased and compressive strength decreased with plastic cover curing.

    Keywords: Lightweight Concrete, ONE-PART ALKALI-ACTIVATED SLAG, SODIUM METASILICATE, Drying shrinkage, curing
  • Mazyar Fahimi Farzam *, Miramir Yousefi Pages 163-183

    The probabilistic analysis could effectively apply the effects of uncertainty in the structural analysis, where fragility curves are a well-established technique for the probabilistic evaluation of the structural performance. Notably, incremental dynamic analysis (IDA) is one of the most common analytical methods for obtaining fragility curves. In this study, the statistical and probabilistic seismic performance of 3- and 9-story steel buildings are investigated under 22 pairs of far-fault records introduced in FEMA P695. The seismic performance of both uncontrolled and controlled buildings with LRB is studied using IDA. Then, a general mathematical equation corresponding to each structure will be determined for all damage states known as the probabilistic seismic demand model (PSDM) of the structures. Using this equation, the collapse fragility curve of the structures will be determined for both uncontrolled and controlled structures with LRB. To evaluate the possible impact of different levels of seismic intensities on the performance of the isolated structure, the collapse fragility curves for three different levels of intensities of the benchmark records are presented. According to the collapse fragility curves, in addition to the effect of different levels of seismic intensity on the seismic performance of the structure, it is possible to see the positive effect of the LRB in reducing the probability of collapse. Also, the collapse margin ratio (CMR) in the 3- and 9-story buildings has increased by 100% and 81%, respectively, which indicates the better performance of the LRB isolators in low-rise structures.

    Keywords: Fragility curve, Nonlinear Analysis, Incremental dynamic analysis, Passive control, OpenSEES
  • Morteza Javadi *, Fateme Mohammadi, Ramin Rafiee Pages 185-200
    In this paper, the role of effective factors on the instability of tunnels and underground excavations was explored through statistical analysis. To reach this goal, the effective factors (including 25 different factors) on the tunnel instability were recognized based on the deep literature survey and expert judgment. Then, a database of previous tunnel instabilities was established based on the type of tunnels and the main factor of instabilities. The effective factors were classified into six main groups and utilized for statistical analysis based on the relative frequency of tunnel instability. The results of this paper show that the geomechanical factors, design-investigation issues, and geological-geographic conditions of the site are the main three reasons for tunnel instability, where these main factors control more than 70% of civil-utility tunnels through all case studies. In addition, the design-investigation issues and geological-geographic conditions show the lowest and highest dependency on the tunnel utility, respectively. The “weak zones”, “inadequate redesign during construction”, and “the groundwater level and conditions” are the main three effective factors in tunnel instability, where the relative frequency of instability due to these factors reaches up to 40% for most of the case studies. Based on the main effective factors of instability, the freeway and highway tunnels show the highest consistency with all other utilities for tunnels in the statistical population. Therefore, freeway and highway tunnels can be considered as the most representative of overall utilities. The outcome of this paper can be applied to risk assessment of tunnel instabilities and technical management.
    Keywords: Tunnel instability, tunnel utility type, instability factor, statistical analysis
  • Jafar Hosseini, Farnoosh Basaligheh *, Jalil Shafaei Pages 201-223

    Permanent deformation after an earthquake increases the cost of the retrofit and even the implementation of the rehabilitation plan. A resisting system to control the lateral forces due to earthquakes is to use shear walls with good energy dissipation capability. Permanent deformation and cracking in the border and critical areas of the wall after relatively strong earthquakes leads to a decrease in the seismic performance of the wall. In this research, the responses and cyclic behavior of concrete shear walls under the cyclic loading protocol are investigated. For this purpose, using OPENSEES software platform, concrete shear wall modeling based on SFI-ΜVLEM method or wall modeling using multiple vertical elements based on the macro fiber method has been studied. The main models analyzed in this study include 2 concrete walls with steel rebars and memory alloy (SMA) with different dimensions and arrangement of reinforcements and innovative concrete wall with separate border elements in the form of concrete columns made of engineered concrete (ECC) and SMA rebars.  Validation of the models was based on previous studies. After validation of the initial models, the parametric study of the models was performed in order to investigate the effects of the dimensions of the boundary areas, the type and arrangement of the reinforcements and the amount of gravitational forces on the shear walls in the models. The results obtained from the outputs show that the use of SMA materials in the boundary areas of the wall has a significant effect on the self-centering behavior of the wall and the energy dissipation of the shear wall is reduced by using SMA materials.

    Keywords: Concrete Shear Wall, Shaped memory alloy, residual displacement, Self-centering behavior, Cyclic loading
  • Hamid Beiraghi *, Ebrahim Momen Abadi Pages 225-244
    The use of reinforced concrete wall of the coupling causes better control of lateral displacement and also more energy dissipation due to the earthquake. This paper examines the types of energy demands in coupling walls in which two reinforced concrete walls are coupled by reinforced concrete beams. First, the structures are designed using the spectral analysis method according to valid regulations and then by preparing a nonlinear model of the wall with fiber elements in PERFORM-3D software and performing time history analysis due to near and near earthquakes faults, input energy, kinetic energy, energy Damping and inelastic energy are investigated and the contribution of reinforced concrete beam and wall to energy dissipation is studied. Two approaches, single plastic hinge (SPH) and extended plastic hinge (EPH), are considered for reinforced concrete walls. In the SPH approach, the plastic joint is traditionally allowed only at the foot of the reinforced concrete wall, and the rest of the wall is modeled elastically. In the EPH approach, the entire wall has the ability to expand plasticity. The results showed that in all structures, the share of coupling beams in inelastic energy dissipation is higher than the share of reinforced concrete walls. On average, in the EPH approach, the share of beam beams is about 60% and the share of reinforced concrete walls is about 40% of inelastic energy, and these numbers in the SPH approach are about 77% and 23%, respectively. The reason for the increase in the share of coupling beams from inelastic energy in the SPH model is that the wall is elastic at 90% of its height and the share of the wall decreases, and therefore the share of coupling beams in inelastic energy will increase.
    Keywords: Walls, Reinforced concrete, Beams, Nonlinear Time History Analysis