فصلنامه فنی و مهندسی مدرس
پیاپی 35 (بهار 1388)

هدف این مقاله ارائه یک مدل ریاضی کاربردی و پیشنهاد الگوریتمی برای بهینه سازی شکل سدهای بتنی قوسی به منظور بهبود عملکرد لرزه ای آنها است. در این تحقیق حجم بدنه سد به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شده و قیود متعدد هندسی و رفتاری به منظور انطباق بیشتر با واقعیت در مدل ریاضی در نظر گرفته شده است. سه حالت بارگذاری شامل بارگذاری ثقلی، بارگذاری استاتیکی غالب و بارگذاری دینامیکی مطالعه شده است. در بارگذاری لرزه ای، اندرکنش دینامیکی سیستم سد - پی و اثر مخزن تحت مؤلفه طولی زلزله سطح بهره برداری در نظر گرفته شده است. برای مدلسازی سیستم سد - پی - مخزن و انجام تحلیل ها از قابلیتهای زبان طراحی پارامتری نرم افزار ANSYS موسوم به APDL و در مورد بهینه سازی از راهکار تقریب غیرخطی متوالی استفاده شده است. حل مساله بهینه سازی در هر حلقه با استفاده از روش برنامه ریزی درجه دوم متوالی (SQP) به کمک نرم افزار DOT انجام شده است. این روش با موفقیت در مورد یکی از سدهای کشور به کار رفته است. نتایج حاصل نشان می دهد که اصلاح و بهینه سازی شکل، علاوه بر اقتصادی کردن حجم بدنه سد و کاهش هزینه ها، نقش بسیار مهمی در افزایش ایمنی آن در مقابل بارهای طراحی دینامیکی به سبب بهبود توزیع تنشها در بدنه سد دارد.

در این مقاله، نخست، فرایند روش های نموی - تکراری برای حل معادله های غیرخطی اجزای محدود با نقطه های حدی، از دیدگاهی نوین مطالعه می شود. بر این اساس، تعدادی عامل های نموی و نامیزان معرفی می شوند و سپس با استفاده از این عامل های نامیزان، فن های تصحیح کننده ای برای بخش تکراری فرایند پیشنهاد خواهد شد. آشکار می شود که شیوه های تصحیح کننده کمینه سازی عامل های نامیزان همراه با عامل های نموی طول و تغییرمکان، بهترین راهکارها را در اختیار قرار می دهند. سرانجام، نمونه هایی عددی برای ارزیابی توانایی فن های پیشنهادی به نظر خوانندگان می رسد.

در این مطالعه از مدل سطح تسلیم چندگانه با سخت شوندگی کینماتیکی استفاده شده است. این مدل از نوع معیار فن میزس با قانون جریان همراه است. قانون انتقال پراگر برای حرکت سطوح به کار می رود. الگوریتم مورد استفاده بر اساس پیشگویی الاستیک و تصحیح پلاستیک با سخت شوندگی کینماتیکی هر سطح و استفاده از قانون انتقال پراگر بیان شده است. در چند مثال عددی، توانایی مدل و الگوریتم برای بارگذاری های تک محوره و چندمحوره نشان داده شده است. نتایج نشان می دهند که دقت پاسخهای به دست آمده، با افزایش تعداد سطوح تسلیم افزایش می یابد، در حالی که در صورت استفاده از قانونهای انتقال مرز و گارود، با افزایش تعداد سطوح تسلیم از دقت نتایج کاسته می شود. همچنین بر پایه الگوریتم بیان شده پاسخهای بسیار مناسبی از تحلیل تحت اثر بار تناوبی به دست آمده است به طوری که اثر باشینگر و قانون مسینگ در حلقه های هیسترزیس به خوبی مدلسازی شده است.

در سالهای اخیر، روش های تشخیص آسیب دیدگی های سازه ها در زودترین مرحله ی ممکن، اهمیت ویژه ای پیدا کرده است. به علت وابسته بودن خواص ارتعاشی سازه - از جمله فرکانس های طبیعی و شکل های مودی - به خواص فیزیکی آن - مانند سختی و جرم المان های سازه ای - تلاش های زیادی برای توسعه ی روش های تعیین آسیب دیدگی سازه و ارزیابی سلامت آن براساس خواص ارتعاشی سازه، انجام شده است. اگر چه در بعضی از موارد موفقیت هایی به دست آمده، لیکن به نظر می رسد که در این زمینه تحقیقی، پژوهش بسیار بیشتری مورد نیاز است.
در این تحقیق روش های موجود در تعیین آسیب دیدگی سازه ها براساس خواص ارتعاشی آنها - یعنی فرکانس ها و شکل های مودی - بررسی شده و ترکیب مناسبی از آنها برای دستیابی به شیوه ای برای ارزیابی خسارت با دقت بالا ارائه شده است. براساس این ترکیب، برنامه ای کامپیوتری تدوین شده که با گرفتن مشخصات ارتعاشی سازه سالم و آسیب دیده از کاربر، اطلاعات لازم را درباره آسیب دیدگی سازه به دست می دهد.

در ساخت سازه های فولادی در ایران نوعی اتصال رواج دارد که به آن اتصال خورجینی می گویند. با توجه به اینکه شکل معمول این اتصالات، در مقابل بارهای دینامیکی زلزله، رفتار مطلوبی ندارد، در دو دهه اخیر تحقیقات زیادی برای شناخت و بهبود رفتار این اتصالات انجام شده است.
در این مقاله نوعی جزئیات بهبود یافته برای این اتصالات، به نام اتصال خورجینی با نبشی پیرامونی مطرح و بررسی شده و با آخرین تحقیقات انجام شده در این زمینه، مقایسه شده است. همچنین نشان داده شده است که اتصال پیشنهادی، با جزئیات اجرایی آسانتر، می تواند به عنوان اتصالی مطلوب در کشور مقبول باشد.

دریاچه ارومیه که در شمال غربی ایران قرار دارد، از سال 1358 با احداث میانگذری شرقی غربی به دو بخش شمالی و جنوبی تقسیم شده و در حال حاضر فقط یک آبگذر 1250 متری ارتباط دو طرف را برقرار می کند. شوری بسیار زیاد آب دریاچه (بیش از 200 گرم بر لیتر) آن را از سایر محیطهای آبی مشابه متمایز می سازد. تغییرات شوری دریاچه در مدت یک سال به حدود 50 گرم بر لیتر می رسد. در سوابق مطالعاتی، احتمال تاثیر اختلاف شوری آب در ایجاد جریان مطرح شده اما تاکنون مدلسازی سه بعدی دریاچه به منظور بررسی امکان بروز چنین پدیده ای و تعیین میزان تاثیر آن انجام نشده است.
در این مقاله به منظور بررسی این موضوع، مطالعه هیدرودینامیک دریاچه مورد توجه قرار گرفته است. مطالعه الگوی جریان در دریاچه ارومیه اهمیت خاصی داشته و چنین مطالعه ای می تواند مبنای سایر مطالعات مرتبط باشد. در این تحقیق مدلسازی دریاچه با نرم افزار MIKE3 به صورت سه بعدی انجام شده و الگوی جریان دریاچه در مدت یک سال شاخص در شرایط متعارف محیطی تعیین شده است. مشاهده شده که مدل سه بعدی نتایجی نزدیکتر به واقعیت را برای مقادیر سرعت جریان و پروفیل عمقی آن در دریاچه - نسبت به مدلهای دو بعدی - ارائه می کند و بنابراین مدل مناسبی برای هیدرودینامیک دریاچه ارومیه است. این مدل همچنین شکل گیری تغییرات سرعت و جهت جریان را در لایه های مختلف عمقی دریاچه به خوبی نشان می دهد؛ اما این جریان لایه ای مشاهده شده، چندان متاثر از اختلاف چگالی آب دریاچه نیست.

در این مقاله، مقایسه ای بین رفتار سازه های دارای مهاربندی معمولی با در نظر گرفتن مقاومت پس کمانش با تحلیل استاتیکی غیرخطی انجام شده است. بدین منظور با در نظر گرفتن هندسه مشخص و برای شکل های مختلف مهاربندی شامل مهاربندهای ضربدری (X)، تک (Z)، هفت (V)، هشت و ضربدری بزرگ (ترکیب مهاربندی هفت و هشت)، سازه های 4 تا 12 طبقه به کمک برنامه SNAP-2DX مدل سازی شده و تحلیل استاتیکی غیرخطی با کنترل تغییر مکان بر روی آنها انجام شده است. با توجه به تحلیل های انجام شده، منحنی برش پایه - تغییر مکان بام و ترتیب تشکیل مفاصل پلاستیک تحت تحلیل های انجام شده با یکدیگر مقایسه شده است. با توجه به تحلیل های انجام شده و مدل رفتاری پس کمانشی انتخاب شده در این تحلیل ها، مقاومت جانبی قاب ها، پس از کمانش اعضای فشاری به شدت کاهش پیدا می کند و لذا برای انجام تحلیل های غیرارتجاعی و ارزیابی رفتار، باید مدل رفتاری پس کمانشی در نظر گرفته شود. همچنین، به منظور جلوگیری از وقوع کمانش در ستونهای اطراف مهاربندها، پیشنهاد می شود که علاوه بر کنترل های عادی در طراحی ستونهای اطراف مهاربندی، مقاومت نهایی اعضای مهاربندی نیز مدنظر قرار گیرد. با توجه به تشکیل مفاصل پلاستیک در تیرهای نگهدارنده اعضای مهاربندی هفت و هشت، پیشنهاد می شود که طراحی این تیرها براساس ظرفیت اعضای مهاربندی بررسی شود.

در این تحقیق روشی نوین با استفاده از قابلیت شبکه عصبی مصنوعی برای پیش بینی پارامترهای تزریق ابداع شده است. در این روش، شبکه تک لایه پرسپترون به عنوان یکی از پر کاربردترین انواع شبکه های عصبی، به کار گرفته شده است. از داده های سد اردبیل برای آموزش و آزمایش شبکه استفاده شده و با استفاده از دو روش میانگین - انحراف معیار و انتقال خطی، داده ها نرمالیزه شده و نتایج حاصل از این دو روش بر اساس شاخصهای ارزیابی معرفی شده با یکدیگر قیاس شده اند که منجر به انتخاب تعداد نرون بهینه برای لایه میانی شده است. لازم است ذکر شود که پارامترهای عمق، RQD، فشار آب و لوژان به عنوان پارامترهای ورودی و پارامترهای مدت زمان تزریق، فشار تزریق و سیمان مصرفی به عنوان پارامترهای خروجی در نظر گرفته شده است. اگر چه این پیش بینی برای سایر گمانه های سد مذکور قابل استفاده است اما می توان از آن برای ساختگاه جدید با مشخصات جدید حفاری نیز استفاده کرد.

آلودگی آب و خاک به هیدرروکربن های نفتی (TPH) مشکلات زیادی را ایجاد کرده است. سالم سازی زیستی1 یکی از گزینه های مؤثر حذف آلاینده ها از خاک و آب است. در این تحقیق تجزیه زیستی2 هیدروکربن های نفتی3 موجود در خاک آلوده اطراف مخازن پالایشگاه تهران در سیستمهای مایع و دوغابی با استفاده از کشت مخلوط4 مطالعه شد. نتایج نشان داد که تلقیح کشت مخلوط - که میکروارگانیسم های جدا شده از خاک اطراف پالایشگاه تهران است که بهترین نرخ تجزیه زیستی را در حذف آنتراسن5 از خود نشان داده - موجب تداخل در فعالیت متابولیکی میکروارگانیسم های بومی شده و نرخ تجزیه زیستی به وسیله آنها را کاهش می دهد.
میکروارگانیسم های کشت مخلوط در محیط دوغابی سترون، تنها قادر به تجزیه زیستی %34/21 از ترکیبات نفتی در طی 81 روز هستند در حالی که سیستم دوغابی که تنها حاوی میکروارگانیسم های بومی خاک است در مدت زمان یکسان، توانایی کاهش هیدروکربن های نفتی را به میزان %8/67 دارد. اضافه سازی میکروارگانیسم های کشت مخلوط به سیستم دوغابی غیرسترون، موجب کاهش نرخ تجزیه زیستی به %89/61 در طی 81 روز شد. در سیستم مایع غیرسترون، تلقیح میکروارگانیسم های کشت مخلوط باعث حذف %23/12 از هیدروکربن های نفتی در طی 81 روز شده است در حالی که در بازه زمانی مشابه، سیستم مایع تنها حاوی میکروارگانیسم های بومی، نرخ تجزیه زیستی هیدروکربن های نفتی برابر % 03/29 از خود نشان داده است.

پی های پوسته ای، عناصر سازه ای هستند که می توانند جایگزین اقتصادی پی های مسطح باشند اما به علت تحقیقات معدودی که بر روی این پی ها انجام شده، روابط مشخصی برای تعیین ظرفیت باربری این نوع پی ها ارائه نشده است. در این مقاله بر مبنای بررسی های تجربی و نیز با استفاده از قضیه باکینگهام، فرمول تقریبا جامعی برای ظرفیت باربری نهایی پی پوسته ای مخروطی بر روی ماسه خشک بدون عمق استقرار ارائه شده است. در این راستا ابتدا با بهره گیری از قضیه ایجاد مجموعه های بی بعد یا باکینگهام، شکل کلی رابطه ظرفیت باربری نهایی پی پوسته ای تعیین و سپس ثوابت موجود در این رابطه به کمک نتایج آزمایش های سایر محققان مشخص شده است. سپس فرمول پیشنهادی با نتایج سایر آزمایشها مقایسه و تطابق خوبی بین آنها مشاهده شد.

سازوکار و رفتار جریان در قوس رودخانه ها در مقایسه با مسیر مستقیم بسیار پیچیده تر است. وجود جریان ثانویه و اندرکنش آن با اینرسی جریان - که منجر به ایجاد جریان حلزونی می شود - سبب تغییراتی در توپوگرافی بستر می شود. شناخت توپوگرافی بستر در قوسها برای مشخص کردن مواضع آبشستگی و رسوبگذاری به منظور تعیین مناسبترین موقعیت برای احداث سازه های هیدرولیکی نظیر آبشکن، آبگیر و نیز مدیریت ساماندهی رودخانه ها ضروری است. به منظور بررسی اثر شرایط جریان بر توپوگرافی بستر در کانالهای قوسی شکل، مطالعه آزمایشگاهی در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه تربیت مدرس بر روی فلوم 90 درجه انجام شد. آزمایشها برای مقادیر مختلف نسبت U/Uc (Uسرعت جریان ورودی و Uc سرعت بحرانی برای حرکت رسوب) در مسیر مستقیم ورودی قوس انجام شد. نتایج نشان می دهد که این نسبت اثر بسیار مهمی بر چگونگی توپوگرافی بستر در حالت تعادل دارد. در حالت 33/1U/Uc<>24/1 دو چاله فرسایشی در جداره خارجی قوس تشکیل می شود. در حالت 1 U/Uc<فقط یک چاله فرسایشی در نزدیکی خروجی قوس به وجود می آید و در حالت 1/1>24/1 بر حسب عدد فرود تخمین می زند.

کلیدواژگان: انتقال رسوب، قوس 90 درجه، توپوگرافی بستر، شرایط هیدرولیکی جریان