فهرست مطالب

مهندسی عمران - سال پنجاه و پنجم شماره 8 (آبان 1402)

نشریه مهندسی عمران
سال پنجاه و پنجم شماره 8 (آبان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/08/01
  • تعداد عناوین: 10
|
  • امیر قامتلو، سعید عباسی* صفحات 1531-1546
    در مقاله حاضر تاثیر تراز رسوبات کف مخزن سد، بر پاسخ دینامیکی غیرخطی سد بتنی وزنی تحت انفجار TNT با استفاده از مدل عددی به صورت سه بعدی مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور با فرض دو تراز مختلف رسوبات در مخزن سد، تاثیر تراز آن بر رفتار دینامیکی و میزان آسیب بر روی سد بتنی وزنی بررسی شده است. مدل رفتاری بتن آسیب دیده پلاستیک (CDP) که شامل رفتار سخت شوندگی و نرم شوندگی کرنشی بتن می باشد، در مدلسازی اعمال شده است. در تحلیل ها از دینامیک غیرخطی سیستم سد- مخزن و فونداسیون به روش المان محدود و با استفاده از نرم افزار ABAQUS استفاده شده است. برای بارگذاری انفجار از تیوری CONWEP استفاده شده است. بعنوان مطالعه موردی، آنالیز خرابی سد بتنی وزنی کوینا، واقع در کشور هند تحت انفجار TNT مورد ارزیابی قرار گرفته است. تحلیل ها برای سه نقطه انفجار مختلف و به ازای دو مقدار متفاوت ماده منفجره انجام گرفت. نتایج بدست آمده از تحلیل ها نشان می دهد هرچه محل انفجار از رسوبات موجود دورتر باشد، جابجایی در تاج سد بیشتر خواهد شد. افزایش ارتفاع رسوب موجود در مخزن سد، موجب استهلاک تنش و انرژی شده و در نهایت کاهش خرابی و جابجایی تاج سد را به همراه خواهد داشت.
    کلیدواژگان: سد بتنی وزنی، آنالیز دینامیکی غیرخطی، تراز رسوب، مخزن سد، Abaqus
  • معین الرضا قندهاری، سید احسان سیدی حسینی نیا*، سیاوش هنری صفحات 1547-1560
    تشکیل پیوند میان دانه های خاک به کمک عامل سیمانی باعث می شود تا خاک رفتاری متفاوت نسبت به خاک غیرسیمانته داشته باشد. در این پژوهش، با استفاده از شبیه سازی عددی به روش اجزای مجزا، تاثیر مقاومت پیوند بر روی رفتار مکانیکی خاک ماسه ای سیمانته در آزمون فشار همه جانبه بررسی شده است. برای شبیه-سازی پیوند، از یک مدل پیوند تماسی استفاده شده که در آن، مقاومت پیوند در برش و کشش یکسان است. شرایط تشکیل پیوند در این مدل پیوند تماسی، وجود تماس فیزیکی بین ذرات و حداقل همپوشانی آن ها است. در شبیه سازی آزمون فشاری همه جانبه، از سه مقاومت پیوند مختلف در تهیه نمونه ها استفاده شده و این نمونه ها تا سطح تنش 60 مگا پاسکال بارگذاری شده اند. نتایج نشان می دهد افزایش مقاومت پیوند باعث می شود تمایل نمونه سیمانته به تراکم یا کاهش نسبت تخلخل در مقایسه با نمونه غیرسیمانته، کاهش پیدا کند. همچنین، تنش مرتبط با نقاط تسلیم اولیه و ثانویه با افزایش مقاومت پیوند، افزایش یافته است. با بررسی شکست پیوند در طول آزمون مشاهده می شود که در فشار همه جانبه ای که تسلیم اولیه در نمونه های سیمانته رخ می دهد، شکست پیوند با نرخ شدیدتری اتفاق می افتد. نتایج این شبیه سازی نشان می دهد که سهم تنشی که پیوندها از کل تنش اعمالی تحمل می کنند، با افزایش کرنش حجمی، افزایش پیدا می کند. همچنین هرچه مقاومت پیوند نمونه بیشتر باشد، مقدار تنش تحمل شده توسط پیوندها افزایش پیدا می کند. در مطالعه حاضر، دقت و صحت نتایج شبیه سازی با مقایسه نتایج آزمایشگاهی نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: ماسه سیمانته، ذرات تیز گوشه، آزمون فشار همه جانبه، اجزای مجزا، مدل پیوند تماسی
  • فاطمه کلبادی نژاد، سعیده کوهستانی، بیژن سیاف زاده، عبدالرضا سروقد مقدم، مهدی شریفی* صفحات 1561-1578
    برج های فرآیندی تحت عنوان مخزن های ذخیره عمودی از جمله سازه های صنعتی می باشد که نقش کلیدی در روند تولید مواد نفتی و مشتقات آن در پالایشگاه ها دارند. به دلیل آسیب پذیری این سازه ها در زلزله های گذشته و عدم وجود آیین نامه و روش معتبر جهت تحلیل لرزه ای این سازه ها، مطالعه ای بر روی رفتار لرزه ای یک نمونه برج فرآیندی به ارتفاع 26/5 متر واقع در پالایشگاه جزیره قشم در این مطالعه انجام شده است. از آن جایی که درنظرگرفتن فنداسیون صلب بدون اندرکنش خاک و سازه نشان دهنده پاسخ لرزه ای نزدیک به واقعیت نیست، مدلسازی این برج در نرم افزار اجزاء محدود Abaqus با درنظرگرفتن اثرات اندرکنش خاک و سازه انجام شده است. جهت مدلسازی خاک از مدل وینکلر استفاده شده و رفتار لرزه ای برج با استفاده از تحلیل استاتیکی غیرخطی و تحلیل دینامیکی افزایشی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است و توابع شکنندگی برای ارزیابی آسیب پذیری در سطوح مختلف شدت های لرزه ای تولید شده است. در این بررسی خرابی های محتمل شامل خرابی بدنه و دامنه و همچنین واژگونی سازه مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به نمودارهای تحلیل دینامیکی افزایشی، هیچگونه کمانشی در جداره و دامنه برج قبل از وقوع واژگونی مشاهده نشده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد مود خرابی غالب برج واژگونی بوده که با توجه به منحنی شکنندگی به دست آمده برای سازه تا شتاب  g0/1 احتمال واژگونی برج صفر می باشد و برای شتابg 0/350 این احتمال کمتر از 20% است.
    کلیدواژگان: برج های فرآیندی، ارزیابی لرزه ای، منحنی شکنندگی، تحلیل دینامیکی افزایشی، اندرکنش خاک و سازه
  • محمد کیانی نژاد، محمدمحسن توفیق، وحید توفیق* صفحات 1579-1600
    تثبیت خاک های ضعیف و بد دانه بندی شده در پروژه های مهندسی اغلب با استفاده از آهک و سیمان انجام می پذیرد. مقادیر قابل ملاحظه انرژی حرارتی مورد نیاز در فرآیند تولید سیمان و همچنین حجم دی اکسید کربن تولید شده در این صنعت، مخاطرات زیست محیطی قابل ملاحظه ای را به همراه داشته است. آلومینوسیلیکات های فعال شده قلیایی به عنوان یک گزینه ارزان قیمت و سازگار با محیط زیست یکی از جدی ترین جایگزین های شناخته شده برای سیمان و آهک به شمار می روند. هدف از این مطالعه بررسی امکان پذیری استفاده از متاکایولن در فرآیند تثبیت ماسه بادی به همراه استفاده از پسماند کاربید کلسیم به عنوان فعالساز قلیایی است. مواردی همچون میزان متاکایولن، غلظت فعالساز قلیایی، زمان و حرارت عمل آوری نمونه های خاک تثبیت شده با استفاده از آزمایش مقاومت فشاری محدود نشده (UCS) و نسبت باربری کالیفرنیا (CBR) مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج با نمونه ماسه بادی تثبیت شده با سیمان پرتلند مورد مقایسه قرار گرفته است. بررسی ریزساختارهای شکل گرفته درفرآیند تثبیت خاک با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)  و طیف نگاری پراش انرژی پرتوایکس(EDX)  انجام پذیرفته است. نتایج به دست آمده موید افزایش قابل ملاحظه مقاومت فشاری و کرنش پذیری نمونه های خاک تثبیت شده است. علاوه بر این، تحلیل ریزساختارهای پدید آمده در نمونه های خاک تثبیت شده چسبندگی قابل ملاحظه میان ژل چسبانندهC-A-S-H  و ذرات ماسه و همچنین پرشدن فضای میان دانه ای با ژل حاصل از فعالسازی متاکایولن را نشان می دهد. برآیند نتایج حاصل از این مطالعه بیانگر قابلیت قابل ملاحظه ژل چسباننده معرفی شده به عنوان یک عامل تثبیت کننده سازگار با محیط زیست در فرآیند تثبیت خاک های ماسه ای می باشد.
    کلیدواژگان: متاکائولن، پسماند کاربید کلسیم، تثبیت خاک، فعال سازی قلیایی، ماسه بادی
  • یزدان شمس ملکی*، آزاده دادفرین، مهدی اثنی عشری صفحات 1601-1624
    بروز یخ بندان و متعاقب آن ذوب شدن یخ، سالیانه خسارات زیادی به بسترهای متشکل از خاک های ماسه ریزدانه وارد می کند. تغییرات حجمی خاک در حین یخ زدن-آب شدن عاملی است که باعث کاهش مقاومت و افزایش تغییرشکل ها می شود. در این مطالعه، اندازه گیری های متعدد آزمایشگاهی برای بررسی اثرات چرخه های یخبندان-ذوب بر رفتار آزمونه های استوانه ای ماسه ای ارایه شده است. برای بررسی دقیق اثرات یخزدگی، ماسه ریزدانه انتخاب شده است. به صورت همزمان روش های تثبیت شیمیایی خاک توسط اختلاط با سیمان با مقادیر 2، 4 و 6 درصد وزنی خاک خشک و تسلیح مکانیکی با افزودن 0، 0/5 و 1 درصد وزنی الیاف بازیافتی نایلونی، بکار گرفته شده است.  این مطالعه نشان می دهد که وجود الیاف در کنار سیمان، باعث تغییرات آشکار مشخصات سختی، مقاومتی و دوام نمونه ها تحت اثر چرخه های یخبندان-ذوب می شود. از یافته های این مطالعه می توان نتیجه گرفت که در نمونه های بدون الیاف، ترک های مشخص و عریض مشاهده می گردد. درصورتی که در نمونه های مسلح به الیاف ترک ها ریزتر هستند و در عرض گسترده تری توزیع شده اند. نتایج مربوط به رفتار نمونه ها در هنگام بارگذاری نشان داد که در نمونه های مسلح شده با الیاف، گسیختگی بر اثر بیرون زدگی الیاف رخ داده است. در نمونه های 7 روزه خشک (بدون اعمال چرخه یخبندان -ذوب) با افزودن الیاف مقاومت فشاری نمونه ها افزایش می یابد. در نمونه های 28 روزه، با افزایش فقط 0/5% الیاف به طول0/5 سانتی متر، افزایش مقاومت فشاری محدود نشده و از آن پس کاهش آن مشاهده شده است. در تمام نمونه های 7 و 28 روزه خشک، با افزایش اندازه الیاف از0/5 سانتی متر به 1 و 1/5 سانتی متر مقاومت فشاری نمونه ها روندی کاهشی دارد. همچنین با افزودن درصد الیاف از 0/5 به 1% باز هم روند کاهش مقاومت دیده می شود.
    کلیدواژگان: ماسه ریزدانه، تثبیت شیمیایی، تسلیح با الیاف، یخ بندان-ذوب، مقاومت-دوام
  • دانیال فخری، مهدی حسینی*، مهدی مهدی خانی صفحات 1625-1644
    چقرمگی شکست یکی از مهم ترین خواص بتن است که شرایط گسترش ترک و درنهایت شکست بتن را کنترل می کند. در این تحقیق با استفاده ازآزمون روی دیسک برزیلی دارای ترک مستقیم، پیش بینی روند انتشار ترک و چقرمگی شکست در نمونه های بتن معمولی فاقد میکروسیلیس و پودرسنگ آهک و نمونه های بتن معمولی حاوی میکروسیلیس و پودرسنگ آهک بررسی شده است.  میکروسیلیس جایگزین 10 درصد وزنی سیمان و پودر سنگ آهک جایگزین 5 درصد وزنی سیمان شده است. فرآیند گسترش ترک از شکاف های از پیش موجود در نمونه ها و همچنین چقرمگی شکست در حالت های I، II و حالت ترکیبی I-II بررسی  شد. آزمایش چقرمگی شکست روی نمونه های دیسک برزیلی در زوایای 0، 15، 28/83، 45، 60، 75 و 90 درجه نسبت به راستای ترک از پیش موجود انجام شده است. پس از مطالعات آزمایشگاهی مشخص گردید که شروع ترک های باله ای در زوایای کم تر از 60 درجه (60<α<0)، از نوک ترک از پیش موجود اتفاق می افتد و با ادامه ی بارگذاری مسیر رشد و انتشار ترک به راستای بارگذاری نزدیک می شود. این در حالی است که برای زوایای 60 درجه و بزرگ تر از آن، شروع ترک با فاصله d از نوک ترک آغاز می گردد. این فاصله در نمونه های بتن معمولی  فاقد میکروسیلیس و پودر سنگ آهک بیشتر از نمونه های بتن معمولی حاوی میکروسیلیس و پودر سنگ آهک است. نمونه های حاوی میکروسیلیس و پودر سنگ آهک چقرمگی شکست حالت  I، II و ترکیبی I-II بالاتری را نسبت به نمونه های فاقد میکروسیلیس و پودرسنگ آهک دارد.
    کلیدواژگان: میکروسیلیس، پودرسنگ آهک، چقرمگی شکست، بتن، دیسک برزیلی
  • سعید غفارپور جهرمی*، مقداد پایان، زینب امرایی صفحات 1645-1660
    خاک های واگرا عموما دارای پتانسیل بالای انقباض و تورم، نفوذپذیری کم و مقاومت اندک در برابر فرسایش بوده و لذا از نوع خاکهای مسیله دار شناخته می شوند. در این تحقیق تغییر در پتانسیل واگرایی به روش تثبیت شیمیایی با سیمان و جایگزینی بخشی از سیمان با زیولیت (به عنوان یک افزودنی دوستدار محیط زیست) در تثبیت نوعی خاک رس مورد ارزیابی قرار گرفته است چرا که استفاده از سیمان مشکلات زیست محیطی متعددی دارد. نتایج این بررسی نشان داد با جایگزینی بخشی از سیمان با زیولیت، حداکثر وزن مخصوص خشک افزایش و رطوبت بهینه کاهش می یابد که روند متفاوتی در مقایسه با تثبیت سیمانی است. همچنین رفتار نمونه در آزمایش تک محوری تحت تاثیر درصد جایگزینی سیمان با زیولیت است. نتایج آزمایش هیدرومتری مضاعف نیز نشان داد ترکیب 5 % سیمان و جایگزینی 30 % زیولیت پتانسیل واگرایی خاک را کاهش می دهد. همچنین در آزمایش های ته نشینی مشاهده شد با افزایش نسبت جایگزینی زیولیت، میزان ته نشینی افزایش می یابد که با کاهش ضخامت لایه دوگانه رس قابل توجیه است و کاهش پتانسیل واگرایی را تایید می نماید. آنالیزهای ریزساختاری SEM  نیز بیانگر تشکیل ژل کلسیم سیلیکات هیدراته در مخلوط بوده که باعث بهبود مشخصات مکانیکی و مقاومتی و کاهش پتانسیل واگرایی خاک رس متورم شونده شده است.
    کلیدواژگان: تثبیت شیمیایی، واگرایی، سیمان، زئولیت، رس
  • عباسعلی زمانی، صادق اعتدالی* صفحات 1661-1676
    هدف مقاله حاضر پیشنهاد یک رهیافت کنترل تطبیقی از کنترل کننده PID موسوم به کنترل کننده ANN-OPID است به طوری که با بهره گیری هم زمان از مزیت های کنترل کننده کلاسیک PID و شبکه های عصبی قادر باشد با توجه به تغییرات نوع زلزله، نسبت به کنترل کننده بهینه PID با ضرایب ثابت، عملکرد لرزه ای بهتری را فراهم نماید. در این رهیافت با استفاده از تخمین دینامیک سیستم سازه ای به وسیله بلوک شبکه عصبی، پارامترهای کنترل کننده PID به صورت تطبیقی تنظیم می شود. ارزیابی عملکرد لرزه ای کنترل کننده پیشنهادی در مقایسه با کنترل کننده بهینه متداول PID برای یک سازه 8 طبقه هوشمند جداشده در پایه در معرض زلزله های مختلف نزدیک و دور از گسل مقایسه شده است. به طور میانگین، نتایج به دست آمده برای سازه موردمطالعه در معرض شش زلزله نشان می دهند که کنترل کننده TLBO-PID منجر به کاهش 24% و 25% بیشینه جابه جایی تراز جداساز و جذر میانگین مربعات آن، افزایش 24% و 11% بیشینه شتاب و جذر میانگین مربعات آن در طبقات روسازه و افزایش 6% و 6% بیشینه جابه جایی نسبی و جذر میانگین مربعات آن در طبقات روسازه شده است. بااین حال رهیافت کنترل کننده پیشنهادی ANN-OPID سبب کاهش 35% و 33% بیشینه جابه جایی تراز جداساز و جذر میانگین مربعات آن، کاهش 9% و 7% بیشینه شتاب و جذر میانگین مربعات آن در طبقات روسازه و کاهش 5% و 6% بیشینه جابه جایی نسبی و جذر میانگین مربعات آن در طبقات روسازه شده است؛ بنابراین کنترل کننده پیشنهادی ANN-OPID ضمن کاهش چشمگیر جابه جایی تراز جداساز، شتاب و جابه جایی نسبی طبقات روسازه را نیز کاهش می دهد، درحالی که که کاهش جابه جایی تراز جداساز درنتیجه بهر ه گیری از کنترل کننده TLBO-PID به هزینه افزایش شتاب و جابه جایی نسبی طبقات روسازه حاصل می شود.
    کلیدواژگان: کنترل سازه، جداسازی لرزه ای، طرح کنترل بهینه، شبکه عصبی، کنترل کننده PID، کنترل کننده بهینه PID تطبیقی
  • سید افشین محبی، سید مهدی زهرایی*، رضا روفی صفحات 1677-1700
    به کارگیری کنترل غیرفعال یکی از روش های موثر در کاهش تقاضای لرزه ای سازه ها می باشد. در دهه های اخیر انواع مختلفی از میراگرهای غیرفعال از قبیل میراگرهای فلزی تسلیم شونده با هدف بهبود رفتار لرزه ای در ساخت و سازهای جدید یا بهسازی ساختمان های موجود توسعه یافته اند. هدف اصلی این تحقیق معرفی یک میراگر فلزی جدید بیضی گون جهت بهبود عملکرد لرزه ای ساختمان های فولادی موجود می باشد. با توجه به تاثیر پارامترهای هندسی میراگر بیضی گون بر رفتار لرزه ای ساختمان بهسازی شده، بررسی دقیق عددی بر روی میراگرها با نسبت های مختلف قطر به ضخامت و همچنین ابعاد و نحوه استقرار دیافراگم برشی صورت گرفته است. برای ارزیابی لرزه ای میراگر پیشنهادی در بهسازی ساختمان ها با مشخصات دینامیکی متفاوت (ساختمان های کوتاه، میان و بلند مرتبه) از سه سازه مبنای 3، 9 و 20 طبقه استفاده شده است. همچنین جهت بررسی عملکرد لرزه ای میراگر بیضی گون در پهنه های مختلف با لرزه خیزی متفاوت، در تحلیل های دینامیکی، شتاب نگاشت های حوزه دور و نزدیک به کار گرفته شده است. در این پژوهش پس از انجام صحت سنجی در نرم افزارABAQUS ، رفتار لرزه ای قاب های ساختمانی بهسازی شده با میراگر بیضی گون پیشنهادی با استفاده از تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی در نرم افزار SAP2000، ارزیابی شده است. نتایج تحلیل های عددی بیانگر عملکرد مناسب میراگر فلزی پیشنهادی در استهلاک انرژی القایی زلزله به سازه و کاهش پاسخ های لرزه ای ساختمان های بهسازی شده می باشد. همچنین متوسط حداکثر تغییرمکان نسبی بین طبقه ای تحت اثر4 شتاب نگاشت حوزه دور و نزدیک در ساختمان های مبنای 3، 9 و 20 طبقه، به ترتیب به میزان 71، 78 و 51 درصد کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: میراگرهای فلزی، ساختمان های فولادی، میراگر بیضی گون، بهسازی لرزه ای، تغییرمکان نسبی بین طبقات
  • درنا سادات شیخ الاسلامی، رشید تن زاده*، فریدون مقدس نژاد صفحات 1701-1730
    اندازه گیری و سنجش میزان آلودگی صوتی ترافیکی، همواره مورد توجه مدیران سیستم حمل و نقل شهری بوده است. تعاریف صوت و نویز، بررسی تفاوت های آن ها، عوامل تولید و انتشار آلودگی صوتی ترافیکی، روش های مختلف آزمایشگاهی و اجرایی در راستای اندازه گیری انرژی صوتی، نقشه های صوتی و بررسی روش های کاهش انرژی صوت از مهم ترین عناوین مورد بررسی در این تحقیق است. اندرکنش لاستیک و روسازی به عنوان مهم ترین عامل آلودگی صوتی ترافیکی در سرعت های بالای 40 کیلومتر بر ساعت برای ماشین های سواری و در سرعت های بالای 70 کیلومتر بر ساعت برای کامیون ها، منبع اصلی آلودگی صوتی شناخته شده است. استفاده از درصد فضای خالی مناسب در رویه های آسفالتی، آلودگی صوتی حاصل از اندرکنش لاستیک و روسازی را تا 10 دسی بل کاهش داده است. آسفالت متخلخل با فضای خالی بیش از 20٪ عملکرد مطلوبی را در کاهش آلودگی صوتی ترافیکی نشان داده است. شدت آلودگی صوتی ترافیکی با استفاده از روش های آزمایشگاهی و اجرایی مورد اندازه گیری قرار گرفته است. روش های آزمایشگاهی در محیط آزمایشگاه و با شرایط کنترل شده قابل انجام است. نتایج آزمایش ها دقیق تر بوده و به طور گسترده در اندازه گیری آلودگی صوتی حاصل از اندرکنش بین لاستیک و سطح روسازی مورد استفاده قرار گرفته است. روش های اجرایی با وجود تحت تاثیرقرارگرفتن آلودگی های صوتی محیط، نویز واقعی اندرکنش لاستیک با روسازی را به طور واقعی تری اندازه گیری می کند.
    کلیدواژگان: نویز، آزمایشگاهی، اجرایی، نقشه صوتی، کاهش آلودگی
|
  • Amir Ghamatloo, Saeed Abbasi * Pages 1531-1546
    In the present paper, the effect of the sediment level of the dam reservoir on the nonlinear dynamic response of a concrete gravity dam under TNT explosion has been studied in a three-dimensional numerical model. For this purpose, assuming two different levels of sediments in the dam reservoir, the effect of its level on the dynamic behavior and the amount of damage on the concrete gravity dam has been investigated. The concrete damaged plasticity model (CDP), which includes the strain hardening/softening behavior of concrete, is applied in the modeling. In the analysis, the nonlinear dynamics of the dam-reservoir-foundation system utilizing ABAQUS software and finite element method have been used. CONWEP theory was used to apply the explosion load. As a case study, the failure analysis of the Koyna concrete gravity dam located in India under the TNT explosion has been evaluated. Analyzes were performed for three different blast points and two different amounts of explosives. The results obtained from the analysis show that the farther the blast location is from the sediments, the greater the displacement in the crown of the dam. Increasing the depth of sediment in the dam reservoir will cause stress and energy consumption and ultimately reduce the damage and displacement of the dam crown.
    Keywords: Concrete Gravity Dam, Non-linear Dynamic Analysis, Sediment level, Dam reservoir, Abaqus
  • Moin Alreza Ghandehari, Ehsan Seyedi Hosseininia *, Siavosh Hohari Pages 1547-1560
    The mechanical behavior of cemented sand is different from that of uncemented sand because of the presence of bonds between particles. In this study, the effect of bond strength on the mechanical behavior of cemented sand under isotropic compression test is investigated by using a numerical method called as Discrete Element Method (DEM) in a two-dimensional space. DEM is a powerful numerical tool by which, each particle is considered as a rigid body, and the equilibrium condition is satisfied by applying accelerations and displacement along with applied forces from adjacent particles. The novelty of this study in comparison to similar works is to consider the angular geometry of particle shape rather than supposing circular. The particles are connected to each other To simulate the cementation agent. For the simulation of bonds, a bond contact model is defined by considering tension, compression, and shear strengths; the tension and shear resistance of bonds are assumed to be equal. In this model, it is essential for particles to have physical contact and overlap to consider that they are bonded to each other. For the simulation of isotropic compression tests, the samples are loaded isotropically up to 60 MPa under different stress levels. The results indicate that with an increase in the bond strength, the sample resists higher against volume reduction, and also, primary and gross yield stresses increase. Results show that when a cemented sample reaches the primary yield point, the rate of broken bonds increases. The pressure that is carried out by bonds increases as the volumetric strain augments. In this research, the results are validated by existing experiments in the literature.
    Keywords: Cemented sand, Angular particles, Isotropic compression test, discrete element method, Contact Model
  • Fatemeh Kolbadi Nezhad, Saeedeh Koohestani, Bijan Sayyafzadeh, Abdolreza Sarvghad Moghadam, M. Sharifi * Pages 1561-1578
    Process towers or vertical vessels are among the industrial structures that play a key role in the production process of petroleum products and their derivatives in refineries and oil and gas industries. Due to the vulnerability of these structures in past earthquakes, and the lack of valid regulations and methods for seismic analysis and design of these structures, a case study on a designed and constructed process tower 26.5 meters high, located in Qeshm Island Refinery, has been conducted in this research. Since considering a rigid foundation, without the interaction of soil and structure, may lead to wrong results, in this study, the tower has been modeled in Abaqus finite element software considering soil behavior. The Winkler model used for soil modeling and the seismic behavior of the tower was investigated using pushover and incremental dynamic analysis, and finally, the resulting fragility curve is presented to show the structure's vulnerability at different levels of seismic intensities. In this investigation, the probable failures, including the failure of the body and the skirt, as well as the overturning of the structure, have been investigated. According to the incremental dynamic analysis results, no buckling was observed in the body and the tower's skirt before the tower overturned. The results show that overturning was the predominant failure mode and the probability of this failure mode until PGA=0.1g is approximately equal to zero, and for PGA= 0.35g, this probability is less than 20%. But for rare seismic intensities, the overturning probability is considerable.
    Keywords: Process towers, seismic assessment, Fragility curve, incremental dynamic analysis (IDA), Soil structure interaction (SSI)
  • Mohamad Kianynejad, Mohammad Mohsen Toufigh, Vahid Toufigh * Pages 1579-1600
    Stabilizing weak and poorly graded soils in engineering projects is commonly achieved using lime and cement. However, the cement production process requires significant energy and generates a substantial volume of carbon dioxide, which presents considerable environmental risks. As an alternative to cement and lime, alkali-activated aluminosilicates have gained recognition due to their cost-effectiveness and environmental compatibility. This study aims to investigate the feasibility of utilizing metakaolin as a stabilizing agent for sandy soil, with Calcium carbide residue (CCR) serving as an alkaline activator. To this end, factors such as the concentration of alkaline activator, metakaolin content, curing time, and temperature of treated soil samples were examined through unconfined compressive strength (UCS) and California Bearing Ratio (CBR) tests. The results were then compared to those of sand stabilized with Portland cement. Furthermore, scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) were used to analyze the microstructures formed during the soil stabilization process. The findings indicate a significant increase in the stabilized soil samples' compressive strength and ductile behavior. Moreover, the analysis of the developed microstructures in the stabilized soil samples demonstrates a noticeable bond between the binding gel and sand particles and the filling of intergranular space with alkali-activated binding gel. Overall, the findings of the present study suggest that the introduced binding gel has the potential to be an environmentally compatible stabilizing agent for stabilizing sandy soils.
    Keywords: Metakaolin, Calcium carbide residue, Soil Stabilization, Alkali activation, Aeolian sand
  • Yazdan Shams Maleki *, Azadeh Dadfarin, Mehdi Esna Ashari Pages 1601-1624
    The occurrence of ice lenses and the subsequent melting of the ice causes a lot of damage to the beds consisting of fine sand soils every year. Volumetric changes of soil during freezing-thawing is a factor that reduces soil strength and increases deformations. In this study, several laboratory measurements are presented to investigate the effects of freeze-thaw cycles on the behavior of cylindrical sand-cement-fiber specimens. Fine-grained sand has been chosen to investigate the effects of freeze-thaw. At the same time, chemical stabilization methods of soil by mixing with cement with amounts of 2, 4, and 6% by weight of dry soil and mechanical reinforcement by adding 0, 0.5, and 1% by weight of recycled nylon fibers have been used. This study shows that the presence of fibers next to cement causes obvious changes in the stiffness, strength, and durability characteristics of the samples under the effect of freeze-thaw cycles. From the findings of this study, it can be concluded that in samples without fibers, distinct and wide cracks are observed. While, in samples armed with fibers, the cracks are smaller and distributed in a wider width. The results related to the behavior of the samples during loading showed that in the samples reinforced with fibers, failure occurred due to the pull-out of the fibers. In 7-day dry samples (without the freezing-thawing cycle effect), the compressive strength of the samples increases with the addition of fibers. In the 28-day samples, with an increase of only 0.5% of fibers with a length of 0.5cm, the unconfined compressive strength increased , and its decrease was observed after that. In all 7d and 28d dry samples, with the increase of fiber size from 0.5cm to 1 and 1.5cm, the compressive strength of the samples has a decreasing trend. Also, by adding the percentage of fibers from 0.5 to 1%, the trend of decreasing strength of the specimens can be seen.
    Keywords: Fine sand, Chemical stabilization, Fiber reinforcement, Freeze-thaw, Strength-durability
  • Danial Fakhri, Mehdi Hosseini *, Mahdi Mahdikhani Pages 1625-1644
    Fracture toughness is one of the most important properties of concrete that controls the conditions for crack propagation and ultimately concrete failure. This research uses the Brazilian disk test to prediction of crack propagation and fracture toughness in ordinary concrete samples without micro-silica and lime powder and ordinary concrete samples containing micro-silica and lime powder has been investigated. Micro-silica replaces 10% by weight of cement and limestone powder replaces 5% by weight of cement. The crack propagation process was investigated from pre-existing cracks in the specimens as well as fracture toughness in modes I, II and hybrid mode I-II. Fracture toughness tests have been performed on Brazilian disk specimens at angles of 0, 15, 28.83, 45, 60, 75 and 90 degrees relative to the pre-existing crack direction. After laboratory studies, it was found that the onset of fin cracks at angles less than 60 degrees (0 <α <60) occurs from the pre-existing crack tip and approaches the loading direction by continuing to load and propagate the crack path. However, for angles of 60 degrees or greater, the crack starts at a distance d from the tip of the crack. This distance is more in ordinary concrete samples without micro-silica and limestone powder than in ordinary concrete samples containing micro-silica and limestone powder. Samples containing micro-silica and limestone powder have higher fracture toughness of modes I, II and mixed state (I-II) than samples without micro-silica and limestone powder.
    Keywords: Micro-silica, Limestone Powder, Fracture Toughness, Concrete, Brazilian disk
  • Saeed Ghaffarpour Jahromi *, Meghdad Payan, Zeynab Amraee Pages 1645-1660
    Some natural clay-rich soils are highly erodible by flowing water both at and below the land surface. These soils contain an abundance of clay particles that disperse (slake) and deflocculate when relatively pure water is added. Dispersive soils can cause great damage to various structures, so geotechnical engineers propose different methods to modify and stabilize these types of soils. Chemical stabilization with cement or lime is the most common method to improve the properties of dispersivity and swelling soils. Word environmental problems such as producing large amounts of heat-trapping greenhouse gases for the production of cement or lime made engineers replace them. This paper investigated the effect of replacing part of cement with zeolite (as an environmentally friendly additive) to stabilize a type of clay and the change in dispersivity potential has been evaluated. The results of this study showed that by replacing a part of cement with zeolite, the maximum dry density increases and the optimum moisture decreases, which is a different process compared to cement stabilization. The behavior of the sample in the uniaxial test was influenced by the percentage of replacement of cement with zeolite. The results of the double hydrometer test also showed that the combination of cement and zeolite reduces the potential of soil dispersion. It also observed in the sedimentation experiments that increase in the zeolite ratio, the sedimentation rate increases, which can be justified by the decrease in the thickness of the double layer of clay so confirming decrease the dispersion potential. SEM microstructural analysis also indicated the formation of hydrated calcium silicate gel in the mixture, which improved the mechanical and resistance characteristics and reduced the swelling clay dispersivity potential.
    Keywords: Chemical stabilization, dispersivity potential, zeolite, Cement, Clay
  • Abbas-Ali Zamani, Sadegh Etedali * Pages 1661-1676
    This paper aims to propose an adaptive control approach for the PID controller known as ANN-OPID controller with simultaneous use of the advantages of the classical PID controller and neural networks so that it can provide better seismic performance than the optimal PID controller tuned by the teaching–learning-based optimization (TLBO) algorithm. In this approach, the structural dynamic is estimated using a neural network block and hence the parameters of the PID controller are adjusted adaptively. The seismic performance evaluation of the proposed controller is compared with the conventional optimal PID controller for an 8-story smart base-isolated structure subjected to various near-field and far-field earthquakes. Overall, the results obtained for the studied structure subjected to six earthquakes show that the TLBO-PID controller leads to a reduction of 24% and 25% in the maximum base displacement and its root mean square (RMS), an increase of 24% and 11% in the maximum acceleration and its RMS of superstructure floors and an increase of 6% and 6% in the maximum drift and its RMS of superstructure floors. However, the proposed ANN-OPID controller approach causes a reduction of 35% and 33% in the maximum base displacement and its RMS, a reduction of 9% and 7% in the maximum superstructure acceleration and its RMS, and a reduction of 5% and 6% in the maximum drift and its RMS of superstructure floors. Consequently, the proposed ANN-OPID controller can give a simultaneous reduction of the base displacement, acceleration, and drift of superstructure floors, while the TLBO-PID controller reduces the base displacement at the cost of an increase in acceleration and drift of superstructure floors.
    Keywords: Structural Control, Seismic isolation, optimal control scheme, Neural Network, PID controller, adaptive optimal PID controller
  • SEYED AFSHIN MOHEBI, Seyed Mehdi Zahrai *, Reza Raoufi Pages 1677-1700
    In the recent past, the application of various types of passive dampers (e.g., yielding metallic dampers) has become a common practice for improving seismic performance of the under-construction buildings and rehabilitation of existing constructions. In this study, a new elliptical metallic damper was introduced to improve the seismic behavior of existing steel structures. Among other parameters, geometrical characteristics are known to affect the seismic performance of the constructions rehabilitated with the proposed elliptical damper. Accordingly, the performance of the proposed damper was investigated through accurate numerical studies on various types of dampers considering various damper dimensions, ellipse major and minor axes length-to-plate thickness ratios, and placements of elliptical shear diaphragm. To study the proposed elliptical damper in terms of its effect on the seismic behavior of rehabilitated buildings, three benchmark structures with 3, 9, and 20 stories were used. Further, far-field and near-field earthquake records were used to undertake nonlinear dynamic analyses. In this work, the proposed elliptical damper was verified by the Abaqus finite-element software, and nonlinear time-history analyses were conducted in the SAP2000 software to check for seismic performance of rehabilitated structural frames with the considered damper. Results of the nonlinear dynamic analyses indicated the appropriate performance of the proposed elliptical damper in terms of reducing the seismic responses of the rehabilitated structures and suitable behavior of the proposed elliptical damper in dissipating the imposed earthquake energy to the structures. Based on these results, upon rehabilitation with the proposed damper, the 3-, 9-, and 20-story structures exhibited smaller maximum lateral roof displacements by 66, 64, and 31%, respectively.
    Keywords: yielding elliptical damper, rehabilitated existing steel structures, Dynamic analysis, seismic performance improvement, lateral roof displacement
  • Dorna Sadat Sheikholeslami, Rashid Tanzadeh *, Fereidoon Moghadas Nejad Pages 1701-1730
    The traffic noise pollution measurement has always been considered by urban transportation system managers. Sound and noise definitions, evaluation of their differences, production and propagation factors of traffic noise pollution, various laboratory and field sound energy measurement methods, noise maps, and investigation of the methods of sound energy reduction are the most important topics studied in this research. Tire-pavement interaction noise (TPIN) is known as the most important source of traffic noise pollution at speeds above 40 km/h for passenger cars and 70 km/h for trucks. Using the appropriate air void content in asphalt surfaces has reduced the noise pollution caused by TPIN up to 10 dB. Porous asphalt with more than 20% air void content has shown good performance in reducing traffic noise pollution. The severity of traffic noise pollution has been measured using laboratory and field methods. Laboratory methods can be performed in a laboratory environment and under controlled conditions. Laboratory test results are more accurate and this method has been widely used in TPIN measurements. Field methods measure the tire-pavement interaction noise (TPIN) more realistically despite ambient noise pollution.
    Keywords: noise, Laboratory, field, noise map, pollution reduction