فهرست مطالب

نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
سال پنجاه و ششم شماره 12 (اسفند 1403)
- تاریخ انتشار: 1403/12/01
- تعداد عناوین: 6
-
-
صفحات 1487-1510
در مطالعه حاضر عملکرد نوعی نانو ژئوپلیمر مرکب (SNZBG) مبتنی بر ترکیب آهک و پسماندهای صنعتی همراه الیاف برای اصلاح مشخصات مکانیکی رس های متورم شونده مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج آزمایشگاهی نشان داد حضور مقادیر اندک آهک تنها، تاثیر نسبتا مطلوبی در کنترل پتانسیل تورم خاک دارد؛ اگرچه بهبود پارامترهای مکانیکی نیازمند مقادیر قابل ملاحظه افزودنی و زمان زیاد نگهداری می باشد. همچنین مشخص گردید شرایط محیطی مهاجم (شامل دوره های مکرر یخ و ذوب، F-T)، سبب زوال شدید خصوصیات مهندسی مصالح تثبیت شده با آهک خواهد شد. در مقابل، راهبرد بهسازی با ژئوپلیمر پیشنهادی، ضمن کاهش 4 برابری زمان عمل آوری و آهک مورد نیاز برای اصلاح موفق خاک، سبب افزایش دوام نمونه ها نیز می شود. دلایل ارتقاء رفتار مصالح حاوی SNZBG را می توان به قدرت بیشتر اتصال پولک های رسی به یکدیگر و کاهش تمایل آنها به جذب آب، ناشی از تشکیل نانوساختارهای مستحکم ژئوپلیمری و انسداد فیزیکی حفرات نسبت داد. از طرفی در سیستم اخیر، پاسخ تنش-کرنش همانند عملکرد آهک، عمدتا به صورت شکست ترد است. مشاهده شد افزودن الیاف، نقش بسزایی در افزایش شکل پذیری ماتریکس خاک-ژئوپلیمر دارد؛ که علت آن، ساز و کارهای پل زدگی و تشکیل شبکه های درهم تنیده درون مصالح تعیین شد. بنحویکه تاثیر توام SNZBG و الیاف نسبت به نمونه حاوی آهک، علاوه بر رشد بیش از 2 برابری ظرفیت کششی، میزان خرابی در برابر چرخه F-T را نیز تا 60 درصد کاهش می دهد. در مجموع بر اساس نتایج این مطالعه، می توان نتیجه گرفت اصلاح خاک با SNZBG همراه الیاف، رویکردی بسیار اثربخش نسبت به روش تثبیت سنتی محسوب می شود.
کلیدواژگان: خاک تورمی، آهک، ناپایداری ماتریکس تحت شرایط محیطی مهاجم، ترکیب SNZBG-الیاف، بهبود خصوصیات ژئومکانیکی -
صفحات 1511-1532
پای ستون ها در سیستم ها فولادی متعارف از اجزای اساسی قاب محسوب می شوند. رفتار آن ها ثابت کرده است که این اجزای سازه ای اثر قابل توجهی بر پاسخ لرزه ای کلی ساختمان دارند. انعطاف پذیری اتصالات پای ستون، تا حد زیادی زمان تناوب سازه و جابجایی جانبی طبقات را تحت تاثیر قرار می دهد. در این پژوهش، بمنظور توسعه و بهبود عملکرد لرزه ای پای ستون ها در سازه های فولادی، اتصالی نوآورانه در پای ستون ها ارائه شده است. هدف اصلی از ارائه این اتصال، کاهش جابجایی های ماندگار و به حداقل رساندن زمان تعمیر و اختلال در سرویس دهی ساختمان پس از زمین لرزه های قدرتمند است. بنابراین، بمنظور اینکه امکان ارزیابی و مقایسه رفتار لرزه ای این اتصال با سیستم های مقاوم باربر جانبی که به تازگی توسعه داده شده اند فراهم شود، یک نمونه سیستم مهاربندی شده همگرای مرکزگرا (SC-CBF) از پژوهش حسان انتخاب شده و مورد تحلیل و اعتبارسنجی قرار گرفته است. عملکرد سیستم با پای ستون پیشنهادی نیز با استفاده از تحلیل های عددی ارزیابی شده است. نتایج بدست آمده از تحلیل عددی اتصال پیشنهادی در پای ستون های سازه نشان می دهد که در سیستم ارائه شده، میزان جابجایی نسبی ماندگار در سازه برابر با %14-10×2/2 می باشد. بنابراین می توان نتیجه گیری کرد، اتصال پیشنهادی به خوبی هدف اصلی پژوهش که حذف جابجایی های ماندگار در سیستم است را ارضا می نماید. همچنین، با توجه به اینکه در پای ستون پیشنهادی از کابل های پیش تنیدگی استفاده نشده است، اما جذب انرژی و سختی بیشتری را نسبت به سیستم های SC-CBF که تاکنون توسعه داده شده اند، دارا می باشد.
کلیدواژگان: قاب همگرای مرکزگرا (SC-CBF)، اتصال پای ستون فولادی، حرکت گهواره ای، ارزیابی دوام، جابجایی ماندگار -
صفحات 1533-1556یکی از انواع روش های بهسازی خاک، روش الکتریکی است. در این روش تثبیت خاک های ریزدانه، به ویژه خاک های رسی اشباع ، با کاهش ضخامت لایه آب دوگانه از طریق برقراری جریان الکتریکی انجام می شود. خاک رس نرم از جمله خاک های مسئله دار است، این خاک تحت تاثیر شرایط آب و هوایی قرار دارد و احداث سازه بر روی آن ها همواره با خطر مواجه است. در این مطالعه به منظور بهسازی و تثبیت خاک های رسی نرم از روش تزریق الکتروکینتیکی، که یکی از روش های تثبیت در حالت برجا بوده و از لحاظ زمان و هزینه بسیار به صرفه است استفاده شده است. به این منظور، در شرایط آزمایشگاهی لایه ای از خاک با درصد رطوبت و وزن مخصوص در محل در محفظه ای به ابعاد 20*30*50 سانتی متر در پنج لایه متراکم شده و جریان مستقیم (DC) با ولتاژهای 5/1 و 1 ولت به ازای هر سانتی متر توده خاک به مدت 48 ساعت اعمال گردیده است. الکترودهای مورد استفاده از جنس آلومینیوم و گرافیت و در دو حالت میله ای و صفحه ای مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج شاخص مطالعات نشان داد که استفاده از این روش سبب افزایش مقاومت فشاری محدود نشده از 98 کیلوپاسکال به 223 کیلوپاسکال، کاهش درصد رطوبت از 24 به 2/15، کاهش شاخص خمیری از 24 به 10 و کاهش تخلخل خاک از 675/0 به 443/0 می شود. با توجه به آزمایش های درصدرطوبت، حدود اتربرگ، مقاومت فشاری محدود نشده و تحکیم مشخص گردید بهترین عملکرد مربوط به استفاده از الکترود آلومینیوم صفحه ای با ولتاژ 5/1 می باشد.کلیدواژگان: رس نرم، بهسازی الکترو-اسمزی، جنس الکترود، شکل الکترود، تحکیم پذیری
-
صفحات 1557-1582
با توجه به ویژگی بتن معمولی که یک ماده مرکب با ویژگی هایی همچون مقاومت و محدوده کرنش کششی پایین است. در اصل دو ضعف اصلی بتن که دربرگیرنده رفتار ترد بتن و ضعف در کشش آن می باشد، استفاده از سازه های بتن که از بتن معمولی ساخته شده اند را با مشکلاتی عمده ای رو به رو کرده است. به طور کلی با افزودن الیاف به مخلوط بتن این امکان وجود داشته که بتوان ویژگی مکانیکی بتن را بهتر کرد. در این تحقیق، از رویکرد فرا ابتکاری با استفاده از الگوریتم چرخه آب جهت ترکیب با روش اسپلاین رگرسیونی چند متغیره تطبیقی (مارس) برای مدل سازی و پیش بینی مقاومت فشاری و مقاومت کششی بتن حاوی بیوکامپوزیت های کنف استفاده شده است. برای توسعه هر یک از مدل های پیشنهادی، 153 طرح اختلاط به همراه نتایج مقاومت فشاری آنها از مقالات معتبر جمع آوری شد. بعد از تحلیل و ارزیابی پارامترهای اثر گذار توسط ضریب مالو، پارامترهای ورودی به مدل های هوشمند شامل نسبت آب به مواد پایه سیمانی، نسبت دانه های کنف به مواد پایه سیمانی، درصد وزن دانه های کنف ، مواد پایه سیمانی، دانه های کنف، چگالی مواد پایه سیمانی، چگالی مصالح خشک و مقاومت مواد پایه سیمانی انتخاب شدند. نتایج نشان داد که ضریب همبستگی برای مدل مقاومت فشاری برای مارس بهینه شده با الگوریتم و مارس به ترتیب 991/0و 971/0 و مقاومت کششی به ترتیب 928/0 و 911/0 در مرحله آموزش و آزمایش می باشد.
کلیدواژگان: بیوکامپوزیت کنف، الیاف طبیعی، هوش مصنوعی، روش مارس، الگوریتم چرخه آب -
صفحات 1583-1604
پیش بینی دقیق عمق کربناته شدن بتن برای محافظت در برابر پیامدهای زیان بار مانند ترک خوردگی و خوردگی بسیار مهم است. با این وجود، به دلیل پیچیدگی های فرآیند و انبوه متغیرهای موجود، تشخیص پارامترهایی که بیشترین اهمیت را در مدل سازی عمق کربناته بتن دارند، چالش بزرگی محسوب می شود. این مقاله به توسعه یک روش انتخاب ویژگی جدید به نام MOEA/D-ANN می پردازد. هدف این روش شناسایی مهم ترین متغیرهایی است که به دستیابی بالاترین دقت پیش بینی کمک می کنند. این روش پیشنهادی الگوریتم تکاملی بهینه سازی چند هدفه مبتنی بر جداسازی را با شبکه های عصبی مصنوعی ترکیب می کند تا با استفاده از قدرت روش های بهینه سازی و یادگیری ماشین، مشکل انتخاب ویژگی را به طور موثر حل کند. برای ارزیابی عملکرد روش معرفی شده از الگوریتم (RReliefF) که یک الگوریتم رتبه بندی ویژگی است ، نیز بهره گرفته شده است. از روش ANN برای پیش بینی عمق کربناته بتن و از روش های ترکیبیMOEA/D-ANN و RReliefFبرای یافتن متغیرهای تاثیرگذار استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان داده اند که مدل ایجاد شده با استفاده از رویکرد MOEA/D-ANN، با ترکیب متغیرهای تعیین شده توسط آن، کاهش قابل توجهی را در درصد خطاها و افزایش دقت دارد. علاوه بر این، این مدل به مقدار قابل توجه ضریب تعیین R2 = 0.99 می رسد، که بر دقت استثنایی آن در پیش بینی عمق کربناته بتن و تایید انتخاب دقیق متغیرهای تاثیرگذار تاکید می کند.
کلیدواژگان: عمق کربناسیون، پیش بینی، یادگیری ماشین، شبکه عصبی مصنوعی، بهینه سازی -
صفحات 1605-1622حذف فلزات سنگین از پساب ها یکی از چالش های اساسی در چند دهه اخیر بوده و فرآیند فلوتاسیون یونی یکی از روش های موثر بوده است. فلوتاسیون یونی مزایایی همچون سادگی، نیاز به انرژی کم، بازیابی و انتخاب پذیری بالا نسبت به سایر روش ها و غلظت بسیار کم فلز باقیمانده در محلول را دارد ولی از معایب آن، مصرف زیاد کلکتور است. هدف از این مطالعه، حداکثر بازیابی یون منگنز و حداقل مصرف کلکتور است. در این مطالعه، گرافن اکساید تهیه شده به عنوان نانوکلکتور، توسط آنالیزهای XRD، DLS، FTIR و SEM شناسایی شد. پارامترهای موثر شامل pH، غلظت گرافن اکساید به عنوان نانوکلکتور اصلی، دبی هوا، سرعت همزن و غلظت سدیم دودسیل سولفات به عنوان کلکتور کمکی بود. نتایج نشان داد که pH بهینه برای حذف یون منگنز از پساب سنتزی با فلوتاسیون یونی حدود 10 است و سایر مقادیر بهینه پارامترهای غلظت نانوکلکتور، دبی هوا، سرعت همزن و غلظت سدیم دودسیل سولفونات به ترتیب برابر با ppm 25، rpm 800، L/min 2 و ppm 43 است. در این شرایط، درصد حذف یون منگنز از پساب سنتزی و بازیابی آب به ترتیب برابر با 6/82 و 45 درصد بدست آمد. نتایج نشان داد که استفاده از گرافن اکساید به عنوان نانوکلکتور در فرآیند فلوتاسیون یونی برای تصفیه پساب ها، مزایای قابل توجهی مانند بازیابی حذف بالا، کاهش مصرف کلکتور، قابلیت استفاده مجدد از گرافن اکساید و موارد مشابه را دارد.کلیدواژگان: فلوتاسیون یونی، بازیابی یون منگنز، بازیابی آب، گرافن اکساید، نانوکلکتور
-
Pages 1487-1510
This study assessed the effectiveness of an innovative nano-geopolymer (SNZBG) enhanced by fiber in improving the geo-mechanical performance and durability of highly expansive clays. The experimental results showed that the addition low contents of lime alone may have a relatively favorable influence in controlling the swelling potential of soil; however, the improvement of mechanical parameters requires considerable amounts of additives and long times of curing. It was also appeared that harsh conditions (including frequent periods of freezing and thawing, F-T) will lead to the deterioration of engineering properties. On the contrast, the application of proposed geopolymer not only could diminish the required lime and time of curing for successful modification of soil but also may significantly increase the durability of composites. The better performance upon the SNZBG application can be ascribed to increasing the solidification processes and reducing the tendency of clay surfaces to absorb water due to the more formation of geopolymeric nanostructures as well as the generation of physical clogged fabric. In this system, there was a dramatic reduction in the strength against the increase in external loadings. Inclusion of fibers plays a significant role in enhancing the ductility of soil-geopolymer matrix. The combined effect of SNZBG and fibers leads to an increase in the tensile capacity as well as a strong reduction in the degree of damage upon the F-T action. In general, it can be concluded that the treatment of swelling clayey soil with SNZBG/fiber is an effective approach compared to the traditional stabilization method.
Keywords: Expansive Soils, Lime Treatment, Matrix Instability Under Harsh Conditions, SNZBG, Fiber, Improved Geo-Mechanical Performance -
Pages 1511-1532
Conventional column bases are fundamental components of the steel frame. Their behavior has been proved to have a significant effect on the overall building seismic response. Base connections, flexibility largely affect the period of the building and the lateral displacement of the stories. In this research, a new type of connection at the steel column bases has been proposed. the main purpose of proposing this connection is to decrease residual displacement and minimize repair time and disruption of the building serviceability after a strong earthquake. Therefore, to be able to evaluate and compare the seismic performance of this connection with seismic lateral force resisting systems which have developed recently, a self-centering concentrically braced frame (SC-CBF) has been selected from Hasan’s research and analyzed and validated. Also, the performance of the system with the proposed column base is evaluated using numerical analysis. The results show that in the proposed system, the amount of residual drift in the structure is equal to 2.2×10-14%. Therefore, it can be concluded that the proposed connection satisfies the main purpose of the research well, which is to eliminate residual drifts in the system. they also have higher energy dissipation and stiffness than the SC-CBF system that has been developed so far. While the post-tensioned bars are not used.
Keywords: Self-Centering Concentrically Braced Frame (SC-CBF), Steel Base Column Connection, Rocking Performance, Durability Evaluation, Residual Displacement -
Pages 1533-1556One of the techniques of stabilization soil is the electrical method. In this method, stabilization of fine-grained soils, especially saturated clay soils, is done by reducing the thickness of the double water layer by establishing an electric current. Soft clay is one of the problematic soils, because it is affected by weather conditions, and as a result, building structures on them is always at risk. In this study, to improve and stabilize soft clay soils, the electro-kinetic injection method, which is one of the limited stabilization methods in situ and is very economical in terms of time and cost, was used. For this purpose, a layer of soil with water content and specific gravity in situ is compacted in five layers in a chamber with dimensions of 50*30*20 cm and direct current (DC) with voltages of 1/5 and 1 v/cm of soil mass has been applied for 48 hours. The used electrodes were made of two types of aluminum and graphite and were used in two shapes, rod and plate. The index results of the studies showed that the use of this method increases the unconfined compressive strength from 98 kPa to 223 kPa, decreases the water content from 24 to 15.2 and the plasticity index from 24 to 10. According to the water content, Atterberg limits, unconfined compressive strength and consolidation tests, it was determined that the best performance is related to the use of plate aluminum electrode with a voltage of 1/5.Keywords: Soft Clayey Soil, Electro - Osmosis Method, Electrode Material, Electrode Shape, Consolidation Parameters
-
Pages 1557-1582
Considering the characteristic of ordinary concrete, which is a composite material with characteristics such as resistance and low tensile strain range. Basically, the two main weaknesses of concrete, which include the brittle behavior of concrete and the weakness in its elasticity, have made the use of concrete structures made of ordinary concrete face major problems. In general, by adding fibers to the concrete mixture, it is possible to improve the mechanical properties of concrete. In this research, an innovative approach using the water cycle algorithm was used to combine with the adaptive multivariate regression spline method (MARS) to model and predict the compressive strength and tensile strength of concrete containing hemp bio composites. For the development of each of the proposed models, 153 mixing designs along with their compressive strength results were collected from authoritative articles. After analyzing and evaluating the influencing parameters by Mallow coefficient, the input parameters to the smart models include the ratio of water to cement base materials, the ratio of hemp seeds to cement base materials, the weight percentage of hemp seeds, cement base materials, seeds hemp, density of cement base material, density of dry material and strength of cement base material were selected. The results showed that the correlation coefficient for the compressive strength model for Mars optimized with the algorithm and MARS is 0.991 and 0.971, respectively, and the tensile strength is 0.928 and 0.911, respectively, in the training and testing phase.
Keywords: Hemp Bio Composite, Natural Fibers, Artificial Intelligence, MARS Method, Water Cycle Algorithm -
Pages 1583-1604
Accurate prediction of the carbonation depth of concrete is very important to protect against harmful consequences such as cracking and corrosion. Nevertheless, due to the complexities of the process and the multitude of available variables, identifying the parameters that are most important in modeling the carbonate depth of concrete is considered a big challenge. This paper deals with the development of a new feature selection method called MOEA/D-ANN. The purpose of this method is to identify the most important variables that help to achieve the highest forecasting accuracy. This proposed method combines the separation-based multi-objective optimization evolutionary algorithm with artificial neural networks to effectively solve the feature selection problem by using the power of optimization methods and machine learning. To evaluate the performance of the introduced method, the algorithm (RReliefF), which is a feature ranking algorithm, has also been used. ANN method has been used to predict concrete carbonate depth and combined MOEA/D-ANN and RReliefF methods have been used to find the influencing variables. The obtained results have shown that the model created using the MOEA/D-ANN approach, by combining the variables determined by it, has a significant reduction in the percentage of errors and an increase in accuracy. In addition, this model reaches the significant value of the coefficient of determination R2 = 0.99, which emphasizes its exceptional accuracy in predicting the depth of concrete carbonate and confirming the accurate selection of influential variables.
Keywords: Carbonation Depth, Prediction, Machine Learning, Artificial Neural Network, Optimization -
Pages 1605-1622Removing heavy metals from wastewater has been one of the main challenges in recent decades, and the ion flotation process has been one of the most effective methods for heavy metals removing. The advantages of ion flotation are its simplicity, requiring less energy, having high recovery and selectivity, and by a low concentration of residual metal in the solution. One drawback of ion flotation is the collector's high consumption. The purpose of this study is to enhance the recovery of manganese ions while minimizing the consumption of collectors. In this study, graphene oxide prepared as a nanocollector was identified by XRD, DLS, FTIR, and SEM analyses. The effective parameters included pH, graphene oxide concentration, air flow rate, impeller speed, and SDS concentration as an auxiliary collector. The results indicated that a pH of approximately 10 is the most effective for removing Mn ions from synthetic wastewater using ion flotation. Other optimal parameters of nanocollector concentration, air flow rate, impeller speed, and SDS concentration are equal to 25 ppm, 800 rpm, 2 L/min, and 43 ppm, respectively. Under these conditions, the recovery of Mn ions from synthetic wastewater and water recovery were 82.6% and 45%, respectively. The results of this study demonstrated that utilizing graphene oxide as a nanocollector in the ion flotation method for wastewater treatment has significant advantages such as high removal recovery, reduction of collector consumption, reusability of graphene oxide.Keywords: Ion Flotation, Mn Ion Recovery, Water Recovery, Graphene Oxide, Nanocollector