عناوین پایان‌نامه و سمینارهای کارشناسی ارشد
رشته مهندسی عمران – مهندسی زلزله

دوره پانزدهم سال تحصیلی ۱۳۸۸-۱۳۸۷

 

 

 

مجید شوندی
مطالعه تحلیلی اثر میانقابهای شکل پذیر دارای فیوز اصطکاکی قابل تنظیم بر رفتار قابهای فولادی ساختمان

بررسی‌های دانشمندان و محققین بر روی قاب میانپر از اوایل سال ۱۹۵۰ میلادی آغاز و تاکنون تحقیقات زیادی در زمینه شناخت رفتار میانقابها و عوامل موثر بر آنها انجام شده است. این اعضای سازه‌ای به دلایل گوناگون از جمله پیچیدگی رفتار مصالح، اندرکنش بین قاب و میانقاب، ضعف مدلهای تحلیلی و غیره تا مدتها یکی از بحث برانگیزترین موضوعات روز مهندسی بوده است. میانقابها باعث افزایش سختی سازه می‌شوند لذا وجود این اعضاء باعث ایجاد تغییرات در پریود و توزیع نیروی زلزله در سازه خواهد شد. روش‌های زیادی برای افزایش مقاومت و سختی میانقاب مطرح و آزمایش شده است که هیچ کدام از آن‌ها لزوما به یک میانقاب مهندسی منجر نمی‌شود.
اخیرا تحقیقات زیادی برای دستیابی به میانقاب مهندسی انجام گرفته است. انتظار بر این است که این نوع میانقاب دارای شکل پذیری مناسب برای تحمل بارهای لرزه‌ای باشد ضمن اینکه باید دارای پایداری کافی در جهت عمود بر صفحه نیز باشد. در این راستا اخیرا نوع جدیدی از میانقاب پیشنهاد شده است که دارای فیوز برشی لغزان در ارتفاع میانی می‌باشد که فیوز آن را می‌توان برای مقاومت لغزشی دلخواه تنظیم نمود. نتایج آزمایش نشان داده که تاثیر فیوزهای برشی به کار برده شده بر روی بهبود شکل پذیری، افزایش مقاومت و میزان جذب انرژی سیستم غیر قابل انکار می‌باشد.
در این پایان نامه سعی بر آن است تا با معرفی میانقابهای مهندسی دارای فیوز برشی لغزان، تاثیر آنها در رفتار و عملکرد سازه‌های فولادی نسبت به سازه‌های فولادی دارای میانقاب بتنی مسلح و دارای میانقاب جدا شده از قاب بررسی شود. در این راستا چهار سازه فولادی با تعداد طبقات یک، سه، پنج و هفت طبقه براساس آیین نامه ایران در برنامه ETABS طراحی و یکی از قابهای آن برای ادامه کار و انجام تحلیل دینامیکی غیر خطی انتخاب گردید. شایان ذکر است که تحلیل‌های دینامیکی غیر خطی بر روی قاب انتخابی توسط برنامه IDARC 2D Version 7.0 انجام شده است. رکوردهای انتخاب شده عبارتند از: کوبه (KOBE)، نوتریج (NORTHRIDGE)، طبس (TABAS)، منجیل (MANJIL) و ال‌سنترو (ELCENTRO)، که به ترتیب دارای PGA 82/0، ۵۸/۱، ۸۳/۰، ۵۴/۰ و ۲۴/۰ برابر شتاب ثقل زمین (g) می‌باشند. بر طبق نتایج حاصل، میانقابهای مهندسی دارای فیوز برشی لغزان کارایی بسیار خوبی در بهبود رفتار لرزه‌ای سازه دارند، به خصوص در زلزله‌هایی که شدت آنها به اندازه‌ای است که سازه را وادار به بروز رفتار غیرخطی می‌نماید.

بابک حاجی محمد حسن ممقانی
توسعه روش تحلیلی استاتیکی غیر خطی متوالی مودی برای ساختمانهای نامتقارن قاب خمشی بتنی

 

تحلیل غیر خطی تاریخچه زمانی (NL-RHA) یک ابزار قدرتمند برای محاسبه تقاضای لرزه ای و همچنین تشخیص مکانیسم مفاصل پلاستیک در سازه ها می باشد. اگرچه تحلیل غیر خطی تاریخچه زمانی، دارای معایبی می باشد که از آن بین می توان به حساسیت روش نسبت به پارامترهای مدلسازی و مشخصات شتابنگاشت ورودی مانند محتوای فرکانسی ، شدت و طول مدت زمان زلزله اشاره کرد. بنابراین برای انجام تحلیل مورد نظر دقت زیادی در انتخاب شتاب نگاشت ها بایستی لحاظ نمود که این نیز نیازمند کار تحلیلی دیگری برای انتخاب شتاب نگاشت ها است. این در حالی است که روش تحلیل استاتیکی غیر خطی و یا همان پوش اور (Pushover)، به راحتی می تواند اطلاعات خوبی از نقاط ضعف سازه و مکانیسم خرابی در ناحیه غیر الاستیک ارائه دهد. همچنین تحلیل پوش اور قادر است تا با استفاده از طیف پاسخ آیین نامه ای به عنوان تقاضا، مقادیر تقاضای لرزه ای را ارایه دهد. به همین دلیل تحلیل پوش اور در سالهای اخیر، تبدیل به تحلیلی استاندارد برای ارزیابی و طراحی ساختمانها گردیده است. اگرچه تحلیل پوش اور، دارای چندین نقطه ضعف و محدودیت می باشد. در میان نقاط ضعف و محدودیت های موجود، توزیع بار غیر یکنواخت در روش های تحلیل استاتیکی غیر خطی مرسوم را می توان یکی از محدودیت های مهم نام برد که این امر سبب می شود تا اثر مودهای بالاتر در تحلیل مد نظر قرار نگیرد. تحقیقات اخیر سعی بر آن دارند تا این محدودیت را با در نظر گرفتن اثر مودهای بالاتر، مرتفع سازند.
اخیراً روش ترکیب نتایج پوش اور (Pushover results combination) پیشنهاد شده است که در آن بیشینه پاسخ لرزه ای از ترکیب نتایج چندین تحلیل پوش اور و به کارگیری یک شکل مود به عنوان الگوی بار جانبی در هر تحلیل به دست آورده می شود. پاسخ نهایی از طریق مجموع وزنی ( با بکارگیری ضریب مشارکت مودی ) نتایج هر یک از تحلیل های پوش اور به دست می آید. در همان زمان، روش تحلیل پوش اور مودال (Modal Pushover Analysis) ، پیشنهاد گردید که در آن تقاضای لرزه ای به طور جداگانه برای هر تحلیل پوش اور مودال تعیین و سپس با استفاده از یک روش مناسب ترکیب نتایج، نتایج هر تحلیل با هم ترکیب می گردد. تحقیقات اخیر بیانگر آن است که روش تحلیل MPA دقت کافی برای مسائل کاربردی طراحی و ارزیابی ساختمان را دارد. بعد از آن روش تصحیح شده تحلیل پوش اور مودال (Modified Modal Pushover Analysis)، پیشنهاد گردید که در آن تقاضای لرزه ای سازه از ترکیب پاسخ غیر الاستیک تحلیل پوش اور مود اول با پاسخ الاستیک مودهای بالاتر به دست می آید.
در مطالعاتی دیگر، روش تحلیل طیف پاسخ فزاینده (Incremental Response Spectrum Analysis) ، ارائه گردیده است. دراین روش هرگاه که یک مفصل پلاستیک جدید تشکیل می شود، تحلیل طیفی مودال الاستیک انجام می شود تا تغییرات مشخصات دینامیکی سازه را در تحلیل وارد کند.
در روش ترکیب مودال به هنگام شونده (Adaptive Modal Combination) ، نیروهای جانبی اعمال شده بر اساس تغییرات مشخصات دینامیکی در طول تحلیل غیرالاستیک برای هر مود، تغییر پیدا کرده و به روز می شود. در انتها نیز پاسخ کل بوسیله ترکیب پاسخ مودال بیشینه با استفاده یکی از روش های ترکیب، به دست می آید.
در این تحقیق ، یک روش برای در نظر گرفتن اثر مودهای بالاتر در تحلیل پوش اور ساختمانهای بلند مرتبه و بهبود تخمین تقاضای لرزه ای ارایه گردیده است. این روش با نام تحلیل استاتیکی غیر خطی متوالی مودی (Consecutiev Modal Pushover) برای اولین بار توسط پورشا و همکارانش ارائه گردیده است. روش CMP از مفاهیم دینامیک سازه و تحلیل پوش اور تک گام و چند گام بهره برده است که به تفصیل به آن پرداخته شده است. در روش CMP اولیه چندین مدل دو بعدی برای انجام تحلیل و ارزیابی روش در نظر گرفته شده است و نتایج با مقادیر به دست آمده از روشهای MPA و NL-RHA مقایسه گردیده است. همانطور که ذکر شد، در روش CMP اولیه ارائه شده، از مدلهای دو بعدی برای ارزیابی روش بهره گرفته شده بود و لذا اثرات پیچش در مدلسازی سازه ها در نظر گرفته نشده بود. در ادامه روش CMP معرفی و گام بندی روش مذکور به تفصیل شرح داده شده است. برای ارزیابی روش ارائه شده، دو مدل اصلی ساختمان ۱۰ و ۲۰ طبقه هر یک با خروج از مرکزیت ۰%، ۵%، ۱۰% و ۲۰% در جهت محور y در نظر گرفته شده و پاسخ های مورد نظر ساختمان به روش CMP به دست آورده شده است. در این تحقیق، مقادیر پاسخ جابجایی نسبی طبقات به عنوان معیار بررسی مد نظر بوده و پاسخ مذکور توسط روش تحلیل دینامیکی غیر خطی و تحلیل استاتیکی غیر خطی به روش CMP و همچنین بار مثلثی و یکنواخت محاسبه و با یکدیگر مقایسه شده اند. مدلسازی ها به کمک نرم افزار OpenSEES انجام پذیرفته و برای اطمینان از صحت مدلسازی، به طور همزمان از مدل های ایجاد شده در محیط ETABS استفاده شده است. پاسخ های به دست آمده از روش CMP با مقادیر پاسخ به دست آمده از روش تحلیل دینامیکی غیر خطی که با استفاده از هفت رکورد زلزله به دست آمده است، مقایسه گردیده است. در ادامه خواهیم دید که روش تحلیل استاتیکی غیر خطی متوالی مودی (CMP) قادر است تا حد قابل قبولی برآورد خوبی از مقادیر پاسخ جابجایی نسبی طبقات ، در مقایسه با روش تحلیل دینامیکی غیر خطی در مدل های به کار رفته داشته باشد. در انتها نیز برخی پیشنهادات برای بهبود هر چه بیشتر و کاهش مقادیر خطاها آورده است.

هادی هاتفی اردکانی
تحلیل دینامیکی غیر خطی مبتنی بر بانک داده های شتاب نگاشتی سناریو زلزله m6.5

انتخاب شتابنگاشت، تعداد و پردازش آن بر قابلیت اعتماد پاسخ تحلیل‌های دینامیکی غیرخطی اثر گذار است. انتخاب بهینه شتابنگاشت به منظور کاهش هزینه زمانی به طوری که بتواند پاسخ‌هایی قابل اعتماد از یک سناریو قابل رخداد برای سازه را برآورد کند مورد نیاز جامعه مهندسی است. دراین پژوهش پس از بررسی روش‌های گوناگون پردازش سیگنال و انتخاب روش مناسب با کمترین مقدار پراکندگی در پاسخ‌های تحلیل‌های دینامیکی غیرخطی، شتابنگاشت‌های سناریو قابل رخداد برای زلزله‌های ایران معرفی شده است و شتابنگاشت‌های بهینه برای گروه‌های پریودی (بر اساس مود نخست سازه) بر پایه سناریو پیشنهادی، برای برآورد قابل اعتماد ظرفیت فروریزش سازه پیشنهاد شده است.

 

عباس گنجی
کاربرد مدل رفتاری پلاستیسیته دو سطحی حالت بحرانی در مدلسازی انتشار غیرخطی امواج

با افزایش توانایی¬هایی ماشین های برنامه نویسی در نیمه ی دوم قرن بیستم، مدل سازی رفتار مصالح که پیش ازین به علت حجم بالای محاسباتی چندان مورد توجه قرار نمی گرفت، به یکباره به کانون توجه محققین تبدیل شد. اگر چه مدل سازی رفتار در مصالحی نظیر فولاد پیشروتر از خاک بوده است، اما رفتار خاک در مقایسه با دیگر مصالح پیچیده تر و تأثیرگذاری بیشتری بر پاسخ مسائل مورد نظر داشته است. از همین رو، تلاش های گسترده ای در نیمه ی دوم قرن گذشته بر روی توسعه ی هر چه واقع بینانه تر رفتار خاک انجام گرفت. مقایسه ی بین نتایج مسائل متنوع ژئوتکنیکی تحت مدل های رفتاری مختلف اهمیت بکارگیری مدل های پیشرفته و توانمندتر را به خوبی نمایان می سازد. 
گام بزرگ دیگر در پیشرفت مهندسی ژئوتکنیک، ابداع و بکارگیری روش عددی اجزای محدود در حل مسائل ژئوتکنیکی بود که هم زمان با توسعه ی مدل های رفتاری در نیمه دوم قرن بیستم مورد استقبال فراوان محققین قرار گرفت. به کمک این روش، مسائل مورد نظر مدل سازی و مش بندی می شوند. سپس در نقاط گوسی، محیط پیوسته ی ژئوتکنیکی به یک مسئله ی گسسته تبدیل می شود. در هر یک از این نقاط، از زیر برنامه ای که کرنش را به تنش و یا بالعکس تبدیل می کند استفاده می شود. مدل های رفتاری از مجموعه ی روابطی که وظیفه ی تبدیل فوق را برعهده دارد تشکیل می شود.
علاوه بر برنامه های ژئوتکنیکی موجود، یک برنامه ی ژئوتکنیکی اجزای محدود و اجزای مرزی، توسط دکتر کمالیان و همکارانشان ارائه گردیده است. این برنامه از مدل پروو برای تحلیل مسائل ژئوتکنیکی بهره می برد. طی یک برنامه، ترمیم این نرم افزار با بکارگیری مدل های رفتاری جدید و پیشرفته در دستور کار قرار گرفته است. بر همین اساس، پایان نامه ی حاضر به عنوان قسمتی از این برنامه، هدف تولید یک زیر برنامه ی تبیین رفتار ماسه را دنبال می کند.
لذا در این تحقیق، زیر برنامه ای برای بکار گیری در برنامه های اجزای محدود و یا اجزای مرزی مهندسی ژئوتکنیک و بطور خاص برنامه ی هیبرید تهیه شده است. این زیر برنامه کرنش را به عنوان ورودی دریافت نموده و در نهایت مقادیر تنش متناسب با کرنش ورودی را ارائه می کند.
در تحقیق پیش رو، ابتدا مفاهیم اولیه و ضروری مدل سازی پلاستیسیته و سپس تئوری های پیشرفته  در تبیین رفتار خاک، بخصوص در بارگذاری های رفت و برگشتی تشریح شده است. پس از آن مدل رفتاری منظری-دافالیاس به عنوان یکی از مدل های موفق در سال های اخیر در مدل سازی رفتار خاک های ماسه ای بکار گرفته شده است. این مدل در سال ۱۹۹۷ بر پایه ی تئوری سطح حدی و در چارچوب مکانیک خاک حالت بحرانی ارائه شد. لازم به توضیح است، مدل های دیگر نظیر مدل رفتاری دافالیاس-منظری ارائه شده در سال ۲۰۰۴ در تحقیقات بعدی و به منظور تکمیل برنامه ی مورد نظر که این تحقیق نیز یک قسمت از این برنامه خواهد بود، بکار گرفته خواهد شد.
در این تحقیق، روندی که به ارائه این مدل منجر شده است، همچنین مفاهیم مورد نیاز، روابط کلی تئوری سطح حدی، روابط خاص و نحوه ی کالیبراسیون مدل منظری- دافالیاس تبیین شده است. سپس به معرفی روش های عددی که برای این منظور مورد استفاده قرار می گیرند، پرداخته شده است. براساس منابع و مراجع در ادبیات فنی، روش های بکار رفته در عددی سازی روابط مدل های رفتاری خاک بطور کلی با دو رویکرد صریح و ضمنی معرفی شده است. همچنین الگوریتم برگشتی- به عنوان یکی از الگوریتم های زیر مجموعه رویکرد ضمنی- و چندین روش زیر مجموعه ی آن بررسی شده است. در تحقیق حاضر دو روش نزدیک ترین نقطه و صفحات برش خورده استفاده و الگوریتم های کامل این دو روش در عددی سازی مدل رفتاری منظری-دافالیاس بطور کامل ارائه گردیده است.
در ادامه، نتایج در قالب مسیر های مختلف بارگذاری و در شرایط متنوع بطوری که بیانگر توانایی پیش بینی رفتار خاک توسط مدل باشد، بررسی شده است. سپس دو روش عددی مذکور از لحاظ درجه ی همگرایی، پایداری، مقدار خطای تولید شده و نیز سرعت اجرای برنامه مقایسه شده است. همان گونه که نتایج نشان می دهد، روش صفحات برش خورده با وجود ناپایداری در شرایطی که تنش برشی و هم زمان شیب آن به سمت صفر میل می کند، از سادگی بیشتر، سرعت بالاتر و خطای کمتری برخوردار است. در مقابل، روش نزدیک ترین نقطه یک روش کاملا پایدار در شرایط مختلف است اما، برای بکار گیری این الگوریتم، مشتقات مرتبه ی دوم بسیاری از روابط مدل های رفتاری نظیر رابطه سطح تسلیم، قانون جریان و قوانین سخت شوندگی مورد نیاز است که پیچیدگی ها و سختی های فراوانی را برای کاربران ایجاد می کند. به عنوان آخرین نتیجه، مزیت مشترک هر دو روش نسبت به روش های صریح، پایداری در اندازه ی گام های بزرگ است.

 

علی اصولی
بررسی اثر وجود خطرات زیرزمینی بر پاسخ لرزه ای سطح زمین

یکی از مهمترین مسائل مطرح در مهندسی ژئوتکنیک لرزه‌ای، اثر ساختگاه و از جمله نامنظمی‌های هندسی زیر سطحی و رو سطحی بر پاسخ لرزه‌ای سطح زمین است. عمده مطالعاتی که تا کنون بر روی اثرات لرزه‌ای این گونه نامنظمی‌ها صورت گرفته است، به عوارض توپوگرافی محدود بوده و حجم اندکی از مطالعات بر حفرات زیر زمینی اختصاص داشته است. تحقیقات تحلیلی و عددی پیشین بر روی اثر وجود حفرات زیر زمینی بر روی پاسخ لرزه‌ای سطح زمین نشان دهنده تاثیر قابل توجه وجود این عوارض بر روی پاسخ لرزه‌ای سطح زمین بوده است. هدف این بررسی ارزیابی رفتار لرزه‌ای سطح زمین در اثر وجود یک حفره زیر زمینی است که در برابر امواج مهاجم قائم برشی (SV) قرار گرفته‌اند. نتایج بدست آمده از مطالعات حساسیت‌سنجی عددی بیانگر آن است که عموماً وجود حفره زیر زمینی باعث ایجاد بزرگنمایی بر روی سطح خواهد شد. مقدار این بزرگنمایی وابسته به شعاع حفره، عمق حفره، سختی محیط و عرض نقطه مورد بررسی و بالاخره فرکانس مورد بررسی خواهد بود. مقایسه داده های بدست آمده در این مطالعه با مطالعات عددی انجام شده در ادبیات فنی نیز نشان می دهد که در نظر گرفتن اثر وجود حفرات زیر زمینی باعث انتظار سطوح بالاتری از تحریک زلزله در سطح و نزدیکی محور حفره خواهد شد.
کلیه محاسبات با استفاده از روش اجزاء محدود انجام شده و تاثیر عوامل فوق به تفکیک مورد مطالعه قرار گرفته است.
نهایتاً گرافها و جداولی ارائه شده‌اند که می‌توانند در مطالعات برآورد خطر در نزدیکی عوارض زیر زمینی مورد استفاده قرار گیرند.

مهدی سلطانی
مطالعه تحلیلی و آزمایشگاهی بهسازی لرزه ای تیر سر ستون در پل های بزرگراهی

 

پل‌های بزرگراهی به عنوان یکی از شریان‌های حیاتی در مواقع بحرانی به خصوص در هنگام زلزله تلقی می‌گردد. لازمه‌ی استفاده‌ی بی‌وقفه از این نوع سازه این است که خسارت‌‌های وارده به حداقل میزان ممکن کاهش یافته، به طوری که بدون محدودیت ترافیکی قابل بازسازی مجدد باشد. بررسی‌ها اینگونه نشان می‌دهند که پل‌های ساخته شده در چند دهه اخیر ضعف‌های عمده‌ای در طراحی و اجرا دارند. این پل‌ها معمولاً به صورت ثقلی طراحی شده و ضوابط خاص لرزه‌ای در آنها لحاظ نشده است. از طرفی بر خلاف سازه‌های مسکونی، به منظور عملکرد بی وقفه پل‌ها بعد از وقوع زلزله بایستی شرایط تیر قوی-ستون ضعیف در آنها رعایت شده‌ باشد. مطالعات اولیه بر روی نمونه‌هایی از پل‌های مختلف، بیانگر عدم رفتار مناسب آنها در شرایط بحرانی می‌باشد به گونه‌ای که عمده خسارت‌های احتمالی به دلایل ضعف‌های موجود در تیر سر ستون در این ناحیه اتفاق می‌افتد. تا کنون روش‌های مختلفی جهت مقاوم‌سازی پایه پل‌ها ارایه گردیده است که هر یک به نحوی در بهبود عملکرد پل‌ها موثر بوده است. همواره یک روش مناسب می‌تواند جایگزین خوبی برای روش‌های دیگر محسوب گردد. بدین منظور و جهت بررسی رفتار لرزه‌ای پایه‌های متداول پل‌های بزرگراهی و ارائه روش بهسازی مناسب، دو نمونه آزمایشگاهی از یک پایه پل سه ستونه در مقیاس ۳/۱ در آزمایشگاه سازه پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله مورد آزمایش قرار گرفته‌اند. یکی از نمونه ها به صورت چون ساخت (as-built) و دیگری پس از اجرای عملیات بهسازی تحت بارگذاری چرخه‌ای آزمایش شده‌اند. در نمونه اول (as-built)، مهمترین خسارت‌های وارد شده به پل در ناحیه اتصال تیر سرستون به ستون رخ داد. عمده خسارت‌های وارده به علت عدم مهار مناسب آرماتورهای طولی ستون در تیر سرستون می‌باشد که باعث لغزش آرماتور در تیر سرستون بعد از ایجاد ترک‌های برشی در ناحیه اتصال می‌گردد. در نمونه دوم، سوراخ نمودن آرماتور طولی ستون در ناحیه تحتانی اتصال به تیر سرستون به عنوان یک راهکار بهسازی در نظر گرفته شده‌است. در این روش با کاهش سطح مقطع آرماتورهای طولی، یک ناحیه پلاستیک در قسمت فوقانی ستون ایجاد نموده و مانع بروز خسارت در تیر سرستون می‌گردد. سهولت اجرایی، عدم ایجاد محدودیت ترافیکی، کاهش هزینه بهسازی و عدم نیاز به مصالح خاص از مزیت‌های این طرح بهسازی است.