فهرست مطالب
مجله مهندسی عمران شریف
سال سی و سوم شماره 2 (تابستان 1396)
- تاریخ انتشار: 1396/06/30
- تعداد عناوین: 12
-
- پژوهشی
-
صفحات 3-12امروزه استفاده از جداگر لرزه یی به عنوان یک سیستم مقاوم در برابر زلزله به سرعت در حال افزایش است، به طوری که در سال های اخیر در ایران، مطالعات بسیاری بر روی آن انجام شده و نتایج آن به صورت دستورالعمل طراحی ساختمان های با جداساز لرزه یی به چاپ رسیده است. اما در آیین نامه ی مذکور به اثرات زلزله های حوزه ی نزدیک در نیازهای لرزه یی اشاره یی نشده است. زلزله های حوزه ی نزدیک به دلیل ماهیت تخریبی شدید، اهمیت خاصی دارند؛ به گونه یی که مطالعات وسیعی بر روی این نوع رکوردها و تاثیر آنها در سازه های مختلف انجام شده است. در نوشتار حاضر، به بررسی نیازهای لرزه یی ساختمان های با جداگر پرداخته شده است. در سازه های مورد بررسی، اثر زلزله های مزبور در نیازهای لرزه یی مورد بررسی قرار گرفته است. پارامترهایی همانند جابه جایی بین طبقه یی، توزیع نیروی زلزله در ارتفاع و تغییرمکان در جداگرهای لرزه یی مورد مطالعه و بحث قرار گرفته و با روش و مقادیر پیشنهادی در آیین نامه مقایسه شده است.کلیدواژگان: جداگر لرزه یی، حوزه ی نزدیک، پالس گونه، دینامیکی غیرخطی، استاتیکی معادل
-
صفحات 15-23بهینه سازی، ابزاری قدرتمند برای کاهش هزینه های غیرضروری در مسائل اجرایی است. از آنجایی که مسائل بهینه سازی ترکیبی مانند: مسئله ی فروشنده ی دوره گرد )T S P( و انواع مسائل مسیریابی وسیله ی نقلیه )V R P( از نوع N P-h a r d هستند، توصیه های تخصصی مبتنی بر حل آن ها توسط الگوریتم های فراابتکاری است. در نوشتار حاضر، مطالعه یی تفصیلی بر پیشینه ی به کارگیری الگوریتم کلونی زنبور صورت گرفته است. نتایج مطالعات پیشین، حاکی از توانایی قابل توجه الگوریتم مذکور در بهبود پاسخ های مسائل مختلف است. در تکمیل موارد بیان شده، نتایج مدل سازی الگوریتم کلونی زنبور مصنوعی با به کارگیری عملگرهای بهبوددهنده برای ارتقاء کارکرد الگوریتم، در قالب 2 مسئله ی فروشنده ی دوره گرد و مسیریابی وسیله ی نقلیه توسط نویسندگان نیز تاییدی بر ایده ی مطرح شده است. به طوری که نتایج اجرای الگوریتم بر مسائل نمونه ی معتبر، نشان از بهبود در پاسخ های 2 مسئله ی مذکور دارد، که این امر گواهی بر تولید پاسخ های با کیفیت با استفاده از الگوریتم کلونی زنبور برای حل مسائل پیچیده و عملکرد موفق آن در قیاس با سایر الگوریتم های جمعیت محور در بهبود نتایج است.کلیدواژگان: بهینه سازی، کلونی زنبور مصنوعی، مسئله ی فروشنده ی دوره گرد، مسئله ی مسیریابی وسیله ی نقلیه
-
صفحات 25-33روند ایجاد معیارهای شکست سنگ و نیز دقت آن ها در پیش بینی مقاومت سنگ تحت تنش های مختلف، نشان دهنده ی عملکرد مناسب معیارهای موجود در ارزیابی ویژگی های مقاومتی سنگ است. عدم جواب گویی دقیق معیارهای تئوریک برای پیش بینی مقاومت سنگ برای اغلب سنگ ها به علت ماهیت طبیعی ذاتی سنگ ها به اثبات رسیده است. همچنین ارائه ی معیارهای تجربی نیز مستلزم انجام مطالعات و انجام آزمون های سه محوری بر روی سنگ های مختلف است. در نوشتار حاضر، معیارهای شکست مهم سنگ از جمله: هوکٓ-ٓبراون، فرانکلین و بنیاوسکی، به عنوان معیارهای تجربی پرکاربرد در زمینه ی مهندسی سنگ انتخاب و سپس با استفاده از الگوریتم بهینه سازی تابو ثابت های هر معیار تعیین شده است. نتایج مطالعه ی حاضر نشان می دهد که استفاده از بهینه سازی تابو در به دست آوردن پارامترهای انواع معیارها می تواند پوش گسیختگی بهتری را برای شکست سنگ ایجاد کند. همچنین اصلاح فرمولاسیون معیار گسیختگی فرانکلین نیز انجام شده است.کلیدواژگان: معیار شکست، معیارهای تجربی، مقاومت سنگ، برازش منحنی (رگرسیون)، بهینه سازی
-
صفحات 35-49در پژوهش حاضر، روش نوینی برای تنظیم میراگر جرمی با درنظر گرفتن هم زمان پاسخ های پایدار و گذرا و میرایی سازه ارائه شده است. برای انجام این کار، تابع اولیه ی زمانی نیومارک اصلاح شده و فرایند بهینه سازی با کمینه سازی میانگین قدرمطلق نسبت جابه جایی سازه انجام شده است. در نتیجه، مقادیر مختلف نسبت جرم و بسامد سازه و نسبت های بهینه ی بسامد میراگر جرمی به صورت عددی به دست آمده است. سنجش عملکرد میراگر جرمی پیشنهادی با دو میراگر جرمی دیگر نشان می دهد که برای نسبت های جرمی کاربردی، احتمال کوچک بودن پاسخ سازه ی کنترل شده با شیوه ی پیشنهادی بیش از دیگر روش هاست. نتایج عددی نیز آشکار می سازد که برای حالت نزدیک به تشدید، اگرچه تمام میراگرها با خارج ساختن سازه از حالت ذکرشده سبب کاهش جابه جایی آن می شوند، ولی میراگر پیشنهادی، اثر کاهنده تری در پاسخ سازه دارد.کلیدواژگان: میراگر جرمی، سختی بهینه، پاسخ های پایدار و گذرا، روش نیومارک
-
صفحات 51-59در پژوهش حاضر، از روش عددی اجزاء مجزا جهت شبیه سازی مخلوط ماسه و خرده لاستیک استفاده شده است. بدین منظور، چندین نمونه شامل ماسه ی تمیز و مخلوط با درصد خرده لاستیک های 10\٪، 20\٪، 30\٪، و 50\٪ در نظر گرفته شده و رفتار آن ها تحت بارگذاری تنش های همه جانبه ی 50، 100، 200، و 400 کیلوپاسکال و بارگذاری فشاری انحرافی مطالعه شده است. شبیه سازی ها در فضای دوبعدی با کد D I S C انجام و دانه ها به صورت دایره در نظرگرفته شده اند. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که با افزایش درصد خرده لاستیک، سختی نمونه ها کاهش یافته است، در صورتی که با توجه به شکل دایروی ذرات، مقاومت برشی مخلوط تا اختلاط 30\٪، افزایش و سپس کمی کاهش یافته است. همچنین، با افزایش سطح تنش، مدول سختی اولیه ی نمونه ها کاهش داشته است. سپس نتایج شبیه سازی ها با نتایج کارهای آزمایشگاهی مقایسه شده است، که نشان از تطابق خوب میان روندهای مشاهده شده در رفتار مکانیکی نمونه های شبیه سازی شده و واقعی در آزمایشگاه است.کلیدواژگان: مخلوط ماسه و خرده لاستیک، رفتار مکانیکی، روش اجزاء مجزا (D E M)، شبیه سازی عددی
-
صفحات 61-67وقوع زمین لرزه های بزرگ در نزدیکی شهرهایی که در حوزه ی نزدیک قرار دارند غیرقابل انکار است. حرکت زمین در حوزه ی نزدیک، خصوصیات متفاوتی نسبت به حوزه ی دور از گسل دارد. پس از زمین لرزه های مخربی همانند: لاندرز )کالیفرنیا، 1992(، چی چی )تایوان، 1999(، و کوجاالی )ترکیه، 1999(، جامعه ی مهندسی به فکر درنظر گرفتن ویژگی های متفاوتی در طراحی سازه های نزدیک گسل افتاده است؛ که یکی از آن ها، گسلش سطحی است. با توجه به اینکه اثر مخرب گسلش سطحی در بسیاری از آیین نامه های طراحی سازه ها در برابر زلزله نادیده گرفته شده است، در نوشتار حاضر به بررسی اثر مخرب آن پرداخته شده است. در پژوهش حاضر، با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود A B A Q U S به بررسی اثر صلبیت فونداسیون در تغییر مسیر گسلش پرداخته شده و لایه ی خاک و فونداسیون گسترده با ضخامت های مختلف و با اعمال اندرکنش خاک و فونداسیون، تحت جابه جایی های ناشی از زلزله قرار گرفته اند. نتایج نشان داده است که افزایش صلبیت فونداسیون، موجب تغییر مسیر گسلش می شود.کلیدواژگان: صلبیت فونداسیون، اندر کنش بین خاک و فونداسیون، گسلش سطحی، حوزه ی نزدیک گسل
-
صفحات 69-77قاب های فولادی با مهاربندهای کمانش تاب، به عنوان یکی از سیستم های جدید در سازه ها مورد استفاده قرار گرفته است. هزینه ی نسبتا زیاد برای تامین این سیستم سازه یی باعث شده است که پژوهشگران همواره به دنبال روش هایی برای بهینه سازی هزینه های لازم با تامین عملکرد لرزه یی موردنیاز در سازه ها باشند. در پژوهش حاضر، به بررسی تغییرات طول ناحیه ی تسلیم مهاربندهای کمانش تاب با کاهش سطح مقطع مهاربندها در سطوح عملکرد قاب های فولادی پرداخته شده است. نتایج نشان می دهد که کاهش سطح مقطع مهاربندهای کمانش تاب بیش از 50\٪ موجب تغییر سطح تقاضای لرزه یی در مدل های مورد مطالعه از ایمنی جانی به آستانه ی فروریزش شده است، که نتیجه ی مذکور برای ارزیابی و طراحی ساختمان های مختلف براساس سطوح عملکرد موردانتظار قابل استفاده خواهد بود. نتیجه این تحقیق می تواند در کاهش هزینه های مصالح مربوط به مهاربندهای کمانش تاب گردد و باعث گسترش کاربرد این مهاربندها در ساختمان ها با کاربری و میزان خطرپذیری مختلف شود.کلیدواژگان: مهاربند کمانش تاب، ناحیه ی تسلیم، سطوح عملکرد
-
صفحات 79-86محاسبه ی نشست تحکیم خاک های ریزدانه ی اشباع، اهمیت زیادی در طراحی سازه های ژئوتکنیکی و آبی دارد. طی فرایندهای زمین شناسی در برخی از توده های خاک، نواحی ماسه یی وجود دارد که زهکشی در آنها از تمامی سطوح جانبی انجام می شود و به این نواحی، لنزهای محصورشده ی ماسه گفته می شود. در محاسبات تحکیم این قبیل خاک ها، استفاده از تئوری تحکیم یک بعدی ترزاقی و فرض لایه یی و همگن بودن خاک، از دقت محاسبات می کاهد. در پژوهش حاضر، تاثیر اشکال و نحوه ی قرارگیری لنزهای ماسه یی، با کمک روشی بدون شبکه بر روی رفتار تحکیمی خاک بررسی شده است. نتایج مدل سازی عددی نشان داده اند که شکل و توزیع مکانی لنزها باعث ایجاد تغییراتی در توزیع فشار آب حفره یی خواهد داشت که این امر اثر معناداری در زمان رسیدن به نشست تحکیمی نهایی خاک مورد مطالعه دارد. همچنین با توجه به تنوع لایه های زمین و شکل پیچیده ی لنزها، استفاده از روش مذکور منجر به نتایج مطلوب تری در مقایسه با سایر روش های متداول می شود.کلیدواژگان: لنز ماسه یی، کمینه ی مربعات گسسته ی هم پوش، نشست تحکیمی، فشار آب حفره یی
-
صفحات 87-97یکی از مهم ترین مسائل در تحلیل و طراحی سازه ها، وجود ترک و نقص در سازه هاست. بسیاری از سازه ها که ترک دارند، به صورت تحلیلی قابل حل نیستند؛ از این رو، حل مسائل مکانیک شکست با روش های عددی به یکی از مسائل مهم تبدیل شده است. نوشتار حاضر به توسعه ی یک روش نیمه تحلیلی جدید به نام روش معادلات مجزا پرداخته است، که در آن با استفاده از نظریه ی مکانیک شکست ارتجاعی خطی، ضرایب میدان ارتجاعی مجانبی نوک ترک، که به ضرایب سری ویلیامز شهرت دارند، محاسبه و با محاسبه ی 4 ضریب اول سری ویلیامز، میدان جابه جایی و تنش تقریب زده شده است. در ادامه، با تعریف دستگاه مختصات مرجع در نوک ترک و تعریف یک فرم جدید از بردار نیروهای گره یی، مسئله ی ترک در روش معادلات مجزا پیاده سازی شده و با حل دو مثال عددی، روش معادلات مجزا مورد صحت سنجی قرار گرفته است.کلیدواژگان: روش معادلات مجزا، مکانیک شکست ارتجاعی خطی، سری ویلیامز، مسائل دوبعدی
- یادداشت فنی
-
صفحات 99-109امروزه روش های متعددی برای اصلاح خصوصیات فیزیکی و رفتار مکانیکی خاک های نامناسب موجود است. روش های مذکور شامل: تراکم، تحکیم، پیش بارگذاری، تزریق، تثبیت با افزودن مواد شیمیایی و... است. امروزه به کارگیری خرده لاستیک فرسوده جهت تسلیح خاک ها، روشی مناسب برای افزایش مقاومت و ظرفیت باربری خاک هاست. استفاده از خرده لاستیک علاوه بر جنبه ی تاثیر آن در پارامترهای مقاومتی خاک می تواند تاثیر به سزایی در بازیافت این مواد دور ریز ایجاد کند. در پژوهش حاضر، آزمایش های مقاومت برشی بر روی مصالح رس کائولینی به عنوان مصالح مبنا و همچنین با افزودن خرده لاستیک به عنوان مصالح مسلح شده انجام شده است. آزمایش ها شامل آزمایش سه محوری در دو حالت زهکشی شده و زهکشی نشده و همچنین آزمایش های نسبت باربری کالیفرنیا بر روی هر دو مصالح است. نتایج آزمایش ها بهبود پارامترهای مقاومت برشی و شکل پذیری رس های مسلح شده با خرده لاستیک را نسبت به رس مبنا نشان می دهند.کلیدواژگان: خاک رس مبنا، خاک رس مسلح شده، خرده لاستیک فرسوده، آزمایش سه محوری، آزمایش نسبت باربری کالیفرنیا
-
صفحات 111-118در نوشتار حاضر، به فرمول بندی وحل مسئله ی طراحی شبکه های حمل ونقل چنددوره یی )M P N D P(\پانویس{m u l t i p e r i o d n e t w o r k d e s i g n p r o b l e m} پرداخته شده است. به عبارت دقیق تر با وارد کردن مسئله ی زمان در مسئله ی طراحی شبکه ی حمل ونقل به حل مسئله ی طراحی شبکه ی همراه با زمان بندی بهینه ی پروژه ها به طور هم زمان اقدام می شود. در حالت کلی، مسئله ی طراحی شبکه ی چنددوره یی حمل ونقل در زمره ی مسائل بسیار پیچیده قرار دارد و روش های معمول و سنتی برای حل آن ناکاراست. در این نوشتار از دو روش ابتکاری یکی براساس روش جستجوی ممنوعه و دیگری روش تندترین نزول برای حل مسئله استفاده شده است. روش تندترین نزول از لحاظ رسیدن به جواب بهینه در مسائل با ابعاد کوچک، به مراتب قوی تر از روش ابتکاری جستجوی ممنوعه عمل می کند؛ اما با بزرگ شدن ابعاد مسئله، کارایی آن به شدت کاهش می یابد. بنابراین، روش جستجوی ممنوعه می تواند به عنوان روش عملی تر برای مسائل با ابعاد بزرگ معرفی شود. به عنوان مثال، در شبکه ی آزمایشی شهر سایوکس فالز وقتی تعداد پروژه ها از 3 به 6 عدد می رسد، زمان حل در روش جستجوی ممنوعه از 2 به 8 دقیقه افزایش می یابد، درحالی که زمان حل در روش تندترین شیب از 5 به 90 دقیقه می رسد. در مثال مذکور، با افزایش تعداد دوره های زمانی از 7 به 10 سال، زمان حل در روش جستجوی ممنوعه از 4 به 10 دقیقه، و در روش تندترین شیب از 25 دقیقه به 118 دقیقه افزایش یافته است.کلیدواژگان: طراحی شبکه، طراحی شبکه ی چنددوره یی، روش های ابتکاری، جستجوی ممنوعه، تندترین نزول
-
صفحات 119-128در نوشتار حاضر، ضریب رفتار و عوامل تاثیرگذار آن و همچنین ضریب بزرگ نمایی تغییر مکان جانبی به کار رفته در ویرایش چهارم استاندارد
2800 ایران برای قاب های خمشی فولادی متوسط ارزیابی شده است. برای تعیین پارامترهای موثر در ضرایب مذکور، علاوه بر روش ارائه شده
در استاندارد 2800، از رویکرد جدیدتر 695F E M A-P نیز استفاده شده است. نتایج حاصل از تحلیل های استاتیکی غیرخطی بر روی مدل هایی با تعداد طبقات مختلف نشان داده است، که متوسط ضریب مقاومت افزون برای مدل های مختلف براساس روش دوخطی کردن استاندارد 2800 و روش 695F E M A-P به ترتیب 1٫80 و 2٫37 است. همچنین مقادیر متوسط ضریب رفتار محاسبه شده در حد مقاومت براساس دو روش مذکور به ترتیب 3٫98 و 5٫26 است، در حالی که مقادیر پیشنهادی ضریب مقاومت افزون و ضریب رفتار حد مقاومت برای قاب های خمشی متوسط در ویرایش چهارم استاندارد 2800 به ترتیب 3 و 5 هستند. بنابراین روش پیشنهادی در 695F E M A-P برای ارزیابی پارامترهای عملکردی سازه، تطابق بهتری با ضریب رفتار ذکرشده در استاندارد 2800 برای قاب های خمشی فولادی متوسط دارد. همچنین متوسط ضریب بزرگ نمایی تغییرمکان جانبی 3٫67 به دست آمده است، که اندکی کمتر از مقدار متناظر به کار رفته در استاندارد 2800 برابر با 4 است.کلیدواژگان: ضریب رفتار، ضریب بزرگ نمایی تغییرمکان، تحلیل استاتیکی غیرخطی، قاب خمشی فولادی
-
Pages 3-12Nowadays, the uses of seismic isolators as earthquake resistant systems are rapidly increasing. So, in recent years, Iranian researchers have been doing a lot of research on seismic isolators, and results have been published as guidelines for seismic isolated buildings. But, in these regulations, the effects of the near- field earthquake seismic requirements are not mentioned. As earthquake magnitude increases, effects owing to duration, long-period ground motion and near source pulses become more important; in these respects, the current practice may be inadequate. For near-fault locations, the code section on base-isolated buildings requires site-specific analyses, which could produce satisfactory results if the ground-motion consultant makes a realistic recommendation.Near-field earthquakes due to their severe destructive effect are more important, such that extensive research on the different types of records and their impact on structures are investigated. This paper discusses the seismic requirements of buildings with seismic isolators subjected to multicomponent earthquakes. Parameters, such as the inter-story drift, distribution of earthquake force, and displacement of seismic isolators, have been studied, discussed, and compared the values proposed by the guidelines. In order to evaluate the seismic behavior of buildings with seismic isolation subjected to near-field earthquakes, the study included four groups of structures: three- , five- , seven-, and ten-story; each of the four groups of buildings with base isolators was designed for five periods as: 1, 1.5, 2, 2.5, and 3 seconds. For structural analysis of the supposed models, the OpenSees software was used and P-$Delta$ effects were considered in the analysis. Each of the structures was analyzed under multi-component non-linear time history of earthquake.According to the result, the results of the method of equivalent static values and those of time history analysis are different; by increasing the period of structures, the non-uniform distribution of story shear in elevation is deformed to uniform distribution.Keywords: N?e?a?r f?i?e?l?d e?a?r?t?h?q?u?a?k?e?s, b?a?s?e i?s?o?l?a?t?o?r, m?u?l?t?i-c?o?m?p?o?n?e?n?t e?a?r?t?h?q?u?a?k?e?s, n?o?n-l?i?n?e?a?r t?i?m?e h?i?s?t?o?r?y a?n?a?l?y?s?i?s
-
Pages 15-23Optimization methods are one of the strongest tools for managing time and decreasing unnecessary costs in operational issues. The purpose of optimization, regarding constraints and requirements, is to find an appropriate and acceptable solution to a problem. Since; most of the combinatorial optimization problems, such as Travelling Salesman Problem (TSP) and different types of Vehicle Routing Problem (VRP), are subcategories of NP-Hard class, expert recommendations are toward solving these kinds of problems by metaheuristic algorithms such as Artificial Bee Colony (ABC) algorithm instead of exact solving methodologies.
In this paper, a comprehensive study was conducted on the background of Artificial Bee Colony algorithms and the results of its application on various transportation problems. The formulation of Vehicle Routing Problem and its constraints was also discussed. The results show that the ABC algorithm has a significant power to improve solving various problems. As an intuitive summary, one can refer to Szeto et al. (2010) who proposed an ABC algorithm for solving the Capacitated Vehicle Routing Problem in which the mean percentage improvement of the average results of all test instances was 4.16% and the best percentage improvement was 3.53%. Further, a Hybrid ABC algorithm was designed by Zhang et al. (2014) for one of the latest Vehicle Routing Problems. They implemented the algorithm for Environmental Vehicle Routing Problem which outperforms the original ABC algorithm by 5% on average. Therefore, it can be concluded that the Artificial Bee Colony algorithm is very successful in improving the results of this kind of experiment.In completion of the above-mentioned, the results of the proposed ABC algorithm by this study for solving Travelling Salesman Problem and Vehicle Routing Problem with Simultaneous Pickup and Delivery confirmed the expressed idea. As a result, the assumed algorithm improved instances of TSP about 1.03% and 8.88% which were named gr120 and gr202, respectively. It also enhanced the CMT1X and CMT3X instances in VRP-SPD about 0.41% and 1.31%, respectively. This certificates the quality, high capacity and preference of the ABC algorithm.Keywords: o?p?t?i?m?i?z?a?t?i?o?n, a?r?t?i?f?i?c?i?a?l b?e?e c?o?l?o?n?y (A?B?C), t?r?a?v?e?l?l?i?n?g s?a?l?e?s?m?a?n p?r?o?b?l?e?m (T?S?P), v?e?h?i?c?l?e r?o?u?t?i?n?g p?r?o?b?l?e?m(V?R?P) -
Pages 25-33Failure criterion has long been known and used as a useful criterion for evaluating the strength properties of rocks. Failure criteria development process and increase of their accuracy in predicting the lateral strength of rocks under pressure indicate the high performance and precision of modern standards in evaluating features of rock strength. The development of failure criteria begins with the initial theoretical criteria and leads to empirical criteria based on curve fitting on tri-axial failure data. Accurate theoretical criteria are not reliable in predicting the rock strength regarding most natural stones, and it is proved to be due to their nature.Although theoretical criteria are critical and necessary for better comprehension of rock behaviour, their application are very limited in practice. Design's experimental criteria are more frequently used. In recent five decades, in order to simulate tri-axial behaviour of rock specimen, several experimental criteria have been presented which only a few of them have gained popularity. Function forms in these criteria have been different: separate constants are introduced for estimation of the strength of the rock type in every one of them. In this study, the TABU Search (TS) with its considerable features that can help us as a powerful tool in the optimization of difficult problems is used to optimize the mentioned criteria. To use TABU search techniques in this study, the algorithm is written in MATLAB.In this paper, Hoek---Brown, Fairhurst, Franklin and Bieniawski criteria have been selected as empirical criteria. Verifying the predictions of the four criteria concerning the experimental data of different rock samples will be analyzed; moreover, their advantages will be compared. In this study, constants for each criterion are obtained using two methods; the curve fitting and the optimization with TABU's algorithm. The results achieved in this study indicate that the use of optimization algorithms, compared with the curve fitting (regression), can have considerably better envelope failure prediction for different rocks.Keywords: f?i?t?t?i?n?g, o?p?t?i?m?i?z?a?t?i?o?n, f?a?i?l?u?r?e c?r?i?t?e?r?i?a, e?m?p?i?r?i?c?a?l c?r?i?t?e?r?i?a, r?o?c?k s?t?r?e?n?g?t?h
-
Pages 35-49This paper deals with studying the specifications of common control system, known as tuned mass damper, i.e., TMD, and evaluating its efficiency for controlling the structural vibrations. For this purpose, a new method is proposed for designing characteristics of tuned mass damper, i.e. TMD. Here, the effects of both the transient and steady state responses of dynamic system are utilized here for determining the specifications of tuned mass damper, i.e. mass, stiffness, and damping factors. The proposed formulation is presented for structures with natural damping. In other words, the tuned mass damper is designed for damped vibrations. This procedure utilizes a new approach in which the mean of absolute values of the lateral structural displacement ratio is minimized. For this purpose, the Newmark time integration is modified so that it is used for minimizing the mean of absolute values of the structural lateral displacement ratio. It should be noted that the minimization process could not be performed analytically. Therefore, a numerical technique, i.e., the modified Newmark time integration, is utilized here to minimize the mean of absolute values of the lateral structural displacement ratio. This procedure leads to new quantities for mass ratio and TMD's frequency, which are obtained numerically. Afterwards, the proposed technique for designing the tuned mass damper is evaluated analytically and numerically. The analytical evaluation of the suggested technique shows that the proposed design method has more efficiency in comparison with other well-known existing approaches, especially for the common mass ratios. In other words, the developed procedure for determining the characteristics of the tuned mass damper has suitable efficiency to use as passive control mechanism. From this point of view, the suggested method has excellent performance in the resonance condition. Moreover, numerical results show that the developed technique reduces the structural vibrations more effectively in comparison with other design schemes.Keywords: T?u?n?e?d m?a?s?s d?a?m?p?e?r, o?p?t?i?m?u?m s?t?i?f?f?n?e?s?s, t?r?a?n?s?i?e?n?t a?n?d s?t?e?a?d?y s?t?a?t?e r?e?s?p?o?n?s?e?s, n?e?w?m?a?r?k's m?e?t?h?o?d
-
Pages 51-59In recent years, application of rubber-soil mixtures has been widened in civil engineering problems. As a consequence, a lot of studies are performed in order to understand the mechanical behaviour of such mixtures. One of the research tools for studying the behavior of such mixtures is the utilization of numerical methods. Among them, Discrete Element Method (DEM), which is specifically denoted to the simulation of granular media, is used in this paper by using DISC code. To this end, several samples, including clean sand as well as sand-rubber mixtures with different portions of rubber (10%, 20%, 30%, and 50%), were considered. The samples were loaded by two stages including isotropic compaction under confining pressures of 50, 100, 200, and 400 kPa as well as deviatoric compression loading. The second stage was performed in such a way that the samples were loaded in vertical direction by displacement-control procedure; at the same time, the lateral stress (in horizontal direction) was kept constant. The simulations were considered in two-dimensional space with circular particles for both sand and rubber. Numerical simulations showed that the increase in rubber content of the samples caused a decrease in the stiffness of the mixtures continuously, while the shear strength raised up to rubber content of 30%, and then it decreased slightly. By comparing the results with those of experiments, it is understood that this occurrence is due to the assumption by which, the geometry of particles was considered as circular. The results show that the increase in the confining stress level causes an increase in the initial tangent stiffness of the samples. However, the increase in rubber content still has decreasing effect on the initial tangent modulus. In the present study, the comparison of simulation results with those of experiments reveals that there is good agreement between the observed trends in the mechanical behaviour in a qualitative manner.Keywords: S?a?n?d-r?u?b?b?e?r m?i?x?t?u?r?e, m?e?c?h?a?n?i?c?a?l b?e?h?a?v?i?o?r, d?i?s?c?r?e?t?e e?l?e?m?e?n?t m?o?d?e?l?i?n?g (D?E?M), n?u?m?e?r?i?c?a?l s?i?m?u?l?a?t?i?o?n
-
Pages 61-67The occurrence of large earthquakes in cities placed near active faults is an undeniable fact. Earthquakes which occur in these cities have different characteristics from those occuring in cities placed in far-field. After destructive earthquakes, such as Landers-California(1992), Kobe-Japan(1995), Chi-Chi-Taiwan(1999), Duzce and Kocaeli-Turkey(1999), engineering societies and scientific committees realized that these different characteristics should be considered in analysis and design of structures placed in near fault.One of these characteristics is surface fault rupture which is a very destructive feature of near-fault earthquakes and has caused great loss of lives and severe damages to lots of structures. But, past earthquakes showed that there were also some structures that survived this surface fault rupture and the rupture path was changed and passed away from the structures instead of passing under the foundation of structure; this fact shows that by studying this characteristic and setting some limitations on the construction of structures in near-fault, structures can survive this destructive feature. In most standards of seismic design of structures, this characteristic was denied; in some other standards, fault avoidance zones have been considered in order to deal with surface rupture, but these zones are not adequate for this purpose due to different reasons.In this investigation, this characteristic of near-fault earthquake was investigated by studying the effect of foundation stiffness on the surface fault rupture. In order to study the effects of this characteristic on designing structure in near-fault field, 2D models of soil layer with the mat foundation on it were modelled in finite element software ABAQUS considering soil-foundation interaction. The stiffness of foundation was varied with 2 parameters, the thickness of foundation and the length of it.Results demonstrate that the foundation stiffness has an obvious effect on the surface rupture path and increasing stiffness of the foundation by increasing the thickness of it or decreasing the length of it changes the path of surface fault rupture.Keywords: N?e?a?r- f?a?u?l?t, s?u?r?f?a?c?e f?a?u?l?t r?u?p?t?u?r?e, s?o?i?l- f?o?u?n?d?a?t?i?o?n i?n?t?e?r?a?c?t?i?o?n, f?o?u?n?d?a?t?i?o?n s?t?i?f?f?n?e?s?s, f?o?u?n?d?a?t?i?o?n t?h?i?c?k?n?e?s?s a?n?d l?e?n?g?t?h
-
Pages 69-77The use of new lateral load resisting systems to improve the seismic behaviour, optimal management of material utilization and application of modern technologies is indispensable and inevitable. Buckling Restrained Braces (BRBs) as one of these systems have been considered and used in the steel frame buildings. The disadvantage of these systems is their relatively high cost, and the researchers are always looking for methods to optimize the cost requirements to meet the seismic performance levels of structures equipped with these systems. Therefore, in this study, the effect of yielding segment on seismic performance of buckling restrained braces has been investigated. For this purpose, twelve models of steel frames with five and eight stories under seismic loading have been evaluated and the sections of BRB have been reduced up to 25%, 50% and 75% separately and have been studied. The results show that the studied mid-rise buildings have acceptable performance compared with low-rise buildings. Also 50% reduction of BRB section brought about a change in a way that the seismic demand in the studied models increases from Life Safety (LS) to Collapse Presentation (CP). These results will be applicable to the evaluation and design of the building structures for different expected performance levels. Based on these results and importance of structures, seismic risk and the expected performance level can optimize the cost of the application of Buckling Restrained Braces and extension of the BRB's applications. In addition to, the performance level of BRBs, energy dissipation in the BRBs is the proper criteria to select the optimum of materials; this subject is being investigated in this study. The results of the energy dissipation show that the models with larger spans and the 25% section reduction have the larger dissipation strain energy compared to other models of smaller spans, indicating a greater absorption of energy in these models. Similar results have also been obtained in various studied models about plastic energy dissipation.Keywords: B?u?c?k?l?i?n?g r?e?s?t?r?a?i?n?e?d b?r?a?c?e, y?i?e?l?d?i?n?g s?e?g?m?e?n?t, p?e?r?f?o?r?m?a?n?c?e l?e?v?e?l?s
-
Pages 79-86The settlement of a soil layer beneath structures has an important role in the designing procedure. Consolidation is a major mechanism of settlement in the cohesive soils. In some area, sand lenses may be existed in soil layers which facilitate the dissipation of the excess of the pore water pressure. Since they may possess any arbitrary shapes, the numerical simulation of the phenomena, may face with some difficulties in domain discretization when a conventional mesh based method are used. Meshfree methods are rather new approaches in the numerical solution of the engineering problems which gives a flexible tool in the discretization of domains with complex geometry. In this paper a least squares based and integral free meshless method, named Collocated Discrete Least Squares (CDLS), is used to solve two dimensional consolidation problems in the present of sand lenses with different kinds of shapes and positions in a cohesive soil. In this paper, a bench mark problem is solved to validate the proposed scheme. Then more complicated problems are dealt with to investigate the effect of existence of sand lenses and the location of them into the settlement process of the cohesive soils. Also the results show the proposed approach, can obtain reliable solution for even complicated problems. It is shown that sand lenses have considerable effect in the settlement a soil depending on its shape and orientation. It can be predictable since the excess pore water pressure dissipates from all lateral surfaces of the sand lenses and the external loading will put on the soil aggregate sooner. In type of orientation for the sand lenses, the pore water pressure dissipates more slowly than the lenses with a plane look. The results show that the effect of sand lenses can be more noticeable if they have a plane and horizontal shapes.Keywords: S?a?n?d l?e?n?s?e?s, c?o?l?l?o?c?a?t?e?d d?i?s?c?r?e?t?e l?e?a?s?t s?q?u?a?r?e?s, c?o?n?s?o?l?i?d?a?t?i?o?n, p?o?r?e w?a?t?e?r p?r?e?s?s?u?r?e
-
Pages 87-97The existence of crack and notch is a significant and critical subject in the analysis and design of solids and structures. As most of cracked domain problems do not have closed-form solutions, numerical methods are the current approaches dealing with fracture mechanics problems. This study presents a novel application of the decoupled equations method (DEM) to model crack issues. Based on linear elastic fracture mechanics (LEFM), the first four coefficients of the William's series for the crack tip's asymptotic elastic field are computed using the DEM. In this method, only the boundaries of problems are discretized using specific higher-order sub-parametric elements and higher-order Chebyshev mapping functions. Implementing the weighted residual method and using Clenshaw-Curtis quadrature result in diagonal Euler's differential equations. In the present method, the so-called local coordinate's origin (LCO) is selected at a point, from which the entire domain boundary may be observed. For the bounded domains, the LCO may be chosen on the boundary or inside the domain. Furthermore, only the boundaries which are visible from the LCO need to be discretized, while other remaining boundaries passing through the LCO are not required to be discretized. Consequently, when the local coordinates origin (LCO) is located at the crack tip, the geometry of crack problems is directly implemented without further processing. In fracture mechanics problems, the stress at the crack tip approaches to infinity, and hence the original DEM is not able to represent infinite stress at the crack tip, basically. To overcome this problem, a new form of force function is constructed to represent infinite stress at the crack tip, and the first four coefficients of the William's series are then computed. Validity and accuracy of this method is fully demonstrated through two benchmark problems. The results show that stress and displacement fields agree very well with the results of other methods. In addition, the coefficients of the William's series show good agreement with the results of existing methods available in the literature.Keywords: D?e?c?o?u?p?l?e?d e?q?u?a?t?i?o?n?s m?e?t?h?o?d, l?i?n?e?a?r e?l?a?s?t?i?c f?r?a?c?t?u?r?e m?e?c?h?a?n?i?c?s (L?E?F?M), w?i?l?l?i?a?m?'s s?e?r?i?e?s, t?w?o-d?i?m?e?n?s?i?o?n?a?l p?r?o?b?l?e?m?s
-
Pages 99-109Today, several methods are available for improving the physical and mechanical behaviour of the soils unsuitable for construction projects. These methods include compaction, consolidation, preloading, grouting, stabilization by adding chemical materials, etc. Addition of waste crumb rubber to reinforcing the soils is an appropriate method for improvement the strength and bearing capacity of the soils. In addition to the improvement of soil engineering properties, the addition of waste crumb rubber is a measure for the protection of environment. In this study, the shear strength parameters of the kaolinite clay, as the control material, and kaolinite clay reinforced by different percentage of two different types of crumb rubber content have been evaluated. The consolidated drained (CD) and unconsolidated undrained (UU) tri-axial and California Bearing Ratio (C.B.R) tests have been conducted on the control and crumb rubber reinforced soils. Results show that the addition of crumb rubber to the soil results in the improvement of shear strength parameters the ductility f soils. An optimum crumb rubber content is found, which results in the maximum bearing capacity of the soil.The name kaolin is derived from the kao-ling, a village in Jiangxi province, China. Kaolin is composed of white colour china clay. The mineralogical name of Kaolin is Kaolinite, with chemical formula of Al4 (Si4O10)(OH)8 in triclinic system, and the stiffness of 1-2.5 and melting point of 1785 C. Its colour is white tending toward yellow, sometimes- green or blue, tasting soil and intensely smelling soil in wet condition. This mineral is mostly plastic and solouble in water, diluted cold acid, warm and strong choloridric and sulphuric acid and insoluble hydroxide base. Different types of this clay, including ball clay, Halozite, Dikite, and Nakrite can be found in nature. The reasons for the wide applications of this soil in construction materials, ceramics, etc. are being a good filler and coater, softner of surface, resistant against wear, having low conductivity of electricity and heat and katalizator property. On the other hand, due to the industrialization of societies, generation of waste rubber has been greatly increased in recent years. Decomposition of rubber lasts a very long time, and their deposition without appropriate control leads to many environmental problems associated with the rubber are the leaching of harmful materials of buried wastes, and the generation of heat and poisonous gases due their incineration.Keywords: B?a?s?e c?l?a?y s?o?i?l, r?e?i?n?f?o?r?c?e?d c?l?a?y, w?a?s?t?e c?r?u?m?b r?u?b?b?e?r, t?r?i-a?x?i?a?l t?e?s?t, C?B?R t?e?s?t
-
Pages 111-118The traditional network design problem tries to increase surplus benefits of users over long-term period or increase the reliability of the system in short-term period. An implied assumption of most these studies is that all projects are selected and implemented in a short period of time and budget limitations are only considered within that short time. This assumption is not a valid assumption for some real transportation projects. It is more appropriate to consider the fluctuations in demand over long-term period. Demand for transportation infrastructures does not only change with time, but is also influenced by variations in supply. Transportation projects usually consist of several components that are continually implemented and operated during the project's life cycle. The benefits and costs of operation of different parts of the projects at different times should be considered in project evaluation. This paper deals with formulating and solving the Multi-Period Network Design Problem (MPNDP). MPNDP is a variation of the Network Design Problem (NDP) which inserts timing into the problem. The model's outputs are the optimum set of projects and the optimal scheduling of the projects simultaneously.MPNDPs are complex problems, not only due to their large sizes, but also due to interdependency of costs and benefits among projects. In terms of difficulty of solving, they fall within the category of NP-hard problems. In this paper, two heuristic methods, which are based on steepest descent and Tabu search, are offered to solve the problem.In the solution procedures of both methods, three interdependent matrices track the annual projects progress, the annual project's budget assignments, and the available projects.The results of our study show that while the steepest descent method provides more robust solutions than the Tabu based search method for smaller-sized problems, it fails to find solutions to large-sized problems. The Tabu search's relative performance increases as the size of the problem increases; Therefore, it is recommended for solving large networks. The performance of the model and the solution techniques are tested on the Sioux Falls City network which is a mid-sized network.Keywords: N?e?t?w?o?r?k d?e?s?i?g?n, m?u?l?t?i-p?e?r?i?o?d n?e?t?w?o?r?k d?e?s?i?g?n, h?e?u?r?i?s?t?i?c m?e?t?h?o?d?s, t?a?b?u s?e?a?r?c?h, s?t?e?e?p?e?s?t d?e?s?c?e?n?t
-
Pages 119-128Response modification and deflection amplification factors are used in the current seismic design codes to account for the inelastic behaviour of structural systems without the need for complicated nonlinear analyses. A deflection amplification factor, cd, is used to compute the expected maximum inelastic displacement from the elastic displacement induced by the design seismic forces. The response modification factor, R, expressed as either a force reduction factor or a behavior factor, is used to reduce the linear elastic design response spectra. It is generally expressed as the product of three factors: overstrength factor, ductility factor, and redundancy factor.This paper tries to evaluate these factors for steel intermediate moment-resisting frames. For this purpose, two-dimensional steel building models with different number of stories have been designed and analyzed. After obtaining pushover curves of the models, two different approaches have been adopted to calculate the effective parameters of the response modification and deflection amplification factors from pushover curves; the first approach that is suggested by seismic code provisions, like ATC-19, FEMA-356 and Iranian Standard No. 2800, uses the idealized pushover curve to specify the effective parameters, and the other approach that is recommended by FEMA-P695 gets the parameters directly from pushover curves. The obtained results from these two approaches for the above-mentioned factors have then been compared with each other and with the recommended values of these factors in the Iranian Standard No. 2800. In this evaluation, ductility factor of the response modification factor has been calculated based on the relations proposed by Newmark and Hall, Lai and Biggs, and Nassar and Krawinkler.According to the obtained numerical results, the average response modification factor resulted from the FEMA-P695 approach is 5.26, while this factor was obtained 3.98 based on the Iranian Standard No. 2800 approach. Considering the recommended R factor of the Iranian Standard No. 2800 for the ultimate limit state design of steel intermediate moment-resisting systems equaling 5, it is obvious that the results from the FEMA-P695 approach are more compatible with the code recommendation. In addition, the average overstrength factors, according to the FEMA-P695 and Iranian Standard No. 2800 approaches, are 2.37 and 1.80, respectively, when the recommended value of this factor in the Iranian Standard No. 2800 is 3. The average deflection amplification factor obtained from both approaches is 3.67 that is slightly less than the recommended value of 4 for this factor in the Iranian Standard No. 2800.Keywords: R?e?s?p?o?n?s?e m?o?d?i?f?i?c?a?t?i?o?n f?a?c?t?o?r, d?e?f?l?e?c?t?i?o?n a?m?p?l?i?f?i?c?a?t?i?o?n f?a?c?t?o?r, p?u?s?h?o?v?e?r a?n?a?l?y?s?i?s, s?t?e?e?l m?o?m?e?n?t-r?e?s?i?s?t?i?n?g f?r?a?m?e