فهرست مطالب

مهندسی عمران - سال پنجاه و پنجم شماره 11 (بهمن 1402)

نشریه مهندسی عمران
سال پنجاه و پنجم شماره 11 (بهمن 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/11/01
  • تعداد عناوین: 10
|
  • محمد جهان آرا، مجید قلهکی* صفحات 2151-2177

    سیستم دیوار برشی فولادی به عنوان سیستم مقاوم در برابر نیروهای جانبی به دلیل دارا بودن سختی، ظرفیت بالا، شکل پذیری زیاد و جذب و استهلاک انرژی قابل توجه نظر محققان را به خود جذب کرده است. از طرفی، بهسازی و تعمیر این سیستم در سطوح لرزه ای پایین و متوسط از لحاظ اقتصادی به صرفه نمی باشد؛ بنابراین برای محدود نمودن آسیب ها سیستم نوین دیوار برشی فولادی با میراگر ویسکوز به عنوان سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی ارایه گردیده است. در این مقاله رفتار و عملکرد سیستم ترکیبی دیوار برشی فولادی با ورق نازک دارای میراگر ویسکوز به روش عددی با استفاده از نرم افزار OpenSees مورد مطالعه قرار گرفته است. سازه هایی در دو حالت دارای دیوار برشی فولادی تنها و دیوار برشی فولادی با میراگر ویسکوز، تحلیل و طراحی شده و عملکرد لرزه ای و ارزیابی فروریزش آنها مورد مطالعه قرار گرفته است. در ادامه به بررسی اندرکنش میان دیوار برشی فولادی و میراگر ویسکوز پرداخته شده است. نتایج نشان می دهد با افزایش طبقات و غالب شدن مود خمشی بر سازه، اثر تداخلی تغییر شکل های دیوار و میراگر، اندرکنش بین دیوار برشی فولادی و قاب مهاربندی میراگر ویسکوز را نتیجه می دهد. نتایج ارزیابی فروریزش نشان می دهد استفاده از میراگرهای ویسکوز در کنار سیستم دیوار برشی فولادی در سازه های 8، 16 و 24 طبقه موجب افزایش چشمگیر نسبت حاشیه ای فروریزش به ترتیب 100%، 92% و 66% و همچنین کاهش احتمال سالیانه فروریزش به ترتیب 75%، 79% و 58% گردیده که نشان از تاثیرگذاری میراگر ویسکوز داشته و اهمیت استفاده از این جزء را روشن می نماید.

    کلیدواژگان: دیوار برشی فولادی با ورق نازک، میراگر ویسکوز، ارزیابی فروریزش، احتمال فروریزش، اندرکنش
  • نگین بهرامی، دانیال معظمی*، شهرام پوراکبر صفحات 2179-2193

    در این مطالعه از ژیوپلیمر با ماده معدنی صدف کوهی برای تثبیت خاک رس استفاده شده است. همچنین تلاش شده است نقش خواص شیمیایی کلسیم اکساید (CaO) موجود در این ماده معدنی برای تثبیت خاک به روش ژیوپلیمر بررسی گردد. در این راستا، از ترکیب سدیم هیدروکسید و چسب سیلیکات به عنوان فعال کننده بازی استفاده شده است. آزمایش مقاومت فشاری تک محوری معیار اصلی مقایسه نمونه های تثبیت شده ژیوپلیمری بوده است و همچنین از آزمایش برش مستقیم برای بررسی چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی نمونه های تثبیت شده استفاده شده است. تحلیل شیمیایی واکنش ها و تغییرات نسب عناصر از طریق عکس برداری الکترونی (SEM) بر روی نمونه ژیوپلیمری انجام پذیرفت. نتایج نشان می دهد که با افزایش مواد معدنی مقاومت فشاری تک محوری افزایش می یابد. نتایج تحلیل ریزساختاری نشان دهنده واکنش ماده معدنی صدف کوهی با خاک و تشکیل ژل آلومینوسیلیکاتی در نمونه های ژیوپلیمری است. بر اساس نتایج به دست آمده در این تحقیق و به منظور حذف کامل سیمان و آهک از چرخه تثبیت خاک ، استفاده از مواد معدنی با داشتن المان CaO بالا در ساختار خود می تواند سبب افزایش چشمگیر در مقاومت خاک تثبیت شده به روش ژیوپلیمر گردد. استفاده از ماده معدنی صدف کوهی 10 درصد در روش ژیوپلیمر سبب افزایش مقاومت فشاری تک محو ری، kPa671 و MPa 2/04 به ترتیب در دوره عمل آوری 7 و 45 روز می گردد.

    کلیدواژگان: تثبیت خاک، خاک رس، ژئوپلیمر، مقاومت فشاری تک محوری، برش مستقیم
  • میلاد محمدیان، عباس مهدویان*، نعمت حسنی صفحات 2195-2206

    بر اساس بررسی های چند دهه اخیر مشخص شده که خصوصیات زلزله های حوزه نزدیک متفاوت از زلزله های حوزه دور از گسل است که ازجمله این تفاوت ها اهمیت مولفه قایم زلزله است. زلزله های نزدیک گسل دارای ماهیتی متفاوت و با ویژگی های منحصربه فردی هستند که عدم در نظرگیری و یا توجه به آن ممکن است خسارات و آسیب های ناشی از وقوع این نوع از رویداد زلزله، آثار آن بر محیط و سازه های موجود را تا چندین برابر افزایش دهد. بخش عمده این خرابی ها در فاصله کوتاه رومرکزی، به خصوص در اعضای قایم دهانه بلند پل ها، سازه ها و ساختمان ها مربوط به مولفه قایم زلزله است. بر طبق مطالعات صورت گرفته در این حوزه متوجه مغفول ماندن بررسی مولفه قایم و ارتباط آن با مولفه افقی زلزله های حوزه نزدیک گسل شده که مشخصا در پژوهش های بین المللی به صورت دقیق (نسبتV/H) تعیین شده، اما در این رابطه در ایران و بر اساس داده های لرزه ای کشور هنوز اقدامی صورت نپذیرفته است، بنا بر اهمیت بحث، به تعیین نسبت مولفه قایم بر مولفه افقی بر اساس داده های حوزه نزدیک گسل ایران پرداخته و با استفاده از تعداد71 زلزله حوزه نزدیک گسل که در فاصله رومرکزی کمتر از 30 کیلومتر و با Mw≥5 و PHGA≥200 m/s2 که در داخل ایران روی داده، نسبت طیفیV/H تعیین شده است. به عنوان نتیجه پژوهش پیشنهاد می شود مانند سایر استانداردها، آیین نامه ها و پژوهش های صورت گرفته که با استفاده از فرضیات ساده ای نظیر مقدار دوسوم نسبت طیفیV/H تعیین شده است از مقدار 0.71 برای تبدیل طیف پاسخ شتاب مولفه افقی به مولفه قایم داده های حوزه نزدیک گسل ایران استفاده شود.

    کلیدواژگان: زلزله، استاندارد 2800، نسبت V، H، مولفه قائم، حوزه نزدیک گسل
  • یونس خلیلی طرقبه، احمدرضا محبوبی*، محمد حاجی ستوده صفحات 2207-2225

    روش اجزاء منفصل (DEM) از روش های عددی معتبر برای تحلیل موضوعات ژیوتکنیکی، به خصوص رفتار مصالح دانه ای است. هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH) نیز یکی از روش های نوین برای مدل سازی رفتار سیالات است. هر دو روش DEM و SPH دارای مزیت عدم نیاز به شبکه بندی هستند. هنگامی که برای تحلیل یک پدیده ژیوتکنیکی مانند روانگرایی ماسه، بررسی رفتار مصالح دانه ای اشباع مدنظرباشد، استفاده از مکانیک سیالات و ترکیب آن با مکانیک ذرات اجتناب ناپذیرخواهدبود. روش ترکیبی DEM-SPH به عنوان یک روش لاگرانژی - لاگرانژی، بهترین ترکیب برای مدل سازی محیط های چندفازی است. زیرا می تواند به طور کامل نیاز به شبکه بندی حجمی را برطرف کند. عدم نیاز به شبکه بندی در مسایلی که دارای هندسه پیچیده، تغییرشکل های بزرگ یا سطح آزاد جریان هستند، مزیت بزرگی محسوب می شود. با این وجود، تاکنون مدل ترکیبی رضایت بخشی بر پایه استفاده همزمان از DEM و SPH برای تحلیل رفتار زهکشی نشده مصالح دانه ای اشباع ارایه نشده است. در این مقاله با استفاده از روش اجزاء منفصل و ترکیب آن با هیدرودینامیک ذرات هموار، رفتار زهکشی نشده ماسه اشباع شبیه سازی شده است. مدل عددی با استفاده از نتایج آزمایش های سه محوری زهکشی شده و زهکشی نشده بر روی نمونه ماسه گردگوشه صحت سنجی شده است. جریان سیال و برهم کنش های سیال - ذره در مدل منظورشده است. برای اعمال شرایط مرزی ذرات جامد، از یک غشاء انعطاف پذیر استفاده شده و شرایط مرزی سیال نیز با استفاده از ذرات فرضی سیال متصل به غشاء پیرامونی ، پیاده سازی شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان داد که مدل ترکیبی DEM-SPH به خوبی قادر به پیش بینی پاسخ زهکشی نشده مصالح دانه ای اشباع و متغیرهای محلی مانند توزیع فشار سیال است.

    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی، روش اجزاء منفصل، هیدرودینامیک ذرات هموار، DEM، SPH
  • سید عظیم حسینی*، حسین ملکی طولابی صفحات 2227-2242

    امروزه رشد جمعیت و به تبع آن افزایش تمایل به شهرنشینی، به خصوص در کشورهای درحال توسعه، موجب بروز مشکلات محیط زیستی، اقتصادی، اجتماعی و امنیتی شده است که ادامه وضع موجود، امکان توسعه پایدار شهری را ناممکن می سازد. از طرفی، طی سالیان اخیر، توجه به مباحث پدافند غیرعامل در بسیاری از کشورها موردتوجه قرار گرفته است. اینجاست که شهر هوشمند به عنوان راه حل ایده آل مقابله با چالش های ناشی از شهرنشینی مطرح می گردد. در این پژوهش، ابتدا معیارهای مهم مدیریت واحد بحران های شهر هوشمند با تاکید بر پدافند غیرعامل شناسایی گردید و میزان اهمیت هریک از آن ها مشخص شد و سپس نتایج آن ها مورد بررسی قرار گرفت. روش گردآوری اطلاعات در پژوهش حاضر، از نوع توصیفی- تحلیلی بر پایه مطالعات کتابخانه ای است. اطلاعات لازم در این پژوهش، با استفاده از مطالعات کتابخانه ای و همچنین، ضمن تکمیل چک لیست به صورت کیفی جمع آوری شده و پس ازآن برای انجام محاسبات ازنظر کارشناسان خبره درزمینه پدافند غیرعامل و شهرهوشمند استفاده شد.سپس با استفاده از فرآیند تحلیل سلسله مراتبی AHP، شاخص های تعیین شده،امتیازدهی و رتبه بندی گردیدند و درادامه با استفاده از نرم افزار MATLAB R2021b، اقدام به کدنویسی روش سیستم استنتاج فازی-عصبی تطبیقی (ANFIS)،شد که درنهایت منجر به طراحی و ارایه مدل مدیریت واحد بحران های شهر هوشمند از منظر پدافند غیرعامل گردید. یافته های حاصل از پژوهش حاضر مبتنی بر شیوه های AHP و ANFIS، نشان از اهمیت ایمن سازی اینترنت اشیا (IoT)، ایمن سازی محیط، ایمن سازی شبکه، کنترل پذیرش شبکه، ایجاد نرم افزار مجازی سازی در سطح سیستم عامل (کانتینر)، کاهش تهدید و اصلاح، و تجزیه وتحلیل و اقدام در بحث مدیریت واحد بحران های شهر هوشمند از منظر پدافند غیرعامل دارد.

    کلیدواژگان: مدیریت بحران، شهر هوشمند، ارائه مدل، ANFIS، پدافند غیرعامل
  • سید حسین قاسم زاده موسوی نژاد*، آرین درویشعلی نژاد صفحات 2243-2262
    ژیوپلیمرها به عنوان یک بتن بدون سیمان توجه پژوهشگران را در سال های اخیر به خود جلب کرده است. در ساخت این نوع بتن ها به جای سیمان از مواد مختلفی مانند میکروسیلیس، متاکایولن، زیولیت و... استفاده می شود. برای تشکیل ماده چسباننده به کار گرفتن محلول های شیمیایی برای تکمیل فرآیند ژیوپلیمریزاسیون ضروری است. پژوهش حاضر به بررسی دوام ملات های ژیوپلیمری بر مبنای سرباره کوره آهنگدازی (GGBFS) و جایگزینی با درصدهایی از کایولن در چند مولار مختلف می پردازد. در این تحقیق از GGBFS به عنوان جایگزین سیمان و از محلول سدیم هیدروکسید (سود) با غلظت 4 و 8 مولار و سدیم سیلیکات (آب شیشه) به عنوان محلول های شیمیایی استفاده شد. مواد پایه به صورت منفرد و ترکیبی با اجزای دیگر مخلوط بررسی شدند. بدین منظور پودر سرامیک کایولن در 50% و 75% با GGBFS مخلوط شده اند که در مجموع 12 طرح اختلاط ساخته شد. خصوصیات مورد مطالعه عبارتند از: مقاومت فشاری، نفوذ وجود یون کلر در بتن (RCMT)، مقاومت الکتریکی، درصد جذب آب، افت مقاومت فشاری و افت وزن پس از قرارگرفتن در محلول اسید سولفوریک. از مطالعه موارد مذکور نتایج زیر حاصل شد: استفاده از پودر کایولن و سرباره موجب کاهش مقاومت فشاری می شود و کمترین مقدار 33% در 50-4BSC مشاهده شد؛ همچنین نتایج نفوذ وجود یون کلر در بتن و کاهش وزن نمونه های ملات در محلول اسید سولفوریک حاکی از آن است که استفاده از پودر کایولن و سرباره، باعث 38% افزایش دوام در نمونه های بتنی 50-8BSC تحت شرایط تهاجم کلرایدی و کاهش نفوذپذیری در آنها می شود.
    کلیدواژگان: دوام، ملات ژئوپلیمری، سرباره، کائولن، RCMT
  • بابک منصوری، حامد یوسفی نژاد، فرهاد عوض نژاد، امیرحسین بازایی* صفحات 2263-2284
    یکی از روش های موثر برای کاهش وزن مخصوص بتن استفاده از پوکه معدنی به جای سنگدانه می باشد که می تواند وزن مخصوص بتن را کاهش دهد. اما با توجه به تخلخل بالای پوکه معدنی، مقاومت و دوام بتن کاهش یافته و باعث افزایش میزان نفوذپذیری آن می شود. در حالیکه می توان با استفاده از نانو مواد برخی از معایب بتن را بطور ویژه اصلاح نمود. نانو مونت موریلونیت با جذب آب به سرعت متورم شده و افزایش حجم می دهد. این خاصیت باعث افزایش تراکم در بتن سبک می شود. در این تحقیق برای ساخت بتن سبک از پوکه معدنی قروه و جهت افزایش تراکم آن از نانو مونت موریلونیت در نسبت های مختلف وزنی 5/0%، 1%، 5/1%، 2%، 5/2% سیمان استفاده شد. همچنین برای افزایش کیفیت و کاهش هزینه مصالح مصرفی، از میکروسیلیس به میزان 10% وزنی عیار سیمان مصرفی در بتن استفاده شد. آزمایش های انجام شده شامل مقاومت فشاری، مقاومت کششی، جذب آب در بتن سخت شده، دوام در برابر چرخه یخ زدگی، شاخص اقتصادی و بررسی ریزساختار بتن می باشد. نتایج این تحقیق نشان داد که استفاده از 5/2% نانو مونت موریلونیت بجای سیمان به همراه 10% میکروسیلیس در بتن سبک می تواند مقاومت فشاری 90 روزه را تا 65% نسبت به نمونه کنترل افزایش دهد. اما با توجه به هزینه بالای تهیه نانو مواد، میزان بهینه استفاده از نانو مونت موریلونیت در بتن سبک حداکثر 5/1% تعیین گردید. زیرا افزودن مقادیر بیش از آن تاثیر محسوسی در افزایش مقاومت فشاری و کششی بتن نداشته و شکست بتن عمدتا از ناحیه سبک دانه رخ می دهد
    کلیدواژگان: بتن سبک، چرخه یخ زدگی، نانو مونت موریلونیت، میکروسیلیس، پوکه معدنی
  • عادل عدالتی، رامین امینی* صفحات 2285-2309

    سرریز از معمول ترین سازه های هیدرولیکی ساخته بشر است که جهت اندازه گیری دبی جریان در کانال ها، انحراف جریان، ذخیره آب، تغییر رژیم جریان در کانال ها و کنترل سیلاب در مواقع بارش مورد استفاده قرار می گیرند. سرریزهای آزاد به دو دسته ی خطی و غیرخطی تقسیم می شوند. سرریز کلید پیانویی، نوعی سرریز غیرخطی بوده و یکی از بهترین گزینه ها ازنظر هیدرولیکی - اقتصادی به منظور استفاده در پروژه های بهسازی جهت افزایش ظرفیت تخلیه در هنگام سیلاب و افزایش حجم مخزن در پروژه های جدید سدسازی به شمار می آید. از مهم ترین مزیت های سرریزهای کلید پیانویی نسبت به سرریزهای خطی، بهبود ظرفیت انتقال جریان از طریق افزایش طول تاج و درنتیجه افزایش طول آبگذری در یک عرض ثابت ساختگاه بدون افزایش بار آبی بالادست می باشد. هدف از انجام تحقیق حاضر، مدل سازی عددی جریان و بررسی اثر تغییرات همزمان تعداد سیکل و زاویه ی سرریز بر روی ضریب عبوردهی جریان با ثابت نگه داشتن طول کل تاج سرریز و سایر پارامترهای هندسی برای دوازده مدل می باشد. پس از بررسی های صورت گرفته مشخص گردید، افزایش زاویه ی سرریزکلید پیانویی در یک طول ثابت برای تمامی مدل ها موجب افزایش ضریب عبوردهی جریان می شود در حالی که با افزایش تعداد سیکل در یک طول ثابت به دلیل کاهش مساحت آبگیر کلید ورودی، افزایش انقباض خطوط جریان و درپی آن تشدید استغراق موضعی در کلید خروجی، ضریب عبوردهی جریان کاهش چشمگیری خواهد داشت. در میان سرریزهای مدل شده ، ATPK135-2 به عنوان مدل برتر شناخته و توانست ضریب جریان را نسبت به حالت خطی به میزان 47 درصد افزایش دهد.

    کلیدواژگان: سرریز کلید پیانویی، ضریب عبوردهی جریان، مدل سازی عددی، زاویه سرریز، تعداد سیکل
  • شهریار مهدوی*، بهناز طاهری نیا، امیرحسین سیاح زاده صفحات 2311-2325

    بیش ترین میزان حذف سولفات در غلظت 1 گرم بر لیتر جاذب برابر44/3 میلی گرم بر گرم جاذب یا 2/17 درصد، در pH برابر 3، 22/2 میلی گرم بر گرم یا 2/22 درصد ، در زمان 90 دقیقه برابر 25/4 میلی گرم بر گرم یا 5/42 درصد و دمای20 درجه سانتی گراد برابر51/2 میلی گرم بر گرم یا 1/25 درصد بدست آمد. متوسط اندازه نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم توسط میکروسکوپ روبشی قبل از جذب سولفات، 7/33 نانومتر و بعد از جذب سولفات به 3/48 نانومتر افزایش یافت. در EDX در اندازه گیری توسط EDX مشخص شد که نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم قبل از جذب سولفات و در حالت خالص عمدتا از تیتانیوم و اکسیژن، و بعد از جذب سولفات علاوه بر تیتانیوم و اکسیژن وجود عنصر گوگرد مشاهده شد که بیانگر جذب سطحی سولفات بود. در انداره گیری سطح ویژه ((BET: سطح ویژه بیرونی، متوسط قطر خلل و فرج و حجم خلل و فرج نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم به ترتیب: 4/45 متر مربع بر گرم، 3/22 نانومتر و 253/0 سانتی متر مکعب بر گرم بدست آمد. در محاسبه ثابت های ترمودینامیکی °GΔ (مقدار انرژی آزاد گیپس) منفی بدست آمد که بیانگر خودیه خودی واکنش بود. بنابراین واکنش برای انجام به انرژی نیاز ندارد.°HΔ یا آنتالپی واکنش نیز دارای علامت مثبت می باشد که نشان می دهد واکنش حذف در این حالت گرماگیر بوده و آنتروپی یا S°Δ واکنش با توجه به این که مثبت می باشد، بیانگر افزایش بی نظمی در این واکنش است. .

    کلیدواژگان: دی اکسید تیتانیوم، سولفات، ایزوترم جذب، آب، نانو
  • محمدحسین بدیعی، علی خوش فطرت*، محسن سعادت صفحات 2327-2342
    سرریز کرامپ به طور گسترده ای برای اندازه گیری دبی جریان در کانال های روباز با جریان غیر دایمی مورد استفاده قرار می گیرد. در این پژوهش کالیبراسیون ضریب دبی سرریز کرامپ در جریان غیردایمی و در شرایط جریان آزاد تحت 2 الگوی مختلف دبی-زمان به صورت تجربی بررسی شده است. این اگوهای دبی-زمان به صورت افزایشی و کاهشی و در مدت زمان های مختلف در نظر گرفته شده است. آزمایش های تجربی در فلوم تحقیقاتی، مجهز به دستگاه ثبت تغییرات زمانی داده ها، به طول 10 و عرض 8/0 متر انجام شد و سرریز کرامپ در فاصله 2/5 متری از ورودی کانال نصب گردیده است. مطابق آزمایش های انجام شده، رفتار ضریب دبی جریان غیردایمی برحسب پارامترهای بدون بعد شامل نسبت ارتفاع سرریز به ارتفاع آب روی سرریز، نسبت طول کف سرریز به ارتفاع آب روی سرریز و نسبت عرض سرریز به به ارتفاع آب روی سرریز در الگوها و بازه های مختلف ارایه شده است. نتایج نشان می دهد ضریب دبی جریان غیردایمی با تمامی پارامترهای بدون بعد، نسبت عکس دارد به قسمی که با افزایش هر یک از پارامترهای ذکر شده، به طور کلی ضریب دبی کاهش می یابد. در گام نهایی با استفاده از روش الگوریتم ژنتیک بهینه سازی ضریب دبی انجام گرفت. نتایج نشان می دهد مقدار ضریب دبی کالیبره در شرایط جریان آزاد غیردایمی تحت الگوهای مختلف در محدوده 4/0 تا 7/0 متغیر است.
    کلیدواژگان: جریان غیردائمی، سرریز کرامپ، ضریب دبی، الگوریتم ژنتیک، کالیبراسیون
|
  • Mohammad Jahanara Pages 2151-2177

    Steel shear walls have garnered significant attention from researchers as lateral force resisting systems, owing to their high stiffness, capacity, ductility and energy dissipation. However, retrofitting and repairing such systems is uneconomical for low and medium seismic levels. Therefore, to limit damage, a novel steel shear wall system with viscous dampers has been proposed as a multi-level system capable of resisting lateral loads. This study numerically investigates the behavior and performance of a thin-walled steel shear wall system integrated with viscous dampers, using OpenSees software. The analysis and design of structures with single steel shear walls and steel shear walls coupled with dampers, subjected to various ground motions, have been carried out. Their seismic performance and collapse potential were evaluated. Furthermore, the interaction between the steel shear walls and dampers was examined. Results demonstrate that with increasing number of floors and the dominance of flexural mode, the interference between wall deformations and damper actions engenders interaction between the steel shear walls and the damper bracing frames, enhancing system stiffness. Collapse assessment reveals that employing dampers alongside steel shear walls substantially improves collapse margin ratios and reduces annual collapse probability, thus signifying the efficacy of viscous dampers and underscoring the importance of their inclusion.

    Keywords: Thin Steel Plate Shear Wall, Viscose damper, Collapse Assessment, Probability of collapse, Interaction
  • Negin Bahrami, DANIAL MOAZAMI *, Shahram Pourakbar Pages 2179-2193

    In this study, geopolymer with limpet mineral was used to stabilize the clay. Also, an attempt has been made to investigate the role of chemical properties of calcium oxide (CaO) in this mineral for soil stabilization through geopolymer method. In this regard, a combination of sodium hydroxide and silicate adhesive has been used as a base activator. Uniaxial compressive strength test was used as the main criterion for comparing stabilized geopolymer samples. Besides, direct shear test was used to investigate the adhesion and internal friction angle of stabilized samples. Chemical analysis of reactions and elemental lineage changes were performed by electron imaging (SEM) on a geopolymer sample. The results show that increasing minerals rises uniaxial compressive strength (UCS). The results of microstructural analysis show the reaction of limpet mineral with soil and the formation of aluminosilicate gel in geopolymer samples. Based on the results obtained in this study in order to completely eliminate the use of cement and lime in soil stabilization process, the use of minerals with high CaO element in their structure were examined. These materials can significantly increase the strength of soil stabilized by geopolymer method. Utilizing 10 percent of mineral in geopolymer method caused UCS of 671 KPa and 2.04 MPa in 7 and 45 curing time, respectively.

    Keywords: Clay, Soil Stabilization, Geopolymer, Uniaxial compressive strength, Direct Shear Test
  • Milad Mohammadian, Abbas Mahdavian *, Nemat Hassani Pages 2195-2206

    Based on studies conducted in recent decades, it has been determined that the characteristics of earthquakes in the near-field zone are different from those of earthquakes far from faults[1], Among these differences, we can mention the effect of the vertical component of the earthquake.Earthquakes near faults have unique features that neglecting them can increase the damages and human and environmental disasters caused by these types of earthquakes, and their effects on the environment and existing structures can be several times greater. Most of these damages occur in the short distance from the epicenter, especially in the horizontal components of long-span bridges, structures, and buildings. The effects of the vertical component of the earthquake in the past were considered negligible, so in past researches and the old versions of some regulations, the effect of the vertical component of the earthquake was ignored or it was considered as a coefficient (two-thirds) of the horizontal component. Therefore, one of the simple methods to determine the design spectrum of the vertical earthquake component is to use empirical relationships such as the V/H spectral ratio (vertical to horizontal component).

    Keywords: Earthquake, Standard 2800, V, H ratio, vertical component, near-fault field
  • Younes Khalili, Ahmad Mahboubi *, Mohammad Haji-Sotoiudeh Pages 2207-2225

    DEM (Discrete Element Method) is a particle-based method for modeling the granular materials. SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) is also a particle-based method to analyze fluids using a limited number of integration points. In this study by coupling both DEM and SPH methods, a novel DEM-SPH model was developed to simulate saturated granular media such as saturated sand. The particles were modeled using DEM and the inter-particle fluid was simulated using SPH. The fluid flow and the particle-fluid interactions were included in the model. The model was validated by comparing the numerical results to experimental data. The evolution of the fluid pressure distribution was investigated. The results showed that the model could satisfactorily predict the undrained behavior of the saturated granular materials and capture the local parameters of the inter-particle fluid e.g. the local variations of the fluid pressure.The results showed that the model could satisfactorily predict the undrained behavior of the saturated granular materials and capture the local parameters of the inter-particle fluid e.g. the local variations of the fluid pressure.

    Keywords: numerical simulation, discrete element method, Smoothed particle hydrodynamics, DEM, SPH
  • Seyed Azim Hosseini *, Hossein Maleki Toulabi Pages 2227-2242

    Currently, the ever-increasing population growth coupled with the people’s tendency toward urbanization, especially in developing countries, has led to a number of environmental, economic, social, and security problems, to a point where continuation of the current trends is likely to prevent sustainable urban development. On the other hand, the passive defense has gained lots of attention in many countries in the recent past. And this is where the concept of smart cities emerges as an ideal solution for tackling the challenges of urbanization. In this research, we began by identifying the most significant factors of integrated crisis management in smart cities with a focus on passive defense, with the importance of each factor further evaluated. The results were then analyzed. In this work, data gathering was performed through a descriptive-analytic method based on library studies. The required qualitative data was collected by library studies by completing a checklist. Subsequently, numerical analyses were conducted using opinions from experts in the passive defense and smart cities studies. Afterward, an analytic hierarchical process (AHP) was utilized to appraise and rank different factors. Next, an adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) was coded in MATLAB R2021b, which ended up presenting an integrated model of crisis management in smart cities from the viewpoint of passive defense. Based on the AHP and ANFIS, our findings highlighted the importance of securing the internet of things (IoT), securing the environment, securing the network, network acceptance control, developing visualization software at the level of operating system (container),

    Keywords: Crisis management, Smart city, Model presentation, ANFIS, Passive defense
  • Seyed Hosein Ghasemzadeh Mosavinejad *, Arian Darvishalinezhad Pages 2243-2262
    Geopolymers as a cementless concrete has attracted the attention of many researchers in recent years. In the construction of this type of concrete, instead of cement, various materials such as microsilica, metakaolin, zeolite, etc. are used. It is necessary to use chemical solutions to complete the geopolymerization process to form the adhesive. The present study examines the durability of geopolymeric mortars based on blast furnace slag (GGBFS) and replacement with percentages of kaolin in several molar amounts. In this research, GGBFS was used as a substitute for cement, and sodium hydroxide solution (SOD) with a concentration of 4 and 8 M and sodium silicate (glass water) were used as chemical solutions. The basic materials were examined individually and in combination with other components of the mixture. For this purpose, kaolin ceramic powder was mixed in 50% and 75% with the GGBFS, which a total of 12 mixing plans were made. The characteristics studied are: compressive strength, penetration of chlorine ions in concrete (RCMT), electrical resistance, water absorption percentage, loss of compressive strength and weight loss after exposure to sulfuric acid solution. From the study the following results were obtained: the use of kaolin powder and slag reduces the compressive strength in BSC4-50 (33%). However, the results of the presence of chlorine ions in concrete and the weight loss of mortar samples in sulfuric acid solution indicate that the use of kaolin powder and slag increases the durability of concrete samples under chloride attack conditions and reduces permeability in BSC8-50 (38%).
    Keywords: Durability, Geopolymer mortar, Slag, Kaolin, RCMT
  • Babak Mansoori, Hamed Yousefinezhad, Farhad Avaznejad, Amirhossein Bazaee * Pages 2263-2284
    One of the suitable methods to reduce the density of concrete is to use mineral pumice instead of aggregate. But due to the many holes of mineral pumice, the strength and durability of concrete decreases and its permeability increases. But some disadvantages of concrete can be solved by using nano materials. Nano montmorillonite rapidly increases the volume by absorbing water and can increase the density of concrete. In this research, QARVEH mineral pumice was used to make lightweight concrete and nano montmorillonite was used to increase the density of concrete in the amount of 0.5%, 1%, 1.5%, 2%, 2.5% by weight of cement. Also, to increase the quality and reduce the cost of materials, microsilica was used in the amount of 10% of cement weight. The conducted tests include compressive strength, tensile strength, water absorption in hardened concrete, durability against freezing cycle, economic index and examination of concrete SEM photo. The results of this research showed that the use of 2.5% nano montmorillonite instead of cement along with 10% microsilica in lightweight concrete can increase the 90-day compressive strength by 65% compared to the control sample. But due to the high cost of preparing nano materials, the optimal amount of using nano montmorillonite in lightweight concrete was determined to be 1.5% maximum. Because the use of more than that amount has no effect on increasing the compressive and tensile strength of concrete, and the failure of concrete usually occurs in the light-grained area.
    Keywords: Lightweight Concrete, Freezing Cycle, Nano Montmorillonite, microsilica, Mineral Pumice
  • Adel Edalati, Ramin Amini * Pages 2285-2309

    Weir is one of the most common artificial hydraulic structures that are used to measure flow in canals, divert flow, store water, change the flow regime in canals and control floods during rainfall. Free weirs are divided into two categories: linear and non-linear. One of the most important advantages of piano key weirs compared to linear weirs is the improvement of flow transfer capacity by increasing the length of the crest and as a result, increasing the length of the water passage in a fixed width of the construction without increasing the upstream water load.The purpose of this research is to numerically model the flow and investigate the effect of simultaneous changes in the number of cycles and the angle of the weir on the flow coefficient by trying to keep the total length of the weir crest and other geometric parameters constant for all models. After the investigations, it was found that increasing the weir angle of the piano key at a fixed length for all models increases the flow coefficient, while increasing the number of cycles at a fixed length for all models due to the reduction of the inlet key water tank area, increasing the contraction of the current stream lines and then intensifying the local submergence in the outlet key, the current permeability coefficient will decrease significantly

    Keywords: Piano key weir, Discharge Coefficient, Numerical modeling, weir angle, number of cycles
  • Shahriar Mahdavi *, Behnaz Taherinia, AmirHossein Sayyahzadeh Pages 2311-2325

     The highest sulfate removal percentage was achieved at a concentration of 1 gram per liter of adsorbent, which was 3.44 milligrams per gram of adsorbent or 17.2%. At pH 3, it was 2.22 milligrams per gram or 22.2%. At a time of 90 minutes, it was 4.25 milligrams per gram or 5.42%. And at a temperature of 20 degrees Celsius, it was 2.51 milligrams per gram or 1.25%. In the SEM analysis, the average size of titanium dioxide nanoparticles increased from 7.33 nanometers before sulfate adsorption to 3.48 nanometers after sulfate adsorption. In the EDX analysis, it was found that titanium dioxide nanoparticles, in their pure state before sulfate adsorption, consisted mainly of titanium and oxygen, while after sulfate adsorption, sulfur was observed in addition to titanium and oxygen, indicating the surface adsorption of sulfate. In the BET measurement, the specific surface area, average pore diameter, and pore volume of titanium dioxide nanoparticles were determined as 45.4 square meters per gram, 22.3 nanometers, and 253.0 cubic centimeters per gram, respectively. The calculation of thermodynamic constants, ΔG° (gypsum free energy), yielded negative values, indicating the spontaneity of the reaction. Furthermore, ΔH° (enthalpy) was positive, indicating the endothermic nature of the adsorption process, and ΔS° (entropy) was positive, indicating an increase in disorder during the reaction. The Langmuir isotherm equation provided a better fit with a correlation coefficient (R²) of 0.994. This better fit suggests a more favorable mechanism of adsorption.

    Keywords: Titanium dioxide, Sulfate, Adsorption isotherm, Water, Nano
  • Mohammadhosein Badiei, Ali Khoshfetrat *, Mohsen Saadat Pages 2327-2342
    Crump weir is widely used to calculate flow rate in open channels with unsteady flow regimes. In this study, flow rate calibration was experimentally investigated for unsteady free flow in crump weir using two different flow rate-time patterns. These patterns with either increasing or decreasing trends were considerd for different timeperiods. Experimental tests were performed in a laboratory flume equipped with real time data acquisition and recording system. The flume was 10 meter long and 8 meter wide and crump weir was located at 5.2 m corresponding to the enterance of the channel. The behavior of the flow rate coefficient was investigated as a function of weir height to the weir water height ratio, the weir length to weir water height ratio and weir width to weir water height ratio. Results show that flow rate coefficient is in reverse correspondence with all dimensionless parameters so that with an increase in each of these parameters, flow rate coefficient decreases. Finally using genetic algorithm, the optimization of the flow rate coefficient was performed. It was shown that the calibrated flow rate coefficient varies between 0.4 to 0.7.
    Keywords: Unsteady flow, Crump weir, Discharge Coefficient, genetic algorithm, Calibration