سامانه های قاب خمشی مختلط rcs (reinforced concrete columns & steel beam) به طور معمول از تیرهای فولادی و ستون های بتن آرمه تشکیل شده اند و ممکن است از پروفیل های شکل جهت نصب ساده تر و سریعتر نیز استفاده شود. مطالعات? نشان دهنده رفتار مطلوب این سامانه ها و کارآمدی آنها در هر دو مرحله طراحی و ساخت می باشد? به طوری که می توانند مقاومت کافی و شکل پذیری مورد نیاز را در بارگذاری های لرزه ای حفظ کنند. تاکنون تحقیقات زیادی بر روی این سامانه ها انجام شده که مهم ترین هدف آنها درک رفتار این اتصالات تحت بارهای لرزه ای می باشد. کمبود اطلاعات? پیرامون اتصال نوع ستون پیوسته به خصوص در مورد ستون کناری و لزوم تحقیق و توسعه روابط? از انگیزه های اصلی شکل گیری این تحقیق می باشد. هدف از انجام این تحقیق بررسی مکانیزم شکست این نوع اتصال مختلط برای ستون های کناری با سه تیر فولادی تحت بارهای لرزه ای می باشد. برای دستیابی به این هدف? یک نوع اتصال ستون پیوسته برای شبیه سازی و آزمایش انتخاب شد. بدین منظور سه نمونه آزمایشگاهی در آزمایشگاه طراحی و ساخته شدند که هر یک از نمونه ها شامل ستون بتن آرمه به ابعاد cm20 20 و سه تیر فولادی ipe12 که توسط صفحات فولادی اطراف ستون به آن متصل شده اند. همچنین از سخت کننده هایی در دو جهت برای رسیدن به رفتار چرخه ای پایدار بهره گرفته شده است و تمامی پارامترها در هر سه نمونه از جمله ابعاد تیر و ستون? میلگردهای ستون و همچنین ابعاد صفحات فولادی مورد استفاده در محل اتصال مشابه یکدیگر می باشند. تنها پارامتر متغیر در این نمونه ها ضخامت کاورپلیت اتصال ستون می باشد. همچنین شبیه سازی این نمونه ها توسط نرم افزارopensees که نرم افزاری قوی برای تحلیل سازه ای می باشد انجام شد و صحت خروجی های آن توسط نتایج آزمایشگاهی تعیین و اختلافات موجود در نتایج مورد مقایسه? بحث و بررسی قرار گرفت همچنین الگوهای شکست مشاهده شده در نمونه که شامل تشکیل مفاصل پلاستیک در تیرهای فولادی? شکست ستون بتنی و اعوجاج کاورپلیت می باشند? مورد بحث قرار گرفته که از بین موارد ذکر شده مفاصل پلاستیک به وجود آمده در تیرها به دلیل قابلیت بالای استهلاک انرژی و همچنین عدم ایجاد ناپایداری در سازه مطلوب ترین مکانیزم شکست به شمار می آید. نتایج بدست آمده از بارگذاری نمونه های آزمایشگاهی مورد مطالعه و مقایسه قرار گرفت. افزایش ضخامت کاورپلیت باعث بهبود عملکرد لرزه ای و رفتار سازه می شود. مقایسه نمودارهای بدست آمده از مدل های نرم افزاری و آزمایشی نشان دهنده تطابق منطقی نتایج این دو می باشد و اختلافات موجود به طور عمده ناشی از ضعف نرم افزار در شبیه سازی برخی رفتارها از جمله مکانیزم های خرابی و همچنین ضعف در شبیه سازی رفتار محصورشدگی بتن در ناحیه اتصال به دلیل وجود کاورپلیت ها می باشد.

در قابهای خمشی با اتصال تیر فولادی به ستون بتن آرمه(reinforced concrete columns & steel beam (rcs))، رفتار لرزه ای و قابلیت شکل پذیری مهمترین پارامترهای مهندسی و ایمنی است. در این پایان نامه ابتدا این نوع اتصالات معرفی و سپس اتصال تیر فولادی به یک ستون گوشه با عبور از ناحیه اتصال در آزمایشگاه تحت بارهای سیکلی، بر روی سه نمونه بررسی شده و نتایج بدست آمده با خروجی حاصل از مدلهای تحلیل شده در نرم افزار opensees مقایسه شده است. تنها پارامتر متغیر در این نمونه ها، ضخامت کاورپلیت ستون مورد بررسی آزمایشگاهی و تحلیلی قرار گرفت. الگوهای شکست مشاهده شده در نمونه که شامل تشکیل مفصل پلاستیک در بال بالا و پایین تیرهای فولادی? اعوجاج کاورپلیت و کمانش جانبی- پیچشی در تیر می باشند? مورد بحث قرار گرفته که از بین موارد ذکر شده مفصل پلاستیک به وجود آمده در تیرها به دلیل قابلیت بالای استهلاک انرژی و همچنین عدم ایجاد ناپایداری در سازه مهمترین مکانیزم شکست به شمار می آید. نتایج بدست آمده از بارگذاری نمونه های آزمایشگاهی بعد از ایجاد drift 25.7% در انتهای آزاد تیر فولادی بود که در نهایت با اعوجاج کاورپلیت و جدا شدگی آن از سخت کننده های داخل اتصال بدلیل ضعف جوش همراه بود و مقایسه آن با drift نهایی پروژه ( drift 5% )، نشان دهنده قابلیت بالای این نوع اتصال و برخورداری از پتانسیل زیاد انعطاف پذیری ناحیه اتصال و کاور پلیت است. افزایش ضخامت کاورپلیت باعث بهبود در شکل پذیری شده و لذا عملکرد لرزه ای این نوع اتصال از شکل پذیری خوبی برخوردار بود. مقایسه نمودارهای بدست آمده از مدل های نرم افزاری و آزمایشگاهی نشان دهنده تطابق منطقی نتایج اآزمایشگاهی می باشد وحطای بین این دو مدل ناچیز و به طور عمده ناشی از ضعف نرم افزار در شبیه سازی برخی رفتارها از جمله مکانیزم های خرابی و همچنین ضعف در شبیه سازی رفتار محصورشدگی بتن در ناحیه اتصال به دلیل وجود کاورپلیت ها می باشد.

بتن ریزی زیر آب یکی از چالش های مهندسین از دیرباز تاکنون بوده و روش های قدیمی مختلفی برای بتن ریزی زیرآب وجود دارد که هرکدام دارای معایب خاصی هستند و از همه مهم تر اینکه چون همه این روش ها، بتن ریزی غیرمستقیم هسـتند؛ نیازمند تجهیزا ت وعوامل کارگاهی زیاد بوده، بنابراین حجم کار زیاد، سرعت انجام عملیات پایین و هزینه بر است. برای بتن ریزی زیرآب ، می توان از ماده افزودنی ضدشستشو(awa) استفاده کرد. این ماده افزودنی به علت واکنش با آب آزاد مخلوط بتن،ویسکوزوغلیظ شده وسیمان و سنگدانه های ریز رااحاطه کرده و ازآب شستگی آن ها جلوگیری می کند. بتن حاوی ماده افزودنی ضدشستشو می تواند بتنی تولید کند که رفتار آن از لحاظ مکانیکی و مقاومتی خیلی شبیه به بتن حاصل از بتن ریزی بیرون آب باشد. بنابراین معایب حاصل از بتن ریزی مستقیم زیرآب را از بین می برد. البته بعلت عدم دسترسی به این ماده، هدف این پژوهش این بود که عملکرد بتن ریزی مستقیم درون آب با بتن تازه معمولی انجام گیرد. نتایج آزمایشات روی بتن تازه معمولی( بدون افزودن ماده awa)، از جمله آزمایش شناور و آزمایش جریان که دارای درصد آب شستگی به ترتیب زیر می باشند: 19.1 و 26.85 و 25.9 و 24.75 و 26.85 و 30.3 و 21.65 9.2 و 21.15 و 32.1 و 13.6 و 22.15 و 23.15 و 19.85 نشان داد که بدون افزودن این ماده، میزان آب شستگی بسیار بالا بوده و امکان بتن ریزی مستقیم زیرآب به هیج وجه عملی نیست. به این ترتیب به این نتیجه می رسیم که استفاده از مادهawa، جهت بتن ریزی مستقیم زیرآب لازم و ضروریست.

در سال¬های اخیر تخریب زودرس سازه¬های بتنی و در نتیجه کاهش عمر مفید آنها در اثر خوردگی میلگرد ناشی از نفوذ عوامل مهاجم به داخل بتن از مهم¬ترین دغدغه¬های جامعه مهندسی عمران در زمینه سازه¬های بتنی بخصوص در مناطق ساحلی و دریایی می¬باشد. عوامل خورنده¬ی زیادی در محیط اطراف سازه¬های بتن آرمه خصوصا در محیط¬های ساحلی و دریایی وجود دارد که سبب ترک خوردگی و تورق در سازه شده و خوردگی آرماتورها از بین رفتن سازه را تسریع می¬دهد. هدف از این پژوهش جلوگیری و یا کاهش خوردگی بتن مسلح با میکروب تسریع¬کننده¬ی کلسیت است که یک روش دوستدار محیط زیست می¬باشد. این میکروب با تولید آنزیم اوره¬آز هیدرولیز اوره را به بی کربنات و آمونیاک سرعت می¬دهد. در حضور یک منبع کلسیم خارجی رسوب کلسیم کربنات تشکیل می¬شود. برای رسیدن به این هدف ابتدا باکتری¬های تولید کننده کلسیت شناسایی گردید . بدین منظور جدایه¬های مختلف باکتری از چند نمونه خاک نزدیک ریشه گیاه و سیمان جداسازی شدند. سپس از طریق آزمایش هیدرولیز اوره باکتری¬هایی که توانایی هیدرولیز اوره را داشتند شناسایی شده وآزمایش¬های بیوشیمیایی برای شناسایی مشخصات باکتری¬های جدا شده انجام شد. با مقایسه¬ی سرعت هیدرولیز اوره و میزان کلسیت و همچنین نامحلول بودن کلسیت تولیدی چند جدایه انتخاب گردید. آزمایشات نشان دادند که باکتری¬های جداشده از سیمان نسبت به باکتری¬های جداشده از خاک دارای سرعت هیدرولیز اوره بالاتری بوده و مقدار کلسیت تولیدی آنها نیز بیشتر می¬باشد. باکتری¬های جداشده از خاک نیز سرعت هیدرولیز اوره مناسبی داشته و کلسیت تولیدی آنها چسبنده و نامحلول می¬باشد. نتایج نشان می-دهد که باکتری¬های جدا شده¬ موجود توانایی تولید رسوب کلسیت و در نتیجه ایجاد لایه محافظ سطحی بر روی نمونه بتنی و احتمالا بر روی سطح میلگرد و جلوگیری از خوردگی را دارند. رسوبات کلسیتی ضمن ترمیم ترک خوردگی بتن و جلوگیری و یا کاهش نفوذ عوامل خوردگی میلگرد، با رسوب گذاری¬ روی میلگردها غشاء محافظی را روی میلگردها ایجاد می¬نمایند. این غشاء محافظ ضمن جلوگیری از خوردگی میلگردها ناشی از عوامل خورنده، از نفوذ این عوامل به بتن نیز جلوگیری می¬کند. نتایج حاصل از آزمایشات تسریع کننده¬ی خوردگی میلگردها به روش پلاریزاسیون نشان دادند که زمان لازم برای ایجاد ترک با عرض مشخص¬، در نمونه¬های بهبود یافته با لایه کلسیت میکروبی، نمونه با ملات بیولوژیکی و نمونه بهبود یافته با میکروسیلیس به همراه باکتری، به ترتیب 8 ، 3 و 8/1 برابر نمونه¬های کنترلی است. همچنین شدت جریان خوردگی در نمونه¬های کنترلی تقریبا 4/1، 25/1 و 1/1 برابر نمونه¬های بهبود یافته به روش¬های بالا به دست آمد. این امر مقاومت بیشتر نمونه¬های بهبود یافته را در برابر خوردگی نسبت به نمونه¬های کنترلی نشان می¬دهد.

کاربرد بتن به صورت گسترده در سراسر دنیا در حال افزایش است و تولید بتنی با دوام، یک نیاز مهم می¬باشد. بنابراین استفاده از مکانیزمی که بتواند در افزایش طول عمر سازه¬های بتنی موثر باشد ضروری است. دوام سازه¬های بتن آرمه عموما تحت تاثیر ترک قرار دارد. ترک در بتن به علت¬های مختلف مثل جمع شدگی، دوره¬های یخ ذوب، تنش¬های سازه¬ای ایجاد می¬گردد. ترک¬های سطحی بتن، ورود مواد شیمیایی و خورنده مثل کلر را فراهم کرده که در اثر این عوامل، آرماتورهای داخل سازه¬های بتن¬آرمه خورده شده و موجب از بین رفتن سازه¬های بتنی می¬گردد. هدف از این تحقیق تعمیر ترک به صورت بیولوژیکی است که یک روش دوست دار طبیعت می-باشد. برای دستیابی به این هدف، ابتدا باکتری¬های تولید کننده کلسیت شناسایی گردید. بدین منظور ابتدا جدایه¬های مختلف باکتری¬ها از چند نمونه خاک و سیمان جداسازی و تست¬های بیوشیمیایی برای شناسایی باکتری¬ها صورت گرفت. با توجه به فاکتورهایی مثل سرعت هیدرولیز اوره، میزان کلسیت تولیدی و نامحلولی کلسیت، چند جدایه انتخاب گردید. برای محافظت باکتری¬ها از محیط قلیایی بالای بتن، باکتری¬ها در داخل سل ژل قرار گرفتند و سپس در داخل ترک توسط سرنگ تزریق شدند. در این تحقیق جدایه¬هایی که میزان تغییر غلظت بالای یک داشتند به عنوان جدایه¬هایی با سرعت هیدرولیز بالا انتخاب شدند. نتایج نشان می¬دهد که جدایه¬های انتخابی از سیمان و خاک ، در مدت 28 ساعت، میزان تغییر رنگی در حدود 3/1 دارند که این نشان می¬دهد که سرعت هیدرولیز جدایه¬ها، تقریبا برابر است. مقدار کلسیت تولیدی توسط جدایه¬های انتخاب شده از خاک بین 22 تا 51 میلی گرم و برای جدایه¬های جداسازی شده از سیمان بین 22 تا 60 میلی گرم می-باشد. در مقایسه نامحلولی کلسیت¬های تولیدی توسط جدایه¬های جدا شده از سیمان و خاک، جدایه s-5-3 کلسیت نامحلول تولید می¬کند به طوری که در زمان شستشو از داخل پتری شسته نمی¬شود. این ویژگی¬ها نشان می¬دهد که جدایه¬های موجود توانایی تعمیر ترک¬های بتن را دارند و می¬توان از آنها در تعمیر بتن استفاده نمود. با بررسی¬های انجام شده جدایه s-5-3 به عنوان جدایه اصلی برای تعمیر ترک و سطح بتن انتخاب گردید. بعد از انجام تعمیر ترک مشاهده شد که مقاومت فشاری نمونه¬های تعمیر شده با عیار kg/m3300، حدود 5 درصد افزایش می¬یابد. تعمیر سطحی بتن توسط جدایه s-5-3 و b. sphaericus نشان داد که جدایه s-5-3 مقاومت فشاری نمونه¬های تعمیر شده را حدود 31 درصد و باکتری b. sphaericus حدود 27 درصد افزایش می¬دهد. آزمایش نفوذپذیری بتن، بر روی نمونه¬های استوانه¬ای برای سه عیار مختلف با عرض ترکmm 2/0 و عمق mm 10نشان می¬دهد که ضریب نفوذپذیری کاهش پیدا کرده است که نشان دهنده تعمیر ترک توسط باکتری است.

در دهه های اخیر امکان استفاده از سازه های هیبریدی به¬عنوان جایگزینی برای سازه های رایج فلزی و بتنی بسیار مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. یک نوع از سازه های هیبریدی، سازه های rcs می باشند. در این سازه ها ستون از نوع بتنی و تیر از نوع فلزی می باشد. (reinforced concrete columns & steel beams) دو نوع رایج این اتصالات عبارتند از: اتصال ستون پیوسته و اتصال تیر پیوسته. این اتصالات مزایای هر دو نوع سازه های بتنی و فلزی را دارا است. عملکرد مناسب لرزه ای و شکل پذیری از مزایای این نوع اتصالات می باشند. مهم ترین بحث در این سازه ها عملکرد اتصال بین ستون و تیر می باشد و بیش تر مطالعات معطوف به این مورد شده است. در پایان نامه حاضر، با استفاده از نرم افزار abaqus که یک نرم افزار مبتنی بر المان محدود می باشد، سه نوع اتصال میانی، کناری و گوشه مورد بحث و بررسی قرار گرفته اند. بدین منظور ابتدا نتایج نرم افزاری با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است و پس از کسب اطمینان از نتایج حاصله از این نرم افزار، اتصالات مورد نظر مدلسازی و تحلیل شده و نتایج، مورد بحث و بررسی قرار گرفته اند. متغیرهای بررسی شده در هر اتصال عبارتند از: ضخامت یکسان کاورپلیت و سخت کننده، ضخامت سخت کننده، ضخامت کاورپلیت، ارتفاع کاورپلیت و سخت کننده. نتایج به دست آمده حاکی از انعطاف پذیری و مقاومت بالای این اتصالات در برابر بارهای سیکلی می باشد. پس از حصول نتایج ملاحظه گردید که بهترین گزینه برای کنترل ظرفیت باربری و افزایش استهلاک انرژی در هر سه نوع اتصال، افزایش ضخامت کاورپلیت می باشد. از طرفی بهترین گزینه برای کنترل تنش در کاورپلیت و ستون بتنی در اتصالات میانی و کناری، افزودن ارتفاع کاورپلیت و سخت کننده به طور هم زمان می باشد. در اتصال گوشه جهت کنترل تنش در کاورپلیت و ستون بتنی باید به طور هم زمان ضخامت کاورپلیت و سخت کننده افزایش داد. در هر سه اتصال افزایش ارتفاع کاورپلیت و سخت کننده موجب کاهش تنش در میلگردهای ستون بتنی در ناحیه اتصال تیر فولادی به ستون بتنی می گردد.

استفاده از سامانه های مختلط rcs در ساخت و ساز ساختمان های مرتفع به جهت سهولت اتصال و ایمنی سازه می باشد که باعث سرعت زیاد ساخت و ساز می شود و خطاهای اجرایی را نیز به حداقل می رساند. کمبود اطلاعات پیرامون اتصال نوع ستون پیوسته و لزوم تحقیق و توسعه روابط، از انگیزه های اصلی شکل گیری این تحقیق می باشد. بیشتر ملاحظات در این تحقیق بر روی عملکرد نواحی اتصال تیر فولادی به ستون بتنی متمرکز شده است. برای دستیابی به این هدف، در این پایان نامه نوع جدیدی از اتصال ستون پیوسته پیشنهاد شده و برای سه ستون گوشه، کناری و میانی انجام گرفته و نحوه عملکرد آن ها بررسی شده است.پارامترهای متغیر در این نمونه ها، ضخامت و ارتفاع کاورپلیت و سخت کننده ها است که از این میان مهمترین عامل تأثیرگذار بر رفتار اتصالات rcs در هر سه ستون، افزایش همزمان ضخامت کاورپلیت و سخت کننده ها می باشد.