فهرست مطالب

مهندسی عمران فردوسی - سال سی و پنجم شماره 3 (پاییز 1401)

نشریه مهندسی عمران فردوسی
سال سی و پنجم شماره 3 (پاییز 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/09/26
  • تعداد عناوین: 6
|
  • هادی فتاحی*، فرشاد ملک محمودی، حسین قائدی صفحات 1-18
    به علت وجود مشکلات در ارزیابی تغییر شکل توده سنگ های درزه دار در مقیاس آزمایشگاهی، می توان برای در نظر گرفتن اثر مقیاس و درزه ها از روش های مختلف آزمایش برجا مانند آزمایش بارگذاری صفحه ای و دیلاتومتری استفاده کرد. اگر چه این روش ها در حال حاضر بهترین هستند، اما گران، زمان بر و دارای مشکلات عملیاتی در حین اجرا هستند. بنابراین در این مقاله برای غلبه بر این مشکلات، از الگوریتم های جدید جستجوی هارمونی (HS) و الگوریتم بهینه سازی مبتنی بر آموزش و یادگیری (TLBO) برای تخمین غیرمستقیم مدول تغییرشکل پذیری توده سنگ استفاده شده است. در این مدل ها از امتیاز رده بندی توده سنگ (RMR)، مقاومت فشاری تک محوره سنگ بکر (UCS)، عمق (D) و مدول الاستیسیته سنگ بکر (Ei) به عنوان پارامترهای ورودی و از مدول تغییرشکل پذیری توده سنگ (Em) به عنوان پارامتر خروجی استفاده شده است. در این مقاله، با استفاده از شاخص های آماری مختلف، مدل ایجادشده توسط الگوریتم ها، ارزیابی و اعتبارسنجی می شود. نتایج ارزیابی نشان داد که دقت رابطه برای الگوریتم جستجوی هارمونی با استفاده از شاخص های R2 و VAF حدود 93/0-91/0 و درصد خطا با استفاده از شاخص های RMSE وMSE  بین 0042/0-000017/0 است هم چنین دقت رابطه برای الگوریتم بهینه سازی مبتنی بر آموزش و یادگیری با استفاده از روش R2 و VAF حدود 95/0-92/0 و درصد خطا با استفاده از شاخص های RMSE وMSE  بین 0032/0-000010/0 به دست آمد.
    کلیدواژگان: مدول تغییرشکل پذیری، الگوریتم جستجوی هارمونی، الگوریتم بهینه سازی مبتنی بر آموزش و یادگیری، توده سنگ
  • محسن گرامی*، وحید اسکندریان صفحات 19-36

    پین فیوز نوع جدیدی از فیوز سازه ای است که در محل تشکیل مفصل پلاستیک سازه فولادی، نصب می شود. فیوز مزبور در هنگام وقوع زلزله، از طریق لغزش دورانی سطوح فولادی نسبت به یکدیگر عمل نموده، وجود نیروی اصطکاک بین صفحات فیوز، موجب اتلاف انرژی زلزله می شود. قاب مهاربندی شده پین فیوز، یک قاب خمشی مهاربندی شده ویژه بوده که اتصال خمشی آن از نوع پین فیوز بوده و مهاربند قطری آن دارای فیوز اصطکاکی است که مانع کمانش مهاربند می شود. در این تحقیق، ابتدا در قیاس بامطالعه آزمایشگاهی قاب مهاربندی شده پین فیوز، صحت سنجی انجام شد. در ادامه بر مبنای صحت سنجی صورت گرفته، قاب فولادی مهاربندی شده پین فیوز (قاب 9 طبقه - 5 دهانه) طراحی شد. همچنین قاب مشابهی از نوع قاب خمشی ویژه بااتصال RBS و مهاربند همگرای ویژه طراحی شد تا عملکرد لرزه ای دو قاب با همدیگر مقایسه شود. درنهایت، 14 تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی دو قاب با استفاده از هفت شتاب نگاشت مقیاس شده (حوزه نزدیک) به صورت دوبعدی با نرم افزار اپنسیس صورت گرفت و نتایج تحلیل غیرخطی دو قاب مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج تحلیل صورت گرفته نشان داد که قاب مهاربندی شده پین فیوز، عملکرد بسیار بهتری در مقابل قاب مهاربندی شده ویژه، ازلحاظ اتلاف انرژی زلزله به واسطه فعال شدن فیوزهای اصطکاکی دارد. مزیت دیگر قاب مهاربندی شده پین فیوز، تامین سطح عملکرد ایمنی جانی و کاهش قابل توجه هزینه تعمیرات بعد از وقوع زلزله است.

    کلیدواژگان: فیوز اصطکاکی، سیستم پین فیوز، قاب مهاربندی شده پین فیوز
  • محمد حاذقیان* صفحات 37-52

    در روش طراحی سنتی برای دیوارهای میخ‏گذاری‏شده که مبتنی بر راهنمای FHWA است، معمولا مشخصات طراحی میخ‏ها (طول، فاصله و قطر میخ‏ها) در عمق گود ثابت فرض می‏شود. اما در روش طراحی معرفی‏شده در مطالعه حاضر (روش طراحی پیشنهادی) با کنترل گام ‏به ‏گام ضریب اطمینان برای هریک از ردیف‏های میخ از بالا به پایین گود، مشخصات طراحی آنها در عمق تغییر داده می‏شود. در مطالعه حاضر، ابتدا فرضیات مدل‏سازی بیان و سپس روش مدل‏سازی عددی با آزمون پروژه کلوتره صحت‏ سنجی می‏شود. در ادامه جزییات روش ‏های طراحی سنتی و پیشنهادی توصیف می‏شود. سپس یک مطالعه پارامتری برای مقایسه روش‏های طراحی سنتی و پیشنهادی انجام می‏شود. در این مطالعه پارامتری، اثر عمق گود، تراکم خاک، چسبندگی خاک، سربار و ضریب اطمینان پایداری موردنیاز بررسی می‏شود. نتایج مطالعه حاضر نشان می‏دهد که روش طراحی پیشنهادی نسبت به سنتی، چگالی حجمی میخ‏ها (مجموع حجم میخ‏ها تقسیم بر مساحت دیواره) را به طور متوسط 30% کاهش می‏دهد که از لحاظ اقتصادی قابل توجه است. هم چنین نتایج مطالعه حاضر نشان می‏دهد که تغییرشکل تاج دیواره گود در روش طراحی پیشنهادی نسبت به سنتی به طور متوسط حدود 10% بیشتر است.

    کلیدواژگان: گود، میخ&rlm، گذاری، روش طراحی سنتی، روش طراحی پیشنهادی، چگالی حجمی میخ&rlm، ها
  • سینا حیرانی مقدم، احمد شوشتری* صفحات 53-68
    طراحی لرزه ای سازه ها باید به نحوی صورت گیرد که هزینه های تعمیر سازه پس از وقوع زلزله به حداقل برسند. سیستم های مرکزگرا هم چون دیوار بتنی پس کشیده این هدف را تامین می کنند. در این پژوهش برای مقایسه رفتار لرزه ای سیستم پیشنهادی دیوار بتنی پس کشیده دارای میراگر اصطکاکی با سیستم دیوار بتنی پس کشیده دارای میلگردهای مستهلک کننده و دیوار برشی بتنی معمولی، سه سیستم مذکور در ساختمان های سه، شش و ده طبقه با استفاده از نرم افزار OpenSees تحت اثر بارگذاری چرخه ای و تحلیل تاریخچه زمانی قرار می گیرند. ضریب جذب انرژی در مجموع چرخه های بارگذاری اعمالی در دیوار بتنی پس کشیده دارای میراگر اصطکاکی برای سازه های سه، شش و ده طبقه به ترتیب 37/1، 40/1 و 02/2 برابر دیوار بتنی پس کشیده دارای میلگردهای مستهلک کننده و 15/1، 05/1 و 72/1 برابر دیوار برشی بتنی معمولی است. تحت اثر هفت رکورد زلزله اعمالی میانگین جابه جایی جانبی نسبی حداکثر طبقات پایین در سیستم دیوار برشی بتنی معمولی کمتر از دو سیستم دیگر و میانگین جابه جایی جانبی نسبی حداکثر در طبقات بالا در سیستم دیوار بتنی پس کشیده دارای میراگر اصطکاکی کمتر از سایر سیستم ها است.
    کلیدواژگان: دیوار بتنی پس کشیده مرکزگرا، میراگر اصطکاکی، میلگردهای مستهلک کننده، بارگذاری چرخه ای، تحلیل تاریخچه زمانی
  • امیر آقاسی*، محسن تربتی نژاد، امیر باقرزاده صفحات 69-88
    شیارشدگی یکی از مهم ترین خرابی های ایجادشده در روسازی های آسفالتی می باشد که علاوه بر کاهش عمر خدمت دهی روسازی، خطرات جدی را برای استفاده کنندگان از راه ایجاد می کند. بنابراین مدل سازی رفتار شیارشدگی مخلوط های آسفالتی اهمیت بالایی دارد و در صورت تعیین مدل مناسب می توان از تولید آسفالت با احتمال بالای شیارشدگی در مرحله طراحی جلوگیری کرد. هدف از این تحقیق تعیین تاثیر رده عملکردی قیر پایه، درصد های مختلف پلیمر SBS، دما، تعداد سیکل بارگذاری و درصد فضای خالی بر مقاومت شیارشدگی مخلوط های آسفالتی با بررسی رفتار خزشی و استفاده از مدل شبکه عصبی می باشد. نتایج این تحقیق نشان داد، استفاده از پلیمر و قیر PG64-22 موجب کاهش کرنش تجمعی و بهبود مقاومت شیارشدگی روسازی می شود و با افزایش درصد پلیمر، عملکرد مخلوط آسفالتی در برابر شیارشدگی بهبود می یابد و بهترین مقاومت مربوط به نمونه حاوی 6 درصد پلیمر با قیر PG64-22 می باشد. همچنین، با افزایش سیکل بارگذاری تغییر شکل های دایمی ایجادشده در روسازی به شکل قابل توجهی افزایش یافته است و از مقاومت مخلوط در برابر شیارشدگی کم می شود. این در حالی است که افزودن پلیمر با عملکرد مناسب و مثبت موجب کاهش این نرخ شده است و روند کاهش مقاومت و افزایش خزش مخلوط های آسفالتی را بهبود می بخشد. نتایج بخش مدل سازی نشان داد، مدل شبکه عصبی ازنظر پیش بینی رفتار خزشی و مقاومت شیارشدگی مخلوط های آسفالتی اصلاح شده پلیمری عملکرد بسیار خوبی دارد.
    کلیدواژگان: مخلوط های آسفالتی، قیر پلیمری، شیارشدگی، شبکه عصبی، مدل پیشبینی
  • امیر جهانی*، علی رئیسی استبرق، حسین خواجه پور، محدثه امینی صفحات 89-106
    در این کار پژوهشی، اثر سیمان، سرباره دانه ای کوره ذوب آهن (GGBS) و سرباره فعال شده با اکسیدمنیزیم (MgO) به عنوان مواد افزودنی در بهسازی یک خاک رسی مورد مطالعه و ارزیابی قرار گرفتند. برای فعال سازی GGBS از اکسیدمنیزیم با نسبت اختلاط 3 (سرباره) به 1 (اکسیدمنیزیم) استفاده گردید. بهسازی خاک در درصدهای وزنی 5، 10 و 15 از مواد افزودنی مذکور انجام شد. آزمایش های حدود اتربرگ و تراکم استاندارد روی خاک های اختلاط یافته با مواد افزودنی مذکور انجام شد. همچنین نمونه های لازم از این مواد اختلاط یافته جهت تعیین مقاومت تک محوری و بررسی ریزساختار خاک با انجام آزمایش میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) تهیه گردید. مقاومت نمونه-های تهیه شده در زمان های عمل آوری 7، 14 و 28 روز تعیین گردیدند. نتایج نشان داد که مقاومت نمونه ها تابعی از درصد مواد افزودنی مورد استفاده و زمان عمل آوری می-باشد. علاوه بر این مقایسه نتایج نشان داد که در درصد مشخص و زمان عمل آوری معین، مقاومت نمونه های بهسازی شده با سرباره از نمونه های حاوی سرباره فعال شده کمتر می باشد. همچنین با بررسی و تحلیل نتایج آزمایشSEM مشخص شد که با افزودن مواد افزودنی مذکور به خاک رسی، مواد سیمانته کننده ای در اثر عمل متقابل آنها با خاک طی فرآیند شیمیایی تشکیل می شود که منجر به اتصال ذرات خاک و مواد افزودنی به یکدیگر و در نتیجه تشکیل جسمی با مقاومت بالا می گردد. همچنین در این پژوهش ارزیابی اقتصادی برای بهسازی خاک با مواد افزودنی مذکور انجام شد و مناسب ترین ماده افزودنی جهت این امر پیشنهاد گردید.
    کلیدواژگان: بهسازی خاک رسی، سیمان، سرباره کوره ذوب آهن، اکسیدمنیزیم، سرباره فعال شده
|
  • Hadi Fattahi *, Farshad Malekmahmoudi, Hossein Ghaedi Pages 1-18
    Due to the difficulties in assessing the deformation of jointed aggregates at the laboratory scale, various in situ testing methods such as plate loading test and dilatometry can be used to consider the effect of scale and joints. Although these methods are currently the best, they are expensive, time consuming, and have operational difficulties during implementation. Therefore, in this paper, to overcome these problems, new harmony search algorithms (HS) and teaching-learning optimization algorithm (TLBO) are used to indirectly estimate the modulus of rock mass deformation. In these models, the rock mass classification score (RMR), uniaxial compressive strength of virgin rock (UCS), depth (D) and the modulus of elasticity of intact rock (Ei) as input parameters and the modulus of rock mass deformability (Em) as output parameter Used. In this paper, Using different statistical indicators, the model created by the algorithms is evaluated and validated. The evaluation results showed that the relationship accuracy for the harmonic search algorithm using R2 and VAF methods is about 0.91-0.93 and using the RMSE and MSE methods is between 0.000017-0.0042. Also, the relationship accuracy for the optimization algorithm Based on teaching and learning using R2 and VAF methods, about 0.92-0.95 and using RMSE and MSE methods were between 0.00001- 0.0032.
    Keywords: Deformation of modulus, harmony search algorithm, teaching-learning optimization algorithm, rock mass
  • Mohsen Gerami *, Vahid Eskandarian Pages 19-36

    Pin Fuse is a new type of structural fuse that is installed at the place of plastic hinge of steel structure. The fuse acts through rotational sliding of steel surfaces on each other during an earthquake. The presence of frictional force between the fuse plates causes the loss of seismic energy. Pin fuse frame is a special braced moment frame that its moment connection is of pin fuse and its diagonal brace has a friction fuse which prevents buckling of the brace. In this study, first in comparison with full scale test of pin fuse frame was validated. Afterward, based on the verification, three braced steel frame of the pin fuse at six, nine and  twelve  story were designed. Also, similar frames of special moment with RBS connection and special diagonal brace was designed to compare the seismic performance of the two groups frames. Finally, 42 nonlinear time history analysis of the two frame was performed with opensees software in two dimensions using seven scaled Earthquake acceleration (Near fault) and the results of nonlinear analysis of the two frames were compared. The results of the analysis showed that the pin fuse frame has a much better performance than the special braced frame in terms of seismic energy loss due to the activation of friction fuses(activation of 60% of beam fuses and 85% of brace fuses). Another advantage of the braced pin fuse frame is the supplying of 80% of life safety performance level and significantly reducing the repair cost after an earthquake.

    Keywords: Friction Fuse, Pin Fuse System, Braced Pin Fuse Frame
  • Mohammad Hazeghian * Pages 37-52

    In the conventional design method for soil-nailed walls that is based on the FHWA guidance, the nails properties (the length, spacing and diameter of nails) through the excavation depth is usually assumed constant. However, in the design method introduced in the present study (the proposed design method), the nails properties are varied through the excavation depth by step-by-step control of the factor of safety for each row of nails. In the present study, first numerical assumptions are explained and then the numerical modelling methodology is verified through the Clouterre project. Afterwards, the details of the conventional and proposed design methods are described. Next, a parametric study is performed to compare the conventional and proposed design methods. In the parametric study, the effects of the excavation depth, soil density, soil cohesion, surcharge and required factor of safety are investigated. The results of the present study show that the proposed design method compared with the conventional one would decrease on average 30% the nails volumetric density (i.e. the volume of nails divided by the wall area), which is considerable from the economical point of view. Moreover, the results show that the total displacement at the wall crest for the proposed design method is comparatively 10% higher than that of the conventional design method.

    Keywords: Excavation, soil nailing, Conventional design method, Proposed design method, Nails volumetric density
  • Sina Heyrani Moghaddam, Ahmad Shooshtari * Pages 53-68
    The seismic design of buildings ought to be done to decrease the expenses of building repairing after an earthquake. Self-centering systems such as the post-tensioned concrete wall can provide this purpose. In this study, to evaluate the seismic behavior of the post-tensioned concrete wall with friction-based damper (FBD), the proposed system, the post-tensioned concrete wall with energy dissipator (ED) bars, and the concrete shear wall are subjected to the cyclic and nonlinear response history analyses at three, six, and ten-story buildings using OpenSees software. Based on the cyclic analysis, the total energy dissipation coefficients for the post-tensioned concrete wall with FBD in three, six, and ten-story buildings are respectively 1.37, 1.40, and 2.02 times of that obtained for the post-tensioned concrete wall with energy dissipator bars system, and are respectively 1.15, 1.05, and 1.72 times of that achieved for the concrete shear wall system. According to the results of the applied seven earthquake records, the average of the maximum drift in the concrete shear wall system is less than the other systems in the lower floors, and the average of the maximum drift in the upper floors in the post-tensioned concrete wall with FBD is less than the other systems.
    Keywords: Self-Centering post-tensioned concrete wall, Friction-based damper, Energy dissipators bars, Cyclic Loading, Nonlinear response history analysis
  • Amir Aghasi *, Mohsen Torbatinejad, Amir Bagherzadeh Pages 69-88
    rutting is one of the most important distresses in asphalt pavements, which in addition to reducing the service life of the pavement, poses serious risks to road users. Therefore, modeling the rutting behavior of asphalt mixtures is of great importance and if a suitable model is determined, the production of asphalt with a high probability of rutting can be prevented. The aim of this study was to determine the effect of bitumen Performance Grade, different percentages of SBS polymer, temperature, number of loading cycles, and percentage of air void on the rutting strength of asphalt mixtures by examining the creep behavior and using the neural network model. The results of this study showed that the use of polymer and PG64-22 bitumen reduces the cumulative strain and improves the paving resistance of the pavement and the best resistance of the sample contains 6% of polymer with PG64-22 bitumen. Also, by increasing the loading cycle the permanent deformations created in the pavement are significantly increased and the resistance of the mixture to ruttingis reduced. However, the addition of polymer has reduced this rate and improves the process of reducing the resistance and increasing the creep of asphalt mixtures. The results of the modeling showed that the neural network model has a very good performance in terms of predicting creep behavior and rutting strength of modified polymer asphalt mixtures.
    Keywords: Asphalt mixtures, Polymerized bitumen, Rutting, Neural Network, Prediction model
  • Amir Jahani *, Ali Raeesi Estabragh, Hossein Khajepour, Mohadeseh Amini Pages 89-106
    In this research work, the effect of cement, Ground Granulated Blast Furnace Slag (GGBS), and activated GGBS with MgO on the treatment of a clay soil was studied through conducting the experimental tests. The ratios of 1:3 was considered for making the mixtures GGBS: MgO. The used percentages of additives were 5, 10, and 15%. Various experimental tests such as Atterberg limits, standard compaction, compressive strength (UCS), and Scanning Electron Microscopy (SEM) tests were performed on the samples with different percentages of additives. Also, UCS tests were conducted on the compacted samples at curing times of 7, 14, and 28 days. The results of UCS indicated that all used additives are effective in improving the behaviors of soil, and their amount is dependent on the percentage of used additives and curing time. In addition, a comparison of the results showed that in a given percentage of additives and curing time, activated GGBS is more effective than GGBS alone in improving soil samples. Based on the SEM results, it was found that the increasing strength of stabilized soil is resulted from the interaction between soil particles and additives materials. An economical evaluation of soil improvement with used additives was also carried out and the best one was proposed for conducting in the field.
    Keywords: Clay soil improvement, Cement, GGBS, MgO, activated GGBS