فهرست مطالب

نشریه مهندسی سازه و ساخت
سال دهم شماره 5 (پیاپی 70، امرداد 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/05/01
  • تعداد عناوین: 12
|
  • یاسر گلستانی، الهام رجبی*، رضا رجبی سهیلی صفحات 5-24
    این مقاله به ارزیابی ضرایب «اصلاح پاسخ»، «شکل پذیری» و «اضافه مقاومت» ساختمان های فولادی مجهز به سیستم «قاب با ستون های پیوندشده» (LCF) پرداخته است. این سیستم به عنوان یک سیستم باربر جانبی نسبتا جدید دوگانه محسوب شده و به واسطه نوظهور بودن، مرکز توجه محققین قرار گرفته و ضرورت مطالعات لرزه ای بر سازه های مجهز به این سیستم، هنوز احساس می-شود. از این رو، تعدادی قاب ساختمانی 3، 5، 7، 9 و 11 طبقه با سیستم باربر جانبی LCF در نرم افزار اپنسیس پیاده سازی شده، با استفاده از زلزله های دور از گسل FEMA P695، تحت تحلیل های دینامیکی فزاینده، استاتیکی غیرخطی، دینامیکی خطی و غیرخطی قرار گرفته و ضریب اصلاح پاسخ برای هر یک از آن ها محاسبه و استخراج گردیده است. به منظور بررسی بهتر و دقیق تر، در این ارزیابی دو عملکرد برشی و خمشی تیرهای پیوند مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج به دست آمده حاکی از تغییرات ضریب R، با افزایش تعداد طبقات قاب ها بوده است. با این حال، لزوما با افزایش تعداد طبقات، مقادیر میانگین ضریب R، همواره صعودی و یا نزولی، منتج نشده است. همچنین در اکثر قاب ها، نتایج مربوط به قاب های حاوی تیر پیوند برشی، بزرگ تر از نتایج قاب های حاوی تیر پیوند خمشی حاصل گردیده است. بر مبنای نتایج حاصل برای قاب های LCF با طول تیر پیوند 2 متری، پیشنهاد می شود ضریب اصلاح پاسخ برای این سیستم باربر جانبی، بیشتر از 6 اختیار نگردد.
    کلیدواژگان: ضریب اصلاح پاسخ، سیستم قاب با ستون های پیوندشده (LCF)، تحلیل دینامیکی فزاینده (IDA)، تحلیل استاتیکی غیرخطی (پوش آور)، زلزله های حوزه دور
  • علی جسیم، نوید گنجیان*، ابوالفضل اسلامی صفحات 25-42
    امروزه با توجه به کاهش یافتن منابع نفت و گاز در خشکی و افزایش روز افزون ساخت و ساز در مناطق ساحلی، استفاده از پی های عمیق برای تامین پایداری سکوهای نفتی و تاسیسات در نواحی ساحلی رو به افزایش می باشد. شمع مارپیچ یکی از انواع پی های عمیق می باشد که به واسطه ی مزایای خود، مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته است. یکی از پرکاربردترین روش های ارزیابی عملکرد شمع ها، استفاده از مدلسازی فیزیکی می باشد که از نظر زمان، هزینه و قابلیت تکرارپذیری نسبت به انجام آزمایش های برجا، اولویت دارد. دستگاه فشار مخروطی همه جانبه (FCV) یکی از موثرترین روش های مدلسازی فیزیکی انواع شمع ها می باشد. این دستگاه شکل مخروطی داشته و با اعمال فشار از کف و به واسطه ی جداره مخروطی خود، توزیع تنش خطی مشابه با واقعیت در راستای محور دستگاه ایجاد می نماید. در نتیجه با اعمال هر فشار از کف، عمق مشخصی از خاک در نمونه ی درون دستگاه FCV مدلسازی می گردد. در این پژوهش ابتدا دستگاه FCV با ابعادی بهینه و با قابلیت اشباع شدن نمونه طراحی و ساخته شد. این دستگاه تا زمان نگارش این مقاله تنها دستگاهی است که توانایی مدلسازی فیزیکی شمع در شرایط اشباع را دارا می باشد. پس از کسب اطمینان از کارایی این دستگاه، رفتار بار-جابجایی شمع مارپیچ تک پره و سه پره در تراکم های گوناگون و در شرایط مرطوب و اشباع مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد افزایش تراکم، درگیری خاک و پره را افزایش داده و ظرفیت باربری شمع مارپیچ افزایش می یابد. از طرف دیگر با اشباع شدن نمونه ظرفیت باربری شمع کاهش چشمگیری می یابد. همچنین افزایش تعداد پره ظرفیت باربری شمع را افزایش می دهد.
    کلیدواژگان: دستگاه FCV، ماسه انزلی، مدلسازی، شمع مارپیچ، ماسه اشباع
  • مهدی کهریزی، امیرهوشنگ اخویسی* صفحات 43-69

    مدارس و ساختمانهای با کاربری آموزشی در اغلب آیین نامه های طراحی، به دلیل جمعیت زیاد آنها، به عنوان ساختمانهای با اهمیت زیاد در نظر گرفته می شوند. مطابق آیین نامه زلزله ایران، این ساختمانها با هر نوع سیستم سازه ای، باید به نحوی طراحی شوند که در مقابل زلزله طرح، حداقل دارای سطح عملکرد ایمنی جانی باشند. مدارس اسکلت بتنی در استان کرمانشاه، با توجه به ملاحظات اقتصادی، در دسترس بودن مصالح و سرعت اجرای مناسب، دارای فراوانی قابل توجهی هستند. در این میان یک تیپ خاص از این مدارس با فراوانی زیادی در اغلب شهرستانهای استان کرمانشاه اجرا شده است. از طرفی در بررسی فضاهای آموزشی پس از زلزله آبانماه 1396سرپل ذهاب در استان کرمانشاه، مواردی از آسیب های سازه ای و غیر سازه ای در مدارس مشاهده گردیده است. به همین دلیل در این مطالعه عملکرد لرزه ای این تیپ از مدارس، تحت اثر زلزله های محتمل حوزه دور و نزدیک بررسی و آسیب پذیری آنها با روش های تحلیل استاتیکی غیرخطی و دینامیکی فزاینده IDA ارزیابی می گردد. در ادامه با انجام تحلیل استاتیکی غیرخطی، منحنی پوش سازه استخراج و پارامترهای مهمی چون شکل پذیری و ضریب رفتار محاسبه می گردد. همچنین با انجام تحلیل دینامیکی افزاینده برای این تیپ از مدارس، منحنی های شکست تحت اثر رکوردهای مختلف مقیاس شده با شتاب افزاینده ارایه و مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد رفتار و آسیب پذیری این سازه، بر حسب نوع زمین ساختگاه و رکورد های مختلف حوزه دور و نزدیک زلزله متفاوت می باشد. همچنین سازه این مدرسه علیرغم وجود نامنظمی در پلان از عملکرد قابل قبولی برخوردار است.

    کلیدواژگان: عملکرد لرزه ای، آسیب پذیری، مدرسه، سازه بتنی، تحلیل غیر خطی، منحنی شکنندگی
  • سید حسین قاسم زاده موسوی نژاد*، آرین درویشعلی نژاد صفحات 70-90
    ژیوپلیمرها مواد آلومینوسیلیکاتی هستند که می توانند جایگزین مناسبی برای انواع بتن باشند، زیرا با حذف آلاینده هایی نظیر CO2 به حفظ محیط زیست کمک می کنند. پژوهش حاضر به بررسی مشخصات مکانیکی و دوام ملات های ژیوپلیمری بر مبنای سرباره(GGBFS) و جایگزینی با درصدهایی از کایولن در چند مولار مختلف می پردازد. ازسدیم هیدروکسید با غلظت 4و8 مولار و سدیم سیلیکات به عنوان فعال کننده استفاده شده است. مواد پایه مذکور به صورت تنها و به صورت ترکیب با اجزای دیگر مخلوط بررسی شده اند. بدین منظور پودر کایولن در درصد های 50% و 75% با سرباره مخلوط شده اند که با احتساب مخلوط های غیر ترکیبی در مجموع 12 طرح اختلاط ساخته شده است. خصوصیات مورد بررسی شامل: مقاومت فشاری، خمشی، کششی، درصد جذب آب و مقاومت الکتریکی در سن 28 روزه بوده است. مقاومت فشاری نمونه های ژیوپلیمری در سنین 7، 28 و90 روزه تعیین گردید و نتایج زیر حاصل شد: استفاده از پلیمر در آزمایش مقاومت فشاری 7 و 28 روزه در نمونه طرح 8BS نسبت به طرح شاهد 4S به ترتیب باعث بهبود 15% و 24% مقاومت نمونه ها شد. در آزمایش کششی نمونه طرح اختلاط 4-50 SC(Mpa79/2) نسبت به نمونه طرح شاهد 4S (Mpa 63/2) باعث بهبود 6% مقاومت نمونه شد. در آزمایش مقاومت خمشی بین نمونه طرح شاهد 4 Sنسبت به نمونه طرح 8BS تفاوت معناداری مشاهده نشد. در آزمایش جذب آب نهایی، نمونه طرح های اختلاط حاوی پودر کایولن در کنار سرباره جذب آب تقریبا یکسانی داشتند.
    کلیدواژگان: ملات ژئوپلیمر، سرباره، کائولن، دوام، مقاومت فشاری، خواص مکانیکی
  • مجتبی بخشی پور، جواد اسفندیاری*، مهرزاد تحملی رودسری صفحات 91-107
    سازه های بتن آرمه قاب خمشی از پر کاربرد سیستم های سازه ای در دنیا محسوب می شوند. شکل پذیری بالا، مقاومت قابل قبول، سهولت در اجرا و کمتر بودن محدودیت های معماری به نسبت دیگر سیستم های سازه ای از ویژگی های مثبت قاب های خمشی بتن آرمه است. خطای ساخت و عدم استفاده از طرح اختلاط مناسب بتن عموما از عوامل ضعف عملکرد این سازه ها هستند. در مقاله حاضر تلاش شده است تا در یک تحقیق آزمایشگاهی اثر افزودنی های بتن بر عملکرد سازه های بتنی معمول و دارای خطای ساخت بررسی شود. سه نمونه ی آزمایشگاهی یک سوم مقیاس دارای الیاف فلزی و نمونه های دارای مواد هوا زا در محل اتصال تیر به ستون ساخته شده و در آزمایشگاه تحت بارگذاری شبه استاتیکی چرخه ای قرار گرفتند. پارامتر های لرزه ای سختی، شکل پذیری، مقاومت نهایی، ضریب رفتار و ظرفیت اتلاف انرژی از نمودار هیسترزیس تست های آزمایشگاهی بدست آمده و مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج آزمایشات نشان داد که استفاده از الیاف فلزی باعث بهبود عملکرد لرزه ای سازه های بتنی شده و پارامتر های سختی، مقاومت نهایی و ظرفیت اتلاف انرژی را بهبود می بخشد؛ هرچند که افتی جزیی در شکل پذیری و ضریب رفتار ایجاد می کنند. همچنین به این نتیجه رسیده شد که در صورتی که خطای ساخت نیز در سازه وجود داشته باشد، استفاده از الیاف فلزی رفتار بهتری نسبت به یک قاب بتن آرمه سالم با مصالح معمول را ارایه خواهد داد.
    کلیدواژگان: خطای ساخت، افزودنی بتن، چشمه اتصال، بارگذاری سیکلیک، الیاف
  • محمد مولاهویزه، فرشته امامی*، محمدرضا منصوری صفحات 108-128

    برای مقاوم کردن سازه ها در برابر زلزله، سیستم های مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد که یکی از مهم ترین این سیستم ها، قاب خمشی فولادی به همراه دیوار برشی فولادی است که از دهه 1970 میلادی به عنوان یکی از سیستم های باربر جانبی مطرح شد. دیوارهای برشی فولادی معمولا در دو نوع سخت شده و سخت نشده ساخته می شوند. ایده دیوار برشی فولادی موجدار به عنوان یک جایگزین برای دیوارهای برشی سخت شده مطرح گردید. این ورق ها به دلیل دارا بودن سختی ذاتی برون صفحه ای، از مقاومت کمانشی بالایی برخوردار هستند. در این تحقیق رفتار لرزه ای و آسیب پذیری سازه های فولادی دارای دیوار برشی فولادی موجدار به صورت افقی و قایم، با استفاده از نرم افزار تحلیل غیرخطی ABAQUS ، بررسی گردید. به همین منظور پس از اطمینان از صحت مدل سازی توسط کنترل با یک مدل آزمایشگاهی، با انجام 280 تحلیل تاریخچه زمانی، بر روی سازه های 3 و 10 طبقه، منحنی های شکنندگی تولید گردید. برای تولید منحنی شکنندگی از 7 شتاب نگاشت حوزه دور و 7 شتاب نگاشت حوزه نزدیک گسل استفاده شد. نتایج نشان داد سازه 3 طبقه در قیاس با سازه 10 طبقه، در شتاب پایین تری دچار آسیب پذیری می شود و سازه در حوزه نزدیک گسل شکنندگی بیشتری نسبت به حوزه دور از گسل دارد. بیشترین درصد کاهش خرابی در زلزله های حوزه دور نسبت به حوزه نزدیک در سازه 10 طبقه در سطح عملکرد ایمنی جانی (LS) اتفاق افتاد که برابر 85 درصد بود. همچنین در نمونه های ذوزنقه ای با تغییر راستای قرارگیری ورق موجدار از افقی به قایم، احتمال خرابی دیوار در سطح های مختلف PGA کاهش یافت.

    کلیدواژگان: دیوار برشی فولادی، ورق موجدار، منحنی شکنندگی، تحلیل دینامیکی افزایشی، حوزه نزدیک، حوزه دور
  • کیهان یاسمی، سید محمد میرحسینی*، فرهنگ فرحبد، سعید صالحی، احسان الله ضیغمی صفحات 129-143

    در این مقاله، تاثیر سختی یک نوع پانل سبک با هسته پلی استایرن و روکش بتنی سبک در قاب های فلزی ساده بررسی شد. به منظور یافتن رفتار این نوع پانل و تعیین تاثیر سختی و نحوه تعامل آن با قاب فلزی یک مطالعه تجربی بر روی دو نمونه قاب یک طبقه یک دهانه با مقیاس واقعی به دو صورت جداسازی شده (از بالا و اطراف قاب) و جداسازی نشده انجام شد. نمونه ها تحت اثر جابه جایی کنترل شده قرار گرفتند تا رفتار داخل صفحه آنها بررسی شود. هر دو نمونه تحت بارگذاری چرخه ای شبه استاتیک قرار گرفتند. نتایج حاکی از آن است که در هر دو نمونه به دلیل رفتار مناسب بتن پانل ها، با افزایش دامنه جابه جایی، سختی با شیب ملایم کاهش می یابد و کاهش سختی به صورت ناگهانی وجود ندارد. به طوری که در مدل جداسازی شده در جابه جایی نسبی %1 سختی پانل kN/mm 1/2 است. وقتی که جابه جایی نسبی به % 2/5 درصد افزایش می یابد مقدار سختی به kN/mm 0/88 کاهش می یابد. در مدل جداسازی نشده در جابه جایی نسبی %1 ، سختی پانل kN/mm 2/49 است. وقتی که جابه جایی نسبی به %2/5 افزایش می-یابد مقدار سختی به kN/mm 0/89 کاهش می یابد. در الگوی شکست نیز نتیجه ای مشابه به دست آمد. بدین معنی که با افزایش جابه جایی و تعامل بیشتر بین پانل و قاب، گوشه های پانل ها تخریب شدند و دوباره تعامل ایجاد و مجددا قسمت دیگری از گوشه پانل تخریب گردید و شکست کامل در پانل ها مشاهده نشد. به همین ترتیب در نمونه جداسازی نشده بدون تخریب کلی و پس از کاهش سختی، به حالت نمونه جداسازی شده می رسد و در ادامه بارگذاری، مشابه قاب جداسازی شده عمل می کند؛ بنابراین حتی درصورتی که پانل از قاب جداسازی نشود ، تخریب ناشی از شکست ترد اتفاق نخواهد افتاد.

    کلیدواژگان: سختی قاب، میان قاب جداسازی شده وجداسازی نشده، تعامل قاب و میان قاب، بارگذاری چرخه ای استاتیکی، شکست
  • بابک مرادنژاد، محسن عقابی*، مهرزاد تحملی رودسری، مهرداد موحدنیا صفحات 144-166

    بررسی رفتار غیرخطی دیوارهای برشی فولادی تحت بارهای جانبی ملزم به انجام مدلسازیهای پییچیده در حیطه تغییرشکلهای فراارتجاعی میباشد. این مدلسازیها به دلیل نیاز به زمان زیاد مدلسازی و تحلیل، نیاز به داشتن دانش تخصصی در زمینه روابط اجزا محدود و همچنین حساسیت خروجیهای تحلیل نسبت به مشخصات مصالح و ابعاد سازه، امکان استفاده عموم مهندسین را فراهم نخواهد کرد. از طرف دیگر، به دلیل حجم بالای محاسبات، امکان مدلسازی سازه های تمام مقیاس را به آسانی فراهم نمیکند. بنابراین در این تحقیق رویکردی نوین بر پایه به کارگیری اعضای محوری به منظور ارزیابی پاسخ غیرخطی دیوارهای برشی فولادی ارایه گردید. نوآوری روش پیشنهادی در این است که موانع موجود در مدلسازی دیوارهای برشی با شکلها و نسبتهای ابعادی مختلف بر طرف شده و به دلیل سرعت محاسباتی بالای این روش (صرفه جویی 60 % در زمان پیش پردازش، 92 %در زمان تحلیل در بارگذاری استاتیکی و 66 %در بارگذاری چرخه ای)، سازه های تمام مقیاس با سرعت بالا و دقت قابل قبول تحلیل میشوند. بعلاوه، این روش به دلیل جامعیت، امکان قرارگیری در نرم افزارهای تجاری موجود را داشته و یا میتوان نرم افزاری مبتنی بر این رویکرد نوین توسعه داد. به منظور ارزیابی کارایی روش پیشنهادی، 4 دیوار مختلف برشی با مشخصات مکانیکی و هندسی متفاوت با استفاده از روش پیشنهادی مدلسازی و تحلیل شد. نتایج حاکی از تطابق مناسب بین خروجیهای روش پیشنهادی و رفتار واقعی دیوار برشی فولادی داشت که نشان دهنده صحت عملکرد این روش میباشد. نتایج تحلیل عددی با استفاده از روش پیشنهادی نشان داد که به ازای نسبت ابعاد کم و ضخامتهای کم دیوار برشی، نسبت تنش برشی بیشینه مقدار خود را دارد. بعلاوه، افزایش ضخامت ورق میانی و همچنین افزایش H/L موجب افزایش برش قابل تحمل توسط مقطع و کاهش نسبت تنش میگردد. این کاهش به طور متوسط برای ضخامت 8/61 درصد و برای H/L حدود 72 درصد میباشد.

    کلیدواژگان: روش خرپایی معادل، دیوار برشی فولادی، تحلیل سازه تمام-مقیاس، ظرفیت باربری، سختی اولیه
  • پیمان داوری دولت آبادی*، بهنام براتی صفحات 167-182

    وجود حفره در نواحی حساس اتصال تیر به ستون می تواند خسارت های ناخواسته ای را موجب شود. در این مقاله با استفاده از مدل خرپایی اتصال و بارگذاری تاریخچه زمانی به بررسی اثر حفره های مذکور در تغییر سطوح عملکردی اتصال پرداخته شده است. صحت سنجی با مدل سازی و تحلیل عددی یک اتصال کناری سالم که نتایج آزمایش چرخه ای آن تا آستانه فروریزش در دسترس می باشد صورت گرفت. چهار سطح عملکردی بر اساس اندازه عرض ترک تعریف و تاثیر وجود حفره در تغییرعرض ترک در اتصال مورد بررسی قرار گرفت. با مقایسه ی نتایج بدست آمده از آنالیز غیر خطی مشخص گردید که در اثر ایجاد حفره هوا ظرفیت باربری اتصال کاهش یافته و زودتر وارد محدوده شکست می شود اما وجود حفره می تواند نحوه توزیع خسارت در اتصال را تغییر دهد به طوری که برخی از ترک ها را باز تر و برخی دیگر را ببندد. همچنین لغزش میلگرد ها در اثر وجود حفره در سیکل های فشاری افزایش می یابد این تغییرات باعث افزایش نیاز شکل پذیری اتصال می شود. به طوری که در مطالعه اخیر این لغزش تا 91 درصد افزایش را نشان می دهد. با تقسیم اتصال به 40 قسمت مساوی و قرار دادن حفره در قسمت های مختلف، مشخص شد که حفره های ایجاد شده در محل اتصال تیر و ستون می توانند مخرب تر باشند. در مقابل حساسیت نسبت به حفره های مرکزی کمتر است. همچنین مشاهده گردید که حفره های قرار گرفته در مجاورت میلگرد های طولی حتی با حجم کم می توانند بدلیل تشدید لغزش باعث تسریع تخریب اتصال شوند. در این مطالعه معلوم گردید که وجود حفره می تواند باعث افزایش استهلاک انرژی شود به طوری که یک حفره با حجم 5/2 درصد در نزدیکی ستون می تواند متوسط میزان اتلاف انرژی را حدود 6/1% بهبود بخشد.

    کلیدواژگان: گسیختگی اتصال، سطوح عملکردی، بارگذاری چرخه ای، مدل خرپایی اتصال، حفره هوا
  • غفار نجاتی خشاب، محمدعلی رهگذر*، محمدمهدی زعفرانی، نیلوفر سالمی صفحات 183-205

    هدف مقاله حاضر تخمین نشست سطحی زمین ناشی از حفر تونل دایره ای شکل در خاک های چسبنده با در نظر گرفتن عدم قطعیت های پارامترهای هندسی و ژیوتکنیکی می باشد. بدین منظور پس از شبیه سازی عددی تونل برمبنای روش تفاضل محدود دوبعدی در نرم افزار FLAC2D، پروفیل های نشست سطحی زمین با استفاده از تحلیل رگرسیون (رابطه گاوسی) تعیین شد. تاثیر تغییرات پارامتریک پارامترهای هندسی و ژیوتکنیکی برمبنای نسبت های بدون بعد عمق به قطر تونل (C/D)، مقاومت خاک (γD/Su) و مدول الاستیسیته به مقاومت برشی زهکشی نشده یا سختی خاک (E/Su) بر نشست سطحی زمین مطالعه گردید. نتایج نشان داد که با افزایش C/D (افزایش سربار موجود در بالای تونل)، نشست سطحی افزایش می یابد. با افزایش γD/Su (ضعیف تر شدن خاک)، نشست در یک C/D و E/Su ثابت در حال افزایش است. نرخ افزایش نشست در نسبت های γD/Su بیشتر با شدت مضاعفی نسبت به افزایش C/D رخ می دهد. این موضوع بیانگر تاثیر بیشتر پارامترهای ژیوتکنیکی خاک اطراف تونل بر نشست در مقایسه با پارامترهای هندسی است. بین تغییرات E/Su و نشست رابطه عکس برقرار است و با افزایش E/Su (سخت تر شدن خاک)، مقادیر نشست کاهش می یابد. در ادامه با استفاده از الگوریتم برنامه ریزی بیان ژن (GEP) و تشکیل یک پایگاه داده مشتمل بر 1000 مدلسازی مختلف برحسب ترکیبی از تغییرات C/D، γD/Su به ازای E/Suهای ثابت (ورودی های مدل) و نتایج Smax/H (خروجی مدل)، دو معادله تجربی جدید به عنوان مدل های تجربی بهینه برای تخمین نشست سطحی نرمالایزشده زمین پیشنهاد شد. نتایج این این مطالعه موید این است که به جای اندازه گیری زمان بر و شرایط پیچیده نشست سطحی زمین در اثر حفر تونل در مقیاس واقعی، می توان از محاسبات نرم برای پیش بینی سریع تر و اقتصادی تر چنین ویژگی هایی در حفاری تونل بهره برد.

    کلیدواژگان: نشست سطحی زمین، تونل های دایره ای، خاک های چسبنده، برنامه ریزی بیان ژن، معادلات تجربی جدید
  • کیمیا کارگر، بهروز احمدی ندوشن*، حامد تجملیان صفحات 206-226

    وقوع آسیب در سازه ها باعث تغییر در جرم، سختی و خواص میرایی سازه می شود در نتیجه، پاسخ های استاتیکی و دینامیکی سازه نیز تغییر می کند بنابراین با آگاهی از پاسخ های سازه می توان آسیب را در سازه شناسایی کرد. در این مقاله، یک روش دو مرحله ای برای عیب یابی سازه ها، تحت شرایط متغیر دمای محیطی معرفی شده است. ابتدا، از روش مولفه های اصلی برای استخراج تاثیر دمای محیطی از پاسخ های سازه ای بدست آمده، استفاده شده است. در مرحله ی اول شاخص های مختلف آسیب که عبارتند از شاخص آسیب انرژی کرنشی مودال، نسبت اتلاف انرژی کرنشی تابع پاسخ فرکانسی و نرخ آسیب انرژی کرنشی ماتریس نرمی، محاسبه شده اند. سپس روش ادغام داده های بیزی برای پیدا کردن محل آسیب به این سه شاخص اعمال شده است. روش پیشنهادی تعداد عناصر مشکوک به آسیب را به میزان قابل توجهی کاهش داده است. در مرحله ی دوم به کمک الگوریتم تکامل تفاضلی مبتنی بر چند بردار آزمایشی، بهینه سازی انجام شده و شدت آسیب در اعضا برآورد شده است. برای کارایی روش پیشنهادی یک مثال خرپا دو بعدی و یک مثال قاب سه بعدی بررسی شده اند. نتایج حاصل از بررسی این دو مثال نشان داد که روش پیشنهادی در مرحله ی اول به درستی عناصر آسیب دیده در سازه را تشخیص داده است. در مرحله ی دوم عملکرد دو تابع هدف برای برآورد شدت آسیب در اعضا، با هم مقایسه شده است. نتایج بدست آمده از مثال ها، نشان دهنده ی دقت بالاتر و عملکرد بهتر تابع هدف اول می باشد.

    کلیدواژگان: پایش سلامت سازه ها، شناسایی آسیب دو مرحله ای، ترکیب داده های بیزی، تغییرات دمای محیط، الگوریتم تکامل تفاضلی مبتنی بر بردار چند آزمایشی
  • مریم دلفی* صفحات 227-244

    مدل سازی نیم فضاهای ارتجاعی و انتشار موج حاصل از بارگذاری ضربه ای دینامیکی در درون نیم فضا، کاربردهای مختلفی از جمله طراحی سازه ها دارد. در مباحث مربوط به انفجار معمولا با توجه به هدفی که دنبال می شود، می توان از چند انفجار به جای یک انفجار استفاده نمود. لذا این تحقیق بر روی اثر دو انفجار متمرکز شده و با استفاده از نتایج آن می توان برای اهداف مختلف نقاط بحرانی را تعیین نمود. انتشار امواج در نیم فضاهای خاکی با درنظرگرفتن سازه روی سطح زمین، مورد بررسی قرار گرفته و از آنجاییکه اولین گام در طراحی سازه تحلیل آن می باشد، لذا عکس العمل خاک به عنوان محیط زیر سازه سطحی تحت انفجار، مورد بررسی قرار گرفته و محیط خاک که به صورت یک نیم فضای سه بعدی ارتجاعی در نرم افزار ANSYS مدل شده، تحت دو انفجار سطحی مورد آنالیز قرار گرفته است. انفجارها مشابه بوده و انفجار دوم با یک اختلاف زمانی نسبت به انفجار اول رخ می دهد. اختلاف زمانی و مکانی این دو انفجار، پارامترهای آنالیز تحقیق بوده و معیارهای رفتاری که در این تحقیق اندازه گیری می شوند، عبارتند از: طیف جابه جایی، سرعت و شتاب (معیارهای رفتار سطحی). خلاصه نتایج بررسی پاسخ های سطحی نشان می دهد، انفجار دوم باعث می گردد، مقادیر حداکثر در طیف ها در پریودهای کمتری ایجاد شود و همچنین به طور متوسط با افزایش فاصله مکانی دو انفجار، مقادیر حداکثر در طیف ها در پریودهای بیشتری ایجاد می شود. مقایسه طیف ها مشخص می کند، انفجار دوم کمترین تاثیر را بر روی طیف جابه جایی و بیشترین تاثیر را بر طیف شتاب دارد.

    کلیدواژگان: بارگذاری دینامیکی، انفجار دوگانه، نیم فضای ارتجاعی، طیف پاسخ جابه جایی، طیف پاسخ سرعت، طیف پاسخ شتاب
|
  • Yaser Golestani, Elham Rajabi *, Reza Rajabi Soheili Pages 5-24
    This paper evaluates the "Response Modification", "Reduction due to ductility" and "Over-strength" factors for steel frames with "Linked Columns Frame" as dual systems. Since, LCF is a relatively modern lateral load resisting system, the necessity of a more comprehensive study is felt for performance evaluation of these frames under strong ground motions. In this regard, steel frames equipped with the linked column frame with 3, 5, 7, 9, and 11 stories are designed based on the Iranian earthquake design code (Standard No. 2800, 4th version) and implemented in Opensees software. Response modification factor (R factor) is calculated based on the result of incremental dynamic analysis (IDA), linear and nonlinear dynamic analysis under far-field earthquakes which have been presented in FEMA-P695. For a more accurate assessment, the shear and flexure performance of link beams is investigated in this study. The results show that R factors change in the height of steel frames with LCF. However, the mean values of the R factor do not necessarily increase or decrease as the number of stories increases. In most cases, R factors for LCFs with shear links are larger than the related result of steel frames containing flexural links. Also, the R factor does not need to consider more than 6.0 for regular LCFs with studied shear link beam.
    Keywords: Response modification factor, Linked Column Frame, Incremental Dynamic Analysis, Pushover analysis, Far-field earthquakes
  • Ali Jassim, Navid Ganjian *, Abolfazl Eslami Pages 25-42
    Nowadays, given to the scarcity of Oil and Gas resources onshore, and the increasing demand for construction of facilities in coastal areas the use of deep foundations for providing stability for marine infrastructures, such as Oil and Gas Drilling Rigs and Wind turbines, has gained an increasing attraction. Interests in research of helical piles have been arisen due to the advantages of such foundations. Physical modelling is one of the most common method in practice for performance evaluation of deep foundations which provides with the researcher the capability of repeatability. In addition, it is chip and easy-to-execute method compared to the in-situ pile loading tests. Frustum confining vessel (FCV), is one of the most effective tool for physical modeling approach. FCV has a conical shape, which can convert the vertical applied pressure to the base of the vessel, to horizontal stress and to produce a stress distribution similar to the idealized linear stress distribution of soil in situ. Consequently, each base pressure corresponds to a specific embedment depth in real-world. In this study, a new FCV device with an optimized dimensions with the capability of testing model piles in saturated soil samples was constructed. To the best of the author’s knowledge, the newly constructed apparatus is the only FCV with this capability. After performance evaluation of the device, the load-displacement of a helical pile with one and three helices at different relative densities, both in wet and saturated sand, was evaluated. Results indicate that as the relative density increases the interlocking of the sand and helices increases which yields to an increase in the ultimate bearing capacity of pile. On the other hand, the bearing capacity reduces significantly in saturated sands. Also, increasing the number of helices significantly increases the bearing capacity of the helical pile.
    Keywords: FCV Apparatus, Anzali Sand, Physical Modeling, Helical Pile, Saturated sand
  • Mehdi Kahrizi, AmirHoushang Akhaveissy * Pages 43-69

    Schools and buildings with educational uses are considered as important buildings in most of the design regulations due to their large population. According to the Iranian Earthquake Regulations, these buildings with any type of structural system, must be designed in such a way that they have at least a level of safety performance against severe earthquakes. Concrete schools in Kermanshah province have a significant frequency due to economic considerations, availability of materials and proper execution speed. Meanwhile, a special type of these schools has been executed with great frequency in most cities of Kermanshah province. On the other hand, in the study of educational spaces after the November 2017 Sarpol-e-Zahab earthquake in Kermanshah province, several cases of structural and non-structural damages have been observed in schools. For this reason, in this study, the seismic performance of this type of schools, under the influence of possible earthquakes, as well as their vulnerability are evaluated by nonlinear static analysis methods and increasing dynamic analysis (IDA). Then, by performing nonlinear static analysis, the envelope curve of the structure is extracted and important parameters such as ductility and the coefficient of behavior are calculated. Moreover, by performing the IDA for this type of schools, the failure curves subjected to various records in comparison with the increasing acceleration are presented and studied. The results show that the behavior and vulnerability of this structure are different according to the type of site and different records of near and far zones of the earthquake. Also, the structure of this school has an acceptable performance despite the irregularity in the plan.

    Keywords: Seismic performance, Vulnerability, School, Concrete structure, Nonlinear analysis, Fragility Curve
  • Seyed. Hosein Ghasemzadeh Mousavinejad *, Arian Darvishalinezhad Pages 70-90
    Geopolymers are aluminosilicate materials that can be a suitable alternative to all types of concrete, because they help preserve the environment by removing pollutants such as CO2. The present study examines the mechanical characteristics and durability of slag-based geopolymer mortars (GGBFS) and its replacement with different percentages of kaolin in several molar amounts. Sodium hydroxide with a concentration of 4 and 8 M and sodium silicate have been used as activators. The mentioned basic materials have been examined alone and in combination with other components of the mixture. For this purpose, kaolin powder has been mixed with slag in the percentages of 50% and 75%, which, including non-combined mixtures, has made a total of 12 mixing designs. The studied properties included: compressive, bending and tensile strengths, percentage of water absorption and electrical resistance at the age of 28 days. The compressive strength of geopolymer samples at the ages of 7, 28 and 90 days was determined and the following results were obtained: The use of polymer in the 7 and 28 day compressive strength test in the BS8 design sample compared to the S4 control design improved the strength of the samples by 15% and 24%, respectively. In the tensile test of the SC50-4 mixing design sample (2.79 Mpa) compared to the control S4 design sample (2.63 Mpa), the strength of the sample improved by 6%. In the flexural strength test, no significant difference was observed between the S4 design sample and the BS8 design sample. In the final water absorption test, the samples of mixing designs containing kaolin powder next to slag had almost the same water absorption.
    Keywords: Geopolymer mortar, GGBFS, Kaolin, Durability, Compressive strength, Mechanical properties
  • Mojtaba Bakhshipour, Javad Esfandiari *, Mehrzad Tahamouliroudsari Pages 91-107
    Reinforced concrete structures with moment resisting frames are one of the most widely used structural systems in the world. High ductility, acceptable strength, ease of implementation, and fewer architectural limitations compared to other structural systems are the positive features of reinforced concrete moment-resisting frames. Construction errors and the use of improper mixing designs for concrete materials are generally the causes of the poor performance of these structures. In the present study, an attempt has been made to investigate the effect of concrete additives on the performance of conventional concrete structures with fabrication errors in an experimental study. three one-third-scale experimental specimens were constructed using Steel Fibers (SF) and Air Entering Admixture (AEA) materials at the beam-column joints. The samples were subjected to cyclic quasi-static loading in the laboratory. Seismic parameters of stiffness, ductility, ultimate strength, and energy dissipation capacity were obtained and evaluated from the hysteresis diagrams of experimental tests. The experimental results showed that the use of steel and polypropylene additives enhances the seismic performance of concrete structures and improves the parameters of stiffness, ultimate strength, and energy dissipation capacity; However, they do cause a slight decline in ductility. It was also concluded that if there is a construction error in the structure, the use of steel fibers additives will provide better behavior than a reinforced concrete frame with conventional materials.
    Keywords: Manufacturing Errors, cyclic load, Fiber, Connection, Steel
  • Mohammad Moula Hoveizeh, Fereshteh Emami *, MohammadReza Mansoori Pages 108-128

    To make structures resistant to earthquakes, various systems are used, one of the most important of these systems is a steel Moment frame with a steel shear wall, which has been used as one the systems since the 1970s. Steel shear walls are usually made in two types, stiffened and unstiffened. The idea of corrugated steel shear walls was proposed as a replacement for stiffened shear walls. These plates have high buckling resistance due to their out-of-plane stiffness. This research investigated the seismic behavior and vulnerability of steel structures with horizontally and vertically corrugated steel shear walls using ABAQUS nonlinear analysis software. For this purpose, after validation of the modeling by controlling with an experimental study, 280-time history analyses were conducted. Then fragility curves were produced on 3 and 10-story structures.7- acceleration records of the far-Fault earthquakes and 7 acceleration records of the near-fault earthquakes were used to generate the fragility curves. The results showed the 3-story structure suffered damage at a lower acceleration compared to the 10-story structure. The structure was more fragile under near-fault rather than far-fault earthquakes. The highest percentage of damage reduction in the far-fault earthquakes compared to the near-fault occurred in the 10-story structure at the life safety performance level (LS). Further in trapezoidal samples, by changing the direction of placement of corrugation plates from horizontal to vertical, the probability of wall failure decreased at different PGA levels.

    Keywords: Steel Shear Wall, Corrugated plate, Fragility curve, Incremental Dynamic Analysis, NEAR-FAULT, Far-fault
  • Keyhan Yasemi, S.Mohammad Mirhosseini *, Farhang Farahbod, Saeed Salehi, Ehsanollah Zeighami Pages 129-143

    This paper investigated the effect of the stiffness of a light panel type with polystyrene core and lightweight concrete coating on the behavior of plain steel frames. An experimental study was performed on two large-scale specimens of one-story single-span. The behavior of panels and determine the effect of their stiffness, an in-plane infill-frame interaction frame, including a steel frame with isolated and non-isolated panels, were investigated. The specimens were tested under controlled displacement to investigate the in-plane infill-frame interaction of steel frames. Both isolated and non-isolated panels were tested under quasi-static cyclic loading. The results show that the proper behavior of this type of panel in isolated and non-isolated frames, the global stiffness of the frames and panels are reduced with a gentle slope, and brittle failure does not occur in the frames and panels. In the isolated specimens, the relative displacement (drift) of 1%, and the stiffness was 1.22 kN/mm. When the drift increased to 2.5%, the stiffness decreased to 0.88 kN/mm. In the non-isolated specimens, the drift of 1%, and the stiffness was 2.49 kN/mm. When the drift increased to 2.5%, the stiffness decreased to 0.89 kN/mm. The behavior of the non-isolated frame after loading is similar to the isolated frame because only the corners of the panel failed. A similar result was obtained in the failure pattern. In other words, the corners of the non-isolated panels attached to the frame failed by increasing the displacement due to in-plane infill-frame interaction. In the subsequent cycles, another part of the corners of the panels failed again. Complete failure was not observed in the panels. Similarly, in the non-isolated specimens, the panels remain without global failure after applying the cyclic load. The behavior of the non-isolated frame is similar to the isolated frame, with a decreased stiffness.

    Keywords: Frame Stiffness, isolated, non-isolated panels, infill-frame interaction, quasi-static cyclic loading, Failure
  • Babak Moradnezhad, Mohsen Oghabi *, Mehrzad Tahamouliroudsari, Mehrdad Movahednia Pages 144-166

    Investigation of the nonlinear behavior of SPSWs requires complex non-linear finite element analyses. These analyses have some drawbacks namely convergence problems, time-consuming, and the need for expertise. Therefore, it is necessary to propose a comprehensive method that can solve the problems of current methods. In this research, a novel approach based on the use of axial members to evaluate the nonlinear behavior of SPSWs with any arbitrary configuration is developed. The innovation of the proposed method is that the obstacles in modeling of shear walls with different shapes and aspect ratios have been solved. Moreover, due to the low computational cost of this method, i.e., a 60% reduction in modeling time, and a saving of 92% and 66% in analysis time in static and cyclic loading, respectively, full-scale structures can be analyzed with acceptable accuracy. In addition, owing to its comprehensiveness, this method can be placed in existing commercial software, or it is possible to be developed as software. To evaluate the efficiency of the proposed method, 4 different SPSWs with different mechanical and geometric characteristics were analyzed using the proposed method. The results showed a good agreement between the outputs of the proposed method and the actual behavior of the SPSW, which verifies the suitable performance of the method. The results of analysis using the proposed method indicated that the maximum shear stress ratio occurs at the lower H/L and thickness. In addition, increasing the thickness and H/L of the infill results in an increase in the shear that can be tolerated by the section as well as a reduction in the stress ratio. The average of reduction for an increase in thickness and H/L is 61.8% and 72 %, respectively.

    Keywords: Steel Plate Shear Walls, Equivalent truss method, Full-scale analysis, Load Bearing Capacity, Initial stiffness
  • Peiman Davari Dolatabadi *, Behnam Barati Pages 167-182

    The presence of holes in the sensitive areas of the beam-to-column connection can cause unwanted damage. In this article, using the connection truss model and time history loading, the effect of the mentioned holes in changing the functional levels of the connection has been investigated. Validation was done by modeling and numerical analysis of a healthy lateral connection whose cyclic test results are available up to the collapse threshold. Four functional levels were defined based on the crack width and the effect of the presence of the cavity on the change of the crack width in the connection was investigated. It was found that due to the creation of an air cavity, the bearing capacity of the connection is reduced and it enters the failure range earlier, but the presence of the cavity can change the way of damage distribution in the connection so that some cracks are more open and others are closed. Also, the sliding of rebars increases due to the presence of holes in compression cycles, these changes increase the need for connection ductility. So that in the recent study, this slip shows an increase of up to 91%. By dividing the connection into 40 equal parts and placing the hole in different parts, the holes created at the joint of beam and column can be more destructive. On the other hand, the sensitivity is less than the central cavities. Also, the holes placed in the vicinity of the longitudinal bars, even with a small volume, can accelerate the destruction of the connection due to the intensification of the slip. It was found that the presence of a cavity can increase energy consumption, so that a cavity with a volume of 2.5% near the column can improve the average amount of energy loss by 1.6%.

    Keywords: Connection rupture, Performance levels, cyclic loading, Connection truss model, Air cavity
  • Ghafar Nejati Khashab, Mohammadali Rahgozar *, Mohammadmehdi Zafarani, Niloufar Salemi Pages 183-205

    The present paper aimed to estimate the ground surface settlement induced by circular tunnel excavation in cohesive soils by considering the uncertainties of geometrical and geotechnical parameters. To this end, after numerical simulation of the tunnel based on the two-dimensional finite difference method in FLAC2D, the ground surface settlement profiles were analyzed using regression analysis (Gaussian equation). The effect of parametric changes of geometrical and geotechnical parameters on ground surface settlement has been studied based on dimensionless ratios including depth to tunnel diameter (C/D), soil strength (γD/Su) and soil stiffness (E/Su). The results showed that by increase in the C/D (increase of overburden pressure of the tunnel), the settlement increases. As γD/Su increases (soil weakening), the amount of settlement increases at a constant C/D and E/Su. The rate of change of settlement increase in γD/Su ratios occurs with more intensity than the increase in C/D. This indicates the greater impact of geotechnical parameters of the soil around the tunnel on surface settlement in comparison with geometric parameters. There is an inverse relationship between E/Su changes and surface settlement, and with increasing E/Su (soil stiffness), settlement decrease. Then, using the Gene Expression Programming (GEP) algorithm and forming a database containing of 1000 different simulations in terms of a combination of changes in C/D, γD/Su for constant E/Su (inputs) and Smax/H results (output), two new empirical equations were proposed as optimal empirical models for estimating the normalized ground surface settlement. The results of this study confirm that instead of measuring the time-consuming and complex conditions of ground surface settlement due to tunnel excavation on a real scale, soft calculations can be used to predict such features faster and more economically in tunnel excavation.

    Keywords: Ground surface settlement, Circular tunnels, cohesive soils, Gene expression programming, New empirical equations
  • Kimia Kargar, Behrouz Ahmadi-Nedushan *, Hamed Tajammolian Pages 206-226

    The phenomenon of damage in structures causes a change in the mass, stiffness and damping properties of the structure. As a result, the static and dynamic responses of the structure also change and therefore by using the responses of the structure, damage can be identified in the structure. In this article, a two-step method is introduced to identify the damage of structures under variable ambient temperature conditions. First, the principal components method has been used to extract the effect of ambient temperature from the obtained structural responses. In the first stage, various damage indices, which include the modal strain energy, frequency response function strain energy dissipation ratio and flexibility strain energy damage ratio, have been calculated. Then the Bayesian data fusion method has been applied to find the location of damage for these three indicators. The proposed method has significantly reduced the number of suspected damaged elements. In the second stage, the modal response of the structure is used and subsequently updated by multi-trial vector-based differential evolution to estimate the damage extents of the suspected elements. The results obtained from the analysis of two numerical examples show the high accuracy and fast convergence rate of the objective functions using the proposed method.

    Keywords: structural health monitoring, Two-stage damage detection method, Bayesian data fusion, Ambient temperature change, Multi-Trial Vector-based Differential Evolution optimization algorithm
  • Maryam Delfi * Pages 227-244

    Modeling of elastic half-spaces and wave propagation within half-spaces under dynamic impulse loading has numerous applications namely designing of structures. In explosion topics with respect to the pursued purpose, multiple explosions can be replaced by one explosion. So this research deals with the effect of two explosions and determining the critical zones for various goals. This study deals with wave propagation in soil half-spaces considering on the ground structures. Structural analysis is the first step for designing structures. Therefore, the study of soil media responses under the surface structure is the goal of present research. The 3D elastic half-space with absorbing boundaries under two surface explosions is modeled using ANSYS finite element software. The surface responses are correlated to loading through a parametric study varying spatial distance and time delay of two similar blasts. Spatial distance and time delay are analysis parameters. Model responses determined in this study are: displacement, velocity and acceleration spectra (surface responses). In summary, surface responses show, peak of the double blast spectra occur in smaller periods than single blast, also by increasing spatial distance, peak of the double blast spectra occur in larger periods. Comparing spectra reveal second blast has minimum effect on surface spectra and maximum effect on acceleration spectra.

    Keywords: Dynamic loading, Multiple Explosions, Elastic Half-Spaces, Displacement Spectra, Velocity Spectra, Acceleration Spectra