فهرست مطالب

نشریه مهندسی سازه و ساخت
سال هشتم شماره 5 (پیاپی 43، امرداد 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/06/08
  • تعداد عناوین: 18
|
  • کیانوش نیک هوش، محمدعلی کافی* صفحات 5-23

    میراگرهای تسلیمی بدلیل قیمت مناسب، جذب انرژی بالا و قابلیت تعویض پذیری آنها پس از تجربه نیروی جانبی از جمله زلزله، از اجزای پرکاربرد سازه های مقاوم در برابر زلزله محسوب میشوند. در این مقاله پس از مطالعه و مرور نتایج کارهای گذشته در خصوص میراگرهای تسلیمی فولادی شکاف دار سعی شده است اثر شکل و الگوی هندسی جدید پره ها، بخصوص نمونه های با شکاف بیضوی، بر روی رفتار این نوع میراگرها مورد بررسی و مقایسه قرار گیرد. در این بررسی یک نمونه مرجع بدون شکاف (تو پر) به همراه 9 نمونه با یک ردیف پره یا شکاف، با سه الگوی هندسی و شکل مختلف پره مشتمل بر حالت ساده یا مقطع ثابت، باریک شونده خطی و باریک شونده غیرخطی با شکاف بیضوی در سه ارتفاع متفاوت مورد مطالعه آزمایشگاهی قرار گرفتند. به منظور حذف اثر ضخامت پره ها در رفتار نمونه ها، ضخامت آنها ثابت و برابر 8 میلی متر انتخاب و جنس فولاد مورد استفاده در کلیه نمونه ها، از نوع St-37 در نظر گرفته شد. نمونه های ذکر شده در آزمایشگاه تحت بارگذاری چرخه ای قرار گرقته و با مشخص شدن منحنی های هیسترزیس نیرو- تغییر مکان، پارامترهای تعیین کننده رفتاری میرا گرهای مذکور در این مطالعه محاسبه و مورد مقایسه و مطالعه قرار گرفت. سختی موثر، میرایی موثر، ظرفیت نیرویی و تغییر مکان تحت بارگذاری چرخه ای از جمله پارامترهایی بود که در این تحقیق مورد توجه قرار گرفت. نتایج مطالعه نشان داد که بطور کلی میراگر با پره های ساده دارای ضعیف ترین عملکرد و میر اگر با شکاف بیضوی دارای بهترین عملکرد می باشد. نتایج حاصله بیانگر آن است که میر اگر بیضوی بالاترین سختی موثر، بیشترین جذب انرژی و بویژه بالاترین دوام تحت اثر بارهای چرخه ای را از خود نشان می دهد. میزان افزایش سختی موثر در نمونه های با شکاف بیضوی برای تغییر مکانهای بزرگتر از 5 میلی متر در حدود 6/1 برابر بیشتر از نمونه های با مقطع باریک شونده خطی یکنواخت مشاهده گردید. مقدار میرایی ویسکوز معادل در محدوده تغییر مکان ذکر شده در نسبت ابعادی بهینه آن برای نمونه با شکاف بیضوی در حدود 1/1 برابر نسبت به مقطع باریک شونده خطی مشاهده شد.

    کلیدواژگان: میراگر تسلیمی، بارگذاری چرخه ای، پره باریک شونده خطی، میراگرشیاری با شکاف بیضی، سختی موثر، میرایی موثر
  • احسان وزیری، محمد غلامی* صفحات 24-48
    سیستم دیوار برشی فولادی با ورق کنگره ای یک سیستم باربر جانبی می باشد که محققان در سال های اخیر تحقیقاتی را درباره ی آن انجام داده اند. در این مطالعه، رفتار این سیستم تحت بارگذاری پوش آور بررسی شد. برای این منظور 20 نمونه دیوار برشی فولادی با ورق کنگره ای، با نسبت دهانه به ارتفاع های 5/2، 2، 4/1، 85/0 و با تعداد طبقات 10، 6، 4، 2، 1 طراحی و سپس با نرم افزار اجزاء محدود آباکوس تحلیل شد. نتایج این مطالعه نشان می دهد که سختی اولیه این نوع از دیوار برشی ها بالا می باشد و مقاومت آن ها در دریفت حدود 1/0 درصد به بیشترین مقدار خود می رسد؛ اما پس از کمانش اندرکنشی در ورق، افت قابل توجهی در سختی و مقاومت دیوار برشی دیده می شود. همچنین نتایج این مطالعه نشان می دهد که تا قبل از کمانش ورق، درصد بیشتری از نیروی برشی، توسط ورق تحمل می شود؛ اما پس از کمانش ورق، قاب درصد بیشتری از برش را تحمل می کند. در این مطالعه، نحوه ی ایجاد میدان کششی در این نوع از سیستم ها بررسی شد و رابطه ای برای تعیین زاویه ی میدان کششی ارایه گردید. طبق این رابطه، زاویه ی میدان کششی فقط به پارامتر نسبت دهانه به ارتفاع دیوار وابسته است. در انتها، در این مطالعه روشی برای تخمین نمودار پوش آور سیستم دیوار برشی با ورق کنگره ای یک طبقه و چند طبقه ارایه شده است. این روش بر اساس اندرکنش بین قاب و ورق کنگره ای بدست آمد و با نتایج نمونه های آزمایشگاهی و عددی مورد تایید قرار گرفت.
    کلیدواژگان: اندرکنش بین ورق و قاب، ورق کنگره ای، سازه های بلند مرتبه، میدان کششی، کمانش اندرکنشی، نمودار پوش آور
  • محمود نادری*، علی صابری ورزنه صفحات 49-64
    با توجه به تفاوت های موجود بین شرایط محیطی سازه های بتنی با شرایط آزمایشگاهی، تعیین پارامترهای مهم مصالح در محل سازه از اهمیت ویژه ای برخوردار است. به همین دلیل، در این مقاله نتایج حاصل از کاربرد دو روش درجای"انتقال اصطکاک" و "کشش مستقیم" جهت تعیین مقاومت برشی و کششی چسبندگی بین ملات های تعمیری و بستر بتنی ارایه گردیده است. از آنجا که جمع شدگی حاصل از خشک شدن ملات های تعمیری می تواند تاثیر بسزایی در مقاومت چسبندگی این ملات ها داشته باشد، در تحقیقات انجام شده، این پدیده بطور خاص مورد توجه واقع شده است. جهت بررسی دقیق تر مقاومت چسبندگی ملات های به کار گرفته شده، از بستر بتنی با سطح صاف (برش خورده) استفاده گردیده تا تداخل بین چسبندگی و قفل و بست مکانیکی حاصل از خلل و فرج سطحی به حد اقل برسد. سن بستر بتنی در زمان اعمال لایه تعمیری، 90 روزه بوده و پس از اعمال لایه تعمیری و عمل آوری مورد نظر، در سنین مختلف مقاومت برشی و کششی چسبندگی ملات های تعمیری با به کارگیری روش های ذکر شده در بالا، اندازه گیری گردید. جهت تخمین میزان جمع شدگی ملات ها ، 9 نمونه با ابعاد استاندارد تهیه و در بازه زمانی 90 روزه، جمع شدگی آن ها اندازه گیری شد. همچنین با توجه به تاثیر عمل آوری بر خشک شدگی لایه تعمیری (جمع شدگی)، عمل آوری های با "پوشش گونی خیس و نایلون" برای مدت 7 و 90 روز و "رها شده در محیط آزمایشگاه" بعد از مدت 7 روز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصله نشان می دهد که مقدار سنگدانه و خمیره سیمان در جمع شدگی ملات تعمیری موثر بوده و جمع شدگی باعث کاهش شدید مقاومت برشی و کششی چسبندگی بین لایه تعمیری و بتن بستر می گردد. به علاوه مشاهده گردید که افت مقاومت برشی چسبندگی، کمی بیشتر از افت مقاومت کششی چسبندگی می باشد. همچنین بین نتایج روش "انتقال اصطکاک" و "کشش مستقیم"، همبستگی بالایی مشاهده گردید.
    کلیدواژگان: بتن، ملات تعمیری، جمع شدگی، مقاومت چسبندگی، انتقال اصطکاک، کشش مستقیم
  • غلامرضا هوائی*، محمدعلی امیدی صفحات 65-82
    با افزایش روزافزون جمعیت، شهرها نیازمند سازه های بلندمرتبه برای زندگی ساکنان و سازه های سنگینی همچون پل ها برای دسترسی های سریع تر جمعیت می باشند. همینطور در شهر های بزرگ نیازمند تونل هایی برای مقاصد مختلف همچون جابجایی تاسیسات، معابر خودروها و تونل های مترو که یکی از دغدغه های مهندسین می باشد. از طرفی اکثر این تونل ها در شهرها در مجاورت سازه های سنگینی که عمدا دارای فونداسیون های عمیق و نیمه عمیق می باشند احداث می شوند. حفاری تونل باعث ایجاد جابجایی های بلندمدت و کوتاه مدت در سطح زمین شده است که این تاثیرات در شمع های موجود در مجاورت محل حفاری تونل بیشتر می باشد. طوری که جابجایی های شکل گرفته در زمین به شمع ها انتقال یافته و باعث ایجاد نیروی محوری در شمع می گردد. تمامی این بررسی ها حول اثرات حفاری بر روی سازه ها و شمع های مجاور از منظر ضریب ایمنی حفاری بسیار حایز اهمیت می باشد. بر این اساس در پژوهش حاضر به تحلیل سه بعدی با استفاده از نرم افزار المان محدود ABAQUS اثرات حفاری تونل با قطر ها و جانمایی های مختلف بر روی فونداسیون عمیق موجود در پل در محل حفاری پرداخته شده است. نتایج نشان داد که جانمایی تونل درصورتی که بصورت نامناسب انتخاب شود، دارای اثرات مخربی در نشست های نوک شمع ها، تغییرات نیرو محوری شمع ها و نشست های سطحی تونل خواهد بود. همچنین با افزایش قطر تونل، میزان نشست های گروه شمع ها زمانی که تونل دقیقا در زیر محل گروه شمع ها قرار دارد در حدود 29%  افزایش می یابد. هنگامی که محل احداث تونل مابین گروه شمع ها و در عمقی بالاتر نسبت به نوک شمع ها قرار می گیرد میزان نشست ها به حالت بحرانی تغییر کرده و با افزایش قطر تونل، میزان نشست نوک شمع حداکثر 9/48% افزایش و میزان نشست سطح زمین نیز، 3/54% افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: اندرکنش خاک و سازه، گروه شمع، نشست سطحی زمین، نشست نوک شمع، مدلسازی عددی
  • احمد رزاقی، جعفر عسگری مارنانی*، محمدصادق روحانی منش صفحات 83-109

    در بسیاری از مسایل سازه ای مانند تعیین بار خرابی و همچنین تحلیل مکانیزم کمانش باید از تحلیلی های غیرخطی هندسی بهره گرفت. بااین وجود، به علت ماهیت پیچیده این نوع از مسایل و عدم وجود یک راه حل تحلیلی جامع برای آن ها در عمل از روش های عددی برای تقریب پاسخ دقیق مسئله استفاده می گردد. از مشکلات روش های عددی نیز عدم همگرایی و یا یافتن مسیر صحیح تعادل خصوصا در مواجه با نقاط انشعابی است. ازاین رو هدف از این تحقیق، به کارگیری روش انرژی اصلاح شده (که در دینامیک سازه ها معرفی شده است) در مسایل شبه-استاتیک با هندسه غیرخطی و دارای نقاط انشعابی است تا بتوان کارایی این روش را در مقایسه با سایر روش های موجود نظیر تکنیک های عددی نیوتنی و همچنین نیرو-تغییرمکان-قید موردبررسی قرار داد. برای رسیدن به اهداف این تحقیق، پس از مرور کوتاه بر روی روش های تحلیلی نیرو-مبنا موجود در عمل، روش انرژی برای این نوع از مسایل تشریح شده و در ادامه مراحل اجرای کامپیوتری آن در غالب یک روند گام به گام تشریح می گردد. سپس با کدنویسی در نرم افزار متلب و به کارگیری روش مذکور بر روی مثال های عددی به کار گرفته شده توسط دیگر محققین نظیر سازه های خرپایی و قابی، پاسخ های به دست آمده با حل تحلیلی و همچنین نتایج دیگر روش ها مانند نیوتن-رافسون و طول قوس مورد صحت سنجی واقع شده اند. درمجموع، تفسیر نتایج به دست آمده از شبیه سازی های عملی صورت گرفته بیانگر این موضوع بوده اند که روش عددی معرفی شده در تحلیل مسایل با غیرخطی هندسی دارای دقت بهتری در مقایسه با روش طول قوس بوده و همچنین نسبت روش نیوتن-رافسون نیز به خوبی می تواند از نقاط انشعابی در منحنی بار-تغییرمکان بدون واگرایی عبور کند.

    کلیدواژگان: بررسی عددی، روش انرژی اصلاح شده، مکانیک جامدات، هندسه غیرخطی، نقاط انشعابی
  • محمد فیاض*، فربد عباسی، سحر میرمعینی، فریدون خسروی صفحات 110-129
    میراگرهای غیر فعال که در ارتفاع سازه توزیع می شوند انرژی جانبی وارد بر سیستم سازه ای را متناسب با مشخصات هر یک از اجزاء و ماهیت بار وارده مستهلک می نمایند. سه گروه عمده میراگرهای غیرفعال شامل میراگرهای تسلیم شونده، ویسکوز و اصطکاکی است. در این تحقیق رفتار قاب ساده فولادی همراه با میراگرهای XADAS، اصطکاکی و ویسکوز در سیستم قطری و سیستم الاکلنگی، U شکل با عملکرد خمشی-برشی در برابر بارگذاری انفجاری و زلزله مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته اند. تحلیل دینامیکی غیرخطی بر روی مدل های سازه ای با تعداد طبقات 3، 5 و 10  بر اساس دستورالعمل UFC 3-340- 02 در دو سطح مختلف بار انفجاری و بر اساس آیین نامه 2800 تحت چهار شتاب نگاشت زلزله در نرم افزار SAP 2000 انجام گردید. در ادامه ایده جدید میراگر لوله ای در سیستم الاکلنگی مطرح و با سایر میراگرهای مذکور مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد در بین میراگرهای مورد بررسی، میراگرهای ویسکوز و میراگر U  شکل در قاب های با سیستم الاکلنگی، بیشترین تاثیر را به ترتیب در برش پایه و جابه جایی بام تحت نیروی زلزله دارند. همچنین میراگرهای U شکل با عملکرد برشی و میراگر اصطکاکی در قاب های تحت انفجار، بیشترین تاثیر را به ترتیب در برش پایه و جابه جایی بام دارند. میراگر لوله ای پیشنهادی نیز در کاهش پاسخ قاب ها عملکرد مناسبی داشت. مقایسه نتایج مدل با داده های آزمایشگاهی صحت مطالعات را تایید می نماید.
    کلیدواژگان: بار انفجار، پاسخ دینامیکی غیرخطی، میراگر، قاب فولادی
  • مهدیه مداحی، محسن گرامی*، حسین نادرپور صفحات 130-147

    عدم قطعیت ها که در برآورد مسایل مهندسی سازه اجتناب ناپذیر هستند باعث افزایش هزینه های بهسازی، نتایج نادرست ارزیابی لرزه ای و ایجاد محافظه کاری در معیارهای پذیرش سطوح عملکرد سازه می شوند. در نظر گرفتن عدم قطعیت ها و کمی سازی آن ها در طراحی و بهسازی سازه ها باعث کاهش محافظه کاری های موجود شده و می تواند منجر به طراحی و بهسازی اقتصادی سازه ها گردد. در بهسازی لرزه ای سازه ها عدم قطعیت ها بر روی سازه موجود مطالعه شده و دستورالعمل های بهسازی توسط ضرایبی این عدم قطعیت ها را در نظر گرفته اند. افزودن عضو ثانویه برای بهسازی سازه موجود، ممکن است عدم قطعیت هایی را به همراه خود وارد محاسبات کرده و بر روی نتایج قابلیت اعتماد موثر باشد. ازاین رو در این مقاله، با هدف کمی سازی عدم قطعیت های دیوار برشی فولادی به بحث قابلیت اعتماد سازه بهسازی شده با دیوار برشی فولادی پرداخته شده است. سازه مورد مطالعه، سازه نه طبقه قاب خمشی فولادی می باشد که توسط دیوار برشی فولادی بهسازی شده است. برای مدل سازی و تحلیل سازه از نرم افزار اپنسیس استفاده شده است. سازه قبل و بعد از بهسازی و با توجه به متغیرهای احتمالاتی در نظر گرفته شده برای دیوار برشی فولادی، تحت تحلیل دینامیکی افزایشی قرارگرفته است. نتایج نشان دادند که  تنش تسلیم و سختی الاستیک دیوار برشی فولادی نسبت به سایر متغیرهای احتمالاتی بیشترین تاثیر را بر روی پاسخ سازه دارند. بر اساس نتایج حاصله، در نظر گرفتن عدم قطعیت ها باعث افزایش احتمال شکست شده و درنتیجه محافظه کاری موجود و هزینه های بهسازی کاهش یافته است.

    کلیدواژگان: بهسازی لرزه ای، دیوار برشی فولادی، عدم قطعیت، تحلیل حساسیت، تحلیل دینامیکی افزایشی
  • حسین پهلوان، علیرضا میرزا گل تبار روشن*، علی ناصری صفحات 148-162

    با توجه به اهمیت پل ها در ساخت شریان های اساسی یک کشور، در این تحقیق به ارزیابی احتمالاتی آسیب پذیری لرزه ای پل های کابلی پرداخته شده است. از مزایای پل های کابلی می توان به استفاده آنها در ساخت پل های با دهانه های بزرگ اشاره کرد. در این مقاله با استفاده از مجموعه ای از تحلیل های دینامیکی غیرخطی فزاینده (IDA) به بررسی اثرات متفاوت تحریکات حوزه دور و نزدیک گسل، برای پل کابلی مورد مطالعه (پل کابلی بیل امرسون) پرداخته شد. در این راستا دو مجموعه 20 تایی رکورد حوزه دور و نزدیک گسل از آیین نامه FEMA P695 انتخاب گردید و هر رکورد زلزله از g 1/0 تا g 5/1 با گام های افزایشی 1/0 تحلیل شدند و منحنی های شکنندگی در هر دو حالت دور و نزدیک گسل در چهار سطح خرابی ترسیم گردید. نتایج تحلیل های انجام شده بر روی مدل کابلی پل بیل امرسون تاثیر تحریکات نزدیک گسل بر آسیب پذیری پل های کابلی با دهانه های بزرگ را به وضوح نشان می دهد. برای مثال احتمال خرابی کامل و زیاد پل کابلی مورد بررسی در حالت دور از گسل در g5/1 به ترتیب برابر با 10 و 32 درصد می باشد در حالی که در حالت نزدیک گسل این مقدار به حدود 19 و 44 درصد افزایش می یابد، که نشان دهنده افزایش آسیب پذیری سازه در حالت نزدیک گسل می باشد. همچنین مقادیر میانه شکنندگی لرزه ای برای مدل پل در نظر گرفته شده، به طور قابل توجهی در تحریکات نزدیک گسل در حالت های خرابی زیاد و کامل کاهش می یابد. این نتایج می تواند راجع به اهمیت ارزیابی ریسک منطقه ای یا نادیده نگرفتن اثرات تحریکات نزدیک گسل بر روی آسیب پذیری پل های کابلی در آینده کمک شایانی کند.

    کلیدواژگان: تحلیل منحنی های شکنندگی، حوزه نزدیک گسل، حوزه دور از گسل، پل بیل امرسون، پل های کابلی
  • کریم بادامچی*، محمدخلیل خلیلی، کیا بادامچی صفحات 163-178

    امروزه دانشمندان و پژوهشگران به دنبال روش هایی جهت کاهش هزینه های ساخت و افزایش ضریب ایمنی ساختمان ها هستند. یکی از روش های مناسب به‏منظور دست‏یابی به این اهداف؛ استفاده از میراگر جرمی می‏باشد که سبب بهبود عملکرد سازه در برابر بارهای باد و بارهای لرزه ای می شود. در این مقاله ابتدا یک مدل برای میراگر جرمی با سختی نرم شونده ارایه شده است. سپس جهت حل معادلات غیرخطی، از روش نیوتن - رفسون استفاده گردید. هم‏چنین به منظور صحت سنجی روش به‏کار برده شده در این مقاله، به مدل سازی و تحلیل یک سازه یک درجه آزادی به همراه میراگر جرمی غیرخطی، به‏صورت تیوری و آزمایشگاهی پرداخته و در انتها برای بهبود عملکرد میراگر، میراگر در حالت نیمه فعال به‏کار برده شد. مدلسازیها و تحلیل‏های رایانه ای با به کارگیری نرم افزار MATLAB انجام گردید و برای به وجود آوردن حالت نیمه فعال در سازه از کنترلکننده فازی استفاده شد. هم‏چنین جهت بررسی هر چه بهتر عملکرد میراگر جرمی پیشنهادی، یک سازه ی فولادی یازده طبقه تحت زلزله نورثریج و زرند مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از تحلیل سازه در حالت های بدون میراگر و با میراگر جرمی دارای سختی نرم شونده، نشان داد حضور میراگر جرمی موجب کاهش جابجایی ها گردیده است. این کاهش جابجایی ها در زلزله نورثریج و زرند برای طبقه زیر میراگر به ترتیب 55 درصد و 44 درصد به‏دست آمد.

    کلیدواژگان: میراگر جرمی غیرخطی، میراگر جرمی نیمه فعال، سختی نرم شونده، تحلیل غیرخطی، روش نیوتن-رفسون، رفتار غیرخطی هندسی
  • وحید اکرمی* صفحات 179-197
    ایجاد بازشو در جان تیر یکی از امور متداول در سازه های فولادی می باشد. در حال حاضر برآورد مقاومت این نواحی بر اساس روابطی استوار می باشد که مبتنی بر اندرکنش خمش، برش و نیروی محوری در ناحیه مذکور است. با توجه به بررسی های به عمل آمده عملکرد این نواحی را می توان به صورت رفتار خرپایی جان تیر تحت نیروهای وارده توصیف نمود. بر همین اساس، هدف تحقیق حاضر توسعه یک مدل خرپایی برای نواحی یاد شده از تیرها و ارایه روابط حاکم برای برآورد ظرفیت باربری آنها می باشد. بدین منظور، ابتدا هندسه و ابعاد خرپای مذکور شرح داده شده و ظرفیت برشی تیر در ناحیه با جان کاهش یافته بر حسب پارامترهای هندسی المان های قطری خرپا محاسبه شده است. برای بررسی دقت هندسه پیشنهادی، دو مدل المان محدود تیر با ابعاد مختلف بازشو در نرم افزار آباکوس تولید و با استفاده از بهینه سازی پارامترهای هندسی مجهول، ابعاد و هندسه المان های خرپایی مد نظر تعیین و با مقادیر تعیین شده توسط روابط پیشنهادی مقایسه شده است. طبق نتایج این مقایسه، هندسه پیشنهادی برای مدل خرپایی مطابقت مناسبی با نتایج حاصل از بهینه سازی هندسی توسط نرم افزار دارد. در ادامه، نمودارهای طراحی برای محاسبه ظرفیت برشی مقطع با جان کاهش یافته به صورت تابعی از مشخصات هندسی تیر و بازشوی جان ارایه شده و پیش بینی های حاصل با نتایج تحلیل مدل المان محدود مقایسه شده است. بر همین اساس و با مقایسه پیش بینی های روش پیشنهادی با نتایج حاصل از 120 نمونه المان محدود، میانگین قدر مطلق خطا برابر با 6% و انحراف از معیار آن برابر با 7/3 % تعیین گردید. علیرغم سادگی و سهولت کاربرد مدل پیشنهادی، می توان گفت که دقت آن در محدوده قابل قبولی قرار داشته و استفاده از آن برای برآورد ظرفیت برشی مقاطع با جان کاهش یافته قابل توصیه می باشد.
    کلیدواژگان: تیر فولادی، بازشو جان، مدل خرپایی، ظرفیت برشی، تحلیل المان محدود
  • محتشم خان احمدی، امید رضایی فر*، مجید قلهکی صفحات 198-214

    همواره وقوع خرابی در سازه ها امری اجتناب ناپذیر می باشد. تاکنون نمونه های بسیاری از انواع خرابی ها در سازه های مهندسی با تلفات جانی و مالی فراوانی به ثبت رسیده است. از این رو، شناسایی عیوب سازه در طول بهره برداری از آن به منظور تامین ایمنی با کمترین هزینه موضوع بسیاری از تحقیقات دو دهه اخیر بوده است. در این راستا، تبدیل موجک که یک ابزار ریاضی توانمند پردازش سیگنال ها می باشد، در حوزه پایش سلامت سازه ها نظر بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب نموده است. در این مقاله با توجه به گسترش روز افزون دیوار برشی فولادی در صنعت ساختمان سازی، مسئله شناسایی محل خرابی در صفحات فولادی مورد توجه واقع گردید. در ابتدا صفحه فولادی با شرایط تکیه گاهی آزاد در نرم افزار المان محدود ABAQUS مدل سازی و تحلیل فرکانسی شد، سپس هشت شکل مود اول حالت های سالم و آسیب دیده استخراج گردید. شکل مودهای اولیه و ثانویه به عنوان یک سیگنال فضایی دو بعدی توسط تبدیل موجک گسسته دو بعدی مورد تحلیل واقع شدند. نتایج حاصل از جزییات قطری تحلیل موجک شکل مودهای ثانویه در مقایسه با شکل مودهای اولیه، اغتشاش بیشتری از ضرایب موجک را در محل وقوع خرابی ها نشان می دهد، به طوری که با تحلیل موجک شکل مودهای مود اول نسبت به شکل مودهای بالاتر، محل خرابی ها با هم سطحی مناسب تری از ضرایب موجک با خطای کمتر از %6 آشکار می گردد

    کلیدواژگان: تبدیل موجک، پردازش سیگنال، پایش سلامت سازه، صفحه فولادی، شکل مود، شناسایی خرابی
  • کوروش مهدی زاده*، عباسعلی صادقی، سیده وحیده هاشمی صفحات 215-236

    ساختمان ها در طول بهره برداری خود تحت تاثیر انواع نیروهای طبیعی و غیرطبیعی قرار دارند. ضربه ی ناشی از برخورد وسایل نقلیه به سازه ها جز نیروهای خارجی غیر طبیعی محسوب می گردد که معمولا در طراحی سازه ها لحاظ نمی شود. با گسترش حملات تروریستی در نقاط مختلف جهان، مطالعه ی رفتار سازه ها در مقابل بارگذاری های غیرمتعارف مانند انفجار و ضربه ی ناشی از برخورد وسیله ی نقلیه مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق، قاب های خمشی فولادی با مهاربندهای زانویی (2، 5 و 8 طبقه) به صورت دوبعدی بر اساس ضوابط آیین نامه ای در نرم افزار SAP 2000 طراحی و سپس تحلیل  تاریخچه زمانی آن ها تحت ضربه ی ناشی از برخورد وسیله ی نقلیه ی سبک توسط نرم افزار SeismoStruct  انجام شده است. پاسخ های جابجایی، دریفت، شتاب طبقات و برش پایه ی قاب ها تحت اثر ضربه ی ناشی از برخورد وسیله ی نقلیه ی سبک با سرعت های مختلف (از 10 تا 120 کیلومتر بر ساعت) مقایسه شده و نتایج نشان می دهد که سرعت های 90، 120 و 100 کیلومتر بر ساعت به ترتیب باعث رخداد ناپایداری دینامیکی در قاب های 2، 5 و 8 طبقه شده است. همچنین نتایج بیانگر سطح عملکرد قاب های مورد نظر بر اساس  حداکثر دریفت طبقات  و برای سرعت های مختلف برخورد است. به عنوان نمونه در بازه ی سرعت برخورد 50 الی 80 کیلومتر بر ساعت، سطح عملکرد قاب 2 طبقه "ایمنی جانی" بوده است و در مورد قاب 8 طبقه، سرعت های 10 و 20 کیلومتر بر ساعت سطح عملکرد "استفاده ی بلادرنگ"را فراهم کرده است.

    کلیدواژگان: وسیله ی نقلیه ی سبک، قاب خمشی، مهاربند زانویی، ناپایداری دینامیکی، نرم افزار SAP2000، نرم افزار SeismoStruct
  • معصومه سلطانی*، معصومه محمدی، بهروز عسگریان صفحات 237-259
    در مقاله پیش رو، ارتعاش آزاد تیر با مقطع متغیر متکی بر بستر الاستیک وینکلر و با در نظر گرفتن تیوری الاستیسیته غیرمحلی مورد مطالعه قرار گرفته است. روند کار به این صورت است که در مرحله نخست، معادله حرکت براساس فرضیه تغییر شکل های کوچک و مدل الاستیسیته غیرمحلی ارینگن به کمک اصل همیلتون به دست می آید. در ادامه، از روش نیمه تحلیلی بسط سری های توانی برای حل معادله دیفرانسیل ارتعاش آزاد عضو غیرمنشوری متکی بر بستر الاستیک استفاده شده است و با جایگذاری شرایط مرزی (دو شرط برای هر انتهای عضو) و حل مسئله مقادیر ویژه، مقدار فرکانس طبیعی ارتعاش و همچنین فرم تغییر شکل عضو مدنظر تحت آنالیز ارتعاش آزاد نامیرا تعیین می گردد. در انتها نتایج حاصل از این تحقیق در خصوص تیر همگن با مقطع غیریکنواخت با نتایج دیگر تحقیقات جهت بررسی صحت و دقت محاسبات مقایسه گردیده و تاثیر پارامترهای مختلفی همچون پارامتر ارینگن، ضریب باریک شوندگی مقطع و بستر الاستیک وینکلر روی ارتعاش آزاد بدون بعد تیر با شرایط مرزی مختلف به تفصیل بررسی شده است. نتایج بدست آمده از این پژوهش نشان می دهند که با افزایش پارامتر ارینگن و باریک شدگی نیم رخ عضو مقدار فرکانس طبیعی بدون بعد کاهش می یابد، در حالی که با افزایش ثابت فنری نوع وینکلر در بازه استفاده شده در این مقاله فرکانس ارتعاشی به شدت افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: فرکانس طبیعی، نظریه الاستیسیته غیرمحلی، تیر ماهیچه ای، بستر وینکلر، روش سری های توانی
  • پیمان عظیمی، مهدی یزدانی* صفحات 260-278
    در شبکه راه آهن کشور 36000 پل وجود دارد که از میان آنها در حدود 3700 پل قوسی بنایی در حال سرویس دهی در شبکه راه آهن هستند. با توجه به قدمت 80 ساله شبکه راه آهن، این پل ها برای بارهای سرویس آن زمان (قطارهای با سرعت پایین) طراحی شده اند و در حال حاضر برای قطارهای با سرعت حداکثر 100 کیلومتر بر ساعت در حال سرویس دهی هستند. نظر به اهمیت قطارهای سریع السیر در صنعت ریلی و با توجه به اینکه بیشتر کشورهای توسعه یافته دارای شبکه راه آهن سریع السیر هستند، وجود این قطارها در کشور ضروری به نظر می رسد. به دلیل محدودیت های میدانی و اقتصادی جایگزینی این پل ها، ارزیابی رفتار آنها تحت اثر حرکت قطارهای پرسرعت امری ضروری است. هدف از مطالعه حاضر، بررسی رفتار پل های قوسی بنایی تحت اثر حرکت تنها قطار پرسرعت موجود در کشور (قطار پردیس) به وسیله ارزیابی دو پل قوسی بتنی غیرمسلح واقع در کیلومتر 23 و 24 راه آهن تهران- قم است. با توجه به رفتار پیچیده این سازه ها، انجام آزمایش های میدانی جهت ارزیابی رفتار آنها ضروری است، اما به علت تعدد این پل ها امکان انجام آزمایش های میدانی بر روی همه آنها وجود ندارد. بنابراین جهت مطالعه رفتار این پل ها، شبیه سازی دقیق آنها ضروری به نظر می رسد. بنابراین در مطالعه حاضر از روش اجزای محدود جهت مدل سازی این سازه ها استفاده شده است. جهت به هنگام سازی مدل های عددی، جابجایی کلید قوس تحت بار استاتیکی و حرکت دیزل و همچنین فرکانس سه مود اول پل ها به عنوان معیار کالیبراسیون انتخاب شده اند. با تهیه 13 مدل از قطار پرسرعت پردیس، به صورت بار متحرک و با سرعت 150 کیلومتر بر ساعت از روی مدل عددی عبور داده شده و در نهایت نتایج حاصل از 26 عدد تحلیل دینامیکی مورد ارزیابی قرار گرفته است.  نتایج نشان می دهد که این پل ها می توانند با ایجاد تمهیداتی دارای رفتار قابل قبولی در برابر حرکت قطار پرسرعت پردیس باشند.
    کلیدواژگان: پل های قوسی بنایی، تحلیل اجزای محدود، قطار پردیس، ویژگی های هندسی قطارهای پرسرعت، رفتار دینامیکی
  • وحید واحدیان، غلامرضا عبدالله زاده*، حامد حمیدی صفحات 279-295
    افزایش خسارت های وارده به سازه ها در اثر وقوع پس لرزه در گزارشات فنی متعددی به چشم می خورد. به ویژه در مورد سازه هایی که در زلزله اصلی دچار آسیب شده و وارد حوزه غیرخطی شده باشند. این افزایش در خسارات عموما نتیجه افزایش تغییرمکان جانبی سازه می باشد. لذا اهمیت تخمین دقیق تغییرمکان جانبی سازه در حین ارزیابی لرزه ای آن دو چندان می شود. تغییرمکان جانبی هدف در روش تحلیل استاتیکی غیرخطی به کمک روابطی در آیین نامه های طراحی عملکردی محاسبه می شود، در حالی که تاثیر رخ دادن پس لرزه در آنها لحاظ نمی گردد. در این مطالعه نقش وقوع پس لرزه بر ضریب تغییرمکان غیرخطی به عنوان تاثیرگذارترین ضریب در رابطه تعیین تغییرمکان هدف، بررسی شد. نتایج نشان داد که این ضریب، افزایش قابل توجهی در اثر وقوع پس لرزه از خود نشان می دهد. پراکندگی نتایج به دست آمده منجر به بررسی سطوح خطر زلزله های ورودی و متعاقبا استفاده از روش مقیاس نمودن شتاب نگاشت ها گردید. به این منظور با مطالعه آماری روی نسبت شتاب ماکزیمم زلزله اصلی و پس لرزه متناظر با آن، طیف هدف پس لرزه تولید شد تا به این وسیله، پس لرزه ها به یک طیف شتاب هدف مستقل مقیاس شوند. مقایسه پاسخ های حاصل از مقیاس نمودن زلزله ها مشخص نمود که پراکندگی نتایج یک موضوع ذاتی بوده و قابلیت رفع شدن ندارد. در خاتمه با اعمال تغییرات جزیی بر روی رابطه فعلی آیین نامه، رابطه جدیدی برای ضریب تغییرمکان غیرخطی پیشنهاد شد و رابطه مزبور به نحوی اصلاح گردید که میانگین خطاها تا حد امکان کاهش یابد.
    کلیدواژگان: ضریب تغییرمکان غیرخطی، زلزله اصلی، پس لرزه، توالی لرزه ای، سیستم های تک درجه آزادی، تحلیل دینامیکی غیرخطی
  • امیر زایری بغلانی نژاد*، محمد شکراللهی صفحات 296-314
    الگوریتم همپیچی منفرد گسسته (Discrete Singular Convolution) روش عددی نوینی است که در دهه اخیر توانایی خود را در تحلیل مسایل مربوط به ارتعاشات به خوبی نشان داده است. تحقیقات زیادی در خصوص چگونگی اعمال شرایط مرزی پیچیده مسایل مختلف با استفاده از این روش انجام و راه کارهای گوناگونی در این خصوص ارایه شده است. وارد کردن شرایط مرزی دیوارهای برشی کوپله در شکل گسسته شده معادلات حاکم به روش DSC، مساله چالش برانگیزی است که تا کنون راه حلی برای آن اندیشیده نشده است. هدف این مقاله، ارایه راه کاری جهت اعمال شرایط مرزی مساله مذکور در تحلیل عددی با استفاده از الگوریتم DSC می باشد. به منظور صحت سنجی، با بکارگیری شیوه پیشنهادی در الگوریتم مذکور، نمونه های متعددی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند و نتایج با مقادیر به دست آمده از سه روش عددی متداول اجزای محدود (FEM)، تفاضل مربعات (DQM) و تفاضل محدود (FDM) مقایسه شدند. انطباق بسیار خوبی بین نتایج مشاهده شد که حاکی از اعتبار و صحت شیوه پیشنهادی در تحلیل مساله مورد نظر می باشد. علاوه بر این توانایی الگوریتم DSC از نظر سرعت و حجم محاسبات و نیز میزان حافظه کامپیوتری مورد نیاز، نسبت به شیوه های عددی متداول دیگر مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان داد که DSC نسبت به روش های عددی مورد مقایسه از کارایی بالاتری در تحلیل مساله مذکور برخوردار است.
    کلیدواژگان: همپیچی منفرد گسسته، ارتعاش آزاد، دیوار برشی کوپله، شرایط مرزی، تحلیل عددی
  • مهرداد قمری، محمدسعید کریمی*، عبدالعظیم امیرشاه کرمی صفحات 315-332

    طبق تعریف آیین نامه یوروکد، γM ضریب ایمنی جزیی مربوط به مشخصات مصالح با لحاظ نمودن عدم قطعیت در هندسه و مدلسازی است که مقدار طراحی برای مشخصات مصالح از تقسیم مقدار واقعی مشخصات مصالح بر این ضریب مشخص می شود. در این تحقیق، مقادیر این ضریب جزیی مربوط به مشخصات مصالح بنایی تاریخی ایران، تعیین گردیده است. برای این منظور، رفتار نمونه های مختلف دیوارهای برشی بنایی (با ضخامت ثابت) تحت بارگذاری برشی درون صفحه ای و پیش فشار ثابت با چهار نسبت ابعادی ارتفاع به دهانه متفاوت و شش حالت مختلف از قیودات جانبی، ناشی از اثر دیوارهای جانبی و سقف، تحت تحلیل های غیرخطی پوش آور، با لحاظ نمودن اثر عدم قطعیت برای دو پارامتر مدول الاستیسیته مصالح و ضخامت دیوار، بصورت عددی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان داد که با افزایش نسبت ابعادی، ظرفیت باربری برشی دیوارها کاهش و مقدار ضریب ایمنی جزیی γM افزایش می یابد، این درحالی است که با افزایش قیدهای مرزی ناشی از اثر دیوارهای جانبی و سقف، ظرفیت باربری جانبی دیوارها افزایش و مقدار ضریب ایمنی جزیی γM کاهش می یابد. در نهایت، ضریب جزیی γM با لحاظ نمودن عدم قطعیت، برای مشخصات مکانیکی مصالح بنایی تاریخی ایرانی در دیوارهای برشی در بازه 1/1 تا 8/1 تعیین گردید. تاثیر بیشتر مولفه ی افقی (سقف)، نسبت به وجود یک مولفه قایم (دیوار جانبی)، در مقیدترکردن دیوار برشی و افزایش ظرفیت برشی آن نیز در این تحقیق مشاهده گردید. هم چنین ملاحظه گردید که کاهش در سختی برشی اولیه دیوارها با افزایش نسبت ابعادی دیوار قابل ملاحظه بود، درحالیکه این پارامتر با تغییر در مولفه های جانبی قیودات مرزی دیوار تغییرات اندکی داشت.

    کلیدواژگان: دیوار برشی بنائی، مصالح بنایی ایرانی، قیودات جانبی، عدم قطعیت، تحلیل پوش آور غیرخطی، ظرفیت باربری برشی، ضریب جزئی ایمنی مصالح (γM)
  • سید روح الله موسوی*، امیر سعادتی پور، یاسین مختاری، صابر شاه نظری اول صفحات 333-346
    بتن خودتراکم نوعی بتن خاص است که با وزن خود در قالب جاری می شود و نیاز به لرزاندن ندارد. بر اساس یافته های تجربی با افزایش اندازه نمونه بتنی مقاومت فشاری کاهش می یابد به این پدیده اثر اندازه گفته می شود و شروع آن از شکست غیرخطی در بتن و سایر مواد شکننده می باشد. هدف از این پژوهش بررسی پدیده اثر اندازه بر روی مقاومت فشاری نمونه های مکعبی و استوانه ای استاندارد در بتن خودتراکم حاوی مواد پوزولانی میکروسیلیس و پومیس تفتان است. بدین منظور از روش حداقل مربعات LSM و قانون اثر اندازه اصلاح شده بازانت جهت تجزیه و تحلیل داده ها استفاده شده است. هفت طرح اختلاط بتن خودتراکم شامل سه طرح اختلاط دارای میکروسیلیس (5/2، 5 و10 درصد وزنی) و سه طرح اختلاط دارای پومیس تفتان(20،15 و25 درصد وزنی) جایگزین سیمان گردید و یک طرح اختلاط به عنوان طرح شاهد ساخته شد. کلیه طرح ها در قالب های مکعبی با اندازه های مختلف و قالب استوانه ای استاندارد ریخته شد و پس از 90 روز آزمایش مقاومت فشاری بر روی آنها انجام پذیرفت. مطابق نتایج طرح های دارای 5 درصد میکروسیلیس و20 درصد پومیس تفتان بیشترین مقدار مقاومت فشاری نمونه استوانه ای استاندارد را در بین طرح های دارای میکروسیلیس و پومیس تفتان دارد. نسبت مقاومت فشاری نمونه های مکعبی به استوانه ای در همه طرح های اختلاط مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایش نشان می دهد نمونه های مکعب بتن خودتراکم دارای مقاومت فشاری بیشتری نسبت به نمونه های استوانه ای استاندارد است و نسبت مقاومت فشاری نمونه های مکعبی به نمونه استوانه ای استاندارد با افزایش اندازه نمونه های مکعبی از 5 به 15 سانتی متر کاهش می یابد. از طرفی نتایج نشان می دهد اثر اندازه در طرح های دارای 5 درصد میکروسیلیس و 15 درصد پومیس تفتان کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: اثر اندازه، بتن خودتراکم، پومیس تفتان، میکروسیلیس، مقاومت فشاری
|
  • Kianoosh Nik-Hoosh, Mohammad Ali Kafi * Pages 5-23

    By reviewing the literature on steel slit yield dampers (SSD), this study investigated and compared the effect of new strip shapes and geometric patterns on the behavior of this type of dampers. This study investigated a reference slit-less sample (solid) along with nine samples with a single row of blades or slits and three different shapes and geometric patterns, namely simple or constant cross-section, linearly tapered cross-section, and parabolic tapered cross-section with an elliptical slit at three different heights. These samples were subjected to cyclic loading in the laboratory. After determining force-displacement hysteresis curves, the important behavioral parameters of the investigated SSDs were calculated and compared. Effective stiffness, effective damping, force capacity, and displacement under cyclic loading were among the considered parameters in the current study. Results showed that dampers with simple blades and elliptical slits exhibited the poorest and best performances, respectively. Findings also indicated that the elliptical damper offered the highest effective stiffness, greatest energy absorption, and specifically the longest durability to cyclic loads. At displacements larger than 5 mm, the increase in effective stiffness of samples with an elliptical slit was roughly 1.6 times greater than that of samples with linearly tapered cross-sections. The equivalent viscous damping within the aforementioned displacement range at the optimal dimensions for a sample with an elliptical slit was roughly 1.1 times greater than that in a sample with linearly tapered cross-section.

    Keywords: Yield damper, cyclic loading, linearly tapered blade, elliptical slit damper, effective stiffness, effective damping
  • Ehsan Vaziri, Mohammad Gholami * Pages 24-48
    Steel shear wall with corrugated plate is a lateral load resistant system. In recent years, researchers have made investigations in this Field. In this study, the behavior of this system under pushover loading has been evaluated. For this purpose, 20 samples of steel shear wall system with corrugated plate with bay to height ratio of 0.85,1.4,2,2.5 And in 1,2,4,6,10 Stories has been designed. Then these samples with finite element software (Abaqus) were analyzed. Results of this study show that the initial stiffness of this type of shear walls is high And it's resistance in drift about 0.1 percent reaches to the highest amount. But when the plate is subjected to interaction buckling it's stiffness and resistance has been decreased significantly. Also, Results of this study shows that before the plate reaches to buckling limit; a greater percentage of shear force is resisted by plate but after plate's buckling frame has more contribution in resisting shear force. In this study mechanism of creation of tension Field in this type of systems has been evaluated and relation for determination of tension Field's angle was proposed. In the end, in this study, a method for estimating pushover diagram of shear wall system with corrugated plate for one and several story structures has been presented. This solution was founded on the interaction between frame and corrugated Plate and by results of experimental and numerical samples was verified.
    Keywords: Corrugated plate pushover diagram, high structures, Interaction between frame, corrugated Plate, tension Field
  • Mahmood Naderi *, Ali Saberi Varzaneh Pages 49-64
    Considering the differences that exist between the laboratory and site conditions, the in-situ estimation of bond strength of repair mortars is important. Therefore, in this paper, the results obtained from the use of two methods, “Friction-transfer” and “Pull-off”, for measuring the shear and tensile bond strength of repair mortars applied to substrate concrete, are presented. Since the drying shrinkage of the repair mortar has considerable effect on their adhesion, the shrinkage of the mortars is considered. In order to increase the accuracy of the measured bond strength of the repair mortars, substrate concrete with saw cut surface was employed to minimize the interferences occurring between the pure adhesion and the mechanical keying effects of the rough surfaces. The age of the substrate concrete at the time of the application of repair mortar was 90 days and after curing under different conditions, the repair/concrete bond strength was measured at different ages. For measuring the shrinkages of the repair mortars, nine standard shrinkage samples were prepared and their shrinkages were measured. Regarding the effect of the curing process on the drying shrinkage of the repair mortars, two different curing systems of “covering with wet hessian and polythene sheet” and “stored in the laboratory”, for 7 and 90 days were considered. The results tend to show that, the amount of the aggregates and the associated cement paste have substantial effects the shrinkage of the repair mortars. It was also seen that the shrinkage causes reduction on the shear and tensile bond strength at the repair/concrete interface. Furthermore, the reduction of the shear bond strength seemed to be slightly more than the corresponding reduction of the tensile bond strength. A very high correlation was also observed between the related shear and tensile bond strength of the repair mortars.
    Keywords: Concrete, repair mortar, Shrinkage, Bond strength, Friction-Transfer, pull-off
  • Gholamreza Havaei *, Mohammad Ali Omidi Pages 65-82
    As the population grew, cities expanded rapidly, requiring Super structures for residents to live in, as well as heavy structures such as bridges for faster population access to various locations. Also in big cities, tunnels are needed for various purposes, such as moving facilities, car lanes and subway tunnels, which is one of the concerns of engineers. On the other hand, most of these tunnels are built in cities in the vicinity of heavy structures that deliberately have deep and semi-deep foundations. Tunnel excavation has caused long-term and short-term displacements at the ground surface, which is more pronounced in piles adjacent to the tunnel excavation site. In such a way that the displacements formed in the ground are transferred to the piles and cause axial force in the piles. All these studies on the effects of drilling on adjacent structures and piles are very important in terms of drilling safety factor. Accordingly, in the present study, a three-dimensional analysis has been performed using ABAQUS finite element software. The effects of tunnel drilling with different diameters and locations on the deep foundation in the bridge near the drilling site have been investigated. The results showed that tunnel location, if improperly selected, has destructive effects on pile tip settlements, axial force changes of piles and tunnel surface settlements. Similarly, as the diameter of the tunnel increases, the number of piles in the pile increases sharply when the tunnel is located just below the tunnel site. Also, as the diameter of the tunnel increases, the number of piles in the pile group increases by about 29% when the tunnel is located just below the pile group. When the construction site of the tunnel is located between the group of piles and at a greater depth than the tip of the piles, the amount of settlements changes to a critical state and with increasing the diameter of the tunnel, the rate of subsidence of the pile tip increases by 48.9% and the amount of subsidence Increases by 54%.
    Keywords: Soil, structure of interaction, Pile group, Numerical modeling, Surface Settlement, Tip Pile settlement
  • Ahmad Razaghi, Jafar Asgari Marnani *, Mohammad Sadegh Rohanimanesh Pages 83-109

    Geometric nonlinear analyses are used in many structural problems, such as the determination of failure load, as well as the study of buckling mechanism. Nevertheless, due to the complex nature of this type of problems and the absence of a comprehensive analytical solution for them, numerical methods are utilized in practice to approximate the exact response of these systems. In the application of numerical methods, there are also some difficulties such as divergence or finding the correct path of equilibrium, especially in the case of bifurcation points. Hence, the main purpose of this research is to apply the modified energy method (introduced in the dynamics of structures) in quasi-static problems with geometric nonlinearity and bifurcation points so that the efficiency of this method can be compared to others, such as Newtonian numerical techniques and force-displacement-constraint approaches. To achieve the objectives of this research, after briefly reviewing the current force-based computational methods in practice, the energy method is described for such problems, and then the step-by-step process of its computer implementation will be presented. Afterward, by coding in MATLAB software and applying the method to numerical examples employed by other researchers such as truss and frame structures, the numerical results are verified by analytical solution as well as those obtained by other methods, such as Newton-Raphson and Arc Length techniques. Generally, the interpretation of the results obtained from performed simulations has shown that the presented numerical method in analyzing nonlinear geometric problems has better accuracy compared to the Arc Length method; moreover, it can well pass through bifurcation points in the force-displacement curve without divergence in comparison with the Newton-Raphson method.

    Keywords: Numerical Study, modified energy method, solid mechanics, Geometric nonlinearity, bifurcation points
  • Mohammad Fayyaz *, Farbod Abasi, Sahar Mirmoeini, Ferydoon Khosravi Pages 110-129
    Nowadays terrorist attacks on civilian facilities have increased.Paying attention to the design of construction sites against the impact loads due to the explosion is important. Identifying the nature of explosive loads and their impact on the structure is one of the important issues to be studied. The explosion is one of the complex phenomena including high strain rate which highly affects the structural elements behavior. Regarding the fact that existing steel structures are typically designed based on conventional gravity and seismic loads, it is required that the performance of these structures be investigated under the explosion load. In this study, the evaluation of simple steel frame behavior with different dampers against explosive load and earthquake is investigated. Nonlinear dynamics analysis is performed on models with 3, 5 and 10 floor structures and in accordance with UFC 3-340-02 at two different levels of explosive charge, in the SAP 2000 software. The results show that between XADAS, friction dampers, Viscose in diagonal system, in the seesaw system, U-shaped with flexural and shear performance and proposed pipe dampers, The displacement dampers have the greatest impact in reducing the structure response. From this Friction damper and pipe and U-shaped with flexural function is more effective.
    Keywords: Blast load, Nonlinear dynamic response, Damper, earthquake, steel structure
  • Mahdiye Maddahi, Mohsen Gerami *, Hossein Naderpour Pages 130-147

    Uncertainties are inevitable in the estimation of structural engineering issues and increase the cost of retrofitting. In the presence of uncertainties, the results of seismic evaluation are incorrect and create conservatism in acceptance criteria at structural performance levels. Considering and quantification of uncertainties in design and rehabilitation of structures reduces the existing conservatism and can lead to the economic design and rehabilitation of structures. In the seismic rehabilitation of structures, uncertainties have been studied on existing structures and have been applied by coefficients in guidelines. Adding a secondary system to rehabilitate of existing structure can enter uncertainties into the computation and can be effective for results of reliability. Therefore, in this study, reliability of rehabilitated steel moment frame with steel shear wall has been discussed in order to quantify the uncertainty of the steel shear wall. The selected structure is a nine-storey steel moment frame of SAC project, which was rehabilitated by steel shear wall. The studied structures were analyzed pre- and post-rehabilitation, with probabilistic variables considered for steel shear wall by OpenSees software. Based on results of incremental dynamic analysis and obtained fragility curves, the values of the reliability index have been obtained for the rehabilitated structure in the presence of uncertainties. Results showed that considering of uncertainties and reducing them can reduce the existing conservatism and the cost of rehabilitation.

    Keywords: Seismic Rehabilitation, Steel Shear Wall, Uncertain, Sensitivity analysis, Incremental Dynamic Analysis
  • Hossein Pahlavan, Alireza Mirza Goltabar Roshan *, Ali Naseri Pages 148-162

    Bridges are one of the major infrastructures of a country, which, in the event of severe seismic activity and the occurrence of collapse, can cause severe damage in different regions and create a severe crisis. Bridges with very long spans have always been a great challenge for engineers throughout history. Cable-stayed types of bridges are becoming more and more popular in the construction of long span bridges due to their advantages. A great number of cable stayed bridges in the world are located in the seismic zone and also near active faults so the effect of near field excitations on the seismic vulnerability of cable stayed bridges should be investigated probabilistically in accordance with far field excitations. Generation of vulnerability functions in the form of fragility curves is a common approach for assessing bridges seismic vulnerability. In this article, a set of analytical fragility curves for a case study cable stayed bridge (the Bill Emerson Bridge) are developed based on Incremental nonlinear dynamic analysis (IDA). The findings represent the effect of near fault excitations on the vulnerability of this long span bridge model. For example, the probability of a complete and extensive damage state for the considered cable stayed bridge in 1.5g for far field is 10 and 32 percent respectively, while in the near field, this value increases to about 19 and 44 percent, that indicates increase vulnerability of bridge in near field. The median values of seismic fragility for the considered bridge model decreased significantly in near field excitation in the Extensive and Complete damage states. The results can guide future regional risk assessments regarding the importance of including or neglecting near field excitations impacts on cable stayed bridge’s vulnerability.

    Keywords: Analytical Fragility Curves, Near fault, Far field, Bill emerson bridge, Cable stayed bridges
  • Karim Badamchi *, Mohammad Khalil Khalili, Kia Badamchi Pages 163-178

    Many studies have been conducted showing that the mass damper improves the performance of structures against wind loads and seismic loads. This paper presents a model for passive tuned mass damper with softening stiffness; the Newton−Raphson method and state space were used to solve nonlinear equations of motion. To evaluate the performance of the proposed mass damper, an 11-storied steel structure subjected to the Northridge and Zarand earthquakes was evaluated. This structure was initially modelled and analysed without a damper and with the softening PTMD. Then the effect of varying angles of the mass damper was investigated; eventually the damper was converted into a non-linear semi-active tuned mass damper. To reduce the displacements of the damper, fuzzy control was used for the controller. The results show that the proposed mass damper with a 60-degree angle could reduce the displacement in the earthquakes of Northridge and Zarand by 48.8 and 36.2% on an average. The results of using different angles suggest that a 45-degree angle makes for the most favourable performance for the structure and mass damper. It points out that in the use of an isolator for the 11th floor, this floor has the potential for higher displacement than any other floor, but, in this article, using the controller and the proposed semi-active damper, it has been shown that this floor can also experience lower displacement.

    Keywords: Nonlinear tuned mass damper, Semi-active tuned mass damper, Softening stiffness, Nonlinear analysis, The Newton−Raphson method, Geometrically nonlinear behavior
  • Vahid Akrami * Pages 179-197
    There are a number of reasons for considering web openings in steel structures with I-sections. Design of these structural members is always a practical challenge in steel construction. There are several design methods available in the literature for design of these components. Most of these methods rely on the moment-shear-axial interaction curves. However, the preliminary studies have shown that the real performance of these reduced sections is in the form of diagonal struts. The objective of this study is to present a new model based on the tensile and compressive action of diagonal struts at reduced web region to calculate shear strength of the perforated section.For this purpose, the geometry and dimensions of the diagonal struts are described and the shear strength of reduced section is calculated accordingly. To assess the accuracy of proposed geometry and dimensions for diagonal struts, a topology optimization is conducted for two finite element models and results are compared to the proposed values based on which a good agreement is found between optimized and proposed geometries. Next, design curves are presented for calculation of shear strength followed by comparison of proposed model and its predictions with the ones obtained from numerical analysis. Comparing the predictions of the proposed model with the results of 120 finite element samples, the absolute mean error and standard deviation of absolute error were calculated to be 6% and 3.7%, respectively. This comparison shows that, although the presented model is simple and easy to use, it has acceptable accuracy and can be utilized for calculation of shear strength in perforated steel I-beams.
    Keywords: steel beam, web opening, strut model, Shear strength, Finite Element
  • Mohtasham Khanahmadi, Omid Rezayfar *, Majid Gholhaki Pages 198-214

    Damage occurrence is always inevitable in structures. So far, many examples of damage types in engineering structures have been recorded with many losses of human and financial. For this reason, the detecting of structural damages during its exploitation to provide safety with the lowest cost has been the subject of many researchers in the last two decades. In this regard, the wavelet transform is a powerful mathematical tool for signal processing, has attracted the attention of many researchers in the field of health monitoring of structures. In this paper, due to the increase of steel plate shear wall in the building industry, it was considered the problem of detecting the location of the damage in steel plates. In this paper, due to the increase of steel plate shear wall in the building industry, it was considered the problem of detecting the location of the damage in steel plates. At first, the steel plate was modeled in ABAQUS finite element software with free support conditions, and then the healthy and damaged first eight mode shape was extracted. The primary and secondary modes shape was analyzed using discrete two-dimensional wavelet transform as a two-dimensional spatial signal. The results of the diagonal details of the wavelet analysis of secondary modes shape show the turbulence of the wavelet coefficients, compared with primary modes shape in damage locations; so that, wavelet analysis of the modes shape of the first mode, show damage location with the better equivalence of wavelet coefficients and the error of less than 6%.

    Keywords: wavelet transform, Signal processing, structural health monitoring, Steel Plate, Mode shape, Damage detection
  • Kourosh Mehdizadeh *, Abbasali Sadeghi, Seyede Vahide Hashemi Pages 215-236

    Buildings are always affected by a variety of natural and abnormal forces during their operation. Impact of vehicle collision is an abnormal load which is not usually considered in the design of structures. With the spread of terrorist attacks in many parts of the world, investigation the behavior of structures against unusual loadings, such as blast or vehicle collision has been considered. In this study, steel moment frames with knee braces (2, 5 and 8 story) were designed by SAP 2000 software in two-dimensional according to codes guidelines, and then time history analysis of them was performed by SeismoStruct software subjected to impact of light vehicle collision. The responses such as displacement, drift, acceleration of the stories and the base shear of the frames were compared under the effect of light vehicle collision impact with different velocity (from 10 to 120 km/hr). The results show that the velocity 90, 120 and 100 km/hr causes dynamic instability state in frames with 2, 5 and 8 story respectively. The results also show that the performance level of the mentioned frames based on the maximum stories drift and for the different velocities of impact. For example, in the range of impact velocity of 50 to 80 km/hr, the performance level of 2-story frame was "Life Safety" and regarding to 8-story frame, the performance level was "Immediate Occupancy" for velocities 10 and 20 km/hr.

    Keywords: Impact, Light Vehicle, Moment Frame, Knee brace, Dynamic Instability, SAP2000 software, Seismostruct software
  • Masoumeh Soltani *, Masooma Mohammadi, Behrouz Asgarian Pages 237-259
    In this paper, the influence of Winkler type elastic foundation on the free vibration behavior of non-local Euler-Bernoulli beam with varying cross-section is semi-analytically investigated. For this purpose, the governing equation of motion is derived based on nonlocal elasticity Eringen’s model and Hamilton’s principle. The power series approximation is applied to solve the fourth order differential equation, since in the presence of variable cross-section, stiffness quantities are not constant. Based on this semi-analytical methodology, displacement component and cross-section properties should be expanded in terms of power series of a known degree. The natural frequencies of non-local beam with variable cross-section are then derived by imposing the boundary conditions and solving the eigenvalue problem. The results of this research are compared with the obtained results by other researchers and there is a good agreement. At the end, the effects of different parameters such as: end conditions, nonlocal Eringen’s parameter, tapering ratio and Winkler spring constant on non-dimensional natural frequency of nano-beam are studied in detail. The outcomes of this study indicate that the increase of nonlocal parameter and non-uniformity ratio causes to decrease the dimensionless natural frequency. However, with increasing the Winkler elastic constant, the non-local frequencies increase. Furthermore, it is shown that the effect of Winkler elastic foundation is predominate than the tapering ratio and Eringen’s parameter on the natural frequency of nano-beams.
    Keywords: Natural frequency Non, local elasticity theory Tapered beam Elastic foundation Power series method
  • Peyman Azimi, Mahdi Yazdani * Pages 260-278
    There are numerous old arch bridges in Iran that have been used as railway bridges for more than eighty years. In Iran's railway network, there are about 3,700 bridges which all of these have been designed based on service load in that time (low-speed trains) and are still serving for trains at maximum speed of 100 km/h. Using of high-speed trains has been spread all over the world in the last two decades. In recent years, the use of high-speed trains is necessary in the Iran. It is not possible at all to replace old masonry arch bridges due to field and economic constraints, so it is necessary to evaluate the dynamic behaviour of these bridges under the high-speed trains. To evaluate complex behavior of these bridges, results of field tests are required. Since it is not possible to perform field tests for all arch bridges, these structures should be simulated correctly by computers for structural assessment. The present study investigates two plain concrete arch bridge which are located in kilometer 23 and 24 of the old Tehran-Qom railway. The numerical model of the bridge is established in accordance with detailed geometrical properties of the bridges. The numerical model has been validated based on the existing experimental results. In the model updating procedure, the vertical deflection at the crown under static loading and the movement of the six-axle train by 60 and 80 km/h, as well as the first three modes of the bridges were selected as a calibration criterion. In the second step, different geometrical of Pardis high-speed train are used and totally 13 geometrical models have been detected and investigated. By using the finite element method and the macro-modelling approach, the km-23 and km-24 bridges were simulated and totally 26-time history dynamic analyses have been conducted. Dynamic behaviour of the bridge under moving load model of Pardis trains at speeds of 150km/h have been assessed. Finally, deflection and acceleration responses for all 26 dynamic analyses at the crown of the bridges have been extracted and compared. These analyses are conducted to the aim of finding opportunities and constraints in using railway masonry arch bridges in the Iran as it is necessary to use existing rail lines on the rail network, due to the high cost of the construction of new ones and the need to know the existing structures such as bridges and their properties under the impact of high-speed trains. A realistic prediction of the structure's response helps a rational operation of the bridges in the service, that’s why the correct understanding of the dynamic behaviour of railway bridges is essential. The results of present study indicate that these bridges have good behaviour under high-speed trains.
    Keywords: Masonry arch bridge, finite element modeling, Geometrical properties of high-speed trains, Pardis train, Dynamic assessment
  • Vahid Vahedian, Gholamreza Abdollahzadeh *, Hamed Hamidi Pages 279-295
    Past studies have shown that aftershocks can increase structural damage, especially for structures damaged in the mainshock and experienced nonlinear behavior. This damage is generally the result of increased lateral displacement of the structure and thus, it is necessary to estimate the lateral displacement of the structure under seismic evaluation accurately. Although the target displacement in the nonlinear static analysis method is calculated by means of relationships presented in performance-based design codes, the effect of the aftershock is not taken into account. In this study, the impact of aftershock on inelastic displacement ratio is considered as the most effective factor in determining the target displacement. The results showed that this ratio increases significantly due to aftershocks. The dispersion of the results led to the investigation of the hazard levels of the input earthquakes and subsequently using the scaling method of the accelerograms. For this purpose, a target aftershock spectrum was generated by a statistical study on the maximum acceleration ratio of the mainshock and its corresponding aftershocks, thereby the aftershocks scale to an independent target acceleration spectrum. Comparison of the responses from scaling revealed that dispersion in results are an inherent issue and cannot be resolved. Finally, by modifying in the current relationship of the code, a new formula has been proposed for the inelastic displacement ratio such that the mean error values were reduced as much as possible.
    Keywords: inelastic displacement ratio, mainshock-aftershock, seismic sequences, SDOF systems, Nonlinear dynamic analysis
  • Amir Zayeri Baghlani Nejad *, Mohammad Shokrollahi Pages 296-314
    Discrete singular convolution is a new numerical method that its ability to vibrational analysis has been demonstrated in the last decade. A lot of research on how to apply the complex boundary conditions of the different issues using this method is carried out and a variety of solutions have been proposed in this regard. Applying the boundary conditions in the governing equations of coupled shear walls, is a challenging issue. This paper proposes a new algorithm for applying the boundary conditions in the vibration analysis of coupled shear walls using the DSC method. In order to validate the proposed method, several samples were analyzed using this algorithm and the results were compared with the values obtained from three conventional numerical methods of Finite element (FEM), Differential quadrature (DQM) and Finite difference (FDM) methods. The great conformity was found between the results which emphasized the validity and integrity of the proposed method. In addition, the ability of the DSC algorithm was explored in terms of the computational speed, computational effort and the amount of computer memory required aspect and compared with the other conventional numerical approaches. It is concluded that the DSC is more efficient than the compared numerical methods from the results of this study.
    Keywords: Discrete singular convolution, Free vibration, Coupled shear wall, boundary conditions, Numerical method
  • Mehrdad Ghamari, Mohammad Saeed Karimi *, Abdulazim Amirshahkarami Pages 315-332

    According to the Eurocode, the partial safety factor (γM) is a coefficient related to the material properties considering the uncertainties in geometry and modeling, which design value for the material properties are determined by dividing the actual value of the material properties by this coefficient. In this paper, determination of γM considering uncertainties for the Persian historical masonry shear wall was studied. To this aim, behavior of different specimens of masonry shear walls (with constant thickness) under in-plane shear loading and constant pre-compression with four different aspect ratios (height to length) and six different boundary constraints (under the effect of lateral walls and ceiling), by considering the uncertainty effect for two parameters of modulus of elasticity and thickness of wall were studied by the nonlinear pushover analyses. The results showed that by increasing the aspect ratio, the lateral shear strength of the walls decreases and γM is increased, whilst by increasing the boundary constraints, shear strength of the walls increases and γM decreases. The more impact of the horizontal component (ceiling) was observed, as compared to the vertical component in one direction, increases the boundary constraints and the lateral load-bearing capacity. It was also observed that the decrease in the initial shear stiffness of the walls was characterized by an increase in the wall aspect ratio, although this parameter changed slightly with changes in boundary constraints. In conclusion, the value of γM for the Persian historical masonry shear wall materials is proposed between 1.1 to 1.8.

    Keywords: Masonry shear wall, Persian historical masonry, Uncertainty, Lateral constraints, nonlinear pushover analysis, Lateral load-bearing capacity, The partial safety factor (γM)
  • Seyed Roohollah Mousavi *, Amir Saadatipour, Yasin Mokhtari, Saber Shahnazari Aval Pages 333-346
    Self-compacting concrete is a special concrete that flows with its weight in the form and does not need to shake. based on experimental findings, its compressive strength decreases with an increase in the specimen size; this phenomenon is called “size effect and its beginning is a nonlinear failure in concrete and other fragile materials. The purpose of this study was to investigate the size effect on compressive strength of cubic and cylindrical specimens in self-compacting concrete containing pozzolanic materials of microsilica and Taftan Pumice. To this end, the least squares (LSM) method and Bezant’s Size effect rule have been used to analyze the data. Seven designs consist of 3 different mixing designs of 2.5, 5 and 10% cement weight replaced by micro silica also 3 mixing designs containing 15, 20 and 25% weight of cement replaced by Pumice. An additional design was also made as a reference mix design. All Mix designs were cast in various size-cubic molds and also in standard cylindrical molds. According to the results, Mixes with 5% micro-silicon (M5) and 20% Pumice (P20) showed the highest compressive strength. The compressive strength ratio of cubic to cylindrical specimens was studied in all mixing designs. The results of the experiments show that self-compacting concrete cube specimens have a higher compressive strength than standard cylindrical specimens, and the compressive strength ratio of cubic specimens to standard cylindrical specimens with increasing cubic sizes from 5 to 15 centimeters decrease. On the other hand, the results show that the effect of size has decreased in designs with 5% microsilica and 15% pumice.
    Keywords: size effect, Self-Compacting Concrete, Taftan Pumice, Micro-silica, Compressive strength