فهرست مطالب

مهندسی عمران شریف - سال سی و دوم شماره 2 (تابستان 1395)

مجله مهندسی عمران شریف
سال سی و دوم شماره 2 (تابستان 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/06/15
  • تعداد عناوین: 13
|
  • مقاله پژوهشی
  • رضا عباس نیا، ابوالفضل یوسف پور اوندری* صفحات 3-10

    اطمینان از سازه همیشه به عنوان یک اصل برای مهندسانی که مسئول طراحی پروژه های عمرانی بوده اند، مطرح بوده است. یکی از مکانیزم هایی که در دهه های اخیر توجه به آن افزایش پیدا کرده، خرابی پیش رونده است. از این رو در این پژوهش، با استفاده از آیین نامه ی G S A به بررسی میزان مقاومت خرابی پیش رونده در ساختمان های طراحی شده با شکل پذیری های مختلف بر طبق آیین نامه های ایران پرداخته شده است. ساختمان ها پس از طراحی برای بارگذاری های متداول، توسط دو روش تحلیل استاتیکی و دینامیکی غیرخطی برای حالت های مختلف حذف ستون تحلیل شده اند. براساس بارگذاری های تعریف شده در G S A، قاب خمشی معمولی و متوسط به ترتیب اضافه مقاومتی در حدود 80 و 33 درصد دارند. ولی با توجه به ضوابط راهنمای G S A، قاب خمشی ویژه ی طراحی شده براساس آیین نامه های ایران، قادر به تحمل بارهای مربوط به خرابی پیش رونده نبوده و برخی از حالت های حذف ستون در آن منجر به خرابی شده است. در واقع این گونه می توان بیان کرد که یک طراحی لرزه یی ویژه، هنگامی که شکل پذیری بیشتری در مقایسه با طراحی معمولی دارد، الزاما عملکرد
    بهتری تحت فرایند حذف ستون نخواهد داشت.

    کلیدواژگان: خرابی پیش رونده، شکل پذیری، تحلیل دینامیکی، تحلیل پوش داون، قاب خمشی بتنی
  • رامین کتابفروش بدری*، عبدالرضا سروقدمقدم، مسعود نکویی صفحات 11-23

    بررسی حاشیه ی ایمنی ساختمان ها در برابر فروریزش ، بخشی از فرایند ارزیابی عملکرد فروریزش آنها در زلزله های شدید است. اغلب مطالعات در این زمینه بر روی ساختمان های متقارن صورت پذیرفته است. این مطالعه، حاشیه ی ایمنی فروریزش ساختمان های بتنی مسلح 5 و 10 طبقه را با سیستم قاب خمشی ویژه و تحت خروج از مرکزیت های جرمی 5، 10 و 20 درصد، با بررسی دو شاخص احتمال فروریزش و حاشیه ی نسبی فروریزش مورد توجه قرار داده است. نتایج نشان می دهد که افزایش خروج از مرکزیت جرمی در مدل های ساختمانی مورد مطالعه، که مقدار نسبت نامنظمی پیچشی کوچکی دارند، احتمال فروریزش آنها را کاهش می دهد. بهبود حاشیه ی ایمنی فروریزش این ساختمان ها با افزایش خروج از مرکزیت جرمی، ناشی از بروز رفتار پیچشی سخت تر در آنهاست. با افزایش ارتفاع ساختمان، اگرچه ظرفیت فروریزش کاهش یافته است، روند تغییرات شاخص های ایمنی تغییر عمده یی نکرده است.

    کلیدواژگان: نسبت حاشیه ی فروریزش، خروج از مرکزیت جرمی، قاب خمشی ویژه
  • میلاد سوری، محمد علیایی* صفحات 25-32

    حفاری تونل زیر سطح آب زیرزمینی در زمین های آبرفتی، باعث اندرکنش بلندمدت بین پوشش تونل و زمین اطراف می شود. در این مطالعه به منظور ارزیابی آثار به کارگیری زهکش محیطی در تونل در توزیع فشار آب حفره یی و میزان بار وارد بر پوشش، مدل سازی عددی تونل واقع در زیر سطح آب زیرزمینی با استفاده از نرم افزار به روش تفاضل محدود انجام شده است. شرایط مرزی مختلفی از قبیل: تونل زهکشی شده، تونل زهکشی نشده، و سیستم زهکشی با نفوذپذیری متغیر مورد ارزیابی قرار گرفته است. اثر پارامترهای هندسی تونل از قبیل: قطر و ارتفاع خاک روباره و همچنین تراز آب زیرزمینی مورد بررسی و آثار مخرب بسته شدن سیستم زهکشی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان داده اند که با به کارگیری زهکش محیطی در دیواره ی تونل، به چه میزان فشار آب وارد بر پوشش کاهش می یابد. همچنین با کاهش عملکرد سیستم زهکشی در بلندمدت، بار فشار آب حفره یی وارد بر پوشش افزایش می یابد، لذا نرخ افزایش مورد بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: پوشش تونل، زهکشی، فشار آب حفره یی، گرفتگی زهکش
  • مصطفی باغی، محمود یزدانی*، علیرضا اردکانی صفحات 33-42

    پژوهش های انجام شده در ایران بر روی سنگ دانه های مصنوعی، تاکنون بیشتر بر پایه ی سبک دانه های رس منبسط شده انجام شده است. این در حالی است که سنگ دانه های شیل منبسط شده یا لیاپور به دلیل عدم شناخت مهندسان کشور کمتر مورد توجه قرار گرفته است.
    از آنجایی که در این پژوهش برای تعیین مستقیم مشخصات ارتجاعی این سبک دانه ها به دلیل عدم وجود سنگ مادر استانداردی وجود ندارد، از ترکیب روش آزمایشگاهی با روش تئوری مواد مرکب، برای اولین بار خواص مکانیکی هر دو سبک دانه ی لیکا و لیاپور ساخت
    کشور به دست آمده و با سبک دانه های تولیدی سایر کشورها مقایسه شده است. در بخش آزمایشگاهی با ترکیب سبک دانه ها با ماتریس ماسه ی سیمان و ساخت نمونه های استوانه یی مرکب، مشخصات ارتجاعی ماده ی زمینه و ماده ی مرکب تعیین شده است. سپس در بخش تئوری مواد مرکب، با استفاده از روش میکرومکانیک و معکوس مدل همگن سازی موری تاناکا، به تعیین مشخصات ارتجاعی سبک دانه براساس ویژگی ماده ی زمینه و ماده ی مرکب پرداخته شده است. نتایج آزمایش ها بیان گر افزایش نمایی مدول ارتجاعی نسبت به افزایش وزن مخصوص دانه یی و افزایش خطی مدول ارتجاعی نسبت به افزایش مقاومت خردشدگی سبک دانه های مورد استفاده است. همچنین نتایج نشان می دهند که سنگ دانه های شیل منبسط شده، مدول ارتجاعی و مقاومت خردشدگی به مراتب بیشتری نسبت به دانه های رس منبسط شده دارند و حتی دانه های ریز آن باعث افزایش سختی ماتریس ملات ماسه سیمان می شود.

    کلیدواژگان: لیاپور، لیکا، روش میکرومکانیک، همگن سازی، مشخصات ارتجاعی، مقاومت خردشدگی
  • محمد امامی*، سیدشهاب الدین یثربی، محمدحسن بازیار صفحات 43-55

    پیش بینی رفتار آبرفت درشت دانه در مهندسی ژئوتکنیک، یکی از مهم ترین مسائل است، که در گذشته تلاش های زیادی برای مدل سازی آن انجام شده است. رفتار ژئوتکنیکی آبرفت درشت دانه در مسائل مختلف مهندسی ژئوتکنیک همواره مورد توجه پژوهشگران مختلف بوده است. هدف اصلی این نوشتار تعیین پارامترهای موثر در رفتار آبرفت درشت دانه به کمک دستگاه چمبر و آزمایش پرسیومتری است. طراحی و ساخت دستگاه چمبر جهت انجام آزمایش پرسیومتری در این پژوهش انجام شده است. به منظور بررسی اثر سیمانتاسیون تعدادی آزمایش پرسیومتری بالغ بر 100 آزمایش در محل، در اعماق مختلف در آبرفت درشت دانه انجام شده است. همچنین با شبیه سازی شرایط محل در محیط آزمایشگاه بدون سیمانتاسیون، تعدادی آزمایش پرسیومتری در دستگاه چمبر انجام شده است. در نهایت، نتایج آزمون های انجام شده با یکدیگر مقایسه و پارامترهای رفتاری مختلف ژئوتکنیکی آبرفت درشت دانه گزارش شده است.

    کلیدواژگان: رفتار آبرفت درشت دانه، اثر سیمانتاسیون، دستگاه چمبر، آزمایش پرسیومتری، مدل سازی فیزیکی
  • نیما اکبری پایدار، محمد مهدی احمدی* صفحات 57-65

    در این مطالعه با انجام آزمایش های المان خمشی و سه محوری تناوبی، سرعت موج برشی و مقاومت روان گرایی یک نوع ماسه ی تمیز و همچنین ترکیب های مختلف آن با ریزدانه ی غیرخمیری تا 25\٪ اندازه گیری شده است. روش ساده ی نیمه تجربی نیمه تحلیلی برای ایجاد همبستگی بین سرعت موج برشی و مقاومت روان گرایی پیشنهاد شده است. ضمن بررسی تاثیر ریزدانه ی غیرخمیری در سرعت موج برشی و همچنین مقاومت روان گرایی ماسه های سیلت دار، تاثیر ریزدانه ی غیرخمیری در همبستگی این دو پارامتر بررسی شده است. نتایج حاصل نشان دهنده ی کاهش سرعت موج برشی و همچنین مقاومت روان گرایی با افزایش سیلت به ماسه است. براساس نتایج پژوهش، همبستگی سرعت موج برشی و مقاومت روان گرایی ترکیب های مختلف ماسه و ریزدانه ی غیرخمیری، خاص آن ترکیب است. روش های موجود ممکن است مقاومت روان گرایی ماسه های سیلت دار را دست کم و یا دست بالا پیش بینی کنند.

    کلیدواژگان: مقاومت روان گرایی، سرعت موج برشی، ریزدانه ی غیرخمیری، آزمایش المان خمشی، آزمایش سه محوری تناوبی
  • سید محمدحسین حسینی، سید محمد بینش* صفحات 67-78

    در این نوشتار با بهره گیری از روش اجزاء منفصل به شبیه سازی آزمایش دومحوره بر روی خاک دانه یی پرداخته شده است. یکی از موارد مبهم در زمینه ی شبیه سازی این آزمایش، چگونگی تاثیر شرایط مرزی در رفتار نمونه در مقیاس های میکرو و ماکرو است. در این راستا، 4 نوع از شرایط مرزی مختلف شامل: شرایط مرزی صلب، شرایط مرزی انعطاف پذیر با رشته ی خارجی و نیروی نرمال بر مرز، شرایط مرزی انعطاف پذیر با رشته ی خارجی و نیروی افقی، و شرایط مرزی انعطاف پذیربدون رشته ی خارجی در نظر گرفته شده است. مقایسه ی نتایج حاصل از تحلیل های صورت گرفته برای هر یک از حالت های مذکور نشان می دهد که استفاده از مرز صلب به عنوان مرزهای جانبی امکان دست یابی به شرایط حالت بحرانی را فراهم می سازد، اما قابلیت تعقیب روند تشکیل نوار برشی را ندارد. در مقابل، مرزهای انعطاف پذیر به علت آزادی عملی، که برای ذرات تحت بار فراهم می کنند، قابلیت آشکارسازی نوار برشی را دارند.

    کلیدواژگان: شرایط مرزی، آزمایش دومحوره، اجزاء منفصل
  • ناصر جزدارابی، سیدناصر مقدس تفرشی* صفحات 79-88

    در این نوشتار با انجام مطالعات آزمایشگاهی بر روی دو مدل پی دایره یی به قطرهای 11٫3 و 30 سانتی متر واقع بر بستر غیرمسلح و مسلح با 1، 2 و 3 لایه ی مخلوط خاک خرده لاستیک دانه یی، رفتار بار نشست پی\پانویس{f o o t i n g s e t t l e m e n t} بررسی شده است. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که ضخامت بهینه ی مخلوط خاک خرده لاستیک صرف نظر از مقیاس آزمایش ها)اندازه ی مدل پی(، جهت دست یابی به بیشینه ی باربری و کمینه ی نشست در حدود 0٫4 قطر مدل پی است. همچنین استفاده از دو لایه ی مخلوط با فاصله ی بهینه ی معادل 0٫2 قطر مدل پی از یکدیگر به جای استفاده از یک لایه ی مخلوط با ضخامتی معادل مجموع ضخامت دو لایه می تواند موجب بهبود بیشتر رفتار بستر شود. با افزایش تعداد لایه های مخلوط خاک خرده لاستیک\پانویس{n u m b e r o f r u b b e r-s o i l m i x t u r e l a y e r s}،نرخ افزایش در بهبود باربری بستر کاهش می یابد، به طوری که با افزایش لایه ها به بیش از 3 لایه و خارج شدن آن ها از حوزه ی تاثیر تنش وارد بر پی، انتظار بهبود بیشتر در رفتار بستر وجود ندارد.

    کلیدواژگان: بستر مسلح، مخلوط خاک، خرده لاستیک، ظرفیت باربری، نشست، آزمایش های کوچک مقیاس و بزرگ مقیاس
  • یادداشت فنی
  • ابوالفضل اسلامی*، پرنا یاربختی صفحات 89-96

    یکی از مهم ترین عوامل در بحث متراکم سازی خاکریزها، تعیین ضخامت لایه های خاکریزی است، که با توجه به تاثیر مستقیم در میزان هزینه و زمان انجام پروژه، همواره مورد توجه کارشناسان امر بوده است. در این نوشتار به منظور بررسی پارامترهای موثر در ضخامت لایه های خاکریز مهندسی، از جمله شرایط بستر و انرژی غلتک، از مدل سازی عددی دو بعدی در شرایط کرنش صفحه یی استفاده شده است. در این راستا از 4 نوع غلتک چرخ فلزی، چرخ لاستیکی، پاچه بزی، و چرخ فلزی ارتعاشی جهت متراکم سازی تک لایه ی خاکریز به ضخامت های 15، 30، 45 و 60 سانتی متر استفاده شده است. طبق نتایج به دست آمده در صورت استفاده از بسترهای تقویت شده به دلیل سختی بالا و افزایش انرژی اعمالی غلتک، امکان افزایش ضخامت لایه های خاکریز به میزان تقریبی 2 برابر ضخامت های 20-25 سانتی متر کنونی وجود دارد.

    کلیدواژگان: افزایش ضخامت، خاکریز مهندسی، متراکم سازی، سختی بستر، انرژی غلتک، مدل سازی عددی
  • محسن گرامی*، فرهاد دانشجو، نوید سیاه پلو صفحات 97-106

    افزایش آگاهی از پاسخ دینامیکی غیرارتجاعی قاب های خمشی فولادی(S M R F) و پیشنهاد روش هایی برای اندازه گیری بیشینه ی نیازهای لرزه یی موضعی این سازه ها با استفاده از اطلاعات مربوط به بیشینه ی نیازهای سراسری و طبقه یی (قابل تخمین از نیازهای سیستم S D O F معادل) اصلی ترین هدف این پژوهش است. محاسبه ی بیشینه ی نیازهای موضعی تیرها به کمک ضریب شکل پذیری کلی با توجه به اثر مودهای بالاتر از دیگر اهداف این پژوهش است. بدین منظور تعدادی سازه ی S M R F کوتاه، میان و بلند مرتبه با طبقات و دهانه های مختلف در نرم افزار D X2D R A I N- مدل سازی و با تحلیل تاریخچه ی زمانی غیرخطی (N T H A)و پوش اور (C P A) تحلیل شده اند. کلیه ی مقادیر محاسبه شده براساس میانگین نتایج تحلیل تاریخچه ی زمانی ارائه شده اند. مطالعات نشان داده است که مقادیر شکل پذیری تیر به مراتب بیشتر از شکل پذیری طبقه یی و کلی است. همچنین تاثیر مودهای بالاتر در افزایش شکل پذیری دورانی در طبقات فوقانی در ساختمان های بلند کاملا محسوس است. از طرفی هر چه تقاضای شکل پذیری هدف افزایش یابد، بیشینه ی شکل پذیری دورانی تیر بیش از پیش از شکل پذیری کلی فاصله می گیرد. به علاوه در دوره های کوتاه، تفاوت شکل پذیری دورانی تیر و شکل پذیری کلی مشهودتر است. با افزایش دوره ی تناوب (نرم ترشدن سازه) برای سطوح مختلف تقاضای شکل پذیری کلی، شکل پذیری دورانی تیر تقریبا ثابت و مستقل از دوره ی تناوب است. این موضوع بر روند توزیع نیازهای نیرویی و تغییرشکلی در دو حالت تحلیل C P A و N T H A ملاحظه شده است.

    کلیدواژگان: شکل پذیری دورانی، اثر مودهای بالاتر، شکل پذیری هدف، تحلیل بارافزون، تحلیل تاریخچه ی زمانی غیرخطی
  • رضا کرمی محمدی*، آرین صالحی زیارانی صفحات 107-115

    یکی از روش های کنترل غیرفعال سازه ها استفاده از میراگر جرمی تنظیم شده (T M D) است، که مقدار پاسخ با اضافه کردن درصدی از جرم موثر سازه تا حد مطلوبی کاهش می یابد. فرایند طراحی این میراگر شامل مشخص کردن پارامترهای آن یعنی جرم، سختی، و میرایی است. یکی از موضوعات اصلی در زمینه ی مطالعه و طراحی میراگر جرمی تنظیم شده، یافتن پارامترهای بهینه ی آن است. در این مطالعه براساس معادله ی بالانس انرژی در سازه، ضمن معرفی رابطه یی جهت کمینه سازی مقدار انرژی مازاد سیستم مرکب سازه و میراگر، جست وجوی عددی هدف داری جهت یافتن پارامتر بهینه ی میراگر برای کاهش پاسخ بیشینه ی لرزه یی سازه انجام شده است. این مطالعات برای دو حالت شتاب پایه ی هارمونیک و زلزله صورت گرفته و مطابقت خوبی بین نتایج به دست آمده و مطالعات گذشته در این زمینه مشاهده شده است. همچنین عملکرد میراگر بهینه در یک سازه با رفتار غیرخطی بررسی شده است.

    کلیدواژگان: کنترل غیرفعال، میراگر جرمی تنظیم شده، بهینه یابی، بالانس انرژی، رفتار غیرخطی
  • ابوالفضل عرب زاده*، مهرداد شفیعی علویجه صفحات 117-124

    از جمله مزایای دیوار برشی فولادی، در کنار سرعت و هزینه ی ساخت مناسب و همچنین موارد سختی اولیه، مقاومت و شکل پذیری بالای آن، امکان تعبیه ی گشودگی در هر محل دلخواه از پانل فولادی است. در این پژوهش ابتدا دیوارهایی با ضخامت ورق، نسبت ابعاد پانل و درصد گشودگی متفاوت در نرم افزار المان محدود آباکوس مدل سازی و روابطی که در گذشته برای تخمین میزان کاهش سختی و مقاومت ناشی از گشودگی پیشنهاد شده بود، اصلاح شده است. همچنین مشخصات لازم برای المان های تقویتی به گونه یی تعیین شده است که رفتار دیوار با و بدون گشودگی تحت بارگذاری مونوتونیک یکسان و روابطی نیز برای این منظور پیشنهاد شده است. نتایج حاکی از آن است که در صورت تقویت دیوار با روش پیشنهادی، رفتار دیوار و تنش وارده از ورق به قاب در دو حالت یکسان می شود و می توان از وجود گشودگی صرف نظر و دیوار را به روش های مرسوم مانند روش نواری مدل سازی کرد.

    کلیدواژگان: دیوار برشی فولادی، گشودگی، تحلیل عددی، اجزاء محدود غیرخطی
  • علی کمک پناه*، احسان آموزش صفحات 125-137

    میخ کوبی خاک یک روش پایدارسازی شیب ها و گودبرداری هاست، که به دلیل انعطاف پذیری، سرعت، و سهولت اجرا و نیز اقتصادی تربودن نسبت به دیگر سیستم های پایدارسازی، طی دهه های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. یکی از مزیت های دیوارهای پایدارشده با میخ، امکان صرفه جویی اقتصادی است. بنابراین طراحی بهینه ی چنین سیستم هایی باید با دقت خاصی انجام پذیرد. در این پژوهش ضمن تامین پایداری های کلی و داخلی حایل های پایدارشده با میخ، کاهش هزینه ی ساخت به عنوان یک مسئله ی بهینه سازی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور برنامه یی به زبان M a t l a b تهیه شده است، که در آن برای عملیات بهینه سازی از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. با استفاده از این برنامه، اثر برخی پارامترهای مهم قیمتی، از جمله هزینه ی حفاری چاله ها، فولاد و بتن پاشیده (شاتکریت)، در طراحی بهینه مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: بهینه سازی، میخ کوبی خاک، الگوریتم ژنتیک، پایداری کلی، پایداری داخلی
|
  • R. ABBASNIA, A. YOOSEFPOORAVANDARI * Pages 3-10

    The reliability of structures under di erent loading conditions is the main objective of civil engineers. Experiments show that buildings may be vulnerable to blast air pressure and localized failures that occur in them. The cause of the explosion could be accidental or intentional, e.g., happened by terrorist attacks on public or private buildings. Progressive collapse is a catastrophic phenomenon which has been of greatest interest to many researchers and engineers during the last decade. Therefore, in this study, RC framed structures designed in accordance with Iranian design codes are evaluated using the GSA guidelines in order to investigate their progressive collapse potential. A ve-story building is used to evaluate the impact of structural ductility on the progressive collapse that has a regular plan. The building blocks are designed for low, medium, and high ductile moment frames. In this study, the performance evaluation of progressive collapse conducted on buildings, and it shall include three di erent locations for removal of columns in the building plan. In addition to assessing the impact of locating columns in di erent locations, column removal is performed in stories 1, 3, and 5. In fact, in every building, there are 9 column removal scenarios; all these scenarios are analyzed for both methods of static and dynamic analyses. The structures are designed according to the conventional Iranian design codes, and afterwards evaluated using both nonlinear dynamic and nonlinear static analyses following di erent column removals. The column removals' static and dynamic analyses to assess the buildings are designed by di erent ductilities; it is concluded that the potential progressive collapse of the special moment frames is very much more than intermediate and ordinary moment frames. Based on the load combination speci ed by the GSA, ordinary and intermediate frames can withstand collapse up to overload factors of 1.8 and 1.33, respec- tively. On the contrary, the special moment-resisting frame cannot resist against progressive collapse, and several column removals lead to collapse. In fact, this may suggest that a special seismic design, while more ductile compared to an ordinary design, does not necessarily have a better performance under a column removal scenario.

    Keywords: progressive collapse, ductility, Dynamic analysis, analysis of pushdown, reinforced concrete moment frame
  • R. K. BADRI *, A. S. MOGHADAM, M. NEKOOEI Pages 11-23

    Safety assessment of a building is important in recognition and control of seismic hazards in high earthquake risk areas. The margin against collapse and the probability of failure are important indicators, which are mostly used to examine building safety against collapse. Evaluation of these indicators in a building is part of its collapse assessment under strong ground motion that may cause more modern buildings to collapse. Collapse assessment studies have often been carried out on symmetric buildings. Most research into plan-asymmetric buildings tries to introduce methods to control undesirable demands due to torsion-induced motion, or to suggest a proper design strategy in order to reduce torsional e ects on structural responses. However, such studies are often carried out using simple building models and are inadequate for modelling realistic multi-story buildings in the inelastic range. So, this study tries to examine the in uence of plan-asymmetry on the collapse performance of buildings that have been designed based on building codes. 5, 10 and 20% mass eccentricities are proposed as plan-asymmetric building models and collapse safety is investigated on 5- and 10-story reinforced concrete special moment frame buildings by assessing collapse probability and the collapse margin ratio. The inelastic behavior of the frame elements is modeled using lumped-plasticity hinges at the ends of each element. The parameters of the inelastic behavior model of these hinges are calculated by empirical calibration equations regarding the design details of structural elements. According to the results, the probability of collapse reduces as the mass eccentricity increases. The trends of the collapse margin also show that the increase of mass eccentricity improves the collapse safety of the proposed buildings. This is because the building models show torsionally sti behavior as the mass eccentricity increases. Although the collapse capacity decreases by increasing building height, it does not considerably in uence the variation of the proposed safety measures.

    Keywords: Collapse margin ratio, mass eccentricity, special moment frame
  • M. SOORI, M. OLYAEI * Pages 25-32

    Tunnelling in a saturated soil often produces a long-term interaction between the tunnel lining and the surrounding soil. In ltration and external pore-water pressures are often important factors that must be considered in the lining design. Development of pore water pressure may accelerate leakage and cause deterioration of the lining. This can be particularly troublesome to structural and functional components of the tunnel and can often lead to structural failure. In this paper, an axi-symmetric circular tunnel under the groundwater table is modeled using nite di erence software, and di erent conditions, such as an impermeable tunnel, a permeable tunnel and a lining drainage system with varying permeability are investigated. The structural behaviour of the lining and ow through the tunnel lining were modelled using a combination of beam and solid elements. The e ects of tunnel parameters, such as depth and diameter and variation of underground water levels, on the e ectiveness of the lining drainage system are examined. Moreover, the deterioration of a drainage system caused by clogging is investigated and the importance of giving careful consideration to lining permeability and hydraulic boundary conditions is highlighted. As a result of coupled analysis, a lining drainage system in a shallow tunnel with small diameter is more ecient, and e ective drainage conditions reduce pore water pressure loads, which decreases the bending moments and tensile stresses of the tunnel lining. By performing a parametric study for a tunnel with di erent lining permeabilities, a design curve to evaluate pore water pressure loads on the lining has been proposed. It is shown that the hydraulic deterioration of the drainage system signi cantly develops a magnitude of pore water pressure load on the tunnel lining.

    Keywords: Tunnel lining, drainage system, pore water pressure, clogging
  • M. BAGHI, M. YAZDANI *, A. ARDAKANI Pages 33-42

    Due to application of arti cially lightweight aggregates in various industries, the property of these aggregates is very important. According to their physical nature and the lack of bedrock, the elastic properties of arti- cially lightweight aggregates have a special complexity. At present, lightweight expanded shale aggregates or Liapor and expanded clay aggregates or LECA are the most important arti cially lightweight aggregate in Iran. Expanded shale or Liapor is produced using expansible shale by a dry process, and expanded clay or Leca is produced using expansible clay by a wet process and by cooking in horizontal rotary kilns. The major di erence between these two types of aggregate production is in the method of their agglomeration, which causes signi cant di erences in the nal product. Products often contain zero to 25 mm diameters, increase porosity by increasing diameter, and their densities are reduced. Since the standard for the direct determination of the elastic properties of the aggregate is absent, a combination of experimental methods and a theory of composite materials are used to determine these parameters. In the section of the theory of composite materials, using the micromechanical method and the inverse Mori- Tanaka homogenization model, the elastic properties of the inclusion of the according to matrix and composite material properties are determined. Paying attention to nature of the aggregates, their shape is assumed to be a complete sphere in this research. In the laboratory work, two groups of quaternary ordinary and structural Leca, and one group of trinary Liapor aggregates, each group being produced under identical conditions, are used. By a combination of each type of aggregate with cement sand mortar, and by building standard cylindrical samples of composite materials, the elastic properties of the matrix and composite samples are determined. Then, using experimental results and relations obtained from the Mori-Tanaka model, the elastic properties of the aggregate are determined. The results show an exponential relation between the elastic modulous and particle density, and a linear relation between the elastic modulous and the crushing resistance for LECA and Liapor aggregates.

    Keywords: Liapor, LECA, elastic properties, homogenization, mori-tanaka model
  • M. EMAMI *, S.S. YaSROBI, M. H. BAZIAR Pages 43-55

    The pressuremeter test can be considered one of the most important in situ tests in geotechnical engineering projects. The pressuremeter consists of two main elements: a radially extendable cylindrical probe, which is placed inside the borehole at the desired test depth, and a monitoring unit, which remains on the ground surface. These two parts are connected by cables and hoses. Coarse grained alluvium layers are major subsurface layers in urban areas, such as Tehran, the capital of Iran. Prediction of the behavior of these layers in geotechnical engineering problems is very important. Based on this, and for better predicting the constitutive behavior of coarse grained alluvium with cementation, physical modeling has been undertaken. For this evaluation, we used the pressuremeter test (PMT) in a laboratory chamber designed and constructed for this purpose. Insitu tests play an important role in any geotechnical engineering investigation. This test is capable of properly estimating the geotechnical and de ection parameters of soil. These parameters are the elasticity modules (E), the shear modules (G), the in situ horizontal stress (h), limit pressure (PL), undrained shear strength (Cu) for clay, over the consolidated ratio (Em/PL) and the reaction modules (Ks). Furthermore, the number of parameters of these constitutive models (in many cases) inhibits their incorporation into general purpose numerical codes, thus, restricting their usefulness in geotechnical engineering practice. There are several di erent kinds of pressuremeter that di er mainly by the way the probe is placed in the ground. These pressuremeter tests have been done using a preboring method. Then, for assisting the cementation e ect on the behavior of these layers, some pressuremeter tests have been undertaken in a laboratory chamber constructed for this purpose. This instrument was constructed for modeling under in situ conditions without cementation to inspect the e ects of cementation on the coarse grained alluvium layers. Afterwards, the results of the pressuremeter tests on the chamber are compared with each other and the geotechnical parameters of the coarse grained alluvium are reported. These pressuremeter stress-strain curves are compared with the eld test curves, and the constitutive parameters have been recalculated. Based on these curves, the elasticity modules and limit pressure were presented. Other parameters have been calculated in this paper. Finally, the results of the pressuremeter tests in the eld and the PMT in the chamber are compared with each other and the cementation e ect is reported.

    Keywords: Coarse grained alluvium, pressuremeter test, cementation effect, chamber, physical modelling
  • N. AKBARI PAYDAR, M. M. AHMADI * Pages 57-65

    Soil liquefaction is one of the most complex and destructive geotechnical phenomena and, therefore, several methods have been used for the evaluation of liquefaction potential, among which the simpli ed method is mostly used. In this method, which is mainly based on the standard penetration test (SPT), cone penetration test (CPT) and shear wave velocity (Vs) measurement, a boundary curve is provided to separate lique able and non-lique able soil zones. Shear wave velocity measurement is a good alternative method to penetration-based methods (SPT and CPT tests). This is especially true in micro-zonation of the liquefaction potential. Although relatively large studies have been carried out to establish the correlation between shear wave velocity and liquefaction resistance for sands; there are uncertainties about the e ects of non-plastic nes on the correlation. The objective of this research is to study the e ects of nes on the correlation of shear wave velocity and liquefaction resistance. In this regard, cyclic triaxial and bender elements tests have been performed, and shear wave velocity and the liquefaction resistance of clean sand, and combinations of this sand with non-plastic nes up to 25%, have been measured. A simple, semi-empirical, semi-analytical method is proposed to establish a correlation between shear wave velocity and liquefaction resistance. The e ects of non-plastic nes on the shear wave velocity and liquefaction resistance of silty sands have been examined in this study, and the e ects of nonplastic nes on the correlations between these two parameters are considered. The results in this study show that an increase in the ratio of silt to sand will result in a decrease in shear wave velocity and liquefaction resistance. Based on these results, it is argued that the correlation between the shear wave velocity and liquefaction resistance of various combinations of sand and non-plastic nes is soil speci c. Also, based on the results of this study, it is found that existing methods of liquefaction potential evaluation based on shear wave velocity may underestimate or overestimate the liquefaction resistance of silty sands.

    Keywords: Liquefaction resistance, shear wave velocity, non-plastic fines, bender element tests, cyclic triaxial tests
  • S.M. H. HOSEINI, S.M. BINESH * Pages 67-78

    In present paper, a biaxial test on a granular soil sample is simulated by the discrete element method. An ambiguous subject in the modeling of this test is the e ect of boundary conditions on the micro and macro behavior of the sample. In this context, four di erent types of boundary condition have been considered for the lateral boundaries across which the con ning pressure maintains a constant. The rst type of lateral boundary condition is rigid boundary that uses rigid plates for the imposition of stress. The second and third types of boundary condition are exible boundary, in which a string of particles acts as a plastic membrane and external forces imposed onto the string's particles. The last type of boundary condition used in present paper is that the outer particles of the samples are considered as the boundary particles and the external load imposed on them. The obtained results from the analyses show that the rigid boundary condition provides higher shear strength, with respect to the exible ones, and there is also no considerable softening in the stress-strain behavior. However, as the constraints are imposed onto the sample's particles by rigid plates, no shear band is detected. On the other hand, under all exible boundary conditions, shear band formation is obvious, but they su er from an instability problem. It has been observed that under the boundary condition wherein particles of the sample themselves act as the boundary, instability is inevitable. However, for boundary conditions in which strings of particles are used, orientations of external forces have a signi cant in uence on the stability of the sample. When the external force acts normal to the deformed shape of the boundary, no considerable instability has been observed, but when the external force acts in a constant direction from the beginning to the end of the test, instability occurs. It has been also observed that at micro scale, the sparseness of force chain distribution results in the global instability of the sample.

    Keywords: boundary conditions, biaxial test, Discrete element method
  • N. JOZ DARABI, S.N. MOGHADDAS TAFRESHI * Pages 79-88

    This paper describes the reinforcing e ects of multiple layers of a rubber-soil mixture in sand, using small scale and large scale static plate loading tests, respectively, at diameters of 113 mm and 300 mm. The small scale test and large scale plate load tests were conducted in a testing tank measuring 800800800 mm, and in an outdoor test pit dug in natural ground measuring 20002000 mm in plane and 700 mm in depth, respectively. According to previous studies of Moghaddas Tafreshi et al.[12], the optimum embedded depth of the rst layer of the rubber-soil mixture was found to be approximately 0.2 times the footing diameter, and the optimum percentage of rubber replacement was found to be around 8% the weight of the soil mixture. The thickness of the rubbersoil mixture, hrs, in terms of hrs=D (D: the loading surface diameter), the vertical spacing of the rubber-soil mixture layers, h, in terms of h/D, and multiple layers of rubber-soil mixture (N) in the foundation bed were the main parameters a ecting the bearing capacity and settlement of the foundation bed. The optimum thickness of the rubber-soil mixture and the optimum vertical spacing of the rubber-soil mixture layers were 0.4 and 0.2 times the loading plate diameter (i:e:; hrs=D = 0:4) and h/D=0.2). Results show that reinforcement eciency decreases as the number of rubber-soil mixture layers increases. For example, in the small scale loading plate at a settlement ratio of 4%, the bearing capacity was obtained at about 89, 102, 110 and 112 kPa for the unreinforced and reinforced beds with one, two and three layers of rubber-soil mixture, respectively. Furthermore, the reinforced bed with two layers of the rubber-soil mixture with optimum thickness located at optimum vertical spacing, shows more eciency than one layer of the rubber-soil mixture in increasing the bearing pressure of the foundation bed, whereas the total thickness of the mixture is the same.

    Keywords: Rubber-soil mixture layer, large and small scale, bearing pressure, settlement, plate load test
  • A. ESLAMI *, P. YARBAKHTI Pages 89-96

    Roller Compaction is one of the most common methods for modifying soil behavior when constructing road embankments, railway tracks and earth dams. Using the compaction approach for achieving optimized engineered ll, the major factor is the thickening of soil lift, which is always considered by the relevant engineers. It leads to a reduction in project cost, timing, and energy. In this research, e ective parameters regarding determination of the thickness of engineered embankments are explored, and then a 2D numerical modelling is carried out in order to evaluate the e ect of these parameters on lift thickness. The modelling is based on some assumptions, e.g., the material of the embankment and subgrade have optimum moisture content and the underground water level is below the subgrade zone, so that no excess pore pressure is exerted on the model as the result of additional loading. The e ects of subgrade conditions, roller energy, loading cycles and etc. were evaluated for a single layer embankment with four thicknesses of 15, 30, 45 and 60 cm. Four types of roller, steel wheel, pneumatic tyre, sheepsfoot and vibrator were modeled on the cross section of the road. Dynamic analysis was performed for the vibratory steel wheel rollers only, while static analysis was chosen for other cases due to the low roller speed. Results indicated that due to their special performance, if either sheepsfoot rollers with a high contact pressure, or vibratory rollers, while providing the suitable subgrade sti ness, were used, the thickness of the embankment lifts could be increased to approximately twice the common thicknesses of 20-25 cm, i.e., 40-50 cm. Case studies in which the maximum embankment lift was increased to 45 cm are also in agreement with the above mentioned results. According to the obtained results, increasing subgrade sti ness that causes limited lift displacement, allows for an increase in lift thickness. Increasing the applied energy can lead to an upgrade in the relative density of the embankment layer. This is due to the increase in the e ective depth of stress. Therefore, a combination of treated subgrades, due to their higher sti ness, and an increase in roller energy, will allow for an increase in the thickness of the embankment lifts.

    Keywords: Thickening, engineered fill, roller compaction, subgrade stiffness, roller energy, numerical modeling
  • M. GERAMI *, F. DANESHJOO, N. SIAH. POLO Pages 97-106

    Information regarding the nonlinear dynamic response of steel moment resistant structures a ected by earthquake should be as complete and integrative as possible to insure the ful llment of pre-determined limitations in design. Meanwhile it should be simple enough for implementation by professional engineers. To this end, the main objective of this study is to increase awareness of the nonlinear dynamic response of steel moment resistant frames (SMRF) and to provide methods for measuring the maximum load seismic demands of these structures using maximum global (roof) and interstory (intermediate) demands (which can be estimated by SDOF system demands). A further objective of this study is to provide a relation between interstory drift and the maximum local demand of beams. To this end, a considerable number of SMRF, short, mid and high rise structures, with a di erent number of stories and bays, were modelled in DRAIN2DX and analysed using nonlinear time history (NTHA) and conventional pushover analyses (CPO). The results of studies showed that beam ductility values are signi cantly higher than interstory and global ductility. Furthermore, higher mode e ects on the increase of rotational ductility in the upper stories of high-rise buildings are completely sensible. This was seen on the distribution of force and deformation demands in CPO and NTHA analysis states. It is possible to calculate maximum beam ductility, in respect to target ductility, the number of bays and the foundamental period of frame, with acceptable precision, by the proposed equation of the models in this study.

    Keywords: Rotational ductility, higher mode effects, target ductility, pushover analysis, nonlinear time history analysis
  • R. K. MOHAMMADI *, A. S. ZIARANI Pages 107-115

    A passive control strategy is the use of Tuned Mass Dampers (TMD). In a simple form, the TMD consists of 1 to 10 percent of the structure e ective mass connected to the main structure through a spring and a dashpot (viscous damper). The design is based on tuning the frequency of the TMD to the predominant frequency of the structure. So, when the structure is excited, the secondary mass vibrates in resonance with the structural motion, with 90 degrees of phase shift, and the TMD damping dissipates the input energy; consequently, a signi cant reduction in the response of the structure is achieved. Although the design process of the TMD, which includes determining its parameters, i.e., mass, sti ness and damping, is simple, nding optimum parameters has always been a challenging area in its analysis and design. In most optimization studies on tuned mass dampers, tuning and damping ratios are optimized and the damper mass is a pre-assumed parameter in design, because its optimum value is large and economically unjusti able in real structures. In this paper, on the basis of the structure energy balance equation for a single-degree-of-freedom model and an iterative formula that tends to minimize the kinetic energy of the structure, a wise (targeted) method has been developed to nd the optimum mass of the damper that reduces the maximum response of the system under harmonic and earthquake base accelerations. Eventually, good agreement was seen between the results of the present study and the ones obtained by previous related studies, which provides the possibility of optimal design of the damper through a simple iterative process. Also, the e ectiveness of the optimum TMD in a nonlinear structure has been investigated. It was shown that when the structure behaves nonlinearly, the e ectiveness of the TMD in reducing the peak response decreases, but, it provides damage reduction, and, for more severe input, protects the structure from collapsing compared to an uncontrolled structure.

    Keywords: passive control, tuned mass damper, optimum parameters, energy balance, nonlinear behavior
  • A. ARABZADE *, M. SHAFIEE Pages 117-124

    In recent years, structures are becoming taller, and high sti ness lateral load resisting systems are needed. Therefore, more attention has been paid to shear walls. In this paper, steel plate shear walls are investigated, which are appropriate in terms of construction speed, cost, high initial sti ness, strength and ductility. A feature of these walls is the capability of being able to create an opening at any location of the wall, due to architectural demands, and some equations have been proposed for estimating the e ect of these openings on wall behavior. In this study, the behavior of one-story walls due to monotonic loading has been investigated. At rst, we tend to nd more complete relations for sti - ness and strength reduction. So, walls with moment resisting frames, with minimum sti ness of the boundary elements of the panel (based on AISC's recommended equation), with 8 di erent thicknesses for the plate, 5 di erent panel aspect ratios and 5 di erent opening percentages (square opening in the middle of the panel) that have been modeled in nite element software, Abaqus, and relations for estimating sti ness and strength reduction due to that opening are proposed. The other purpose of this research is to present a method for strengthening these walls to reach the sti ness and strength of walls without openings after creating the opening; which is mandatory when we decide to create it after its design and construction. So, walls with variable panel openings and dimensions, modeled in software, and their e ects, were investigated. It can be concluded from the results that in the case of strengthening a wall with an opening based on the recommended method in this research, the existence of the opening can be ignored and conventional modeling methods for walls without openings can be used. These results are based on monotonic loading of onestory walls, but the cyclic behavior of walls and the e ect of moments resulted from multiple stories need further study.

    Keywords: Steel plate shear wall, opening, numerical analysis, Non-linear finite element
  • A. Komakpanah *, E. Amoozesh Pages 125-137

    During recent decades, soil nailing, as a method for increasing the stability of slopes and excavations, has been of interest to engineers, due to its exibility, rapid construction, ease of construction and its economical aspects, compared with other conventional stabilization methods. In other word, soil nailing is a reinforcing method, using the shear strength of in-situ ground and the pullout resistance of soil nails inserted into the ground, and other word inter-act with the ground through grouting. Cost e ectiveness is one of advantages of soil nailed walls. Hence, the optimized design of such systems should be undertaken with special care. In this research, decreasing the cost of construction of soil nailed walls, while ensuring their global, sliding and internal stability, is investigated as an optimization problem. A number of factors, such as the inclination, length, size and spacing of the nails, a ect the stability of a slope with a speci c geometry (i.e. height and slope angle). Furthermore, the in uences of these parameters on the safety factor vary with the shear strength parameters of soils. The abovementioned parameters cause this optimization problem to be multi-objective. Therefore, in order to arrive at a speci c factor of safety (F.S.) for a particular slope, utilizing the minimum volume of material, a computer program is written in MATLAB language, in which the Genetic Algorithm is used for optimization. In order to examine the accuracy of the written program, a number of soil nailed wall design examples that have been presented in reliable publications, are redesigned by this program and it is shown that the last design results stand in noticeable savings in the use of the required material, while the desired safety factor is maintained at a constant. Finally, the in uence of some important cost parameters, such as the cost of drilling holes for nails, shotcreting and steel price, and the e ect of each item on total cost, are analyzed using this program and compared with each other.

    Keywords: Optimization, soil nailing, genetic algorithm, global stability, internal stability