عناوین پایان نامه‌های دکترا
رشته مهندسی عمران – مهندسی زلزله (گرایش سازه)
دوره نهم سال تحصیلی ۱۳۸۶-۱۳۸۵
مهدی موسوی
برآورد قابل اعتماد پاسخ غیرخطی سازه‌ها با پالایش هدفمند شتاب‌نگاشت‌های زلزله

سنجه شدت جنبش زمین، به عنوان حلقه واسط وضعیت خطر ساختگاه و پاسخ سازه، از اهمیت ویژه‌ای در تحلیل خطرپذیری سازه‌ها برخوردار است. ویژگی کلیدی مورد انتظار از یک سنجه ایده‌آل، «کفایت» آن است. این گزاره بدین معناست که سنجه بکارگرفته شده به تنهایی توصیف کننده کاملی از یک شتاب‌نگاشت است. مقدار طیف پاسخ شتاب در پریود غالب سازه، Sa(T1)، ساده‌ترین و رایج‌ترین سنجه شدتی است که در کاربردهای مهندسی مورد استفاده قرار می‌گیرد. علیرغم شهرت، این سنجه شدت از کفایت لازم برخوردار نیست چرا که پاسخ سازه علاوه بر Sa(T1) به صورت آشکاری متاثر از شکل طیف شتاب‌نگاشت‌هاست. بنابراین، اگر سازه صرفا بر اساس Sa(T1) تحلیل شود آنگاه به احتمال فراوان پاسخ حاصل «اریب» خواهد بود. بررسی نظام‌مند تاثیر شکل طیف بر اریبی پاسخ برآورد شده و ارایه راهکاری برای کاهش این اریبی هدف اصلی این مطالعه قرار گرفته است. روش تحقیق در این رساله، تحلیل آماری نمونه‌های متنوع یکدرجه آزادی تحت تحریک مجموعه‌های متنوع شتاب‌نگاشت است. ظرفیت فروریزش نیز به عنوان شاخص پاسخ غیرخطی منظور شده است.
یکی از مهمترین یافته‌های این تحقیق آن است که پالایش شتاب‌نگاشت‌های سازگار با تراز خطر مطلوب، راهی عملی برای کاهش اریبی پاسخ است. برای تحقق این هدف، شاخص نوآورانه‌ای به نام اتا (η( به صورت ترکیب خطی اپسیلون طیف پاسخ شتاب در پریود غالب سازه، Saε، و اپسیلون سرعت بیشینه، PGVε، ارایه شده است. با تعیین η هدف بر اساس تراز مطلوب خطر ساختگاه و پالایش شتاب‌نگاشت‌های سازگار با آن، اریبی پاسخ برآورد شده کاهش می‌یابد. از آنجا که پالایش‌های پی در پی شتاب‌نگاشت‌ها در سطوح مختلف خطر به منظور کاهش اریبی از دیدگاه مهندسی چندان مطلوب و به نوعی عملی نیست، برای غلبه بر این چالش راه حل ساده‌ای ارایه شده تا ضمن منظور نمودن شکل طیف در برآورد پاسخ سازه نیازی به پالایش‌های متعدد نباشد. از آنجا که معرفی شتاب‌نگاشت‌های مناسب برای تحلیل انواع سازه‌ها با مشخصات رفتاری گوناگون یک پیش‌شرط مهم برای عمومیت‌بخشی به تحلیل غیرخطی سازه‌ها است، مطالعه‌ای نظام‌مند برای بررسی تاثیر پارامترهای رفتاری سازه (پریود وشکل‌پذیری) بر انتخاب شتاب‌نگاشت‌های معرف صورت پذیرفته است. بر این اساس سازه‌ها صرفا بر مبنای پریود به شش گروه‌سازه تقسیم و برای هر گروه هشت شتاب‌نگاشت معرفی شده است.

بهرنگ صرافی
مطالعه تحلیلی و آزمایشگاهی ساختمانهای آجری کلافدار

ساختمانها آجری را می توان به دو دسته ساختمانهای آجری بدون کلاف¬بندی و با کلاف بندی تقسیم بندی نمود. در صد سال اخیر ساختمانهای آجری محصور شده یا کلافدار در کنار سیستمهای آجری غیر مسلح و قاب بتنی مسلح مطرح هستند. ساختمانهای آجری کلافدار از واحدهای آجری و عناصر بتن مسلح محصور کننده قائم و افقی که در چهار طرف هر پانل دیوار آجری قرار می گیرند تشکیل می شوند. عناصر قائم، کلاف قائم (tie column) نامیده می شوند که مشابه ستون در قاب بتن مسلح هستند و علاوه بر تفاوت نحوه اجرا، مقطع آنها نسبت به ستون قاب بتنی کوچکتر هستند. عناصر افقی، کلاف افقی (tie beam) نامیده می شوند. کلافها می توانند عملکردهای زیر را داشته باشند:
– افزایش یکپارچگی و پایداری دیوارهای آجری در برابر نیروهای داخل و خارج صفحه ناشی از زلزله
– افزایش مقاومت دیوار آجری در برابر نیروهای جانبی زلزله
– افزایش شکل پذیری دیوار آجری در برابر نیروهای زلزله و به تبع آن بهبود عملکردشان در برابر زلزله
ساختمانهای بنایی درصد بالایی از ساختمانهای موجود در کشور را تشکیل می دهند و در بسیاری از نقاط به علت اقتصادی بودن و سهولت اجرا امروزه نیز بر سازه های اسکلتی ترجیح می یابند. با این حال نگاهی به آیین نامه های کشور نشان می دهد ضوابط لازم الاجرای طراحی این سیستم سازه ای قدیمی و کیفی است به گونه ای که عملا طراح را به استفاده از سیستمهای اسکلتی سوق می دهد. بنابراین تحقیق و بررسی برای یافتن روشی عملی برای مدلسازی و تحلیل ساختمانهای آجری کلافدار ایران از اولویت خاص برخوردار می باشد. اهمیت این تحقیقات با توجه به این نکته بیشتر روشن می شود که استفاده از این سیستم ساخت هم اکنون تنها در تعداد محدودی از کشورهای دنیا رواج دارد. بعلاوه با درنظر گرفتن روشهای اجرایی و مصالح معمول در ایران، می توان گفت که از نظر فنی، سیستم سازه ای متفاوتی از نظایر آن می باشد.
در این تحقیق مطالعه بر روی رفتار لرزه ای ساختمانهای آجری کلافدار انجام می شود. بدین منظور لازم است ابتدا بررسی بر روی دیوارهای آجری کلافدار متمرکز  شود. بنابراین هدف اولیه از این تحقیق بررسی تحلیلی و آزمایشگاهی دیوارهای آجری کلافدار برای بدست آوردن پارامترهای لازم برای مدلسازی اجزا محدود و تحلیل لرزه ای آنهاست به گونه ای که بتوان در گام بعدی منحنی رفتار برای آنها پیشنهاد نمود. به کمک این منحنی رفتار برای دیوار، مدلسازی عملی و ساده ساختمانهای آجری کلافدار و پیش بینی رفتار لرزه ای آنها ممکن می گردد. در این مطالعه واحدهای بنایی از نوع آجر فشاری و کلافها بتنی می باشند.
گام اول، ساخت مدلهای نمونه آزمایشگاهی با شرایط تعریف شده و مشاهده رفتار آنها تحت بار جانبی چرخه ای بود. بدین منظور ۲ نمونه دیوار بدون درز قائم ساخته شد زیرا این روش ساخت روش معمولی بوده و در استاندارد ۲۸۰۰ نیز منع نشده است. ۲ نمونه با درز قائم تحت سربارهای مختلف آزمایش شدند تا اثر میزان بار بر رفتار جانبی دیوار امکان پذیر گردد. دو نمونه نیز با بازشو پنجره ساخته و آزمایش شد. در یک نمونه نیز یک روش ساده برای تقویت بازشو بوسیله نعل درگاه امتداد یافته آزمایش شد تا اثر بخشی این روش آزموده شود.
گام بعد مدلسازی اجزا محدود دیوارها بود. این مدلسازی درنظر گرفته شد تا پس از انجام آزمایشات، برخی مشخصات و مجهولات آزمایشات را شناسایی نماید و به جبران برخی کاستی ها که به علت محدودیت امکانات و تعداد آزمایشات بروز می نمود کمک نماید. ضمن آنکه صحت سنجی مدلهای اجزا محدود ارائه شده، راه را برای مطالعات بعدی در این زمینه باز می نماید.
گام بعدی، نتیجه گیری کاربردی از مطالعات انجام شده بود. بدین منظور تلاش شد منحنی سه خطی رفتار برای دیوارهای مورد مطالعه پیشنهاد گردد. سپس این منحنی ها جهت مدلسازی عملی یک ساختمان آجری کلافدار مورد استفاده قرار گرفت و جهت صحت سنجی با نتایج آزمایش مقایسه گردید که نزدیکی خوبی با نتایج نشان داد. مزیت این روش ساده مدلسازی امکان کاربرد آن توسط طراحان می باشد. جهت سنجش قابلیت مدل پیشنهادی، تحلیل بار افزون سه ساختمان یک طبقه با اشکال متفاوت بوسیله آن صورت گرفت. اهم نتایج بدست آمده در این تحقیق شامل موارد زیر می گردد:
۱- حذف درز قائم تاثیر قابل ملاحظه ای بر مقاومت جانبی، ظرفیت تغییرشکل و جذب انرژی نمونه ها داشته است لذا اجرای درز قائم باید در آیین نامه مورد تاکید قرارگیرد.
۲- زنجاب کردن آجرها به میزان حداقل ۲ دقیقه تاثیر قابل ملاحظه ای در چسبندگی آجر به ملات دارد و به یکپارچگی پانل آجری کمک شایانی می-نماید. لذا پیشنهاد می گردد زنجاب کردن آجرها نیز در آیین نامه مورد تاکید قرار گیرد.
۳- اجرای نعل درگاه ممتد در دیوارهای کلافدار با بازشو مقاومت جانبی آن را ۲۷% افزایش داد. این موضوع نشان می دهد روشهای پیچیده تقویت بازشوها می توانند با روشهای ساده تر و ارزانتر جایگزین گردند.
۴- مدلسازی اجزا محدود به روش ماکرو (Lourenco et al 1997) در صورت تعریف مناسب پارامترهای مدلسازی، می تواند تخمین مناسبی از رفتار دیوارهای آجری کلافدار ارائه دهد.
۵- مدول الاستیسیته مصالح بنایی یا آجرکاری برای نمونه های ساخته شده کمتر از مقادیر معمول در ادبیات فنی است.
۶- بکارگیری ملات با نسبت حجمی ماسه به سیمان ۱:۴ نسبت به نسبت ۱:۶ مقاومت فشاری نمونه های ملات و همچنین منشور آجری را ۲۰% افزایش داد. این تغییر تاثیر قابل ملاحظه ای در مقاومت جانبی دیوار داشت لذا مشخصات ملات باید در آیین نامه تصریح گردد.
۷- بررسی منحنی های هیسترسیز بدست آمده، نشان می دهد رفتار دیوارهای آجری کلافدار در برابر بار جانبی به صورت منحنی های دو خطی و سه خطی قابل ارائه است. روابط لازم جهت رسم نمودار ارائه شد.
۸- نتایج نشان دادند تغییرات کوچک در روشهای اجرای دیوارهای آجری کلافدار تغییرات مهمی را در رفتار آنها در برابر بار جانبی چرخه ای سبب می شوند. این امر ضرورت انجام آزمایشات بیشتر را روشن می سازد تا آیین نامه قادر باشد اثر مهارت ساخت، روشهای مختلف اجرا و مصالح را در ضوابط درنظر بگیرد. مدل اجزا محدود پیشنهاد شده می تواند در کنار نتایج آزمایشات ابزار مناسبی جهت مطالعات بیشتر برای ارتقاء آیین نامه های مرتبط در ایران باشد.
منصور یخچالیان
ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای سلوهای بتنی با در نظر گرفتن اندرکنش خاک- سازه و محتویات

به دلیل پیچیدگی‌های موجود در رفتار لرزه‌ای سیلوهای بتنی، رفتار لرزه‌ای سیلوهای بتنی با در نظر گرفتن اندرکنش مصالح دانه‌ای و سازه کمتر بصورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. مطالعات انجام شده در این رساله به دو دسته تقسیم می‌شوند، مطالعات عددی و مطالعات آزمایشگاهی بر روی مدلهای کوچک مقیاس. در بخش مطالعات عددی اندرکنش مصالح دانه‌ای و سازه با در نظر گرفتن رفتار غیرخطی دیواره سیلو و رفتار غیرخطی مصالح دانه‌ای مورد بررسی قرار گرفته است. برای مدلسازی مصالح دانه‌ای ذخیره شده در داخل سیلو از تئوری هیپوپلاستیسیته استفاده شده است، نتایج بدست آمده نشان می‌دهند که میزان خسارت وارده به سیلو تابعی از مشخصات مصالح ذخیره شده در داخل سیلو از قبیل میزان تخلخل مصالح دانه‌ای و همچنین مقدار پارامتر n می‌باشد، این پارامتر حساسیت مصالح دانه‌ای نسبت به فشار را در نظر می‌گیرد. در ادامه علاوه بر مدلسازی رفتار لرزه‌ای سیلوها با در نظر گرفتن اندرکنش مصالح دانه‌ای و سازه اثر اندرکنش خاک و سازه نیز در مدلسازی در نظر گرفته شده است. برای مدلسازی اندرکنش خاک و سازه از مدل مخروط ناقص استفاده شده است. نتایج بدست آمده از در نظر گرفتن اندرکنش مصالح دانه‌ای و سازه به همراه اندرکنش خاک و سازه نشان می‌دهند که برخلاف آنچه به نظر می‌رسد در سازه‌های با سختی نسبتا زیاد همانند سیلوها صرفنظر کردن از اثر اندرکنش خاک و سازه محافظه‌کارانه نیست. نتایج بدست آمده نشان می‌دهند که در نظر گرفتن میرایی مصالح خاک در هنگامی که اثر اندرکنش خاک و سازه در نظر گرفته شده است خسارت وارد شده به مدل را کاهش می‌دهد. برای بررسی اضافه فشارهای ناشی از زلزله، پوش فشارهای دینامیکی ناشی از زلزله با فرض رفتار خطی دیواره سیلو برای سیلوهای فولادی با نسبتهای ارتفاع به قطر مختلف با توزیع فشار پیشنهاد شده در قسمت چهارم آیین‌نامه Eurocode 8 مقایسه شده است، نتایج بدست آمده نشان می‌دهند که در یک سیلوی کوتاه ثابت در نظر گرفتن نسبت پاسخ شتاب سیلو به شتاب ثقل در ارتفاع سیلو که با نشان داده می‌شود محافظه‌کارانه است در حالیکه این فرض برای یک سیلوی بلند محافظه‌کارانه نیست. در قسمت مطالعات آزمایشگاهی آزمایشهای دینامیکی بر روی مدلهای کوچک مقیاس انجام شده‌اند. آزمایشهای دینامیکی آزمایشهای چکش الکترونیکی و میز لرزان را شامل می‌شوند. نتایج آزمایشهای میز لرزان نشان می‌دهند که مشارکت جرم مصالح ذخیره شده در داخل سیلو در ارتعاش سیلو بیشتر از ۸۰ درصد است که به عنوان ضریب وزن موثر در آیین‌نامه ACI 313 پیشنهاد شده است. به علاوه نتایج آزمایشهای دینامیکی انجام شده نشان می‌دهند که در مدل یک سیلوی لاغر در حالتی که مدل تقریبا پر باشد علاوه بر فرکانس مود اول جانبی که در آن مشارکت جرم مصالح دانه‌ای بیش از ۹۰ درصد است، قله فرکانسی دیگری وجود دارد که مقدار فرکانس آن از فرکانس متناظر با مشارکت ۱۰۰ درصد جرم مصالح دانه‌ای در ارتعاش مدل نیز کمتر است. آزمایشهای انجام شده نشان می‌دهند که این قله فرکانسی در اثر ارتعاش قسمت بالایی مصالح دانه‌ای نسبت به دیواره سیلو ایجاد شده است. نتایج آزمایشهای میز لرزان نشان می‌دهند که با افزایش دامنه شتاب اعمال شده به مدل میرایی مدل افزایش می‌یابد.

 

محمدکاظم بحرانی
مطالعات آزمایشگاهی بهسازی لرزه ای تیر سرستون پایه متداول پلهای بزرگراهی

به منظور ارزیابی رفتار لرزه ای پایه های قابی شکل پلها، مطالعات آزمایشگاهی در دستور کار قرار گرفت. ابتدا با یک بررسی میدانی نمونه های چون ساخت طراحی شد. ۶ نمونه آزمایشگاهی در مقیاس یک سوم ساخته شد و مورد آزمایش بارگذاری رفت وبرگشتی استاتیکی قرار گرفت. نمونه ها در دوتیپ A و B طراحی شد که نماینده ساخت و ساز در دو دهه اخیر بودند.
مطالعات نشان از ضعف خمشی تیر سرستون و ضعف شدید در ناحیه اتصال داشت. مهمترین ضعف ناشی از مهار نامناسب آرماتور طولی ستون در ناحیه اتصال بود. آزمایشها نشان داد که در نمونه های دهه ۷۰ شمسی، مشکلات در کلیه اتصالات میانی و خارجی به شدت بروز می کند ولی در نمونه های دهه ۸۰ شمسی، اتصالات میانی رفتار مناسبی از خود نشان می دهند و همچنان مشکلات حادی در اتصالات خارجی وجود دارد.
پس از آزمایش۲ تیپ نمونه های چون ساخت و شناسایی نقاط ضعف و قوت آنها، طرحهای بهسازی با دو ایده کلی بر ۴ نمونه آزمایشگاهی اعمال شد. طرح اول با ایده تضعیف خمشی ستون و کاهش تقاضا در تیر سرستون و در ناحیه اتصال عملی شد. طرح دوم نیز با ایده پیش تنیدگی خارجی و اعمال تنشها در ناحیه اتصال جهت مهار آرماتورهای طولی اجرا گردید. در طرح اول، به رغم کاهش مقاومت جانبی قاب، عملکرد نمونه بهبود یافت. کاهش تقاضا در ناحیه اتصال عامل اصلی این بهبود عملکرد بود و باعث افزایش قابلیت جذب انرژی و افزایش شکل پذیری آن شد. در طرح دوم نیز، پیش تنیدگی خارجی سبب اصلاح مشکل مهار آرماتور طولی ستون گردید و با شکل گیری مفصل پلاستیک در ستونها، رفتار کلی قاب کاملا اصلاح گردید.