فهرست مطالب

مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز - سال چهل و دوم شماره 1 (پیاپی 66، بهار 1391)

نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز
سال چهل و دوم شماره 1 (پیاپی 66، بهار 1391)

  • تاریخ انتشار: 1391/02/02
  • تعداد عناوین: 7
|
  • حسن افشین، نقدعلی چوپانی، هادی فتحی پور آذر صفحه 1
    بتن یکی از رایج ترین مصالح صنعتی و ساختمانی است که به دلیل اقتصادی بودن اهمیت روز افزونی پیدا می کند. در سال های اخیر با بهره گیری از روش های مختلف آزمایشگاهی، پارامتر های شکست مواد سیمانی مانند بتن مورد بررسی قرار گرفته است؛ نقش این پارامتر ها در طراحی سازه های سطحی و زیر سطحی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مقاله مدل شکست بر اساس شبکه عصبی برای تخمین پارامترشکست بتن GF(انرژی مخصوص شکست که مساحت زیر منحنی تنش- بازشدگی نوک ترک است) در بارگذاری تحت خمش سه نقطه ای (3PB) ارائه شده است. می توان با استفاده از شبکه عصبی و آموزش صحیح شبکه و متعاقبا ایجاد رابطه منطقی بین متغیر های ورودی و خروجی، مدل بهینه ای برای هر سری از داده ها ایجاد کرد و سپس با ارزیابی دقت شبکه، از آن ها به عنوان یک ابزار موثر برای تخمین انرژی شکست بتن استفاده کرد.
    کلیدواژگان: شبکه عصبی مصنوعی، مکانیک شکست، بتن، تخمین، انرژی شکست
  • یوسف حسن زاده، محمدتقی اعلمی، سعید فرزین، سیدرضی شیخ الاسلامی صفحه 9
    نظریه آشوب به مطالعه پدیده ها و سیستم های دینامیکی غیر خطی و پیچیده ای می پردازد که رفتار آن ها در نگاه اول تصادفی به نظر می سد، اما در واقع همین سیستم ها تحت حاکمیت قوانین مشخصی می باشند و با نگاهی عمیق تر، نوعی دوره تناوب و نظم در آنها مشهود می گردد. حساسیت به شرایط اولیه، ناپایداری، غیرپریودیک، قطعی و غیر خطی بودن، خصوصیات یک سیستم آشوبناک را تعریف می کنند. در سیستم های هیدرولوژیکی آشوبناک نیز، می توان از تحلیل سری زمانی بلند مدت، سری زمانی کوتاه مدت را استخراج کرد و همچنین اطلاعات و روابط سیستم را بدون نیاز به یافتن قوانین یا روابط دینامیکی حاکم، کشف کرد. از آن جا که نوسانات تراز آب دریاچه ها ماهیتی دینامیکی و غیر خطی دارد، لذا نظریه آشوب می تواند نقش مهمی را در شناخت این پدیده ایفا نماید. با لحاظ اهمیت و موقعیت ملی - جهانی دریاچه ارومیه، هدف از این تحقیق، مطالعه نوسانات روزانه تراز آب دریاچه ارومیه در طول دوره آماری 44 ساله اخیر با استفاده از مفاهیم نظریه آشوب می باشد. اولین گام جهت مطالعه یک فرآیند با این نظریه، بررسی آشوبناکی آن است که روش بعد همبستگی از مرسوم ترین این روش ها است. بدین منظور پس از محاسبه زمان تاخیر و بازسازی فضای حالت، بعد محاط با استفاده از توابع خود همبستگی و الگوریتم نزدیکترین همسایگی کاذب تعیین شده و سپس شیب نمودار بعد همبستگی محاسبه گردیده است. مقدار عددی غیر صحیح این شیب، مبین آشوب پذیری سیستم می باشد. نمای لیاپانوف و پهنای باند در توان طیفی فوریه نیز دیگر شاخص های بررسی ماهیت آشوبناکی هستند که در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفته اند و نتایج حاصله از آنها نیز حاکی از آشوبی بودن سیستم می باشد.
    کلیدواژگان: دریاچه ارومیه، نوسانات تراز آب، نظریه آشوب، بعد محاط، نمای لیاپانوف
  • جبار علی ذاکری، محمدعماد مطیعیان نجار، مراد شادفر صفحه 21
    تاکنون مدل سازی های متنوعی در تحلیل و طراحی خطوط ریلی صورت گرفته است. در برخی از مدل ها فنرهای زیر ریل به صورت فشاری و کششی می باشند، که از آن جمله می توان به مدل تیر بر روی بستر ارتجاعی (مدل وینکلر) اشاره کرد. از آنجایی که بستر زیر ریل دارای مقاومت کششی نمی باشد، فنرهای به کشش افتاده در مدل وینکلر نبایستی هیچ گونه سختی از خود نشان دهند تا یک مدل واقعی حاصل شود. با توجه به سادگی و کاربرد وسیع تئوری وینکلر در حوزه مهندسی و دارا بودن محدودیت ها و اشکالات وارده بر آن، سعی شده برخی از این محدودیت ها رفع شوند. در این مقاله با در نظر گرفتن وزن مرده ریل و تراورس با کمک مدل سای-وستمن با حذف فنرهای کششی به اصلاح مدل وینکلر پرداخته می شود. با فرموله کردن و تشکیل معادلات دیفرانسیل تغییر شکل تیر با شرایط مذکور، حل ریاضی آن ها به شکل بسته صورت گرفته است. همچنین تلاش شده با استخراج نمودارهای بدون بعد، حساسیت سنجی سختی بستر و نوع پروفیل ریل و بار چرخ وسائط نقلیه ریلی در مقابل طول بلند شدگی خط صورت گیرد. با توجه به شرایط خطوط ریلی کشور و بار محوری عبوری، یک مطالعه موردی و در نهایت مقایسه طول ناحیه کششی (غیر تماسی) و فشاری مدل وینکلر، سای- وستمن ارائه شده است. با حل معادلات و رسم نمودار خیز ریل در حالت اصلاح شده مشاهده می شود که طول ناحیه غیر تماسی و ارتفاع بلندشدگی خط ناشی از یک بار متمرکز بیش از مدل وینکلر می باشد.
    کلیدواژگان: سختی بستر، تیر بر روی بستر ارتجاعی، تئوری وینکلر، مدل سای، وستمن، خیز خطوط ریلی
  • سیدمحمدعلی زمردیان، سیدمهدی عبدالله زاده صفحه 29
    حالت تخلیه مخزن یکی از حالات بارگذاری سد های خاکی است که در طراحی شیروانی بالا دست سدهای خاکی نقش عمده ای ایفا می کند. در این حالت شیروانی بالا دست در شرایط بحرانی قرار گرفته و ممکن است ناپایداری هایی در آن رخ دهد. علت این امر آن است که در حین تخلیه مخزن، افت تراز آب داخل پوسته همزمان با پایین رفتن تراز آب مخزن صورت نمی گیرد. فشار آب حفره ای محبوس در پوسته بالا دست باعث کاهش تنش های موثر می گردد و از این رو احتمال وقوع لغزش و ناپایداری در شیروانی بالا دست وجود دارد. یکی از راه های کم کردن فشار آب حفره ای پوسته بالا دست در حین تخلیه مخزن، تعبیه زهکش در این شیروانی ها است. هدف اصلی این تحقیق آن است که مشخص گردد با لحاظ نمودن و تعبیه زهکش در شیروانی بالا دست سدهای خاکی، فشار آب حفره ای تا چه میزان زائل گردیده و ضریب اطمینان و پایداری تا چه حد بهبود می یابد.
    کلیدواژگان: سد خاکی، تخلیه سریع مخزن، نشت، زهکش افقی، پایداری شیروانی خاکی
  • تاثیر نانوسیلیس بر خصوصیات مکانیکی و دوام بتن
    شبنم فیروزمکان، علی اکبر رمضانیانپور، تقی عبادی، حامد بهرامی صفحه 35
    در هزاره جدید افق فعلی علم را نانوفناوری ترسیم کرده است. نانوفناوری به معنای توسعه، ساخت، طراحی و استفاده از محصولاتی است که اندازه آنها بین یک تا صد نانومتر قرار دارند. استفاده از نانوسیلیس خصوصیات مکانیکی و دوام بتن را بهبود بخشیده و با افزایش عمر مفید سازه، آلودگی های زیست محیطی همچون تولید گاز گل خانه ای دی اکسید کربن را کاهش داده و دستیابی به توسعه پایدار را تسهیل می نماید. هدف از این تحقیق بررسی اثر نانوسیلیس بر خواص مکانیکی و دوام بتن می باشد.. به این منظور از آزمایش هایی چون مقاومت فشاری، نفوذپذیری و جذب مویینگی آب، نفوذ تسریع شده یون کلراید و مقاومت الکتریکی بهره گرفته شده است. علاوه بر این جهت بررسی دقیق تر اثرات نانوسیلیس بر ریزساختار بتن از آزمایش میکروسکوپ الکترونی روبشی بر روی نمونه های خمیر سیمان نیز استفاده شده است. جهت ساخت نمونه های بتنی از مقادیر مختلف نانو سیلیس با جایگزینی 0%، 5/2%، 5/4%، 5/6% و 5/8% وزنی سیمان استفاده گردید. تمامی نمونه ها با نسبت آب به مواد سیمانی ثابت و برابر با 45/0 و عیار سیمان kg/m3 400 ساخته شدند. بطور کلی نتایج، بهبود خواص و میکروساختار بتن را با افزایش میزان نانوسیلیس نشان می دهد
    کلیدواژگان: نانوسیلیس، بتن، مقاومت فشاری، دوام
  • مجید پورامینیان، ارژنگ صادقی، سمیه پوربخشیان صفحه 49
    سابقه استفاده از فرم سازه ای قوس در ایران به هزاران سال می رسد. قوس از اجزای بنیادین در معماری ایران است. دیگر سیستم های سازه ای نظیر طاق و گنبد از قوس ها بدست آمده است. قوس ها، طاق ها و گنبدهای مصالح بنایی توجه و حیرت بسیاری از محققان را در طول قرن ها برانگیخته و امروزه مطالعات ویژه ای در این زمینه در حال انجام است. این فرم ها در بناهای تاریخی و خطوط ریلی و جاده ای بسیاری از کشورهای دنیا قابل مشاهده است. در این تحقیق، پایداری انواع قوس های ایرانی تحت وزن، سربار و زلزله ارزیابی شده است. پرکاربردترین قوس های ایرانی پس از مدل سازی هندسی در نرم افزار AutoCAD، برای مدل سازی اجزای محدود به محیط نرم افزار ANSYS انتقال یافت. تحلیل استاتیکی، ارتعاش آزاد و دینامیکی خطی و غیرخطی بر روی مدل اجزای محدود انجام شده است. برای تحلیل دینامیکی از 3 شتاب نگاشت تکان قوی استفاده شده است. پس از مقایسه نتایج تحلیل های گفته شده، مشخص شده است که قوس های سهمی باربری مناسبی نسبت به دیگر قوس ها دارند همچنین زمان و نحوه فروپاشی قوس ها و محل ترک های اولیه بدست آمده است.
    کلیدواژگان: پایداری لرزه ای، قوس های ایرانی، تحلیل دینامیکی، رفتار غیرخطی مصالح، ANSYS
  • محمد شکرچی زاده، مهدی ولی پور، فرهاد پرگر صفحه 55
    امروزه پدیده خوردگی در سازه های بتنی اجرا شده در مناطق جنوبی کشور یکی از معضلات مهم جامعه مهندسی کشور می باشد. پدیده خوردگی هر ساله هزینه های هنگفت مالی بر کشور تحمیل می کند. با این وجود، می توان با شناخت بهتر عوامل و دلایل آن در منطقه خلیج فارس، گام های موثرتری در راستای پیشگیری از خسارت های احتمالی و بهبود وضعیت موجود برداشت. در این تحقیق، با توجه به اینکه شرایط رویارویی پاشش یکی از مناطق حساس برای خوردگی آرماتور و در نتیجه تخریب بتن در محیط های دریایی می باشد، با ساخت آزمونه های بتنی مسلح با نسبت های آب به سیمان مختلف (35/0، 40/0، 45/0 و 5/0) واقع در این شرایط رویارویی در منطقه خلیج فارس (جزیره قشم)، وضعیت خوردگی آرماتور با استفاده از روش های مختلفی از جمله جریان ماکروپیل، پتانسیل نیم پیل و نرخ خوردگی آرماتور در طول 18 ماه بررسی شده است. بر اساس نتایج حاصله، کاهش نسبت آب به سیمان اثرات قابل ملاحظه ای بر کنترل خوردگی و تعویق زمان شروع خوردگی خواهد داشت. همچنین مقایسه روش های مورد استفاده برای بررسی خوردگی نشان از دقت مناسب آن ها برای تخمین شروع احتمالی خوردگی دارد.
    کلیدواژگان: پایایی بتن، خوردگی آرماتور، ناحیه پاشش، نسبت آب به سیمان، جریان ماکروپیل، پتانسیل نیم پیل، نرخ خوردگی
|
  • H. Afshin, N. Choupani, H. Fathipour Azar Page 1
    Concrete is one of the most common industrial and constructional materials due to its economical aspects. In recent years, fracture parameters of cement-based materials, such as concrete have been studied using the development of mathematical models derived from various experimental data and methods. The role of these parameters in design of structures is an important issue. In this paper, a fracture model based on artificial neural network, as an alternative way and soft computing to reduce time and calculation content, has been applied to estimate the fracture parameters of concrete (specific fracture energy i.e. the area under the complete stress- strain curve) by loading under a three-point bending (3PB) specimen. Fracture parameters of concrete, model’s output parameter, is predicted by input parameters: test age, aggregate type, maximum aggregate size (dmax), compressive-tensile strengths ratio (f´c/f´t), water-cement ratio (w/c), young’s modulus (E). Because of the fewness of data, thirty nine data were used as training data and eight data were used as validation or testing data. By using the neural network and its proper training to create logical relationship between input and output variables, an optimal model for each series of data could be made, which can be applied to evaluate the network reliability as an effective tool to estimate the fracture energy of concrete. The results showed that the mathematical models can be used to estimate the fracture parameters of cement-based materials and concrete. Also it was shown that the feed-forward multi-layer perception back-propagation artificial neural network with Lovenberg-Marquardt training algorithm and with 2 layers which has 6 and 1 neurons in the first and second layer respectively with R=0.90 and RMSE=0.04 is most appropriate neural network for the estimation of fracture energy of concrete.
    Keywords: Artificial neural networks (ANNs), Fracture mechanics, Concrete
  • Y. Hassanzadeh, M.T. Aalami, S. Farzin, S.R. Sheikholeslami, E. Hassanzadeh Page 9
    Chaos theory studies complex and nonlinear dynamic systems and phenomena that their behavior seems to be stochastic and irregular at first glance, but in fact these systems are ruled by certain laws and with a deeper look, a kind of periodicity and regularity are evident in them. Sensitivity to initial conditions starting behavior, instability, non-linearity and non-periodic behavior, define a chaotic system. In addition, in chaotic hydrological systems, the short term time series can be extracted through analysis of long term time series. Furthermore, Information and relationships of the system can be achieved without any need to find the rules and governing dynamic relationships. Since the lakes water level fluctuations are dynamic and management of these ecosystems requires exact data at different intervals, chaos theory can play a unique role in acquiring information from this phenomenon. In recent years, Urmia Lake water level as an international wetland has been significantly reduced. Considering to the importance of this lake in Iran and the world, the purpose of this paper is to study the daily fluctuations in the Urmia Lake water level during the past 44 years using the concepts of chaos theory. To study the chaotic behavior of this phenomenon, correlation function, which is one of the exact methods to study these behaviors, was used; therefore, after computing the delay time and reconstructing the phase space, embedding dimension is determined using correlation function and false nearest neighbor algorithm, eventually correlation graph's slope is calculated. The non-integer digit result for this slope is an important index to identify this system as a chaotic system. In addition, studying the other indexes of chaotic behavior of water level such as positive Lyapunov exponent and broad band Fourier power spectrum show the quite chaotic behavior of time series studied.
    Keywords: Urmia Lake, Water level fluctuations, Chaos theory, Embedding dimension, Lyapunov exponent
  • J.A. Zakeri, M.E. Motieyan, M. Shadfar Page 21
    Recently, various models have been widely used for analysis and design of the railway tracks. Since the rail is fixed to sleepers by fastening system and then track panel is installed directly on ballast, sub ballast and sub grade layers orderly without any bonding, so the superstructure is just embedded in the ballast and there are no adhesive or stuck layers. Many modeling for the purpose of analysis and design, railway track can be simulated by using linear or non-linear springs to represent the behavior of the rail on substructure. In the engineering society, the Beam on Elastic Foundation is the most well-known technique. Among these modelings and approaches like as Adin.et.al, Scott, Filonenko- Borodich foundation, Pasternak foundation, Reissner foundation, Vlasov and Leontiev approach, because of the simplicity of Winkler Model, this model hase been considered as one of the idealized models. Railway engineers and designers are most interested in choosing this modeling. Since in reality, the soil foundation does not sustain tensile stresses, the stiffness of tensioned springs should be set equal to zero in the Winkler model. In this work, regarding the advantages of simplicity and popularity of Winkler model in various engineering applications, the model has been developed by eliminating the limitations using Tsai and West Mann theory. In the modified Winkler model, the weight of rails and sleepers (self-weight) has been involved in the formulations and the springs in tensions have been disregarded during the calculations. Consequently, new set of beam-deflection differential equations have been written for each tension and compression segment and the closed form solution have been applied. Also sensitivity analysis is performed by using normalized variables. Specifically, it is shown that (i) the contact length is a sensitive function of the beam/rail profile type; (ii) also the non-contact length is depend on the magnitude of the load and that this function may change significantly regarding wheel-set load, (iii) sub grade modulus has a noticeable influence on the contact region consequently lifting-up zone length. Regarding the railway track conditions and traffic load in Iran, a case study presented, in which the length of no contact zone and the length of contact zone in the Winkler, Tsai and West Mann models have been compared. The result of rail deflections in the modified Winkler model shows that the length of no contact zone (2.5 times) and the height of track uplift due to the concentrated load (1.5 times) are greater than those obtained from the Winkler model including self-weight.
    Keywords: Sub, grade modulus, BOEF, Winkler's theorem, Tsai, West Mann model, Rail track deflection
  • S.M. Ali Zomorodian, S.M. Abodollahzadeh Page 29
    Embankments may become saturated by seepage flow during a long term high reservoir stage. If subsequently the reservoir pool is drawn down faster than the pore water can escape, excess pore water pressures and reduced stability will result. This is called drawdown which is quite common in upstream slopes of embankment dams. The stability of slopes under drawdown conditions are usually analyzed considering two limiting conditions, namely slow and rapid drawdown. In the slow drawdown situation the water level within the slope is assumed to equalize the reservoir level at any time. In case of rapid drawdown, which represents the most critical condition, it is assumed that the pore water pressure within the embankment continues to reflect the original water level. The lag of the phreatic line depends on factors such as: permeability of soils, drawdown rate, drawdown ratio and slope gradient. Rapid drawdown can cause a temporary increase in pore water pressure. The increased seepage forces may lead to slope instability, causing the collapse of structure. This paper discusses the effect of horizontal drains on upstream slope of earth fill dams during rapid drawdown using finite elements and limit equilibrium methods. The change of pore water pressure, outpouring seepage flow and the factor of safety are inspected.
    Keywords: Earth fill dams, Rapid drawdown, Drain, Stability, Finite element method, Limit equilibrium method
  • M. Pouraminian, A. Sadeghi, S. Pourbakhshian Page 49
    The application of structural arch form in Iran goes back to as far as thousands of years ago. Arch is a fundamental component of Iranian architecture. Other structural systems such as vaults and domes which are used widely in variety of structures are indeed derived from arches. In the present study, the stability of various Iranian arches versus their weight, surcharge and earthquake action is investigated. The selected arches are some of the most applied Iranian arches like: parabolic-shaped arches, onion-shaped arches, four-centered pointed arches, obtuse angel arches and basket-handle arches. The selected arches are modeled in AutoCAD software and then are exported into the ANSYS software for necessary analyses. The static analysis, modal analysis and linear and non-linear dynamic analysis have been carried out on the finite element models of the arches. Comparison of the results of the analyses showed that for the same span and thickness in various Iranian arches analyzed in the present study, the parabolic-shaped arch has a better bearing with respect to gravity and lateral loads. The static stability of the arches under the gravity load increases with rise to span ratio of the arch. The other factor that affects the arch stability is its angle of contact to the baseline. According to the two above mentioned factors the stability of the selected arches increases in the following order: the semi-elliptical arch, the parabolic-shaped arch, basket-handle arch, circular arch and four-centered pointed arch. The eigne-value analyses have shown that the natural period of the arch in sensitive to the form of the crown. For the same span, the arches with tipped crown possess larger periods. In this regard, the fundamental period for parabolic arch is the least. This shows that this type of arch is stiffer that the other ones. For dynamic analysis of the selected arches, three strong ground motions of Kobe of Japan in 1995 (ML=7.2), Tabas of Iran in 1978 (ML=7.8) and Manjil of Iran in 1990 (Mw=7.4) were selected. Again, the time history analysis of the arches shows that the strongest arch against the selected accelerograms is parabolic arch; and the order of relative seismic stability of the arches descending from high to low is as following: the parabolic-shaped arch, the basket handle arch, the four-centered pointed arch, the Semi-elliptical arch and the circular arch. Also, under the Kobe earthquake accelerogram, the parabolic arch showed no collapse. However, the other arches encountered collapse and among the circular arch collapsed at 5.8 seconds as the first arch and the basket handle arch collapsed at 8.5 as the last one. As another result, the location of cracks in the arches damaged by seismic loading was in the internal face of the arch.
    Keywords: Seismic stability, Persian arches, FE modeling, Seismic vulnerability, Non, linear analysis, ANSYS
  • M. Shekarchizadeh, M. Valipour, F. Pargar Page 55
    Concrete structures in aggressive environments greatly suffer from corrosion which causes a premature failure in their life span. Persian Gulf region is one of the most aggressive environments in which concrete structures need further attention in order to increase their durability and serviceability as well. In the present investigation the half-cell potential and corrosion resistance of rebar embedded in concrete with different water to cement ratios exposed to splash zones in Qeshm Island for 18 month was studied. The results demonstrated that concretes with lower water to cement ratio perform better in terms of corrosion protection and process retardation.
    Keywords: Concrete durability, Corrosion, Splash zone, W, C ratio, Macrocell, Half cell, Corrosion rate