فهرست مطالب

مهندسی عمران فردوسی - سال سی و ششم شماره 4 (زمستان 1402)

نشریه مهندسی عمران فردوسی
سال سی و ششم شماره 4 (زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/12/20
  • تعداد عناوین: 6
|
  • علی بنایی، جواد علامتیان*، رضا ضیاتوحیدی صفحات 1-20
    در سال های اخیر، استفاده از روش های جستجوی عددی هوشمند در کنترل فعال سازه مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. الگوریتم ژنتیک یکی از این شیوه ها است که بر پایه الگوهای فرگشت طبیعی می باشد. در اینجا، از الگوریتم ژنتیک برای کمینه کردن تابع هدف مقید سازه و تعیین نیروهای کنترلی مناسب استفاده می گردد. با متصل کردن حسگر به درجه های آزادی سازه، مقدار جابه جایی گره ها در هر گام زمانی پایش می شوند و الگوریتم ژنتیک با بهره گیری از تابع هدف مقید و حل معادله دینامیکی سازه، مقدار نیروهای کنترلی مناسب را تعیین می کند. انتخاب تابع هدف مقید متناسب با شرایط سازه، اثر زیادی بر کارایی کنترل فعال دارد. این تابع از ترکیب محدودیت های سازه و ضرایب وزنی پنداشته شده برای هر محدودیت، به دست می آید. سپس، ضرایب وزنی از شیوه های بهینه سازی محاسبه می شوند. چنین فرایندی به یک شیوه نوین برای کنترل فعال با استفاده از الگوریتم ژنتیک منجر می شود. کارایی و دقت الگوریتم پیشنهادی با کنترل نوسان های چندین سازه بررسی می گردد. نتایج حاصل از مدل سازی خطی نشان می دهند استفاده از روش کنترل فعال پیشنهادی با استفاده از الگوریتم ژنتیک با ضرایب وزنی متغیر قادر است تا جابه جایی های سازه را در مقابل بار زلزله به میزان مناسبی کاهش دهد. جابه جایی های سازه با استفاده از این شیوه نسبت به حالت بدون کنترل حدود 79 درصد و نسبت به روش الگوریتم ژنتیک با ضرایب وزنی ثابت حدود 36 درصد در حالت خطی کاهش دارد. همچنین نتایج در مدل سازی غیرخطی سازه، بهبودی را به میزان 45 درصد به صورت میانگین نشان می دهد.
    کلیدواژگان: الگوریتم ژنتیک، تحلیل عددی، ضرایب وزنی، کنترل فعال
  • مسعود محمودآبادی*، سید محمد جواد حسینی صفحات 21-34
    در این مقاله، طیف های پاسخ غیر خطی شبه شتاب سیستم های الاستوپلاستیک با شکل پذیری ثابت برای شتاب نگاشت السنترو که با روش درون یابی خطی تحریک و نیز با استفاده از تابع اسپلاین مکعبی به دست آمده بود، با یکدیگر مقایسه شده است. طیف های پاسخ غیر خطی برای شکل پذیری های 1، 5/1، 2، 4 و 8 محاسبه شدند. برای بررسی جزیی تر، فاصله زمانی بین نقاط شتاب نگاشت ها به ترتیب به 2، 5، 10، 20، 50 و 100 قسمت مساوی تقسیم گردیدند و شتاب نگاشت های جدیدی یک بار با استفاده از درون یابی خطی و یک بار با استفاده از درون یابی اسپلاین تولید گردید و طیف های پاسخ غیر خطی این دو نوع شتاب نگاشت با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج کار حاکی از این موضوع بود که مقادیر بیشینه و کمینه اختلاف مقادیر قابل ملاحظه ای داشتند. علاوه بر این، در بیشتر موارد مقدار بیشینه اختلاف بزرگ تر از مقدار قدر مطلق کمینه اختلاف متناظرش بود. عمده اختلافات مربوط به دوره تناوب های زیر 3/0 ثانیه بود هر چند موارد نقض نیز مشاهده گردید. منظور از مقادیر بیشینه و کمینه اختلاف این است که یک بار طیف الاستوپلاستیک با استفاده از فرض درون یابی خطی تحریک محاسبه گردید و این طیف به عنوان مبنای مقایسه در نظر گرفته شد و در مرتبه دوم، طیف الاستوپلاستیک با فرض درون یابی اسپلاین تحریک محاسبه شد و بعد این طیف اخیر با طیف مبنا مقایسه گردید. مقادیر بیشینه طیفی به دست آمده از روش درون یابی اسپلاین تحریک در قریب به اتفاق موارد بیشتر از مقادیر متناظر بیشینه طیفی به دست آمده از روش درون یابی خطی تحریک بود که در بازه 03/0 تا 3/0 ثانیه اتفاق می افتاد و بازه بزرگ نمایی شتاب در روش درون یابی اسپلاین وسیع تر از روش درون یابی خطی بود.
    کلیدواژگان: درونیابی خطی تحریک، تابع درونیابی اسپلاین مکعبی، سیستم جرم-فنر-میراگر الاستوپلاستیک، طیف پاسخ با شکل پذیری ثابت
  • لیلا کلانی ساروکلایی، لیلا خان محمدی، بهرام نوائی نیا* صفحات 35-54
    در این پژوهش رفتار مخازن بتنی زمینی مکعبی مجهز به جداساز پایه هسته سربی، تحت تحریک هم زمان مولفه های انتقالی و دورانی زلزله های حوزه دور از گسل با استفاده از تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی با احتساب اندرکنش آب و سازه مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا مولفه دورانی سه زلزله حوزه دور با استفاده هم زمان از تیوری انتشار امواج و روابط تیوری الاستیسیته با کدنویسی در نرم افزار متلب تولید شد. سپس مخازن در دو حجم 500 و 1000 مترمکعب در سه حالت خالی، نیمه پر و پر در نرم افزار اجزای محدود انسیس مدل سازی و از تعداد مناسبی جداساز در تراز کف استفاده گردید. در مدل سازی اجزای محدود جداساز، مدلی متشکل از المان های یک بعدی پیشنهاد و استفاده شده که رفتار هیسترزیس آن معادل رفتار مدل سه بعدی جداساز لاستیکی هسته سربی می باشد. نتایج پژوهش نشان می دهد اثر کاهشی یا افزایشی مولفه دورانی زلزله بر پاسخ لرزه ای مخازن زمینی در حالت پر و نیمه پر کمتر از 10% بوده و در حالت کلی می توان از اثر آن بر پاسخ لرزه ای مخازن مکعبی زمینی صرف نظر نمود. همچنین به کارگیری جداساز در این نوع مخازن سبب افزایش پاسخ مخازن در کلیه حالت های مورد بررسی شده است. به طوری که نیروی برش پایه تا 4 برابر و تنش بلندشدگی بین 8 الی 23 برابر افزایش یافته که این اثر را می توان به افزایش دوره تناوب مخازن زمینی از محدوده ابتدایی طیف پاسخ به ناحیه شتاب ثابت طیف به دلیل حضور جداساز نسبت داد.
    کلیدواژگان: مخزن مکعبی زمینی، مولفه دورانی، جداساز پایه، اندرکنش آب و سازه، تحلیل غیرخطی
  • شادان عابدینی، جعفر بلوری بزاز* صفحات 55-76
    ریزشمع ها یکی از اجزا پرکاربرد در مهندسی عمران به جهت تقویت پی ها و یا بهسازی خاک هستند. از این عناصر در پی توربین های بادی نیز بهره جسته می شود. پی این سازه های بلند علاوه بر نیروی قایم حاصل از وزن توربین، تحت اثر نیروی قابل توجه جانبی نیز قرار دارند. در این تحقیق نیز سعی شده است تا با مدل سازی پی تقویت شده با استفاده از ریزشمع به بررسی رفتار این پی مربعی با بعد 20 سانتی متر تحت بار جانبی پرداخته شود. بدین منظور پی تقویت شده با تعداد 2، 4 و 8 ریزشمع به طول های 40 و 60 سانتی متری در داخل خاک ماسه ای و به صورت آزمایشگاهی مدل سازی شده و تحت بار جانبی استاتیکی قرار گرفته است. نتایج آزمایش ها نشان داد که این تقویت در مواردی تا 6 برابر ظرفیت باربری را بهبود داده است. از طرفی با بررسی رفتار گروهی ریزشمع مشاهده شد هنگامی که بار وارد شده از بار گسیختگی فاصله داشته باشد، طول ریزشمع ها تاثیر چندانی بر نقش هر ریزشمع در تامین مقاومت جانبی ندارد و در بیشترین حالت (8 ریزشمع سربار قایم 15%) این اختلاف 30 درصد بوده است. همچنین در این تحقیق مشخص شد افزایش تعداد ریزشمع در حالات مختلف، باعث ایجاد دو رفتار متفاوت می شود. افزایش تعداد ریزشمع در حالت نزدیک به گسیختگی باعث افزایش نقش ریزشمع ها و در حالت دور از گسیختگی باعث کاهش نقش شده است. مهم ترین پارامتر تاثیرگذار این حالات، تعداد ریزشمع بوده است که در بیشترین حالت باعث افزایش 200 درصدی نقش ریزشمع در رفتار گروهی آن گشته است.
    کلیدواژگان: ظرفیت باربری جانبی، پی سطحی، ریزشمع، بار قائم، ماسه
  • محمدحسین جلالیان سده، سیداحسان سیدی حسینی نیا* صفحات 77-94
    مدلسازی عددی خاک های غیراشباع، امروزه مورد توجه قرار گرفته است. روش اجزای مجزا توانایی مناسبی در مدلسازی منیسک بین ذرات دارد. در این پژوهش رفتار خاک دانه ای غیر اشباع با استفاده از مدلسازی دو محوری به شیوه اجزای مجزا مورد بررسی قرار گرفته است. بر خلاف پژوهش های گذشته که شکل ذرات به صورت ساده دایروی یا کروی در نظر گرفته می شدند، در این مدلسازی از ذرات چند گوشه استفاده شده است که تطابق بیشتری با شکل واقعی ذرات دارد و می توان امکان تشکیل منیسک در حفرات مختلف را با توجه به هندسه و آرایش ذرات در کنار هم بررسی کرد. در حالی که به دلیل تقارن در ذرات دایروی و کروی، شکل منیسک در بین این ذرات فقط به اندازه ذرات بستگی دارد. با توسعه یک برنامه موجود بر پایه روش اجزای مجزا، ذرات در مکش ها و تنش های همه جانبه مختلف تحت بارگذاری دو محوری قرار گرفتند. نتایج نشان داد که با افزایش مکش تا حد مشخصی، مقاومت برشی نمونه افزایش می یابد و پس از آن با افزایش مکش، مقاومت برشی کاهش می یابد. همچنین مشاهده شد که با افزایش تنش همه جانبه، اثر نیروی منیسک بر مقاومت برشی کاهش می یابد. مدلسازی ذرات با اندازه های مختلف همچنین نشان داد که تاثیر نیروی منیسک بر ذرات کوچک تر، بیشتر است و با افزایش اندازه ذرات اثر نیروی منیسک بر مقاومت برشی کمتر می شود.
    کلیدواژگان: خاک غیر اشباع، روش اجزای مجزا، ذرات چند گوشه، پل مایع، تاثیر شکل ذرات
  • محمدمیلاد شیرازی نژاد، محمدرضا خانمحمدی*، حمید هاشم الحسینی صفحات 95-108
    ارزیابی رفتار مکانیکی سطح تماس خاک-سازه به عنوان یک عامل موثر بر عملکرد مقاومتی و تغییر شکل سازه، مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است. با توجه به تاثیر برهم کنش سازه و لایه ی خاک اطراف آن بر ظرفیت باربری خاک ، مطالعه ی شرایط فیزیکی ناحیه فوق امری مهم می باشد. در این پژوهش با در نظر گرفتن مدت زمان عمل آوری، اثر استفاده از صمغ فارسی و میزان زبری فولاد در رفتار سطح تماس خاک- سازه به وسیله دستگاه برش مستقیم بزرگ مقیاس مورد بررسی قرار گرفته است. صمغ مصرفی در سه میزان 3/0، 6/0 و 9/0 درصد بر روی سه سطح صیقلی، زبر و پوشیده شده با ژیوتکستایل استفاده شد. بر اساس نتایج با تزریق صمغ فارسی به سطح تماس خاک-شمع، چسبندگی بین خاک و سطح تماس تا حدود 20 برابر و زاویه اصطکاک داخلی به میزان یک درجه افزایش می یابد. نرخ افزایش پارامترهای مقاومتی با زیاد شدن مدت زمان عمل آوری کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: سطح تماس خاک-سازه، صمغ فارسی، مدت زمان عمل آوری، زبری سطح، آزمایش برش مستقیم بزرگ مقیاس
|
  • Ali Banaei, Javad Alamatian *, Reza Zia Tovhidi Pages 1-20
    In recent years, the use of smart numerical search techniques in active control of structure has been considered by researchers. Genetic algorithm is one of these methods that is based on natural evolution patterns. Here, the genetic algorithm is used to minimize the constrained objective function of the structure and determine the appropriate control forces. By connecting the sensor to the degrees of freedom of the structure, nodal displacement is monitored at each time step and genetic algorithm determines the proper control forces by using constrained objective function and solving dynamic equation of the structure. Choosing appropriate constrained objective function according to the structure conditions has a great impact on the efficiency of the proposed method. This function is obtained by combining the structural constraints and the assumed weighting factors for each constraint. Then, the weighting factors are calculated from the optimization methods. Such a process, leads to achieve a new active control method based on using genetic algorithm. The efficiency and accuracy of the proposed algorithm are investigate by controlling the oscillations of several structures. The results show that the proposed method is able to reduce structural oscillations effectively.
    Keywords: - Genetic Algorithm, Active Control, Weighting Factors, Numerical Analysis
  • Masoud Mahmoudabadi *, Seyyed Mohammad Javad Hosseiny Pages 21-34
    In this paper, the non-linear response spectra of elastoplastic systems with constant ductility for three accelerograms which were obtained by linear interpolation method of excitation and also by using cubic spline function are compared with each other. Non-linear response spectra were calculated for ductility of 1, 1.5, 2, 4 and 8. For a more detailed analysis, the time interval between the accelerogram points was divided into 2, 5, 10, 20, 50 and 100 equal parts, respectively, and new accelerograms were produced once using linear interpolation and once using spline interpolation, and the non-linear response spectra of these two types of accelerograms were compared. The results of the work indicated that the maximum and minimum values had significant values. In addition, in most cases, the maximum value of the difference was greater than the absolute value of the corresponding minimum difference. Also, in most periods, the spectral values did not differ much, but in small periods, which are related to stiff structures, the amount of difference was significant.
    Keywords: Linearly interpolated excitation, Cubic spline interpolation function, elastoplastic mass-spring-damper system, Constant-ductility response spectrum
  • Leila Kalani Sarokolayi, Leila Khanmohammadi, Bahram Navayi Neya * Pages 35-54
    In this research, the behavior of concrete rectangular ground tanks equipped with lead-rubber base isolators has been investigated under the simultaneous excitation of transitional and rotational components of earthquakes, using nonlinear time history analysis including water-structure interaction. For this purpose, first, the rotational component of three earthquakes was generated using the wave propagation and classic elasticity theories simultaneously. Then, the tanks equipped with appropriate number of base isolators were modeled in two volumes of 500 and 1000 m3 and three states of water level. In modeling the finite elements of the isolators, a model consisting of one-dimensional elements is proposed; whose hysteresis behavior is equivalent to the behavior of the three-dimensional model of the isolators.The results of the research show that the decreasing or increasing effect of the rotational component of the earthquake on the seismic response of these tanks in the full and half-full state is less than 10%, and in general, its effect on the seismic response of the rectangular ground tanks can be ignored. Also, the presence of isolators in these types of tanks has increased the response of the tanks in all states. So that the base shear force has increased up to 4 times and the normal stress has increased between 8 and 23 times, which can be attributed to the increase in the period of ground tanks from the initial range of the response spectrum to the constant acceleration region of the spectrum due to the presence of the base isolators.
    Keywords: concrete rectangular ground tank, rotational component, base isolator, water-structure interaction, Nonlinear Dynamic Analysis
  • Shadan Abedini, J. Bolouri Bazzaz * Pages 55-76
    Micropiles are one of the most widely used components in civil engineering to strengthen foundations or improve the soil. These elements are also used in wind turbines. In addition to the vertical force resulting from the weight of the turbine, these tall structures are also affected by significant lateral force. This paper aims to investigate the behavior of a square micropiled foundation with the dimension of 20 cm under lateral loading. For this purpose, the reinforced foundation with 2, 4, and 8 micropiles with lengths of 40 and 60 cm in the sandy soil has been modeled experimentally and subjected to static lateral load. Also, the effect of vertical surcharge load on lateral bearing capacity has been investigated in different conditions. The results of the tests revealed that this type of reinforcement has improved the bearing capacity up to 6 times in some cases. Studying micropile collective behavior unveiled that, distant from collapse, micropile length minimally affected individual lateral capacity. In the extreme scenario (8 micropiles, 15% overload), this discrepancy was 30%. Varying micropile numbers near collapse produced two contrasting behaviors: amplification in one and reduction in another case. The determining factor in both instances was the micropile quantity, leading to a remarkable 200% role increase in the most extreme conditions.
    Keywords: Lateral bearing capacity, Shallow foundation, Micropile, Vertical load, Sandy soil
  • Moha, Mmad Hossein Jalalian, Ehsan Seyedi Hosseininia * Pages 77-94
    Numerical modeling of unsaturated soils has become increasingly popular in recent years. The Discrete Element Method (DEM) is a powerful tool for modeling granular materials by focusing on particle interactions. In this study, the behavior of unsaturated granular soil was investigated using two-dimensional DEM by considering meniscus formation among particles. Unlike previous studies that simply considered particle shapes as circular or spherical, this study used more realistic polygonal particles shape that forming meniscus can be examined in different pores with respect to the geometry and arrangement of the particles. However, because of symmetry in circular and spherical particles, the shape of the meniscus among these particles depends only to the size of the particles. To this end, using a program based on the DEM was developed and a soil sample were simulated under different suction values and confining pressures. The results showed that the shear strength of the sample augments by increasing suction until a specific value and then, decreased with further suction increases. It was also observed that the effect of meniscus force on increasing shear strength decreased with increasing confining pressures. Modeling particles of different sizes also showed that the effect of meniscus force is greater for smaller particles and decreases with particle size.
    Keywords: Unsaturated soil, Discrete Element Method, Polygonal Particles, Liquid Bridge, Effect of Particles Shape
  • Mohammad Milad Shirazi Nejad, Mohammadreza Khanmohammadi *, Hamid Hashemolhosseini Pages 95-108
    Evaluation of mechanical behavior of the soil-structure interface has been the focus of many researchers as an effective factor on the strength performance and deformation of the structure. Since the interaction of the structure and the soils around it will have a great impact on the soil bearing capacity, it is important to study the physical conditions. In this study, taking into account the curing time, effect of using Persian gum and the roughness of the steel on the behavior of the soil-structure interface using large-scale direct shear test have been investigated. The Persian gum was used in three amounts of 0.3, 0.6 and 0.9% on three smooth, rough and geotextile covered surfaces. Based on the results, by injecting Persian gum into the soil-candle interface, the adhesion between soil and contact surface increases by about 20 times and the internal friction angle increases by one degree. The rate of increase of strength parameters decreases with increasing curing time.
    Keywords: Soil-structure interface, Persian gum, Curing Time, roughness, large-scale direct shear test