فهرست مطالب

مهندسی عمران شریف - سال سی و نهم شماره 1 (بهار 1402)

مجله مهندسی عمران شریف
سال سی و نهم شماره 1 (بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/03/01
  • تعداد عناوین: 12
|
  • محمد مویزی ثانی، عباس کرم الدین* صفحات 3-13
    در نوشتار حاضر، طیف عملکرد برای سازه های یک درجه آزادی برشی مجهز به دو نوع از دستگاه سختی منفی غیرفعال ارایه شده است. با استفاده از روش تحلیل تاریخچه ی زمانی غیرخطی برای پارامترهای مکانیکی مختلف دستگاه های سختی منفی، طیف عملکرد برای سازه های با دوره ی تناوب 0٫5 تا 2٫5 ثانیه برای هر دو نوع دستگاه به دست آمده است. برای انجام این کار، 12 رکورد زلزله با طیف طراحی آیین نامه ی ایران (استاندارد 2800) انطباق داده شده اند. از پارامترهای نسبت نیروی تسلیم دستگاه و سازه، به نیروی تسلیم سازه و همچنین نسبت سختی دستگاه به سازه برای تهیه ی طیف های عملکرد استفاده شده است. همچنین، برای بررسی کارایی طیف عملکرد در طراحی پارامترهای دستگاه سختی منفی و آثار آن در کاهش پاسخ سازه ها، از سازه ی پل بزرگراهی معیار استفاده شده است. پارامترهای هدف به دست آمده، نشان دهنده ی نتایج مطلوب طیف عملکرد در طراحی سیستم های سختی منفی و کاهش پاسخ هاست.
    کلیدواژگان: طیف عملکرد، سختی منفی، پل بزرگراهی معیار، کنترل غیرفعال
  • آزاده خشکرودی، حسین پروینی ثانی*، مجتبی اعجمی صفحات 15-22
    یکی از مولفه های کلیدی در تعیین عملکرد سازه، مولفه های زوال هستند. در نوشتار حاضر، به پیش بینی مولفه های زوال ستون های بتن مسلح توسط مدل های یادگیری ماشین پرداخته شده است. برای این منظور از 255 داده ی آزمایشگاهی مربوط به ستون های بتن مسلح از سال 1973 تا 2002، برای پیش بینی با روش های مختلف یادگیری ماشین انتخاب شده اند، که دچار سه نوع شکست: خمشی، برشی و خمشی برشی بوده اند. در ادامه، عملکرد روش های یادگیری ماشین، شامل: آدابوست، شبکه ی عصبی مصنوعی (A N N) و جنگل تصادفی (R F) با هم مقایسه شده اند. در این راستا، تحلیل های دقیق توسط نرم افزار پایتون بررسی شدند و نتایج به دست آمده نشان دادند که مدل جنگل تصادفی دارای دقتی برابر 91٪ برای پیش بینی چرخش خمیری بعد از تسلیم $(\t h e t a_{p})$، 81\٪ برای چرخش خمیری از نقطه ی زوال مقاومت تا نقطه ی صفر مقاومت $(\t h e t a_{p c})$ و 88\٪ برای ظرفیت استهلاک انرژی نرمالایز شده $(\l a m b d a)$ نسبت به سایر الگوریتم ها بوده است. در ضمن، مدل جنگل تصادفی، نسبت به مدل های تحلیلی، بهبود پیش بینی قابل ملاحظه یی در تعیین مولفه های زوال داشته است.
    کلیدواژگان: مولفه های زوال، یادگیری ماشین، هوش مصنوعی، شبکه های عصبی مصنوعی، جنگل تصادفی
  • سیما صمدیان فرد، وهب توفیق* صفحات 23-27
    روند فزاینده ی مصرف انرژی در صنعت ساخت وساز، مهندسان و طراحان سازه را به سمت بررسی روش هایی سوق داده است که در طی چرخه ی ساخت تا تخریب، میزان انرژی کمتری را مصرف می کنند. تقویت ویژگی های رسانش حرارتی المان های سازه یی و غیرسازه یی در کنار ویژگی های مکانیکی و مقاومتی علاوه بر گسترش زمینه های کاربردی مصالح مذکور، موجب کاهش قابل ملاحظه ی میزان انرژی مصرفی و کاهش پیامدهای مخرب زیست محیطی می شود، که هم سو با اهداف توسعه ی پایدار نیز است. در پژوهش حاضر، از روش ارتقاء یافته ی تحلیل شبکه یی (A N P)به منظور انتخاب پانل سازه یی و فولاد مناسب برای اجزاء سازه یی، به عبارت بهتر، سازه ی بهینه از نظر انرژی، استفاده شده است. معیارهای انتخاب سازه ی بهینه در مطالعه ی حاضر، ضریب رسانش حرارتی پانل ها، مدت زمان تاخیر حرارتی، وزن سازه و هزینه ی ساخت هستند. به منظور محاسبه ی پارامترهای مذکور، با مدل سازی یک سوله ی سه دهانه یی در نرم افزار V$19/2$2000S A P و با استفاده از روش A N P، انتخاب سازه ی بهینه از نظر میزان مصرف انرژی میسر شد. نتایج حاصل نشان می دهند که سوله با فولاد 37S T و استفاده از پانل با ضخامت ورق عایق 4 سانتی متری، رفتاری بهینه از منظر معیارهای مفروض خواهد داشت.
    کلیدواژگان: سوله، پانل های ساختمانی، کاهش مصرف انرژی، پارامترهای رسانش حرارتی، بهینه سازی
  • احسان آذینی، رضا ضیایی موید*، سید ابوالحسن نائینی صفحات 29-38
    در مطالعه ی حاضر، تزریق پذیری روی خاک کربناته ی خلیج فارس (بوشهر) با محلول نانوسیلیس با ساخت نمونه های یک متری بررسی شده است. نمونه های ماسه ی کربناته با 5 ترکیب مختلف لای با درصدهای (0، 10، 20، 30 و 40) و 3 غلظت محلول با درصدهای (10، 20 و 30) تزریق شده اند، تا بتوان اثر عواملی، مانند: غلظت محلول، درصد ریزدانه و فشار تزریقی در میزان تزریق پذیری، نفوذ، و ارتباط آنها با یکدیگر را بررسی کرد. همچنین به منظور به دست آوردن غلظت بهینه ی تزریق، آزمایش های تک محوری با مقادیر مختلف درصد لای، 3 درصد مختلف غلظت و در 3 دوره ی عمل آوری انجام و مشاهده شد که تثبیت موثر و تمامی غلظت ها تزریق پذیر بوده است؛ به نحوی که غلظت 30٪، بهینه ی غلظت تزریقی است، که بهترین نتیجه را در افزایش مقاومت داشته است. همچنین غلظت 30٪ نسبت به غلظت 10٪ ، به طور میانگین 40٪ افزایش مقاومت را در پی داشته است.
    کلیدواژگان: ماسه ی کربناته ی لای دار بوشهر، نانوسیلیس کلوئیدی، تزریق پذیری، بهسازی خاک، آزمایش تک محوری
  • احد اوریا* صفحات 39-47
    در پژوهش حاضر، روشی برای حل معادله ی دیفرانسیل تحکیم غیرخطی با نفوذپذیری، تراکم پذیری و ضخامت لایه ی متغیر ارایه شده است، که بر اساس مفهوم حالت های آشفتگی است. در روش مذکور، جواب های معادله ی تحکیم غیرخطی به صورت ترکیبی از جواب های معادله ی تحکیم ترزاقی در دو شرایط اولیه و نهایی ارایه شده است. برای ترکیب جواب های معادله ی ترزاقی از تابع حالتی استفاده شده است که بر اساس نتایج به دست آمده از روش تفاضلات محدود استخراج شده است. پارامترهای روش ارایه شده بر اساس مشخصات خاک در دو سطح تنش موثر اولیه قبل از شروع تحکیم و سطح تنش موثر نهایی بعد از تکمیل تحکیم تعیین شده اند. برای بررسی راستی آزمایی روش ارایه شده از نتایج روش تفاضلات محدود و نیز نتایج آزمایشگاهی منتشر شده استفاده شده است. مقایسه ی نتایج روش ارایه شده با نتایج عددی و آزمایشگاهی نشان می دهد که نتایج روش ذکر شده، دقت بسیار خوبی دارد.
    کلیدواژگان: تحکیم غیرخطی، مفهوم حالت های آشفتگی، تراکم پذیری، نفوذپذیری، درصد تحکیم
  • وحید بابایی نژاد، بابک خورسندی* صفحات 49-57
    کارخانه های آب شیرین کن، پساب به جای مانده از شیرین سازی آب را مستقیما به دریا تخلیه می کنند، که بسیار شورتر از آب دریاست و باعث تخریب محیط زیست می شود. استفاده از تخلیه کننده های مناسب، یکی از مهم ترین روش ها برای کاهش آثار زیست محیطی پساب های مذکور است. بیشتر مطالعات انجام شده در این زمینه مربوط به تخلیه ی پساب چگال از نازل دایره یی است. در پژوهش حاضر، برای اولین بار با استفاده از مدل آشفتگی (RNG) εK- به شبیه سازی پساب چگال تخلیه شده از نازل های دایره، مثلث و لوزی پرداخته شده است. پساب به صورت مستغرق مایل و با زاویه ی تخلیه ی 60 درجه نسبت به افق در محیط آبی ساکن و پویا تخلیه شده است. باتوجه به نتایج به دست آمده، هر چه پساب به صورت صفحه یی از نازل خارج شود، ارتفاع صعود بیشینه ی جت و فاصله ی افقی نقطه ی برخورد پساب به زمین کاهش و در مقابل میزان رقیق سازی پساب افزایش می یابد. همچنین نتایج نشان داد میزان پخش در لبه ی داخلی جت به دلیل وجود بستر و اثر کواندا، کمتر از میزان پخش در لبه ی خارجی جت است.
    کلیدواژگان: آب شیرین کن، جت، پساب، پلوم، رقیق سازی
  • آرمان مام عزیزی*، محتشم خان احمدی صفحات 59-69
    شناسایی آسیب در المان ها و تعلقات سازه یی، یکی از مهم ترین مراحل ارزیابی و پایش سلامتی در سازه است. پس از تشخیص آسیب های جزیی با ترمیم و یا تعویض المان های محتمل آسیب می توان از گسترش آسیب جلوگیری کرد و خسارت های اجتماعی و اقتصادی احتمالی را کاهش داد. در صنعت ساختمان، استفاده از صفحات جدارنازک فولادی رو به افزایش است. آسیب در اعضاء صفحه یی و به طور خاص دیوارهای برشی فولادی می تواند به صورت پیش رونده به سایر المان ها انتقال یابد و ایجاد خسارت سازه یی کلی کند. در نوشتار حاضر، به تشخیص و تعیین موقعیت آسیب های جزیی در المان صفحه یی فولادی پرداخته شده است. الگوریتم تشخیصی مبتنی بر تبدیل موجک پیوسته ی یک بعدی و شکل های اولیه و ثانویه ی مودهای ارتعاشی دوبعدی پیشنهاد و شاخص های تشخیصی D I-L و D I-W ارایه شده اند. نتایج نموداری بررسی های مربوط به هر دو شاخص پیشنهادی، کارآمدی و قابلیت تشخیص دوبعدی موقعیت های مختلف آسیب را نشان می دهد؛ به نحوی که در منطقه ی آسیب، قله هایی برآمده از مقادیر شاخص های تشخیصی به صورت بی نظمی و اغتشاش پدید آمده است.
    کلیدواژگان: پایش سلامتی سازه، شناسایی آسیب، تبدیل موجک پیوسته ی یک بعدی، شکل های مود ارتعاشی، شاخص تشخیص آسیب
  • امید زریبافیان، توحید پوررستم*، مهدی فضیلتی، عبدالرضا سروقدمقدم، علی گلصورت پهلویانی صفحات 71-80
    عملیات غربال گری سریع بصری (R V S)، ساده ترین و سریع ترین روش برای بررسی آسیب های لرزه یی یک ساختمان است. به دلیل وجود عدم قطعیت در ساختار R V S، از یک مدل منطق فازی به منظور ارزیابی آسیب پذیری لرزه یی در نوشتار حاضر استفاده شده است. به منظور آموزش مدل فازی نیز از یک الگوریتم اخیرا پیشنهاد شده ی بهینه سازی ازدحام ذرات مبتنی بر جست وجوی تطبیقی هدایت شده (G u A S P S O)، استفاده و نتایج ناشی از آن با الگوریتم های P S O و گرگ خاکستری (G W O) مقایسه شده است. از زلزله ی سال 1396 سرپل ذهاب ایران نیز به عنوان یک مطالعه ی موردی استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که مدل فازی آموزش دیده با الگوریتم G u A S P S O به ترتیب در 78، 67 و 78 درصد از معیارهای کارایی در سه مرحله ی: آموزش، اعتبارسنجی و در کل مجموعه ی داده های ورودی، عملکرد مناسب تری را در مقایسه با دو الگوریتم دیگر از خود نشان می دهند. همچنین مدل فازی بهبودیافته، عملکرد بهتری در پیش بینی خسارت لرزه یی دارد.
    کلیدواژگان: {غربال گری سریع بصری (RVS)، خسارت پذیری لرزه یی، ساختمان های بتن مسلح، بهینه سازی، GuASPSO، منطق فازی، نگاشت خودسازمان (SOM)
  • مهرشاد قربانزاده، پیمان همامی*، محسن شهروزی صفحات 81-91
    روش مرتبه ی اول هاسفر لین راکیویتز فیسلر به شکل گسترده یی در تحلیل قابلیت اعتماد سازه ها استفاده شده است. با این حال، مرتبه ی بالای غیرخطی بودن تابع حالت حدی می تواند به ناپایداری حل مسیله در الگوریتم های بهینه سازی غیرخطی منجر شود. مطالعه ی حاضر قصد دارد تا ویژه سازی یک الگوریتم بهینه سازی غیرخطی عددی جهت یافتن نقطه ی طراحی در فضای استاندارد نرمال و احتمال شکست متناظر با آن را در قالب یک ساختارسازی جدید ارایه کند. روش برنامه ریزی توالی کمینه ی مربعات برای حل یک مسیله ی قابلیت اعتماد سازه ها، دارای همگرایی سریع و کارایی بالا در مرحله ی خطی سازی تابع حالت حدی است. روش مذکور، مسیله ی اولیه را با یک مسیله ی خطی کمینه ی مربعات از طریق گسسته سازی های پایدار برای ماتریس هسیان جایگزین می کند و همواره یک حل پایدار را نتیجه می دهد. بعد از دستیابی به پاسخ در مرحله ی خطی سازی، روش میانگین موردانتظار احتمالاتی با در نظر گرفتن ماتریس هسیان و فضای دوران یافته استفاده شده است، تا دقت محاسباتی پاسخ به دست آمده را به دقتی نزدیک به روش شبیه سازی مونت کارلو اصلاح کند.
    کلیدواژگان: {قابلیت اعتماد سازه ها، احتمال شکست، بهینه سازی عددی، احتمال موردانتظار، برنامه ریزی توالی کمینه ی مربعات
  • محمدتقی رفیعی محمدی، وحید بروجردیان*، اسماعیل محمدی ده چشمه صفحات 93-103
    به منظور کاهش آثار مودهای بالاتر در سیستم گهواره یی، اضافه کردن مفصل گهواره یی ثانویه در ارتفاع سازه رایج است. محل بهینه ی مفصل ثانویه به علت بازتوزیع نیروهای داخلی بین صفحات گهواره یی، چالش برانگیز است. در پژوهش حاضر، قاب مهاربندی فولادی دوگهواره یی دارای تعداد طبقات 12، 18 و 24، با استفاده از روش برهم نهی مودال اصلاح شده طراحی شده است. سپس محل مفصل ثانویه در هر طبقه تغییر یافته است تا محل بهینه برای کمینه سازی برش، لنگر واژگونی، بیشینه ی شتاب و جابه جایی نسبی طبقه تعیین شود. قاب های مورد بررسی تحت مجموعه ی شتاب نگاشت های دور از گسل، نزدیک گسل و نزدیک گسل با پالس قرار گرفته اند. نتایج نشان می دهد که قرار دادن مفصل در 40\٪ ارتفاع در اغلب موارد باعث کمینه سازی هر چهار تقاضا شده است. همچنین لنگر واژگونی دارای بیشترین حساسیت به محل مفصل ثانویه بوده و تغییرات مجموع آن به نحوی با برش همبستگی داشته است. از این رو، انتخاب لنگر واژگونی به عنوان تابع هدف بهینه سازی پیشنهاد می شود.
    کلیدواژگان: سیستم دوگهواره یی، روش برهم نهی مودال اصلاح شده، بهینه یابی محل مفصل گهواره یی دوم، جابه جایی پسماند، بیشینه ی شتاب طبقه
  • رضا مویدفر*، محمدرضا مطهری، بهزاد سریدانی صفحات 105-113

    روش های گوناگونی برای بهبود پایداری خاکریز پیشنهاد می شود که از بین آن ها می توان به تسلیح خاک اشاره کرد. هدف از نوشتار حاضر، بهبود ضریب اطمینان خاکریز مسلح شده توسط ژیوتکستایل با زوایای گوناگون و مستقر بر خاک نرم با کمک نرم افزار P L A X I S بوده است. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که تغییر زاویه ی ژیوتکستایل از 0 تا 95/0 درجه در خاک ماسه یی، باعث کاهش 53 درصدی ضریب اطمینان خاکریز شده است. اما تغییر زاویه ی اخیر، در خاک رسی تاثیر اندکی گذاشته است، به نحوی که با افزایش زاویه ی ژیوتکستایل از0 تا 01/2 درجه، کاهش 9/2 درصدی در ضریب اطمین125/2 افزایش یافته است. همچنین، با افزایش اخیر مقاومت ژیوتکستایل، حد نشست خاکریز تا لحظه ی قبل از گسیختگی، 64/60بیشتر شده است.

    کلیدواژگان: پایداری خاکریز، بهبود ضریب اطمینان، ژئوتکستایل، تسلیح خاک، نرم افزار PLAXIS
  • وحید بابایی نژاد، رضا حاجی سیدمحمد شیرازی* صفحات 115-123

    پساب شور کارخانه های آب شیرین کن باعث تخریب محیط زیست می شود. در صورت تخلیه ی مناسب پساب، آثار زیست محیطی شیرین سازی آب کاهش می یابد. مدل های عددی، یکی از بهترین روش ها برای شناخت رفتار پساب تخلیه شده در محیط آبی هستند. در پژوهش حاضر، به اعتبارسنجی مدل های آشفتگی k-ω (SST) و Standard) و (RNG K-ε برای تخلیه ی پساب با استفاده از نازل های دایره و مربع پرداخته شده است. طبق نتایج به دست آمده، مدل های S S T، S t a n d a r d و R N G، مقدار Z را به ترتیب با خطایی در حدود 1724، 512 و 917 درصد تخمین زده اند. مقدار Sm توسط مدل S t a n d a r d با 1924 درصد خطا و توسط مدل S S T نیز با 2530 درصد خطا برآورد شده است. مدل R N G عملکرد بهتری داشته و مقدار Sm را با خطای 1318 درصد پیش بینی کرده است. مدل های S S T، S t a n d a r d و R N G، مقدار Si را به ترتیب در حدود 35، 25 و 20 درصد کمتر نسبت به نتایج مطالعه ی تجربی ارایه داده اند.

    کلیدواژگان: هندسه ی نازل، آب شیرین کن، رقیق سازی، جت، پساب
|
  • M. Mavizi Sani, A. Karamodin * Pages 3-13
    In this study, the authors present the performance spectrum (P-Spectra) for an idealized shear SDOF equipped with two types of passive negative stiffness devices. The first device includes a pre-compressed spring, gap springs at the bottom, and a combination of frame elements and plates that hold the parts together. The other device consists of three gears designed to control the movement of the primary gear and affect the response of the structure. Negative stiffening devices are used to reduce the stiffness of the system and increase the displacement of the structure. To prevent displacement increase, a viscous damper with 20% damping is used in parallel to the negative stiffness device. The SDOF structure has a post-yield stiffness of 5% pre-yield stiffness. Using the NLA method, P-Spectra for 0.5 to 2.5 periods are plotted for different mechanical parameters of negative stiffness devices. To construct the performance spectrum, dimensionless parameters of spring stiffness ratio to structural stiffness and yield strength ratio of the device and structure to the structure are used. The performance spectrum is investigated in designing the parameters of the negative stiffness device and its effects on reducing the response of structures. The authors also use a benchmark highway bridge structure in MATLAB software to investigate the effectiveness of systems designed using this method. The obtained target parameters demonstrate the desired results of this method in designing negative stiffness systems and reducing the responses. The presented findings suggest the potential of using negative stiffness devices as an effective solution to reduce structural response during seismic events.
    Keywords: performance-based design, Negative Stiffness device, Benchmark structures, Passive control
  • A. Khoshkroodi, H. Parvini Sani *, M. Aajami Pages 15-22
    New performance-based design approaches in earthquake engineering aim to accurately and transparently assess the risk of loss of life and structural damage. Advanced analytical models are used to determine the performance of structures, with one of the key components being the deterioration of structural members under seismic loads.
    Multilinear backbone curves are commonly used in regulations and software to simplify the behavior of members subjected to seismic loads, including the deterioration components. This paper proposes using machine learning models to predict the deterioration components of reinforced concrete (RC) columns. A dataset of 255 experimental data from 1973 to 2002 is used to predict the deterioration components using different machine learning methods. The RC columns have three failure modes: bending, shearing, and bending-shearing. The deterioration components predicted by the analytical relationships are compared with the results obtained from machine learning methods. The dataset includes 14 features as model inputs and 3 features as outputs. The paper examines three algorithms for predictions: AdaBoost, artificial neural network (ANN), and random forest (RF). The analysis is conducted using Python software. The results show that the random forest model has an accuracy rate of 91% for the Plastic chord rotations from yield to cap , 81% for Post-capping plastic-rotation capacity from the cap to point of zero strength , and 88% for normalized energy dissipation capacity compared to other algorithms.
    Also, the results obtained from the predicting models have considerable accuracy compared to analytical relationships. Compared to analytical models, the random forest model has significantly been improved in terms of root mean square error (RMSE), mean absolute error (MAE) and coefficient determination (R2). These improvement are 79% , 75.3% and 46.5% in (R2), 63.7% , 48.5% and 86.7 in (RMSE), 64% , 92% and 89.4% in (MAE).The results showed that the random forest model has been significantly improved the accuracy of determination of deterioration components compared with analytical models.
    Keywords: Deterioration of components, Machine learning, Artificial intelligence, artificial neural network, Random Forest
  • S. Samadianfard, V. Toufigh * Pages 23-27
    The ever-increasing energy consumption rate in the construction industry has prompted structural engineers and designers to explore innovative ways to reduce energy consumption throughout the construction-to-demolition cycle. To achieve this, improving the thermal and mechanical characteristics of structural and non-structural elements, along with expanding the application of these materials, is paramount. This approach significantly reduces energy consumption and minimizes harmful effects, aligning with the goals of sustainable development. The serviceability characteristics of a structure depend on several parameters that evaluate the thermal behavior of materials. Dynamic heat-transfer analyses of structural components play a critical role in designing energy-efficient new buildings. Thermal conductivity is a key dynamic parameter worth mentioning. However, the thermal conductivity of materials is highly dependent on operating temperatures and moisture content, and little information is available on the performance of insulation materials under actual climatic conditions. Furthermore, temperature profiles in materials are a function of the inside and outside temperatures and thermo-physical properties of the materials. When a heat wave strikes the outer surface of a wall, it travels through the wall and deforms based on the material properties before reaching the inner surface. This phenomenon is referred to as "time lag" and is a critical factor in understanding the thermal behavior of building materials. This study employs an advanced network analysis to determine the most energy-efficient structural panel and steel for constructing the structural components. The selection of the optimal structure is based on key criteria such as thermal conductivity of the panels, time lag, weight of the structure, and cost. By utilizing the Analytic Network Process (ANP) method, the best energy-efficient structure can be chosen. To calculate these parameters, a three-span silo was simulated in the SAP2000V19.2 software.
    Keywords: Silos, building panels, energy reduction, thermal conductivity parameters, optimization
  • E. Azini, R. Ziaie Moayed *, S. A. Naeini Pages 29-38
    The diverse carbonate materials found in Iran exhibit varied physical, mechanical, and chemical behaviors, making their stabilization a subject of great interest. Further research is necessary to investigate their properties. The engineering properties of problematic soils, like carbonate sand, can be enhanced by using suitable chemical soil stabilizers. Colloidal nano-silica solution injection in carbonate soils is highly beneficial, especially in small pores where injecting cement slurry is not feasible. Colloidal nano-silica is a suspension of silica nanoparticles in water, having viscosity similar to water, facilitating injection into such soils. Moreover, it is environmentally and chemically non-toxic. In this study, carbonate soil with varying silt contents (0%, 10%, 20%, 30%, and 40%), different nano-silica concentrations (10%, 20%, and 30%) and an average density of 50% were investigated for injectability along the Persian Gulf coast (Bushehr port). Injection was possible at a pH of about 6.5 with all concentrations, especially at 30%. Unconfined compression tests were carried out at different silt contents, curing periods, and nano-silica concentrations to determine the optimal injection concentration. The results showed that the unconfined compression resistance increased with higher concentrations of nano-silica, with 30% concentration demonstrating the best performance. Injecting colloidal nano-silica in carbonate soils, particularly silty sand, can serve as a stabilizing agent in construction.
    Keywords: Bushehr Carbonate silty sand, Colloidal nano-silica, Grouting, Stabilization, Unconfined compression test
  • A. Ouria * Pages 39-47
    This paper proposes a simplified solution for the nonlinear consolidation of soft soils under a wide range of loading using the disturbed state concept. The mechanical properties of soil are stress-dependent, and this affects the soil's compressibility and permeability. However, Terzaghi's conventional theory of consolidation neglects these changes in soil parameters during the consolidation process, which limits its applicability beyond materials with constant parameters. Other sophisticated theories for nonlinear consolidation require advanced calculations that cannot be performed without special programs and codes. The proposed method uses the disturbed state concept to determine the solutions of the nonlinear partial differential equation of consolidation based on the solutions of the linear consolidation partial differential equation in two reference states and a sigmoid form state function for interpolation. The state function is derived using the nonlinear finite difference method. The proposed method accounts for both material nonlinearity arising from changes in the compressibility and permeability of the soil layer and geometrical nonlinearity arising from changes in the thickness of the soil layer. The proposed method adopts the solutions of Terzaghi's theory of consolidation to the solutions of nonlinear consolidation. The results of the proposed method are verified using the results of the nonlinear finite difference method and laboratory data published in the literature. The verification of the results indicates the accuracy of the proposed method.
    Keywords: Nonlinear consolidation, disturbed state concept, compressibility, Permeability, degree of consolidation
  • V. Babaiynejad, B. Khorsandi * Pages 49-57
    In recent decades, the increase in desalination plant construction along coastlines due to climate change and fresh water resource depletion has been a major concern. The discharge of concentrated wastewater directly into the sea has been shown to cause irreversible damage to the environment. Therefore, the use of appropriate dischargers is crucial in reducing the negative environmental effects of this waste. In this study, ANSYS-FLUENT software was used to simulate the behavior of condensed effluent discharged from circular, triangular, and diamond nozzles. To investigate the effect of nozzle geometry, diamond and triangle nozzles with different dimensions (triangle 1, triangle 2, diamond 1, and diamond 2) were modeled. The effluent was discharged obliquely at a discharge angle of 60 degrees to the horizon in both static and dynamic water environments. The K-ε turbulence model (RNG) was employed for modeling, and the results were validated by comparison with experimental data. The results showed that the height of the maximum jet ascent and the horizontal distance of the point of impact of the effluent with the ground decrease, while the dilution rate of the effluent increases as it leaves the nozzle in a sheet. Moreover, the results indicated that the spreading rate at the inner edge of the jet is lower than that at the outer edge of the jet due to the presence of the bed and the Coanda effect. However, the nozzle geometry was found to have no effect on the reduction of concentration in the center line of the jet. The use of diamond 2 and triangle 2 nozzles for the discharge of concentrated wastewater was found to reduce environmental damage. The findings of this study provide insight into the design of appropriate dischargers for desalination plants and highlight the importance of considering environmental impacts when discharging waste water.
    Keywords: JET, Effluent, Plume, Dilution, desalination
  • A. Mamazizi *, M. Khanahmadi Pages 59-69
    In order to examine and monitor the health of structures, it is essential to identify and pinpoint the site of damage in structural elements and connections. After timely detection of various damage situations, it is possible to prevent the spread of damage by repairing the damage or, if necessary, replacing damaged elements, thereby mitigating potential social and economic losses. The construction industry is increasingly employing thin steel wall plates, particularly as steel plate shear walls. Damage to plate members, particularly steel plate shear walls, can be transferred to other elements and cause overall structural damage. Consequently, this article discusses detecting and determining various damage positions in the steel plate element. ABAQUS finite element analysis software was employed to model both the damaged and undamaged states of the steel plate. Subsequently, dynamic modal information was extracted, including natural frequencies and vibration mode shapes. The study observed a difference in frequency values between the primary and secondary states and an asymmetry of the angle matrix between the primary and secondary forms of the vibration modes due to the presence of damage. After that, a detection algorithm based on the use of primary and secondary shapes of two-dimensional vibration modes and continuous wavelet transform with a one-dimensional theoretical background was proposed, and the detection indices DI-L (detection index of longitudinal extension) and DI-W (detection index of transverse extension) were posited and calculated using the MATLAB.R2021a program. The graphical results of the investigations pertaining to the two proposed indices demonstrated the effectiveness and capability of two-dimensional detection of various damage situations, as peaks resulting from the values of detection indicators appeared in the form of irregularities and disturbances in the damage situations. In addition, the identification values achieved using the detection index matrix for the longitudinal extension were more accurate than those obtained using the detection index matrix for the transverse extension.
    Keywords: structural health monitoring, Damage identification, 1-D Continuous Wavelet Transform, Vibration Mode Shapes, Damage Detection Index
  • O. Zaribafian, T. Pourrostam *, M. Fazilati, A. S. Moghadam, A. Golsoorat Pahlaviani Pages 71-80
    This paper proposes a fuzzy logic model to improve the accuracy of seismic damageability simulations for buildings. The Rapid Visual Screening (RVS) method is often used to evaluate seismic damages in buildings due to its speed and simplicity, but it can be subject to human error and other uncertainties. The proposed model uses fuzzy logic to address these uncertainties and build a more robust simulator for estimating the seismic damage state. To fine-tune the hyperparameters of the fuzzy model, the Guided Adaptive Search-based Particle Swarm Optimization (GuASPSO) algorithm is used, which has been shown to be efficient and effective. The model is applied to simulate the damageability of reinforced concrete buildings damaged in the 2017 Sar-Pol-Zahab earthquake in Iran, and the results are compared to those obtained using two popular meta-heuristic optimizers, the PSO and GWO algorithms. The results demonstrate that the GuASPSO algorithm outperforms the other two in terms of performance metrics in the training, validation, and total data sets. The proposed model is a significant step toward more accurate and practical seismic damageability simulations.
    Keywords: Rapid Visual Screening, Seismic Damageability, reinforced concrete structures, optimization, GuASPSO, Fuzzy logic, Self-Organizing Map
  • Mehrshad Ghorbanzadeh, P. Homami *, M. Shahrouzi Pages 81-91
    The Hasofer-Lind and Rackwitz-Fiessler (HLRF) algorithm, which is based on the first-order reliability method (FORM), is widely used to estimate failure probability, reliability index, and design point in structural reliability analysis. However, due to the high nonlinearity of the limit state surface, the HLRF algorithm can be unstable. To address this issue, this paper proposes an optimization method to locate and estimate the design point in the standard normal space and calculate the corresponding failure probability. The reliability problem is solved using sequential least squares programming (SLSQP) to improve accuracy, robustness, and efficiency. SLSQP replaces the quadratic programming problem with a linear least-squares problem, using a stable LDL factorization of the Hessian of the Lagrangian equation. The initial optimization problem is converted into a minimum distance optimization problem with a lower bound constraint. To eliminate linearization errors, the probability expectation method with rotation directions space is employed. The proposed algorithm is demonstrated in several benchmark numerical examples with both explicit and implicit limit state functions. Its fast convergence rate is a notable feature of the proposed algorithm, which enhances its competitiveness in structural reliability analysis.
    Keywords: Structural reliability analysis, Failure probability, Numerical optimization, Probability expectation, sequential least squares programming
  • M.T. Rafiei Mohammadi, V. Broujerdian *, E. Mohammadi Dehcheshmeh Pages 93-103
    After an earthquake, plastic deformation of structural elements can render repairing uneconomical, thus necessitating the adoption of low-damage systems that mitigate the residual drift of structures. Among these, self-centering rocking-core systems have been extensively explored. However, due to the geometric nonlinearity of such systems, higher modes dominate their seismic responses, which necessitates the incorporation of secondary rocking joints to minimize their effects. Nevertheless, identifying the optimal location of such joints is challenging, given the redistribution of internal forces between the rocking plates. In this context, a bi-rocking steel braced frame is designed using the modified modal superposition method (MMS), accounting for higher mode effects. Subsequently, the secondary joint is moved floor by floor to determine its optimal location that minimizes shear, overturning moment, peak floor acceleration, and drift. To represent damage to non-structural components, peak floor acceleration and drift are chosen as key parameters. Three sets of seven ground motions, namely Far-Field (FF), Near-Field-Pulse (NF-Pulse), and Near-Field-no-Pulse (NF-No Pulse), are considered for frames of 12, 18, and 24 stories, modeled using OpenSees software in 2-dimensional frameworks. A total of 1071 non-linear time-history analyses are carried out, and the results indicate that the conventional practice of placing the secondary joint in the mid-height is inadequate for the 12-story frame under NF-Pulse records, causing a 15.1% deviation from the optimal state of overturning moment. In most cases, placing the joint at 40% height reduces all four demands. To evaluate demand sensitivity, the standard deviation of their percentage difference with the optimal state is computed, with higher values indicating greater unpredictability. Among the sets of records, FF and among demands, overturning moment exhibit the highest sensitivity to the location of the secondary joint, with changes in overturning moment being correlated with shear. Therefore, we suggest selecting overturning moment as an optimization objective function.
    Keywords: Bi-rocking system, Modified-modal-superposition method, Optimizing place of second rocking joint, Residual inter-story drift, Peak floor-acceleration
  • R. Moayedfar *, M.R Motahari, B. Sereydani Pages 105-113

    Geotextile is a useful member of the geosynthetics family, characterized by high tension resistance, good filtration, and flexibility. One of its main applications is as a separator and border creator between base and subbase materials, preventing the entrance of aggregates from other layers and providing good filtering at the border of the base and subbase layer. Designing and constructing embankments on loose subgrades is a critical issue in geotechnics, given the high compressibility and low shear strength of loose soils, leading to long-term deformation and embankment instability, which decreases the useful life of the structure. Various methods, including soil reinforcement, have been proposed to improve embankment stability. This paper aims to improve the reliability coefficient of embankments reinforced by geotextile at different angles and placed on soft soil using the finite element method and the PLAXIS software. The results show that changing the geotextile angle from 0 to 0.95 degrees in sandy soil causes a 53% decrease in the embankment's safety factor, whereas this change had little effect on clay soil, with a 2.9% decrease in the safety factor by increasing the geotextile angle from 0 to 2.01 degrees. Furthermore, increasing the resistance of geotextile by about 2.86 times increases the reliability factor by an average of 14.31% in sandy soil and 2.125% in clay soil. This increase in geotextile resistance also raises the embankment's settlement limit until the moment before rupture by 60.64%.

    Keywords: stability of the embankment, improving the reliability, geotextile, reinforcing soil, PLAXIS software
  • V. Babaiynejad, R. Haji Seyed Mohammad Shirazi * Pages 115-123

    Today, due to the lack of potable water resources in different areas for urban and rural development, serious problems arise in the field of water resources management and supply. One solution to help solve this problem in coastal areas is the use of water desalination systems. The construction of these projects, in addition to the positive effects they have on water supply, can also lead to environmental problems and change the natural state of the area being used. Therefore, efforts should be made to minimize these negative effects. Given the limitations and high costs of laboratory studies, numerical models are necessary to reduce costs. This research focuses on the validation of the SST (k-ω), Standard (k-ε), and RNG (k-ε) turbulence models using ANSYS-FLUENT software to investigate the behavior of saline effluent discharged from circular nozzles and square nozzles (with a discharge angle of 45 degrees). For this purpose, the results of SST, Standard, and RNG models are compared with the results of different studies. To simulate the behavior of the effluent, the model geometry was first designed in SPACE-CLAIM software, and then meshed using ANSYS-MESHING. Short meshes were used near the discharge site, and the length of the meshes increased as the distance from the discharge site increased. After meshing, the model was entered into the FLUENT software for quantification. The Velocity Inlet boundary condition was used for the nozzle opening, the No Slip boundary condition was used for the bed of the discharge area, and the Symmetry boundary condition was used for the walls around the discharge area. The results of turbulence models are more reliable than the results of integral models due to the consideration of flow turbulence. Based on the results, turbulence models are a suitable tool for predicting the behavior of concentrated wastewater discharged from circular and square nozzles. Standard and RNG models have similar behavior, and their results are more reliable compared to SST model results. The RNG model estimates the dilution value with a smaller difference compared to other models and is recommended as the best model.

    Keywords: Nozzle geometry, desalination, Dilution, JET, Effluent