4-1- مقدمه   42
4-2- مشخصات و ویژگی­های مصالح به کار رفته 42
4-2-1- سنگدانه­ها 42
4-2-2- مصالح ریز دانه 43
4-2-3- سیمان       45
4-2-4- آب         46
4-2-5- مواد پوزولانی 47
الف- میکروسیلیس 47
ب- متاکائولین 48
ج- نانوسیلیس 48
4-2-6- فوق روان­کننده 49
4-2-7- الیاف شیشه 50
4-3- طرح اختلاط 51
4-3-1- نحوه­ی محاسبه­ی طرح­های اختلاط 52
4-4- نحوه­ی اختلاط مواد و ساخت نمونه­ها 53
4-4-1- ساخت نمونه­ها در روش پیش مخلوط 53
4-4-2- ساخت نمونه­ها در روش اسپری 56
4-5- نام­گذاری طرح­های اختلاط 58
4-6- بیرون آوردن نمونه­ها از قالب و عمل­آوری نمونه­ها 60
4-7- خلاصه­ی فصل 61
فصل پنجم: نحوه­ی انجام آزمایش­ها و بیان نتایج
5-1- مقدمه   62
5-2- مقاومت فشاری 63
5-2-1- نتایج مربوط به مقاومت فشاری 63
5-2-2- ﺗﺄثیر استفاده از مواد پوزولانی بر روی مقاومت فشاری 64
5-2-3- ﺗﺄثیر استفاده از الیاف شیشه بر روی مقاومت فشاری 65
5-3- آزمایش مقاومت خمشی 69
5-3-1- نتایج آزمایش خمش چهار نقطه­ای 70
5-3-2- بررسی ﺗﺄثیر استفاده از مواد پوزولانی بر روی مدول گسیختگی بتن مسلح به الیاف شیشه 74

 

 

 

 

 

ده

 

5-3-3- بررسی ﺗﺄثیر الیاف شیشه و روش­های تولید بتن مسلح به الیاف شیشه بر مدول گسیختگی 77
5-4- سهم پوزولان از مقاومت بتن 82
5-4-1- سهم پوزولان از مقاومت فشاری 83
5-4-2- سهم مواد پوزولانی از مدول گسیختگی 86
5-5- طاقت خمشی 90
5-5-1- بررسی شاخص­های طاقت 91
در بتن مسلح به الیاف شیشه 94
در بتن مسلح به الیاف شیشه 95
در بتن مسلح به الیاف شیشه 97
5-5-5- نحوه­ی شکست نمونه­های خمشی 100
5-6- خلاصه­ی فصل 102
فصل ششم: خلاصه, نتایج و پیشنهادات
6-1- مقدمه   103
اجمالی بر فعالیت­های انجام گرفته در تحقیق حاضر 104
6-3- نتایج به­دست آمده در این تحقیق 105
6-3-1- مقاومت فشاری 105
6-3-2- مدول گسیختگی 105
6-3-3- سهم مواد پوزولانی از مقاومت بتن 106
6-3-4- شاخص­های طاقت 106
6-4- پیشنهادات جهت انجام تحقیقات آینده 107
پیوست: نمودارهای بار- تغییر مکان. 108
مراجع…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..138

 

 

 

 

 

یازده

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
چکیده
خرابی و انهدام بتن به شدت به تشکیل ترک­ها و ریز ترک­ها بستگی دارد. با افزایش بار­گذاری, ریز ترک­ها به هم متصل شده و ترک­ها را تشکیل می­دهند. به ‌منظور رفع این مشکل و همچنین ایجاد شرایط همگن، در چند دهه اخیر از یک­سری رشته‌های نازک که در تمام حجم بتن گسترده شده است، استفاده می­گردد؛ که به آن­ها الیاف گفته می­شود. از جمله­ی پر کاربرد­ترین الیاف مورد استفاده در بتن, الیاف شیشه می­باشد. بتن مسلح به الیاف شیشه، ماده­ای کامپوزیت شامل یک ملات از سیمان هیدرولیکی و سنگدانه­ی ریز است که با الیاف شیشه تقویت می­شود. استفاده از الیاف شیشه در بتن باعث بهبود ویژگی­های بتن می­شود که از جمله می­توان به افزایش مقاومت کششی, افزایش مقاومت خمشی, بهبود مقاومت ضربه, افزایش میزان جذب انرژی, بهبود رفتار بتن در ناحیه­ی غیرخطی و شکل پذیری بالا اشاره کرد. از آنجا که خواص بتن مسلح به الیاف شیشه در ارتباط مستقیم با شرایط الیاف شیشه­ی استفاده شده در سطح بتن می­باشد, موضوعات مرتبط با عملکرد الیاف شیشه در طول زمان, همواره مورد توجه محققین بوده است. عواملی همچون محیط قلیایی بتن و محصولات تولید شده ناشی از فرآیند هیدراسیون سیمان, در طول زمان با تخریب الیاف شیشه, باعث ایجاد تغییر در خواص مکانیکی بتن مسلح به الیاف شیشه می­شوند. در این تحقیق به منظور کاهش ﺗﺄثیرات ناشی از محیط قلیایی بتن, از الیاف شیشه­ی مقاوم در محیط قلیایی و برای جلوگیری از ﺗﺄثیر مخرب فرآیند هیدراسیون سیمان, از مواد پوزولانی با درصد­های مختلف استفاده شده است. به منظور بررسی مقاومت فشاری, مقاومت خمشی و شاخص­های طاقت در بتن تولید شده به دو روش پیش مخلوط و اسپری, 15 طرح اختلاط حاوی درصد­های مختلف الیاف شیشه و مواد پوزولانی (میکروسیلیس, متاکائولین و نانوسیلیس) در روش پیش مخلوط و 14 طرح اختلاط در روش اسپری, مورد آزمایش قرار گرفته است. از نتایج بدست آمده چنین می­توان برداشت کرد که مقاومت فشاری در بتن مسلح به الیاف شیشه, تا حد زیادی به کیفیت ملات بستگی دارد. بر این اساس ملاحظه می­شود که اضافه نمودن الیاف شیشه باعث کاهش مقاومت فشاری بتن می­شود. با توجه به این نتایج, کاهش مقاوت فشاری نمونه­های تقویت شده با الیاف شیشه در حضور مواد پوزولانی به حداقل می­رسد. در این شرایط مقاومت فشاری در برخی از نمونه­های مسلح به الیاف شیشه و حاوی مواد پوزولانی, نسبت به نمونه­های شاهد افزایش یافته است. با توجه به نتایج بدست آمده, مسلح کردن بتن به الیاف شیشه, باعث افزایش قابل توجه مدول گسیختگی می­شود. مدول گسیختگی با افزایش میزان الیاف شیشه, ابتدا روندی صعودی و سپس روندی نزولی طی می­کند. استفاده از مواد پوزولانی در نمونه­های تقویت شده با الیاف شیشه, باعث بهبود مدول گسیختگی می­شود. همچنین کاهش مدول گسیختگی در طول زمان و با حضور مواد پوزولانی به حداقل می­رسد. در این تحقیق به منظور بررسی طاقت نمونه­های مسلح به الیاف شیشه از سطح زیر نمودار بار- تغییر مکان استفاده شده است. به طور کلی استفاده از الیاف شیشه در بتن, باعث افزایش طاقت بتن می­شود. با توجه به نتایج بدست آمده ملاحظه می­شود که با افزایش الیاف شیشه, هر سه شاخص طاقت افزایش می­یابد؛ هر چند در شاخص I₅ این افزایش ناچیز می­باشد. در واقع این امر نشان دهنده­ی این است که در جابجایی بزرگتر, جذب انرژی بیشتر توسط الیاف شیشه صورت می­گیرد. در بین نمونه­های مسلح به الیاف شیشه, بیشترین مقادیر مشخصه­ی خصوصیات مکانیکی, مربوط به طرح­های حاوی 10% و 15% متاکائولین می­باشد. استفاده از نانوسیلیس در طرح­های اختلاط, باعث کاهش شدید مقاومت فشاری, مقاومت خمشی و طاقت در بتن مسلح به الیاف شیشه می­شود.
کلمات کلیدی: بتن مسلح به الیاف شیشه، میکروسیلیس، متاکائولین، نانوسیلیس، مقاومت فشاری، مقاومت خمشی، شاخص طاقت

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

فصل اول بررسی کلیات و اهداف تحقیق

 

 

1-1-      مقدمه

 

توانایی سرویس دهی و افزایش ظرفیت باربری مصالح سازه­ای از دیر باز به عنوان یک مسئله­ی مهم اقتصادی محسوب می­شده است.
بتن به عنوان یک ماده­ی سازه­ای پر کاربرد, امروزه به طور گسترده مورد استفاده قرار می­گیرد. از سال 1992 تا 1993 میلادی، تنها در کشور آمریکا 63 میلیون تن سیمان پرتلند برای تولید 500 میلیون تن بتن مصرف شده است؛ که این خود پنج برابر تولید فولاد، به صورت وزنی در مدت مشابه است. در اغلب کشور­های جهان نسبت مصرف بتن به فولاد از 10 به 1 نیز فراتر رفته است[1]. تا کنون تعاریف زیادی از بتن ارائه شده است. بر اساس این تعاریف, بتن از سه ماده­ی اصلی تشکیل شده است. این مواد عبارتند از: مواد سیمانی, آب که مواد سیمانی با آن واکنش داده و خاصیت چسبندگی پیدا می­کنند؛ و مواد پر کننده­ که حجم قابل توجهی از بتن را تشکیل می­دهند.
با وجود ویژگی­های قابل توجه این ماده از جمله شکل­پذیری بالا, مقاومت و عمر زیاد, در دسترس و ارزان قیمت بودن, بتن ماده­ای ترد است و تحت بارهای خمشی و کششی به شدت ضعیف عمل می­کند.
آرماتور­های فولادی, بتن را تحت کشش مسلح می­کنند؛ ولی تقریباً اثری بر روند گسترش ترک ندارند. به عبارت دیگر با رسیدن انتهای ترک به موقعیت آرماتورهای کششی، نرخ افزایش باز­شدگی دهانه­ی ترک و هم­چنین انتشار ترک کاهش یافته و سپس با عبور ترک از آرماتور، توسعه­ی ترک با نرخ بیشتری افزایش می­یابد. علاوه بر آن وجود آرماتور در نواحی خاص کششی، بتن را از حالت همگن و یکنواخت خارج کرده و فرض همگنی بتن در روش­های آنالیز را با اشکال مواجه می­کند ]1[.
به طور کلی خرابی و انهدام بتن به شدت به تشکیل ترک­ها و ریز ترک­ها بستگی دارد. با افزایش بار­گذاری, ریز ترک­ها به هم متصل شده و ترک­ها را تشکیل می­دهند [2]. به‌منظور رفع این مشکل و همچنین ایجاد شرایط همگن، در چند دهه اخیر از یک سری رشته‌های نازک که در تمام حجم بتن گسترده شده، استفاده می‌شود؛ که به آن­ها الیاف گفته می­شود.

 

1-2-      بتن الیافی

 

با توجه به تعریف ACI 544.2R-89 [3], بتن الیافی بتنی است كه با سیمان هیدرولیكی, مصالح سنگی ریزدانه و درشت­دانه ساخته شده و به ­وسیله­ی الیاف تقویت می­شود.
كاربرد گسترده­ی بتن الیافی از اواسط سال 1960 برای روسازی جاده­ها، كف سالن­های صنعتی، جداره­ی كوره­ها و غیره, آغاز گردید [4]. مهمترین مشخصه­ی بتن الیافی, خاصیت جذب انرژی و انعطاف پذیری آن است. به همین دلیل امروزه این بتن نقشی بسیار جدی در پیشرفت تکنولوژی بتن ایفا می­کند.
در کل از بتن الیافی می­توان انتظار ارتقای پارامتر­های مرتبط با ضرایب باربری نظیر مقاومت فشاری، کششی، خمشی، برشی و مقاومت در برابر خزش، سایش و فرسایش را داشت.

 

1-3-      الیاف مورد استفاده در بتن

 

 

همان­طور که گفته شد, با رسیدن تنش­های وارده به حداکثر مقاومت ملات, ترک­ها تشکیل می­شوند. در نهایت تجمع این ترک­ها در یک ناحیه باعث انهدام بتن می­شود. در این شرایط استفاده از الیاف باعث جلوگیری از گسترش ترک­ها و اتصال آنها به یکدیگر می­شود.
استفاده از الیاف در بتن از حدود 50 سال پیش شروع شد و روز­ به ­روز بر استفاده از این ماده در طرح­های اختلاط بتن افزوده می­شود. مزایای گوناگون كاربرد الیاف در بتن نظیر افزایش مقاومت خمشی, افزایش مقاومت برشی, افزایش مقاومت كششی, افزایش مقاومت در برابر بارهای ضربه­ای, افزایش میزان جذب انرژی و افزایش مقاومت مقطع در مقابل ترک خوردگی, باعث شده که از الیاف در تقویت و مرمت انواع سازه­های بتنی استفاده شود [5].
انتخاب نوع الیاف، تعیین کننده­ی خواص کامپوزیت­ها است. امروزه به منظور تقویت بتن از الیاف مختلفی منجمله الیاف فولادی, الیاف پلی­پروپیلن, الیاف آرامید (کولار), الیاف کربن و الیاف شیشه استفاده می­شود (شکل 1-1).
الیاف مورد استفاده در بتن را می­توان از نظر جنس به 4 گروه زیر تقسیم کرد [6]:

 

 

• مواد مصنوعی آلی مانند پلی­پروپیلن و کربن

 

• مواد مصنوعی غیر آلی مانند فولاد و شیشه

 

• مواد طبیعی آلی مانند سلولز

 

• مواد طبیعی غیر آلی مانند آزبست

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

الف	ب	ج	د

 

شکل ‏1‑1– انواع الیاف کامپوزیتی؛ الف) الیاف شیشه؛ ب) الیاف کربن؛ ج) الیاف پلی­پروپیلن؛ د) الیاف فولاد

 

1-3-1-      الیاف طبیعی

 

الیاف طبیعی مانند نارگیل، سیسال، تفاله­ی نیشکر، بامبو، کنف، کتان، چوب و الیاف گیاهی جهت تشخیص خصوصیات مهندسی و احتمال استفاده از آن­ها در ساختمان­سازی در 40 کشور مورد آزمایش قرار گرفتند. هرچند نتایج دلگرم کننده بود, اما به دلیل فعل و انفعال بین ملات سیمان و الیاف, ضعف­هایی در دوام آن­ها مشاهده گردید. الیاف گیاهی استحکام بالایی ندارد و در اثر افزایش بارهای وارده با پارگی الیاف و یا با بیرون کشیده شدن آن­ها از درون ملات بتن، شکست در سازه بتنی ایجاد می­شود [9].

2-3-روش طراحی لرزه­ای براساس عملکرد سازه…………. 30
2-3-1-فواید طراحی براساس عملکرد………………. 31
2-3-2-شکل­پذیری در روش طراحی براساس عملکرد……… 32
2-3-3-معیارهای پذیرش اعضا در روش طراحی براساس عملکرد 34
2-3-4-فلسفه ی طراحی براساس عملکرد…………….. 35
2-4- بر یافته های دیگر محققین……………… 36
2-4-1-تحقیقات طاهری بهبهانی………………….. 36
2-4-2-تحقیقات Repapis و همکاران……………….. 37
2-4-3-تحقیقات Kunnath و همکاران………………. 38
2-4-4-تحقیقات Elnashai و همکاران……………….. 39
2-5-جمع بندی و نتیجه گیری…………………….. 40
فصل 3: روش تحقیق……………………………… 42
3-1-مقدمه…………………………………… 43
3-2-معرفی نمونه ها…………………………… 43
3-2-1-تعیین جزئیات سازه ای…………………… 44
3-2-1-1-مدلسازی و هندسه……………………. 44
3-2-1-2-بارگذاری………………………….. 45
3-2-1-3-نتایج طراحی نمونه ها……………….. 48
3-3-ارزیابی…………………………………. 50
3-3-1-مدلسازی……………………………… 50
3-3-1-1-مدلسازی کلی سازه…………………… 50
3-3-1-2-مدلسازی اعضا………………………. 51
3-3-1-3-مدلسازی رفتار مصالح………………… 52
3-3-1-4-مقاومت اعضای سازهای………………… 52
3-3-1-5-بررسی منحنی رفتاری اعضاء……………. 53
3-3-2-بررسی نرم افزارهای کاربردی……………… 54
3-3-3-بررسی مشخصه های تحلیل نمونه ها………….. 54
3-3-3-1-روش تحلیل…………………………. 54
3-3-3-2-بارگذاری………………………….. 55
3-3-3-2-1-الگوی بارگذاری…………………. 56
3-3-3-3-تغییر مکان هدف…………………….. 56
فصل 4: نتایج و تفسیر………………………….. 61
4-1-مقدمه…………………………………… 62
4-2-بررسی نتایج……………………………… 63
4-2-1-بررسی نتایج و تعیین ضرایب نمونه سه طبقه….. 66
4-2-2-بررسی نتایج و تعیین ضرایب نمونه پنج طبقه…. 69
4-2-3-بررسی نتایج و تعیین ضرایب نمونه هفت طبقه…. 72
4-2-4-بررسی نتایج حاصل از شکل پذیری سازه………. 72
4-3-تعیین عملکرد لرزهای اعضاء…………………. 74
4-3-1-عملکرد لرزهای اعضا در ساختمان سه طبقه……. 79
4-3-2-عملکرد لرزهای اعضا در ساختمان پنج طبقه…… 84
4-3-3-عملکرد لرزهای اعضا در ساختمان هفت طبقه…… 89
 
فصل 5: جمع بندی و نتیجه گیری…………………… 90
5-1-جمع بندی………………………………… 91
منابع و مراجع………………………………… 95
 
 
 
 
 
 
فهرست اشکال
شکل(2-1) ارتباط بین ضریب کاهش نیرو ، اضافه مقاومت ، ضریب کاهش به علت شکل پذیری و ضریب شکل پذیری ………………….. 19
شکل(2-2) منحنی نیرو- تغییر شکل عضو……………… 32
شکل(2-3) معیارهای پذیرش اعضا در سطوح مختلف عملکردی… 34
شکل(2-4) نتایج مطالعاتKunnath و همکاران………….. 38
شکل(3-1) نمایی از قاب نمونههای مورد مطالعه در تعداد طبقات 3، 5 و 7   44
شکل(3-3) منحنی رفتاری عضو……………………… 51
شکل(3-4) منحنی ساده شده برش پایه- تغییرمکان………. 58
شکل (4-1) منحنی رفتاری ساختمان سه طبقه تحت الگوی بار نوع اول   64
شکل (4-2) وضعیت رفتاری ساختمان سه طبقه تحت الگوی بار نوع یک    64
شکل (4-3)منحنی رفتاری ساختمان سه طبقه تحت الگوی بار نوع دوم    65
شکل (4-4) وضعیت رفتاری ساختمان سه طبقه تحت الگوی بار نوع دوم   65
شکل(4-5) منحنی رفتاری ساختمان پنج طبقه تحت الگوی بار نوع اول   67
شکل (4-6) وضعیت رفتاری ساختمان پنج طبقه تحت الگوی بار نوع اول  67
شکل (4-7) منحنی رفتاری ساختمان پنج طبقه تحت الگوی بار نوع دوم  68
شکل (4-8) وضعیت رفتاری ساختمان پنج طبقه تحت الگوی بار نوع دوم  68
شکل (4-9) منحنی رفتاری ساختمان هفت طبقه تحت الگوی بار نوع اول  70
شکل (4-10) وضعیت رفتاری ساختمان هفت طبقه تحت الگوی بار نوع اول 70
شکل (4-11) منحنی رفتاری ساختمان هفت طبقه تحت الگوی بار نوع دوم 71
شکل (4-12) وضعیت رفتاری ساختمان هفت طبقه تحت الگوی بار نوع دوم 71
شکل(4-13) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 75
شکل(4-14) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 75
شکل(4-15) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 76
شکل(4-16) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 76
شکل(4-17) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 77
شکل(4-18) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 77
شکل(4-19) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 78
شکل(4-20) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 78
شکل(4-21) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 80
شکل(4-22) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 80
شکل(4-23) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 81
شکل(4-24) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 81
شکل(4-25) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 82
شکل(4-26) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 82
شکل(4-27) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 83
شکل(4-28) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 83
شکل(4-29) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 85
شکل(4-30) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 85
شکل(4-31) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 86
شکل(4-32) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 86
شکل(4-33) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 87
شکل(4-34) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 87
شکل(4-35) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 88
شکل(4-36) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 88
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست جداول
(3-1) مقادیر ضریب بازتاب ( ) و ضریب زلزله ( ) در نمونه های مورد مطالعه 47
جدول(3-2) مقاطع تیر، ستون و بادبند نمونه 3 طبقه 48
جدول(3-3) مقاطع تیر، ستون و بادبند نمونه 5 طبقه 49
جدول(3-4) مقاطع تیر،ستون و بادبند نمونه 7 طبقه 49
جدول (3-5) مقادیر 59
جدول (3-6) مقادیر ضریب . 60
جدول (3-7) مقادیر ضریب 60
جدول(4-1) پارامترهای رفتاری ساختمان سه طبقه 66
جدول(4-2) پارامترهای رفتاری ساختمان پنج طبقه 69
جدول(4-3) پارامترهای رفتاری ساختمان پنج طبقه 72
 

 

 
 
 
 
 
 
فصل 1: مقدمه
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1-1-مقدمه
در سالهای اخیر فلسفه روش­های سنتی که در طراحی سازه در مقابل مخاطرات طبیعی بر مبنای آنها صورت میگرفت، دچار تغییرات عمده­ای شده است. تخریب گسترده سازه­های طراحی شده بر مبنای آئین­نامه­های قدیمی در زلزله­های اخیر، پیشرفت­های به وجود آمده در روشهای تحلیل و نیازهای عملکردی پیچیده­تر مورد انتظار صنایع ساختمانی منجر به معرفی روشهای موثرتری در طراحی سازه­ها شده­است. یکی از این روش­ها که در بسیاری از آئین­نامه­ها وجود دارد و سبب ساده­سازی مراحل طراحی میشود، روش تحلیل استاتیکی معادل میباشد که در آن نیروهای طراحی به وسیله ضریب رفتار کاهش داده میشوند. این روش بر این فرض استوار است که مقاومت سازه از مقداری که طراحی بر اساس آن صورت میگیرد، بزرگتر است و به علاوه سازه تحت زلزله با ورود به مرحله غیر خطی، بخشی از انرژی زلزله را جذب می­کند. طراحی لرزه­ای مطلوب برای ساختمان را می­توان دستیابی به سازه­ای با عملکرد مطلوب، به مفهوم امکان ایجاد خسارت کنترل شده و از قبل پیش­بینی شده در حین زلزله برای ساختمان دانست ضمن آنکه تخمین نادرست مشخصات زلزله و رفتار سازه و عملکرد آن در مواجهه با زلزله از دلایل مهم آسیب­های شدید وارد بر سازه میباشد. به جهت شناخت هر چه بهتر این مشخصات و ویژگی ها، در قبال روش­های تجویزی مرسوم در آئین­نامه­های پیشین که طراحی را بر اساس نیروهای کاهش یافته زلزله بیان میکرد، آئین­نامه­های طراحی و بهسازی لرزه­ای ارائه گردید که طبق آن طراحی لرزه­ای سازه به روش طراحی بر اساس عملکرد پیشنهاد میگردد.
به دلیل غیر اقتصادی بودن رفتار الاستیک سازه تحت زلزله، هدف اصلی در طراحی لرزه­ای ساختمان­ها بر این مبناست که رفتار ساختمان، در مقابل نیروی ناشی از زلزله­های کوچک بدون خسارت و در محدوده خطی مانده و در مقابل نیروهای ناشی از زلزله شدید، ضمن حفظ پایداری کلی خود، خسارت­های سازه­ای و غیر سازه­ای را تحمل کند. به همین دلیل مقاومت لرزه­ای که مورد نظر آئین­نامه­های طراحی در برابر زلزله است، عموما کمتر و در برخی موارد، خیلی کمتر از مقاومت جانبی مورد نیاز برای حفظ پایداری سازه در محدوده ارتجاعی، در یک زلزله شدید است. بنابر این، رفتار سازه­ها به هنگام رخداد زلزله های متوسط و بزرگ وارد محدوده غیر ارتجاعی میگردند و برای طراحی آنها نیاز به یک تحلیل غیر ارتجاعی است. ولی به دلیل پر هزینه بودن این روش و عدم گستردگی برنامه­های غیر ارتجاعی و سهولت روش ارتجاعی، روشهای تحلیل و طراحی متداول، بر اساس تحلیل ارتجاعی مورد نیاز عموما با استفاده از ضرایب کاهش مقاومت انجام میشود[2].
یکی از مشکلات موجود در زمینه ضریب رفتار در آئین­نامه­های قدیمی، مربوط به تجربی بودن مقادیر پیشنهاد شده بود. یعنی با وجود اینکه ضرایب رفتار تعیین شده در آئین­نامه­های لرزه­ای در نظر داشتند بیانگر رفتار هیستریک، شکل پذیری، مقاومت افزون، میرایی و ظرفیت استهلاک انرژی باشند، مقادیر این ضرایب در آئین نامه های زلزله، اصولا بر اساس مشاهدات عملکرد سیستم­های ساختمانی مختلف، در زلزله­های قوی گذشته، بر مبنای قضاوت مهندسی بود. بر این اساس، پژوهش­های زیادی در این زمینه صورت گرفت تا مقادیری مبتنی بر مطالعات تحقیقاتی و پشتوانه محاسباتی در آئین­نامه­های زلزله بیان شود که در نهایت منجر به اصلاح این ضرایب بر اساس مطالعات علمی شد.
ضریب رفتار اولین بار در گزارش 06-3 ATC در سال 1978 ارائه گشت. در این گزارش، مقادیر پیشنهاد شده برای ضریب رفتار بر اساس نظر مجموعه­ای از مهندسان خبره استوار بود. به همین دلیل روش مشخصی برای تعیین مقدار آن ارائه نشده بود. همچنین در مقررات NEHRP مربوط به سالهای 1997 و 2000 (FEMA369 و FEMA303) که الهام گرفته از 06-3 ATC بود، بر تجربی بودن ضرایب کاهش تاکید شده است[11و13]. در برخی از آئین نامه های طراحی لرزه­ای، مطلبی ناظر در محاسبه این ضرایب ارائه شده، حال آن که در بیشتر آئین­نامه­ها مقادیر آنها بر مبنای قضاوت مهندسی، تجربه و مشاهده عملکرد ساختمان­ها در زلزله­های گذشته و چشم پوشی از تراز مقاومت افزون آن­ها استوار است[15]. از این رو و با توجه به مطالب فوق، ارزیابی ضرایب رفتار و بررسی ارتباط میان پارامترهای مؤثر در آن برای سازه­هایی که مطابق آئین­نامه­های طراحی میشوند، اهمیت ویژه­ای دارد. لذا در اکثر آئین­نامه­های طراحی لرزه­ای جدید، روش­های تعیین آن ذکر شده است.
در این پژوهش بر خلاف آئین­نامه ایران، ضرایب رفتار برای فهم بهتر به اجزای تشکیل دهنده آن تجزیه میشود. البته امروزه در اکثر آیین­نامه­ها، به جای تعریف یک مقدار معین برای یک نوع قاب سازه­ای، اجزای ضریب رفتار برای قاب­های با شکل­پذیری­های مختلف و بسته به لرزه­خیزی منطقه تعریف می شوند، که از جمله آن­ها میتوان به آیین­نامه کانادا اشاره نمود.
با توجه به تحولات زیادی که از زمان تدوین آئین­نامه ایران در طرح ساختمان­ها در برابر زلزله (استاندارد 2800) در سال 1366 تاکنون در امر مهندسی زلزله صورت گرفته است و نیز با وجود کاربرد وسیع این آئین­نامه در طراحی ساختمان­های مختلف کشور، آگاهی از محتوای این آئین­نامه و مفاهیم آن امری مهم میباشد. تدوین اغلب آیین­نامه های کاربردی طرح لرزه­ای ساختمان­ها، با هدف جلوگیری از تلفات جانی و خسارات احتمالی و نیز دستیابی به طرحی اقتصادی برای سازه انجام گرفته­است. از جمله عوامل تأثیر­ گذار در دستیابی به این هدف می­توان به دو عامل مقاومت و شکل­پذیری سازه اشاره کرد. عوامل مذکور از مهمترین پارامترهای موثر در طراحی لرزه­ای بسیاری از آئین­نامه­ها، از جمله استاندارد 2800 است. تأمین این دو پارامتر در روش طراحی آئین­نامه­های مذکور با توجه به برآورد اهداف مورد نظر این آئین­نامه­ها در زلزله­های خفیف، متوسط و شدید میباشد. این اهداف با توجه به انتظاراتی که از رفتار سازه­ها در هنگام وقوع زلزله­هایی که ممکن است در طول مفید ساختمان اتفاق بیافتد و نیز میزان خسارات احتمالی وارده به سازه در حین زلزله در نظر گرفته شده­است.
در دهه­های اخیر با بررسی نتایج زمین لرزه­های پیشین و خسارات وارده به سازه­های موجود، پرداختن به مفاهیم شکل­پذیری بیش از پیش مورد توجه محققین قرار گرفته­است. از آن جمله، پس از وقوع زلزله در شهر سان­فرناندو در ایالات کالیفرنیای آمریکا در سال 1971 و با توجه به خرابی­های زیاد ایجاد شده در اثر این زلزله، تحولات بسیاری در ضوابط آیین­نامه­های طراحی لرزه­ای آمریکا حاصل گردید و مفاهیم شکل­پذیری مورد توجه ویژه قرار­گرفت. همچنین بررسی­ها بر علل خرابی­های زلزله­های رخ داده در سال­های اخیر از جمله زلزله­ی نور­تریج (لس آنجلس) در سال 1993، زلزله­ی سال 1994 در کوبه (ژاپن) و نیز زلزله رودبار­– منجیل (ایران) در سال 1369 اهمیت قابلیت شکل­پذیری سازه در استهلاک انرژی زلزله را نمایان ساخت و ضوابط طراحی بسیاری از آیین­نامه­های لرزه­ای با نگرشی جدید در جهت تأمین این پارامتر در سازه مورد باز بینی و تحول قرار گرفت.
در آئین­نامه­های موجود طراحی لرزه­ای نیز استفاده از قابلیت جذب انرژی زلزله با در نظر گرفتن رفتار غیر­خطی سازه از اهداف اصلی طراحی میباشد. از آنجا که تعیین دقیق ظرفیت تغییر شکل سازه مستلزم تحلیل­های غیر خطی سازه بوده و با توجه به زمان بر بودن این نوع تحلیل­ها و از طرفی سهل بودن آنالیزهای خطی نسبت به تحلیل­های غیر خطی، در این آئین­نامه­ها به صورت کلی برای سیستم­های مختلف سازه­ای ضرایب کاهنده­ای موسوم به ضریب رفتار ® ارائه گردیده­است که این ضرایب به منظور کاهش نیروهای زلزله با در نظر گرفتن عملکرد غیر خطی سازه­ها میباشد. تعیین ضریب مذکور در آئین­نامه­های طراحی لرزه­ای با توجه به عوامل متعددی از جمله شکل­پذیری سازه، اضافه مقاومت، میرایی و نیز ضرایب اطمینان بکار گرفته شده در ضوابط طراحی ساختمان­ها می­باشد. بدین ترتیب در این آئین­نامه­ها اجازه داده میشود با استفاده از این قابلیت سازه و بکارگیری ضرایب فوق الذکر، سازه را برای نیرویی به مراتب کوچکتر از نیروی واقعی زلزله طرح نمود. در این آئین­نامه­ها این ضرایب با توجه به مشخصات سازه مورد نظر، به لحاظ سیستم باربر جانبی، مشخص و در قالب جداولی به عنوان ضرایب کاهش نیروی پیشنهادی آئین­نامه، به منظور تعیین نیروی زلزله طراحی سازه در اختیار طراح قرار داده شده­است.
از طرفی در نسل جدید آیین­نامه­های طراحی و بهسازی لرزه­ای که از روش طراحی بر اساس عملکرد در جایگزینی با روش­های تجویزی استفاده می شود، بررسی دقیق­تر این موضوع مد نظر قرار­ گرفته­است. در این فرآیند با توجه به رفتار واقعی اعضا تحت اثر نیروهای وارده و با در نظرگیری کلیه­ی پارامتر­های اثر گذار، از جمله مصالح، هندسه و مشخصات اعضا، شکل­پذیری متناظر با هر تلاش در هر المان برآورد می گردد. در این آیین­نامه­ها (از جمله آیین­نامه و نیز دستورالعمل بهسازی لرزه­ای ساختمان­های موجود) در تحلیل خطی، با معرفی پارامتر ” “m، موضوع شکل­پذیری مورد توجه قرار گرفته­­­است و به عنوان معیاری برای ارزیابی و پذیرش عملکرد هر یک از اعضا در سازه استفاده شده­است. در روش تحلیل غیر خطی طراحی بر اساس عملکرد نیز رفتار مورد انتظار هر یک از اعضا سازه و نیز قابلیت­های شکل­پذیری آن در حین زلزله مدنظر قرار گرفته و با تعیین منحنی رفتاری عضو و نیز معیار­های در­نظر گرفته­ شده برای سطوح عملکردی مختلف سازه در حین زلزله، اعضاء سازه مورد بررسی قرار می گیرد. بدین ترتیب در این روش طراحی لرزه­ای ، قابلیت استهلاک انرژی زلزله در سطح عضو و با توجه به میزان این توانایی در تک تک اعضای سازه­ای مورد بررسی و ارزیابی قرار می گیرد و بر این اساس رفتار کلی سازه در حین زلزله تعیین می گردد.
امروزه روش رایج و مرسوم طراحی لرزه­ای کشور، استفاده از روش طراحی بر اساس نیروهای کاهش یافته و استفاده از ضرایب پیشنهادی آئین­نامه طراحی لرزه­ای ایران، با توجه به سیستم باربر جانبی سازه مورد نظر، می­باشد. بر این اساس بررسی اعتبار ضرایب عنوان شده در آئین­نامه های لرزه­ای مورد استفاده امری مهم است.از طرف دیگر با توجه به کاربرد روز افزون از روش طراحی لرزه­ای بر اساس عملکرد در طراحی سازه­ها، پرداختن به مفاهیم این روش طراحی و استفاده از نحوه نگرش آن در بررسی اعتبار ضرایب کاهش نیروی پیشنهادی آئین­نامه لرزه­ای مرسوم و در صورت لزوم تعدیل و تصحیح این ضرایب، مؤثر می­باشد.
بر این اساس در این پایان­نامه با بهره­گیری از نتایج مطالعات انجام شده در این زمینه، مفاهیم شکل پذیری و ضرایب کاهش نیروی متأثر از شکل­پذیری و همچنین ضرایب شکل­پذیری مورد استفاده در آئین­نامه­های طراحی لرزه­ای به دو شیوه فوق­الذکر مورد تحقیق قرار گرفته­است. بدین منظور سه ساختمان 3، 5 و 7 طبقه منظم با سیستم قاب مهاربندی شده با استفاده از مهاربند­های هم محور (CBF) مورد بررسی قرار کرفته است. در بررسی این ساختمان­ها، پارامتر­های رفتاری محاسبه و با مقادیر پیشنهادی آن در نتایج آئین­نامه لرزه­ای ایران (استاندارد 2800) مقایسه شده و همچنین ضریب شکل­پذیری اعضاء برای نمونه­های مورد مطالعه محاسبه و ارتباط بین این ضریب و ضریب کاهش نیروی زلزله متأثر از شکل­پذیری سازه، تعیین شده­است و در نهایت در جهت تصحیح و تعدیل ضریب کاهش، پیشنهاداتی ارائه میگردد.
 
 
 
 
 
 
 
 
 

این پایان‌نامه در پنج فصل تهیه گردیده است كه به طور خلاصه به شرح زیر می‌باشند:

 

 

• در فصل اول مقدمه‌ای بر لزوم انجام و کلیاتی از کارهای انجام شده، ارائه می‌شود.

 

• در فصل دوم با در نظر گرفتن شرایط مسئله، معادلات حاکم بر مسئله معرفی و سپس خلاصه‌ای از مطالعات و کارهای انجام شده توسط سایر محققین ارائه می‌شود.

 

• در فصل سوم فرمول‌بندی ریاضی سیستم سد-پی- مخزن با احتساب اندرکنش و روش‌های حل دستگاه معادلات دینامیکی با استفاده از روش اجزای محدود معرفی و نیز چگونگی محاسبه کابل‌های پس‌تنیدگی و مدل‌سازی آن در روش اجزا محدود در تحلیل استاتیکی و دینامیکی ارائه می‌گردد.

 

• در فصل چهارم ابتدا صحت مدل‌سازی کامپیوتری مورد بررسی قرار گرفته و سپس نتایج تحلیل سیستم سد-پی-مخزن در حالت پس‌تنیده با قرارگیری کابل‌ها در نقاط مختلف و تغییر شیب پایین‌دست سد بررسی می‌گردد.

 

• در فصل پنجم نتیجه‌گیری و پیشنهاد‌هایی برای ادامه کار ارائه می‌گردد.

 

 
 
 
 
 
فصل دوم – ادبیات موضوع و پیشینه تحقیق
 
 
 
 
 
2-1- مقدمه
با توجه به اهمیت سازه سد و آسیب پذیر بودن این سازه لزوم مقاومت این سازه در برابر نیروهای اعمالی امری اجتناب ناپذیر است. سدها می بایست در برابر نیروهای اعمالی به آن از جمله نیروهای استاتیکی نظیر زیرفشار، فشار مخزن، و تنش‌های وارده ناشی از بارهای ثقلی و نیروهای دینامیکی نظیر زلزله و سیلاب و … مقاومت کافی داشته باشند. مدل سیستم سد-پی-مخزن با در نظر گرفتن نیروهای وارده همواره توسط محققین زیادی مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. به‌طوریکه در ابتدا با روش‌های تحلیلی و در نظر گرفتن فرضیات ساده شونده زیاد و سپس با روشهای عددی مبادرت به حل مدل سد نمودند. در این فصل در ابتدا نگاهی گذرا به روشهای تحلیلی و عددی در حل سیستم سد-پی-مخزن خواهیم داشت. سپس تعریف و تاریخچه و کاربرد روش پس‌تنیدگی در مقاوم‌سازی و بهسازی سدها ارائه می‌گردد و نتایج محققین در این زمینه بیان می‌شود.
2-2- روش‌های تحلیلی
روش‌های تحلیلی اولین روش‌هایی بودند كه محققین برای حل مسئله تحلیل سد و مخزن تحت اثر زلزله بكار بردند. در این نوع روش‌ها، در ابتدا طبق فرضیات مصالح، معادلات حاكم و شرایط مرزی مسئله بیان و سپس مستقیماً معادلات دیفرانسیل مربوطه حل می‌شود.
 
به دلیل پیچیدگی زیاد حل این‌گونه معادلات، برای مسائل با شكل هندسی و یا شرایط مرزی پیچیده، این روش قابل‌استفاده نیست ولی برای مسائل ساده پاسخ‌هایی توسط محققین مختلف به‌دست آمده است.
جواب‌های حاصل از این روش‌ها، به دلیل سهولت در استفاده برای تحلیل تقریبی سدها و طراحی اولیه آنها، ابزاری بسیار مناسب و كاربردی می‌باشند. در ادامه خلاصه‌ای از این روش‌ها ارائه خواهد شد.
2-2-1- تحلیل مدل سد-مخزن بدون در نظر گرفتن اثر اندر کنش
اولین راه ‌حل جهت تحلیل سد تحت اثر زلزله توسط وسترگارد ]40[ در سال 1933 میلادی مطرح گردید. فرضیاتی كه وسترگارد، با توجه به شکل 2-1 در نظر گرفت به شرح زیر می‌باشد:

 

 

• رفتار سیستم دو بعدی است.

 

• سد صلب می‌باشد.

 

 

• كف مخزن افقی و صلب می‌باشد.

 

• طول مخزن در جهت بالادست تا بی‌نهایت ادامه دارد.

 

• سیال غیر چرخشی می‌باشد.

 

• دانسیته آب ثابت است.

 

• شتاب زمین افقی و هارمونیك برابر می‌باشد كه در آن:

 

• نیاز به فرضیه‌ای برای فرموله کردن دانش بشری به شکلی سیستماتیک و قرار دادن آن در سیستم‌های مهندسی توجیه دوم وجود تئوری سیستم‌های فازی را به عنوان یک شاخه مستقل در علوم مهندسی توجیه می‌کند[5].

 

این پایان نامه شامل فصول زیر می‌باشد:
فصل اول مقدمه
فصل دوم مروری بر تحقیقات گذشته
فصل سوم تحکیم
فصل چهارم منطق فازی و کاربرد آن در مهندسی عمران
فصل پنجم برآورد ضریب فشردگی تحکیم به وسیله پارامترهای فیزیکی خاک
فصل ششم آشنایی با شبکه مفاهیم شبکه عصبی
فصل هفتم مدل سازی ضریب فشردگی با استفاده از شبکه‌های عصبی-فازی (ANFIS)
فصل هشتم نتیجه گیری و جمع بندی و پیشنهادات
 
 
 
 
 
 
 
فصل دوم:
مروری بر تحقیقات گذشته
 
 
 
 
 
 
2-1- مقدمه
نشست تحکیمی یکی از ملاحظات مهم طراحی در پروژه‌های عمرانی همچون سازه ها، راهها و راه آهن می‌باشد. این پارامتر بوسیله آزمایش تحکیم تعیین می‌شود. آزمایش تحکیم یک آزمایش نسبتا وقت گیر و پر هزینه است که باید با دقت کافی انجام می‌شود.
در بسیاری از پروژه ها به خصوص در پروژ ه‌های خطی مانند راه آهن خوددارای از انجام آزمایش تحکیم به تعداد و دقت کافی سبب وارد آمدن خسارات قابل توجه به حجم راه می‌شود. با توجه به زمان و هزینه نسبتا زیاد آزمایش تحکیم، تخمین نشت تحکیمی با استفاده از پارامترهای موثری که بتوان زیاد آزمایش تحکیم، تخمین نشست تحکیمی با استفاده از پارامترهای موثری که بتوان آنها را با انجام آزمایشات ساده کم هزینه و با دقت قبول نمود همواره مورد توجه بسیاری از محققین ژئوتکنیک و راه سازی بوده است.
 

 

2-2- شناسایی پارامترهای موثر در نشست تحکیمی خاک
با انجام آزمایش تحکیم، ضریب فشردگی یا شاخص تراکم (Compression index) از شیب نمودار تخلخل (e) بر حسب لگاریتم تنش موثر ( ) برای خاکهای تحکیم عادی یافته تعیین می‌شود. شکل 1 نحوه تعیین ضریب فشردگی ( ) را نشان می‌دهد.
همانطور که در این شکل مشاهده می‌شود، به طور مستقیم از رابطه زیر قابل تعیین است:
(2-1)
 
شکل 2-1 تعیین ضریت فشردگی
به طور غیر مستقیم و از روی پارامترهای موثر، اولین بار ترزاقی و پک در سال 1997، رابطه تجربی زیر را به منظور تخمین ضریب فشردگی برای رسهای تحکیم عادی یافته در حالت دست نخورده پیشنهاد نمود[6]
(2-2)
که در آن LL، حد روانی (Liquid Limit) خاک رس است. همچنین ترزاقی و پک در رابطه‌ای مشابه، فرمول زیر را برای رس‌های دست نخورده (Remolded clays) ارائه دادند:
(2-3)
در هر دو رابطه (2) و (3)، LL به عنوان تنها پارامتر موثر در تعیین نشست تحکیمی معرفی شده است.
همچنین آزور و همکارانش با استفاده از رگرسیون تک متغیره خطی، برای مناطق مختلف روابط زیر را ارائه نمودند [7]:
(2-4)                        : برای رس برزیلی
(2-5)                              : برای رس شیکاگو
(2-6)                            : برای خاکهای آلی و نباتی
در این رابطه LL (حد روانی)، ( در صد تخلخل اولیه) و (رطوبت طبیعی خاک) به عنوان پارامترهای موثر در نظر گرفته شده هر یک از این پارامترها به طور جداگانه برای تخمین نشست استفاده شده اند.
نانسی و همکارانش با انجام مطالعه در خاکهای آتلانتیک شمالی، رابطه (2-7) را پیشنهاد دادند[8]
(2-7)
در این رابطه PI (نشانه خمیری) خاک، پارامتر تاثیر گذار بیان شده است. از آنجایی که :

 

 

 

 

هشدار(آلارم)

 

 

 

 

 

اعمال فعالیت در صورت قطع مانیتورینگ

 

 

 

 

 

تعیین طول عمر باقیمانده (جلوگیری از بارگذاری اضافه)

 

 

 

 

 

تشخیص نوع تعمیر (تعمیر خودکار)

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
شکل ‏1‑1: تشكیلات سیستم مانیتورینگ سلامت سازه. [69]
در شكل(1-1) ساختار سیستم SHM به تصویر کشیده شد(بخش(1-2-3)). این سیستم مربوط به تابع مانیتورینگ سراسری سازه[6] می‌باشد. انواع پدیده‌های فیزیکی در بحث مانیتورینگ باید مطالعه شوند در ذیل ارائه شده‌اند.
الف) نوع پدیده فیزیكی مربوط به آسیب كه توسط حسگرها مانیتوره شده است.
ب) نوع پدیده فیزیكی كه بوسیله حسگرها برای تولید، دریافت، ارسال و ذخیره‌سازی سیگنال(معمولا الكتریكی) در زیر سیستم‌ها استفاده می‌شود. چند نوع حسگر مشابه كه داده‌ها را همزمان برای یك سیستم ارسال می‌كنند، یك شبكه حسگری[7] را تشکیل داده كه در نهایت داده‌های آنها با دیگر حسگرها ادغام شده و حسگرهای دیگر نیز با استفاده از سیستم مانیتورینگ وظیفه نظارت بر شرایط محیطی را انجام می‌دهند. سیگنال‌های تحویل داده شده بوسیله زیر سیستم یكپارچه مانیتورینگ ثبت شده و توسط كنترلر استفاده می‌شوند. در نهایت کلیه این عوامل منجر به ایجاد یك سیستم تشخیص عیب کامل سازه‌ای می‌شوند. [6,14,15]

 

1-2       آشنایی با انواع آسیب‌

 

هدف اصلی این پروژه ارائه روش‌هایی نوین برای کشف آسیب‌های سازه‌ای می‌باشد. در ابتدا مفاهیم پایه‌ای آسیب ارائه می‌شود.

 

1-2-1     مفاهیم پایه‌ای آسیب

 

نزدیک به سه دهه است که تلاش‌های فراوانی برای کشف آسیب صورت گرفته است. در ده سال گذشته با ورود سیستم‌های مانیتورینگ سلامت سازه‌ای رشد چشمگیری در تکنولوژی کشف آسیب صورت گرفته است. تاکنون تعریف‌های گوناگونی از آسیب ارائه شده است. در این جا سعی بر این است که ساده‌ترین و جامع‌ترین تعریف آسیب ارائه شود. آسیب تغییر در خواص هندسی یا خواص ماده شامل تغییر در شرایط مرزی، اتصالات و… می‌باشد که تاثیر نامطلوبی بر عملکرد سازه می‌گذارد. به بیان دیگر آسیب، تغییر در عملکرد مطلوب سازه می‌باشد. مفهوم آسیب زمانی که با شرایط حالت سالم(بدون آسیب) مقایسه شود، معنا پیدا می‌کند. بدلیل اینکه این پروژه بر روی آسیب‌های مکانیکی و سازه‌ای تمرکز دارد، آسیب به تغییر در خواص هندسی و خواص ماده محدود می‌شود.[15]
شروع همه آسیب‌ها از سطح ماده است. البته ذکر این نکته ضروری است که آسیب لزوما به معنای از دست رفتن عملکرد کل سیستم نمی‌باشد اما اگر آسیب در مراحل اولیه کشف نشود، عملکرد کل سیستم کوتاه شده و در نهایت سیستم بین می‌رود(شکست کل سازه). امروزه تلاش پیشرفته‌ترین تکنولوژی‌های کشف آسیب این است که آسیب را در همان مراحل اولیه شناسایی کنند. در ادامه انواع آسیب و دلایل بروز آنها شرح داده می‌شود.

 

1-2-2     عوامل وقوع آسیب در صنایع هوافضا و عمران

 

 

 

1. خوردگی[8]: بیشتر در سازه‌های فلزی و بتنی رخ می‌دهد.

 

1. ارتعاشات: در سازه بال هواپیما و پل‌ها.

 

1. ضربه: این آسیب در سازه‌های کامپوزیتی چشمگیر است.

 

1. فرود دشوار[9]: در سازه‌های هوایی رایج است.

 

1. بارگذاری بیش از حد[10]: بیشتر در سازه‌های هوایی، عمرانی و دریایی رایج است.

 

1. تصادف[11].

 

1. سقوط[12].

 

1. تورق[13]: در سازه‌های کامپوزیتی رواج دارد.

 

1-2-3     طبقه‌بندی آسیب‌های سازه‌ای

 

 

 

1. کلاس1: آسیب‌هایی ناچیز[14]: آسیب سطحی و ناچیز بوده تا حدی که می‌توان از آن صرفنظر کرد. آسیب‌هایی مانند فرورفتگی[15] روی سطح خارجی سازه هواپیما از این دست می‌باشند. این نوع آسیب‌ها اگر در هواپیما رخ دهند، هواپیما می‌تواند به پرواز خود ادامه دهد(اصطلاحا نیاز نیست هواپیما گراند شود).

 

1. کلاس2: آسیب‌های قابل تعمیر[16]: این نوع آسیب‌ها در انواع سازه‌ رایج بوده و در صورتی‌که به سرعت کشف شوند، مشکل ساز نبوده ولی اگر به آنها بی توجهی شود، پییشرفت کرده و سبب از کار افتادن آن ناحیه(قطعه) می‌شوند. آسیب‌هایی از قبیل سوراخ[17] و ترک[18] از این قبیل می‌باشند. در صورت بروز این آسیبها در صنایع هوایی از پرواز هواپیما جلوگیری شده(اصطلاحا هواپیما گراند می‌شود) و بعد از رفع آسیب و تایید واحد کنترل کیفیت[19] هواپیما صلاحیت پرواز را پیدا می‌کند.

 

1. کلاس3: تعویض: قطعه آسیب دیده از رده خارج است[20] و قابل تعمیر نبوده و باید تعویض شود.

 

انواع آسیب سازه‌ای:

 

 

• خوردگی.

 

• ترک.

 

• تورق.

 

• حفره.

 

• سوراخ.

 

 

• ناپیوستگی اتصالات[21].

 

• انحراف از موقعیت.

 

• شل شدگی یا تزلزل اتصالات.

 

• خروج از مرکزیت.

 

• تغییر خواص ماده.

 

سیستم مانیتورینگ سلامت سازه توانایی کشف آسیب در مراحل اولیه و جلوگیری از رشد آسیب(جلوگیری از بارگذاری اضافی در ناحیه آسیب دیده)، ترمیم خودکار آسیب(با استفاده از مواد و حسگرهای هوشمند)، جلوگیری از تجمع آسیب و نمایان کردن عمر باقیمانده ناحیه یا قطعه آسیب دیده را دارد(شکل(1-1)).[14]

 

1-2-4     الگوریتم‌ کشف آسیب توسط سیستم مانتیتورینگ سلامت

 

 

 

1. تشخیص آسیب.

 

1. ثبت زمان وقوع آسیب.

 

1. تعیین محل آسیب.

 

1. تعیین شدت آسیب(بررسی کیفیت آسیب).

 

1. اعمال اجرایی(نظیر نوع اخطار).

 

1. تعیین طول عمر باقیمانده قطعه آسیب دیده و کل سازه.

 

1. تشخیص نوع تعمیر

 

شناسایی و تشخیص آسیب بوسیله تجمیع چهار مرحله زیر انجام می‌شود.