در سال های اخیر، تحقیقات زیادی بر روی انواع بارگذاری ها ازجمله بارگذاری های باد و زلزله، انجام شده است و رفتار سازه ها در مقابل این بارها مورد مطالعه قرار گرفته است، اما در مورد بارگذاری انفجاری و اثرات آن بر ساختمان هنوز تحقیقات کمی صورت گرفته است و سوالات زیادی بدون پاسخ باقی مانده است. تفاوت های عمده ای میان بارگذاری انفجاری با انواع دیگر بارگذاری وجود دارد که از آن میان می توان به طول زمان و مقدار بار وارده بر سازه اشاره نمود.این تحقیق به معرفی بار انفجاری و پارامتر های مهم انفجار می پردازد و در آن روابط و مدل های مختلف بارگذاری انفجاری مورد مطالعه و مقایسه قرار گرفته اند. سپس با ارزیابی روش های تحلیل سازه و انتخاب نرم افزار مناسب، پاسخ دینامیکی غیرخطی قاب های مختلف ساختمانی در مقابل بارهای ناشی از انفجار توسط نرم افزار ansys مورد ارزیابی قرار گرفته است. در انتها با مقایسه رفتار قاب های مختلف، پارامترهای موثر بر رفتار ساختمان ها تحت اثر بارگذاری انفجاری، بررسی گردیده اند و به تفاوت ها و شباهت های موجود میان اثر این پارامترها در مقابل بارهای انفجاری و لرزه ای اشاره شده است. نتایج بدست آمده از این پایان نامه نشان می دهد که بار انفجاری را می توان با یک بار مثلثی جایگزین نمود و با تقریب بسیار مناسبی می توان این بار را بجای دیوارهای ساختمان، در تراز طبقات قرار داد. نیز در مواجه با بار انفجاری، پریود بحرانی ای برای سازه ها وجود دارد که می توان آن را تعیین نمود. همچنین شکلپذیری سازه ها بر اساس تعریف موجود جوابگوی مسائل مربوط به بارگذاری انفجاری نیست.

در تحقیق حاضر تاثیر تغییرات قطر دهانه و ارتفاع، میزان تراکم اعضا، ارتفاع و تعداد تکیه گاه، بر رفتار لرزه ای سازه های فضاکار گنبدی بررسی شده است. مدل ها با استفاده از نرم افزار geospace ایجاد شده و با استفاده از نرم افزار autocad اصلاحاتی روی آن ها صورت گرفته است. آنالیز اولیه، طراحی و آنالیز پوش آور مدل ها با استفاده از نرم افزار sap2000 و با فرض یک مقدار اولیه برای ضریب رفتار، انجام شده است. به منظور ترسیم منحنی دوخطی و محاسبه ضریب شکل پذیری، ضریب اضافه مقاومت و ضرایب رفتار بر اساس روابط معمول ضریب کاهش نیرو در اثر شکل پذیری، یک برنامه درمحیط matlab نوشته شده است. این برنامه منحنی دوخطی را بر اساس شرایط fema-356 و با دقت مناسب ترسیم می کند. نتایج نشان می دهند که با افزایش قطر دهانه و ارتفاع گنبد، ضریب رفتار کاهش، ولی دوره تناوب افزایش می یابد. با کاهش میزان تراکم اعضا ضریب رفتار افزایش می یابد. افزایش تعداد تکیه گاه سبب افزایش ضریب رفتار و کاهش دوره تناوب گنبدهای فضاکار می شود. همچنین با توجه به تغییر دوره تناوب و ضریب رفتار سازه های فضاکار گنبدی با تغییر ارتفاع و قطر دهانه ، روابطی برای این دو پارامتر ارائه شده است. نتایج حاصل از این روابط دارای ضریب هبستگی بسیار مناسبی با داده های حاصل از تحلیل می باشند. کلمات کلیدی: ضریب رفتار، ضریب شکل پذیری، آنالیز پوش آور، رفتار لرزه ای، گنبدهای فضاکار

یکی از عوامل مهمی که در طراحی سازه و همچنین رفتار سازه در برابر زلزله تاثیر دارد، نامنظمی در سازه است. نامنظمی به دو نوع نامنظمی در ارتفاع و نامنظمی در پلان تقسیم می شود. نامنظمی در ارتفاع از ناپیوستگی در جرم، سختی و مقاومت بوجود می آید. در این تحقیق رفتار لرزه ای و ضوابط آئین نامه ای سازه های نامنظم جرمی در ارتفاع بررسی شده است. برای این منظور قاب های 3 بعدی با سیستم مقاوم جانبی قاب خمشی فولادی متوسط در نرم افزار etabs مدل شده اند. نامنظمی جرمی با افزایش جرم یک یا چند طبقه نسبت به طبقات مجاور ایجاد شده است. تعداد طبقات سازه ها 5، 10 و 15 است که با استفاده از آئین نامه ایران طراحی شده اند. در این تحقیق دقت روش های تحلیل سازه با مقایسه نتایج بدست آمده از آنها با نتایج دقیق تر تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی بررسی شده است. رفتار غیرخطی سازه های با نامنظمی جرمی با استفاده از تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی در قالب های تغییرمکان جانبی نسبی، توزیع نیروهای خمشی و برشی در ستون ها، چرخش مفاصل پلاستیک و سطح عملکرد سازه با استفاده از 7 زوج شتاب نگاشت در فواصل دور از گسل بررسی شده است. برای بررسی اثر فاصله سازه از مرکز گسل بر روی سازه های با نامنظمی جرمی، رفتار غیرخطی سازه های 5 و 15 طبقه با استفاده از 3 گروه شتاب نگاشت که در فواصل نزدیک، متوسط و دور از گسل انتخاب شده اند با هم مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که، توزیع نیرو و جابجایی نسبی طبقات بدست آمده از تحلیل های خطی تقریباً یکسان است و نامنظمی جرمی اثر قابل توجهی بر آن ندارد. اما نیروهای بدست آمده از تحلیل های خطی در طبقات بالا کمتر از نیروهای بدست آمده از تحلیل های تاریخچه زمانی غیرخطی است. نامنظمی جرمی باعث تشکیل مفاصل غیرخطی در طبقات نامنظم و طبقات مجاور آن می شود و باعث کاهش عملکرد سازه می شود. همچنین رفتار غیرخطی سازه وابسته به تعداد طبقات نامنظم، موقعیت طبقه نامنظم و رکورد زلزله انتخاب شده است. نتایج بدست آمده از تحلیل های استاتیکی غیرخطی در سازه های کوتاه تا 5 طبقه تقریباً مشابه تحلیل دقیق تر تاریخچه زمانی غیرخطی است اما در سازه های بلندتر تحلیل استاتیکی غیرخطی دارای دقت کافی برای تعیین مفاصل پلاستیک نمی باشند.

سدهای سنگریزه ای با رویه بتنی (cfrd) از جمله سدهای رایج در کشور بوده که این امر بواسطه عملکرد خوب در مقابل زلزله و تطبیق با شرایط موجود این سدها در کشور می باشد. در این سدها نوع اتصال رویه بتنی و بدنه سنگریزه ای، تأثیر مهمی روی پاسخ لرزه ای آن ها در مقابل زلزله دارد. در این تحقیق تأثیر این اتصال که می تواند به فرم جوشی یا اصطکاکی باشد، بر روی عملکرد لرزه ای این سدها مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور سد گلورد با استفاده از روش عناصر محدود در نرم افزار ansys 12 و تحت آنالیزهای دینامیکی تاریخچه زمانی به فرم دو بعدی خطی و غیر خطی مصالح قرار گرفته است. در این مدل سازی اصطکاک بین رویه بتنی و بدنه سنگریزه ای، با استفاده از المان تماس (contact element) با مقادیر سختی برشی متفاوت انجام شده است. برای آنالیز غیر خطی از مدل دراکر – پراگر (drucker-prager) برای بتن و بدنه سنگریزه ای استفاده شده است. مخزن آب با استفاده از المان های fluid با روش اویلر- لاگرانژ مدل شده است. جهت انجام آنالیزها از مولفه افقی زلزله کجور فیروزآباد (با ماکزیمم شتاب 0.3 g)، استفاده شده و جابجایی ها و تنش ها در ارتفاع رویه بتنی در حالات مخزن خالی و مخزن پر، در شرایط مختلف تماس، بدست آمده و عملکرد سد مورد تحلیل قرار گرفته است. از آنالیز خطی نتیجه گرفته شد که فشار هیدرودینامیک باعث افزایش جابجایی و تنش در رویه بتنی می شود که این افزایش در مقادیر کمتر سختی برشی تماس بیشتر است. همچنین آنالیز غیر خطی نشان داد که در رویه بتنی در هر دو حالت مخزن خالی و مخزن پر، شکست رخ نخواهد داد.

در این تحقیق، روش و اسلوب مدل رفتاری مواد بر اساس شبکه عصبی مصنوعی برای مواد مهندسی، بسط و شرح داده شده است. با این رویکرد، رفتار تنش- کرنش مواد مهندسی، می تواند با وزن های خروجی یک شبکه عصبی مصنوعی چند لایه feed-forward که به طور مستقیم با داده های تنش- کرنش به دست آمده از آزمایشات آموزش دیده است، بدست آید. امکان پیاده سازی این رویکرد با مدل رفتاری بدست آمده از شبکه عصبی مصنوعی برای آزمایش سه محوری سیکلی و مونوتنیک ماسه اشباع زهکشی نشده، مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته است. روش آموزش و تست، رویکرد مبتنی بر تنش و کرنش، بر مدل رفتاری مواد مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج تنش- کرنش برای مواد که به وسیله مدل مبتنی بر شبکه عصبی مصنوعی پیش بینی و شبیه سازی شده است، با نتایج و داده های آزمایشگاهی مقایسه شده است. تمامی مدل های رفتاری بسط یافته در این تحقیق به خوبی با داده ای آزمایشگاهی همخوانی داشته و نتایج تست شبکه عصبی مصنوعی، معقول و مستدل است. موضوعات اصلی و مهم در باب اجرا و پیاده سازی مدل های رفتاری منتج از شبکه عصبی مصنوعی در رویه حل مسائل مربوط به روش عناصر محدود مورد بحث قرار گرفته است. از مدل های رفتاری سیکلی بدست آمده از شبکه عصبی مصنوعی برای ماسه اشباع زهکشی نشده، در تحلیل دینامیکی یک مسئله، استفاده شده است.

بیشینه پاسخ های الاستیک سیستم یک یا چند درجه آزادی، با نسبت میرایی مشخص، با انجام تحلیل خطی معادلات حرکت قابل تعیین است. اما به دلیل پیچیدگی و وقت گیر بودن این روش، استفاده از روشهای ساده شده برای تحلیل و طراحی سازه های مقاوم در برابر زلزله مورد توجه مهندسین می باشد. یکی از این روش ها استفاده از طیف پاسخ سازه می باشد. از طرفی طیف پاسخ بدست آمده برای یک نسبت میرایی، برای سایر نسبت های میرایی قابل استفاده نمی باشد. بر همین اساس در مهندسی زلزله اغلب از ضریب میرایی به عنوان یک روش ساده برای بدست آوردن طیف پاسخ شتاب یا جابجایی با مقادیر مختلف نسبت میرایی با توجه به طیف پاسخ با نسبت میرایی 5 درصد، استفاده می گردد. همچنین این ضرایب میرایی جهت طراحی سازه های مجهز شده با جداگرهای لرزه ای و دستگاه های اتلاف انرژی همچون میراگرها، طراحی بر اساس عملکرد و تحلیل های غیرخطی سازه ها مورد استفاده قرار می دهند. در این تحقیق، شتابنگاشتهای ثبت شده در ایران با شتاب اوج بیش از 50 گال (معادل g05/0)، مورد استفاده قرار گرفته و طیف های پاسخ برای نسبت های میرایی مختلف و طبقه بندی های مختلف (مشخصات خاک) محاسبه گردید. سپس با استفاده از برنامه نویسی ژنتیکی رابطه ای برای تبدیل طیف های پاسخ الاستیک با نسبت میرایی 5 درصد به طیف پاسخ برای سایر نسبت های میرایی ارائه گردید و نتایج بدست آمده را با ضرایب میرایی در آیین نامه های دیگر مقایسه گردید.

تحلیل مسائل لرزهای و ژئوتکنیکی اغلب در محیط هایی که از یک یا چند جهت نامتناهی می‏باشد، انجام می گردد. در این میان می توان از المان نامحدود بعنوان یکی از روشهای مفید و موثر در نشان دادن اثر میدان دور بر میدان نزدیک نام برد. درتئوری المان نامحدود، از مبانی روش اجزاء محدود استفاده می شود ولیکن توابع شکل به نحوی اختیار می گردد که المان توانایی استهلاک انرژی کرنشی و یا مجموع انرژی کرنشی و جنبشی محیط را دارا باشد. از آنجا که روش های عددی همواره دارای محدودیت هایی می باشند، بکارگیری المان های نامحدود نیز مستلزم داشتن شناخت دقیق از میزان خطای آنها در مسائل مختلف می‏باشد. در این پژوهش کاربرد و میزان خطای برخی از انواع المان‏های نامحدود، درغالب تدوین برنامه کامپیوتری با قابلیت مدل سازی اجزاء محدود و المان نامحدود و همچنین تحلیل مسائل استاتیکی و دینامیکی، مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور مدل هایی با استفاده از ترکیب المان‏های محدود و نامحدود تهیه گشته و پس از تحلیل، عملکرد المان های نامحدود در مسائل استاتیکی و دینامیکی مورد مطالعه قرار گرفته و روش های بهبود عملکرد آنها، ارائه شده است. سپس با استفاده از نتایج بدست آمده، مطالع? اثر اندرکنشی سازه و خاک در برخی مسائل ژئوتکنیکی انجام پذیرفته است.

بررسی و تعیین مرز بالای بار حدی از مهمترین مباحث مهندسی ژئوتکنیک می باشد. تاکنون مطالعات زیادی بر روی تعیین مرز بالای بار حدی انجام گردیده است. امروزه متداو ل ترین روش ها برای تحلیل مرز بالای بار حدی، بر پایه ی روش های المان محدود و برنامه ریزی غیر خطی استوار است. در تحقیق حاضر از روش درون یابی نقطه ای که یکی از روش های بدون شبکه می باشد برای تحلیل مرز بالای بار حدی در خاک های چسبنده تحت شرایط کرنش صفحه ای استفاده شده است. در این روش یک تابع پیوسته توسط مجموع حاصل ضرب یک سری توابع اساسی در ضرایب ثابت تقریب زده می شود. ضرایب ثابت از طریق درون یابی بین مقادیر گره ای در تکیه گاه هر نقطه مشخص می شوند. توابع اساسی مورد استفاده در این تحقیق از نوع توابع شعاعی می باشند. برای تضمین سازگاری روش تخمین، علاوه بر توابع شعاعی اساسی، توابع کثیرالجمله ای تا مرتبه یک نیز در نظر گرفته شده اند. میدان سرعت براساس روش درون یابی نقطه ای تشکیل می شود. سیستم نهایی معادلات از جایگذاری میدان سرعت در فرم ضعیف معادلات حاکمه بدست می آید. معیار تسلیم ون- میسز به عنوان معیار زوال برای تحلیل خاک های چسبنده مورد استفاده قرار گرفته است. به منظور انتگرال گیری از فرم ضعیف معادلات، در ابتدا از روش گاوس استفاده شده است. نتایج حاصل از انتگرال گیری گاوس، از عدم دقت کافی برخوردار بوده و مرز بالای اکید را ارائه نمی دهند. لذا از یک روش انتگرال گیری گره ای پایدار استفاده شده است به نحوی که در تمامی نقاط مساله، شرایط تحمیلی به مساله ارضاء شود و در نتیجه مرز بالای اکید حاصل شود. نتایج حاصل از این روش تطابق خوبی با حل های عددی و تحلیلی نشان می دهد.

سد بتنی وزنی عبارت است از سازه ای سنگین، متشکل از بتن یا مصالح بنایی که در عرض رودخانه به منظور افزایش حجم و ارتفاع آب بالادست ساخته شده و شکل و طراحی آن بایستی به گونه ای باشد که در مقابل کلیه نیروهای وارده پایدار باشد. از آنجایی که وزن سد بتنی وزنی تاثیر بسیار زیادی بر هزینه های طراحی، ساخت، بهره برداری و همچنین شکست احتمالی دارد، یافتن وزن بهینه برای آن، همواره اصلی ترین موضوع مورد توجه طراحان بوده است. تعیین طرح بهینه برای این سدها، یک مسئله بهینه سازی مقید است که تابع هدف آن را وزن سد تشکیل می دهد و قیود آن ارضای شرایط پایداری سد در برابر لغزش، واژگونی و کنترل تنش در بدنه است. در این تحقیق سه مرحله برای رسیدن به مقطع بهینه در نظر گرفته شده است. در مرحله اول مقاطعی از سد بتنی وزنی در نرم افزار cadam مدلسازی شده و مورد آنالیز شبه دینامیکی قرار می گیرند. از آنجا که نتایج بدست آمده از نرم افزار به صورت گسسته می باشد، نمی توان از آن به طور مستقیم در الگوریتم های بهینه یابی استفاده نمود. بنابراین در مرحله دوم با استفاده از برنامه نویسی ژنتیک (gp) روابطی برای ضرایب اطمینان در برابر لغزش، واژگونی و تنش بدست می آید. در مرحله سوم با استفاده از سه الگوریتم بهینه یابی مختلف، مقطع بهینه سد که ضوابط طراحی را نیز ارضا می کند، بدست آمده و نتایج با هم مقایسه می شوند. با استفاده از روش بالا در این پایان نامه مقطع دو سد بتنی وزنی به عنوان مطالعات موردی بهینه یابی شده اند.

سدها از مهم ترین و پرهزینه ترین سازه های دنیای امروزی هستند. صرف هزینه های قابل توجهی از منابع مالی و نیروی انسانی در ساخت این پروژه های عظیم، توجیهی بر اهمیت تحلیل و طراحی دقیق این سازه ها است. به عبارت دیگر صرف وقت، دقت و هزینه بیشتر در مرحله تحلیل و طراحی، که نهایتاً منجر به پیش گیری از شکست و آسیب سازه تحت بارهای بهره برداری و افزایش طول عمر آن خواهد شد، در کاهش هزینه های محتمل بعدی جهت نگهداری و تعمیر سد نقش قابل توجهی را ایفا می نماید. در تحلیل دینامیکی سدها عوامل گسترده ای پیش روی طراح قرار دارد. یکی از عمده ی این موارد، اثر اندرکنشی سیال درون مخزن تحت بارهای دینامیکی مانند زلزله، بر بدنه سد می باشد. به نحوی که چشم پوشی نمودن از اثر این حجم و وزن عظیم آب سبب ایجاد خطا های بزرگی در تحلیل پاسخ های سازه می گردد. جهت تحلیل مسئله اندرکنش سد و مخزن تا کنون روش های تحلیلی و عددی گوناگونی ارائه شده است. در این تحقیق پاسخ دینامیکی سد بتنی وزنی تحت تحریک زلزله، با در نظر گرفتن اثر نیمه بی نهایت بودن مخزن آن در دو بعد مورد بررسی قرار گرفته است. جهت تحلیل سد، از روش اجزای محدود و در تحلیل سیال درون مخزن یک بار از روش اجزای محدود و بار دیگر از ترکیب روش اجزای محدود و مرز مقیاس شده استفاده شده و در پایان نتایج حاصل با یک نمونه حل تحلیلی مورد مقایسه قرار گرفته است. روش مرز مقیاس شده با تعریف یک دستگاه مختصات منحصر به فرد، قابلیت تحلیل مسئله انتشار موج را در محیط های نیمه بی نهایت فراهم می نماید. در حالی که در روش اجزای محدود امکان مدل سازی محیط نامحدود وجود نداشته و اثر انتشار امواج در این روش، بایستی با محدود سازی دامنه مسئله و اعمال شرایط مرزی تقریبی به مرزهای دامنه اعمال شود که این خود سبب ایجاد خطا در تحلیل اثر موج منتشر شده می گردد. نتایج حاصل نشان می دهد که استفاده از روش ترکیبی در مقایسه با روش اجزای محدود می-تواند با مدل نمودن طول کوچک تری از مخزن نتایج دقیق تری از انتشار امواج در محیط سیال را ارائه دهد. این روش با کاهش قابل توجه در حجم عملیات محاسباتی و افزایش دقت، توجیه کننده برتری نسبت به روش های محدود در تحلیل مخزن سدها می باشد.

یکی از روش های نسبتاً دقیق از آزمایش غیر مخرب جهت برآورد مقاومت فشاربی بتن، آزمایش سرعت امواج فراصوت می باشد. در این پایان نامه با استفاده از این روش، مقاومت فشاری بتن های سبکدانه مورد ارزیابی قرار گرفته است. پارامترهای موثر بر روی سرعت انتقال مستقیم و غیر مستقیم امواج فراصوت بررسی گردیده است. با ساخت100 نمونه آزمایشگاهی از سه نوع بتن سبکدانه و انجام آزمایش فراصوت و نیز بدست آوردن مقاومت فشاری با استفاده از جک فشار بتن برای 75 نمونه بتن 28 روزه، روابطی در هوش مصنوعی ارائه گردیده است. برای 25 نمونه دیگر صحت این روابط آزمایش شد و میزان ضریب همبستگی روابط بدست آمد. همچنین برای انواع بتن های سبکدانه ساخته شده، به صورت جداگانه، برای سرعت مستقیم انتقال امواج فراصوت، به روش کمترین مجموع مربعات روابطی جهت برآورد مقاومت فشاری برازش شد. در این راستا جهت برآورد مقاومت فشاری، روش برنامه نویسی توصیف ژن دقت بیشتری را نسبت به روش کمترین مجموع مربعات نشان داد. همچنین با مقایسه ی ضریب همبستگی روابط بدست آمده برای تعیین مقاومت فشاری بتن سبکدانه ساخته شده از پوکه صنعتی، مشخص شد که استفاده از پارامتر سرعت انتقال غیر مستقیم امواج در پیش بینی مقاومت فشاری این نوع بتن منجر به نتایجی با دقت بالاتر می شود. این درحالی است که برای انواع دیگر بتن، سرعت انتقال مستقیم برآورد دقیق تری را برای مقاومت فشاری بدست می دهد. جهت پیش بینی سرعت امواج فراصوت با توجه به نسبت اختلاط بتن سبکدانه، از آنجا که میزان ضریب همبستگی رابطه ی به دست آمده برای برآورد سرعت انتقال مستقیم امواج فراصوت تا حد زیادی بیشتر از ضریب همبستگی رابطه ی پیدا شده برای برآورد سرعت انتقال غیر مستقیم این امواج بود، معلوم شد که وابستگی خصوصیات بتن سبکدانه به سرعت مستقیم خیلی بیشتر از وابستگی آن به سرعت غیر مستقیم می باشد.

هدف اصلی در تحقیق حاضر ارائه یک ابزار عددی در زمینه تحلیل حدی می باشد که بطور موثر و کارآمد در حل مسائل پایداری در مکانیک خاک مورد استفاده قرار گیرد. در این راستا، نیاز به استفاده از یک روش مجزاسازی عددی و یک ابزار برنامه نویسی ریاضی می باشد که دو جز اصلی روش پیشنهادی به شمار می روند. به همین منظور، یک روش بدون شبکه بر اساس توابع شکل شپارد و یک تکنیک برنامه ریزی، تحت عنوان برنامه ریزی مخروطی مرتبه دو مورد استفاده قرار گرفته اند. بر اساس روش پیشنهادی، دامنه مساله صرفا توسط گره شبیه سازی می شود و نیازی به استفاده از المان بندی های مرسوم در تحلیل های حدی عددی نمی باشد. به منظور ارضای شرایط مربوط به میدان تنش مجاز در تمام نقاط دامنه، در اطراف هر گره یک سلول ورونویی در نظر گرفته شده است و گرادیان تنش در داخل هر سلول هموار گردیده است. از آنجا که سلول های ورونویی کل دامنه مساله را پوشش می دهند، میدان تنش هموار شده یک حل مرز پایین اکید را بدست می دهد. فرمولبندی ارائه شده یک مساله بهینه یابی غیر خطی را بدست می دهد که این مساله، با استفاده از یک تبدیل متغیر، به مساله برنامه ریزی مخروطی مرتبه دو تبدیل می شود. برای حل این مساله بهینه یابی که در مقیاس وسیع مطرح است از نرم افزار gams و روش نقطه داخلی استفاده شده است. علاوه بر این، با توجه به اینکه یکی از ویژگیهای مفید روشهای بدون شبکه تسهیل در روند تحلیل انطباقی می باشد، با معرفی خطا بر اساس بسط تیلور، یک روش موثر تحلیل انطباقی نیز ارائه گردیده است. در نهایت به منظور اثبات صحت و دقت روش ارائه شده چندین مثال از مسائل مهم ژئوتکنیک مورد بررسی قرار گرفته و با نتایج مطالعات قبلی نیز مقایسه شده است که همگی صحت روش ارائه شده و برتری آن را نسبت به سایر روش های مقایسه شده به اثبات می رساند.

ارزیابی پتانسیل روانگرایی خاک بدلیل تعدد پارامترهای دخیل در آن و ماهیت ناهمگن خاک یکی از مسائل پیچیده در مهندسی ژئوتکنیک لرزه ای می باشد. پدیده روانگرایی در نتیجه اعمال بارهای استاتیکی یا دینامیکی می تواند ایجاد شود. در این تحقیق، روش اجزاء محدود تصادفی جهت ارزیابی قابلیت اعتماد روانگرایی استاتیکی خاک های ماسه ای سست اشباع تحت بارگذاری مونوتونیک استفاده شده است. رفتار خاک توسط یک مدل رفتاری تنش موثر الاستوپلاستیک مدلسازی شده است. جهت انجام آنالیز احتمالاتی از شبیه سازی مونت کارلو (mcs) استفاده شده است. پارامترهایی مانند وزن مخصوص اشباع، زاویه اصطکاک ماکزیمم و مدول برشی پلاستیک اولیه بعنوان پارامترهای با ماهیت متغییر انتخاب شده اند. به منظور ارزیابی صحت عملکرد مدل پیشنهادی، یک آزمایش سه محوری در شرایط کرنش صفحه ای شبیه سازی شده و با نتایج آزمایشگاهی و شبیه سازی انجام شده توسط برن و همکاران در نرم افزار flac مقایسه گردید. همچنین روش اجزاء محدود تصادفی جهت توسعه یک مدل احتمالاتی روانگرایی بکار گرفته شده است.

در کمتر از پانزده سال اخیر توجه پژوهشگران به رفتار مقاومتی خاک های دانه ای با دانه بندی دوگانه جلب شده است. خاک های دانه ای با دانه بندی دوگانه از آمیختن دو خاک دانه ای با دانه بندی یکنواخت که اندازه میانه آن ها تفاوت قابل ملاحظه ای دارند، به دست می آید. ماسه های لای دار یا شن های ماسه دار نمونه هایی از خاک های دانه ای با دانه بندی دوگانه می باشند. هم اکنون درک فراگیری از تأثیر تغییر دانه بندی از طریق افزودن خاک با دانه بندی ریزتر به خاک دانه ای با دانه بندی درشت تر در دست نیست. به عنوان نمونه، در بررسی نقش لای غیر خمیری بر استعداد روان گرایی و مقاومت برشی، نتایج متفاوتی گزارش شده است. برخی پژوهش ها گزارش کرده اند که ریزدانه ها (بخشی که به طور نسبی ریزترند) استعداد روان گرایی را کاهش و مقاومت برشی خاک را افزایش می دهند. مطالعات دیگری، به این نتیجه رسیدند که ریزدانه ها تأثیر کمی بر روی استعداد روان گرایی دارد و مقاومت برشی خاک را تغییر نمی دهد. سرانجام، در برخی مطالعات گزارش شده است که، ریزدانه ها استعداد روان گرایی را افزایش و مقاومت برشی خاک را کاهش می دهد. شکل دانه های خاک (از دیدگاه گرد گوشه و یا تیز گوشه بودن) بر نسبت تخلخل کمینه و بیشینه خاک، قابلیت تراکم و زاویه اصطکاک حالت بحرانی خاک تأثیرگذار است. همچنین به دلیل ماهیت اصطکاکی خاک های دانه ای، تراز تنش های موثر همه جانبه نیز نقش مهمی را در رفتار خاک های دانه ای ایفا می نماید. اندازه ی دانه های خاک و میزان درشت دانه های موجود در خاک ماسه ای نقش مهمی را در رفتار مقاومتی خاک های آمیخته ایفا می نمایند. در این پایان نامه، چندگونه ماسه که به طور نسبی درشت دانه تر محسوب می شوند به عنوان ماسه میزبان انتخاب شده و اثر افزودن درصدهای مختلف ماسه های به طور نسبی ریز تر (ماسه های مهمان) بر رفتار خاک آمیخته به دست آمده به وسیله آزمایش برش مستقیم بررسی شده است. گونه های مختلف خاک های میزبان ماسه های تیز گوشه و گرد گوشه بوده و خاک های مهمان (ماسه های ریز تر) همگی تیز گوشه می باشند. خاک های مورد آزمایش در این مطالعه ماسه های کوارتزی هستند. ماسه های میزبان درشت دانه و ماسه های ریزدانه تر (ماسه های مهمان) هر یک به طور جداگانه دانه بندی شده اند. همه ترکیبات خاک مورد بررسی در رده ماسه بد دانه بندی شده قرار می گیرند. رفتار مخلوط های به دست آمده در دو حالت شل و متراکم به ازای مقادیر تنش نرمال 5/0، 1 و 2 کیلوگرم بر سانتی متر مربع به وسیله آزمایش برش مستقیم بررسی شده است. آزمایش ها بر روی پنج گونه دانه بندی متفاوت (cs1)، (cs2)، (cs3)، (cs4) و (cs5) انجام شده است. اثر اندازه نسبی فازهای درشت و ریز بر رفتار مخلوط به دست آمده از دیدگاه نسبت اندازه میانی درشت دانه به ریزدانه بررسی شده است. ماسه های مهمان افزوده شده به دانه بندی هایی که در آن ها اثر شکل دانه ها دیده شده، ماسه های تیز گوشه هستند. یافته های به دست آمده از آزمایش های انجام شده در این پژوهش، نشان می دهد که چگونگی توزیع دانه بندی خاک های دانه ای بر مقاومت برشی و رفتار اتساعی خاک تأثیرگذار است. همچنین، رفتار اتساعی، زاویه اصطکاک داخلی اوج و زاویه اصطکاک داخلی خاک در پایان آزمایش ها با افزودن ریزدانه کاهش می یابد.

در مهندسی عمران برای کلیه ی سازه ها تحلیل دقیق پی به عنوان یکی از مهمترین اجزای آنها ، بشمار می آید. در این میان محاسبه نشست پی به عنوان یک مشخصه تعیین کننده ظرفیت باربری از حساس ترین بخش های طراحی یک پی به حساب می آید. از طرفی به واسطه عدم قطعیت های ذاتی پارامترهای خاک استفاده از روش های قطعی منجر به نتایج نزدیک به واقعیت نخواهد شد. در سال های اخیر روش المان محدود تصادفی (stochastic finite element method) به عنوان ابزاری کارآمد جهت محاسبه ی غیر قطعی نشست پی های سطحی مورد استفاده قرار گرفته است. در مطالعات انجام شده محققین تنها به تصادفی در نظر گرفتن مدول الاستیسیته خاک در تعیین نشست پی های سطحی بسنده نموده اند. در این پایان نامه با استفاده از روش المان محدود تصادفی و با در نظرگرفتن رفتار خاک بفرم الاستو پلاستیک با معیارگسیختگی مور_کولمب نسبت به تعیین نشست پی سطحی از طریق کد نویسی در محیط نرم افزار matlab اقدام گردیده است. در این راستا چهار پارامتر مدول الاستیسیته، ضریب پواسون، زاویه ی اصطکاک داخلی و چسبندگی خاک به عنوان پارامترهای تصادفی به وسیله ی میدان های تصادفی دو بعدی همگن در نظر گرفته شده اند. از آنجا که خروجی روش المان محدود تصادفی تابعی از جابجایی های گرهی بوده لذا با استفاده از روش شبیه سازی مونت کارلو پس پردازش انجام و توزیع نشست پی تعیین گردیده است. همچنین به منظور ارزیابی صحت عملکرد برنامه ی کامپیوتری در حالت الاستیک با متغییر در نظر گرفتن مدول الاستیسیته نشست یک پی سطحی با روش المان محدود تصادفی تعیین و میزان نشست با نتایج بدست آمده توسط کیورقیان مقایسه گردیده است. نتایج بدست آمده موید تقریباً نرمال بودن تابع توزیع نشست می باشد. جهت بررسی احتمال نشست پی و مقایسه آن با نشست مجاز تابع چگالی احتمال تعیین گردیده است. همچنین نتایج آنالیز حساسیت نشان می دهد که مدول الاستیسیته موثرترین پارامتر در ارزیابی نشست پی های سطحی می باشد.

تمامی سازه هایی که به مقاصد کاربری های مختلف بنا می شوند به نوعی با خاک سر و کار دارند. خاک، نه تنها به عنوان پر مصرف ترین مصالح ساختمانی، بلکه به عنوان بخشی پر اهمیت و تأثیرگذار در یک سیستم ساختمانی می تواند مهمترین نقش را در بقا یا زوال سازه ایفا نماید. باید دانست که خاک و سازه بطور توأمان امنیت کلی یک سیستم سازه ای را تأمین می نمایند. از آنجا که پاسخ های واقعی یک سیستم خاک – سازه نسبت به پاسخ های سازه قرار گرفته بر روی زمین صلب گاهی تفاوت های فاحشی دارند، عدم لحاظ اثر اندرکنش خاک و سازه به ویژه برای سازه های خاص گاهی نمی تواند توجیهی داشته باشد. از طرفی، برای انجام یک تحلیل اندرکنشی دقیق، نیاز به مدل کردن رفتار خاک و سازه به شکلی است که در طبیعت با آن مواجه می شویم. در این پایان نامه، مسأله اندرکنش خاک و سازه با استفاده از روش اجزای محدود مرزی مقیاس شده برای خاک ناحیه دور و روش اجزای محدود به همراه مدل رفتاری مناسب برای خاک ناحیه نزدیک بررسی شده است. برای مدل کردن اجزای محدود از امکانات زبان برنامه نویسی active tcl در برنامه جامع شبیه ساز زلزله opensees استفاده شده و ناحیه دوردست با استفاده از برنامه similar که در محیط fortran کدنویسی گردیده است. تحلیل نتایج و نیز آنالیزهای سایر بخش های این پایان نامه با استفاده از محیط برنامه نویسی matlab انجام شده اند. در نظر گرفتن رخداد اندرکنش الاستوپلاستیک خاک سازه به روش مذکور نشان می دهد که نیروهای ایجاد شده درون سازه از مقادیر بدون در نظر گرفتن اندرکنش کمتر، اما جابه جایی های کل بیشتر می باشند. از طرفی، با فرض عدم رخداد روانگرایی، بحرانی ترین حالت نیرویی مربوط به زمانی است که اندرکنش را تنها الاستیک فرض نماییم. خواهیم دید که در صورت امکان وقوع روانگرایی، قسمت زیادی از سازه می تواند درون خاک فرو رود و سازه در مواردی عملا غیرقابل استفاده باقی خواهد ماند.

امروزه با توجه به هزینه های زیادی که به محاسبات اختصاص می یابد، بهینه یابی در علوم مختلف مورد توجه زیادی قرار گرفته است. بهینه یابی در صنعت ساختمان نیز از دیرباز مورد توجه بساری از مهندسین این رشته بوده است. با توجه به ضعف روش های کلاسیک در بهینه یابی امروزه استفاده از روش های مدرن بسیار مورد توجه قرار گرفته است. یکی از انواع سازه هایی که با توجه به هزینه بالای اجرای آن برای بهینه¬یابی مورد¬توجه قرار می¬گیرد سازه¬های بتنی می¬باشد. نگاهی به خسارت های ناشی از زلزله های گذشته نشان می دهد که درصد بالایی از ساختمان های بتن مسلح که تا کنون در کشور ساخته شده اند، در برابر زلزله مقاوم نیستند زیرا سازه های بتن مسلح موجود غالباً براساس آئین نامه های قدیمی طراحی شده و اکثر آن ها الزامات آئین نامه های جدید را ارضاء نمی کنند. علاوه برآن ضعف های اجرایی نیز مزید بر علت شده وساختمان ها را آسیب پذیرتر ساخته است. از این رو نیاز به روش های مختلف بهسازی این ساختمان ها برای متحمل شدن نیروهای جانبی با روش های مختلف قابل اعتماد، آسان، سریع واقتصادی محسوس می باشد.استفاده از مصالح cfrp در بهسازی سازه های بتنی از روش های نوین می باشد که در دهه های اخیر مورد استفاده قرار گرفته است. وزن کم، مقاومت بالا و راحتی اجرای این مصالح از جمله مواردی است که توجه مهندسین را به خود جلب کرده است. در تحقیق حاضر سازه های بتنی بهسازی شده با کامپوزیت های cfrp درنرم افزار اپن سیز مورد بررسی قرار گرفته اند. برای این امر، سازه های با ارتفاع متفاوت انتخاب گردیده و برای بررسی نزدیکترین پاسخ های سازه به واقعیت قبل و بعد از بهسازی به منظور ارائه بهینه ترین حالت ممکن بهسازی، رفتار سازه با و بدون در نظر گرفتن اندرکنش الاستوپلاستیک خاک و سازه بررسی شده و نتایج با هم مقایسه گردیده اند.بسته به نوع هر سازه و آنالیزهای ممکن تا حد امکان حداقل cfrp مورد نیاز برای بهسازی سازه بتنی محاسبه گردیده است.برای بهینه یابی سازه بتنی بهسازی شده با cfrp، از الگوریتم تدریس و یادگیری استفاده شده است

در بررسی پدیده انفجار با در نظر گرفتن اثر اندرکنش خاک -سازه، فرض می گردد انفجاری با انرژی معین و موقعیتی مشخص نسبت به سازه مدفون صورت گیرد. در اثر وقوع انفجار، امواج اولیه ناشی از فشار انفجار در محیط منتشر خواهند شد که در اثر برخورد این امواج با سطح آزاد محیط، امواج سطحی بوجود خواهد آمد. موج اولیه انفجار و امواج سطحی با هم ترکیب شده و باعث ایجاد تغییر شکل های دینامیکی در محیط خواهد شد. بخش بزرگی از ارتعاش حاصل از انفجار ، از طریق خاک به سازه¬ها منتقل می¬شود و اغلب آسیب¬های زیادی به آنها می¬رساند. از این¬رو بررسی امواج انفجار بر سازه¬ها و ارائه روش¬هایی جهت کاهش خرابی¬های ناشی از آن ضروری به نظر می¬رسد. برای تحقق این امر، شبیه سازی دقیق و نزدیک به رفتار واقعی خاک در هنگام وقوع انفجار از اهمیت به سزایی برخوردار است. در پژوهش حاضر به منظور محاسبه فشار ناشی از انفجار از دو نرم¬افزار المان محدود ansys autodyn و ls_dyna استفاده شده است. به منظور کاهش اثر انفجار، مدلسازی ژئوفوم در میان سازه و ماده منفجره انجام شده است. با توجه به این¬که سازه¬ها بر روی خاک باید احداث شوند، باید به مدل¬سازی کل دامنه نامحدود مسائل توجه نمود. بدین منظور با استفاده از روش مستقیم حل مسائل اندرکنش خاک سازه، مرزی فرضی به عنوان مرز اندرکنش در نظر گرفته می¬شود و فقط ناحیه داخل این مرز مورد بررسی قرار می گیرد. برای جبران اثرات میرایی هندسی محیط نیمه بینهایت ، شرایط مرزی جاذب انرژی را در پیرامون مدل اعمال می نماییم. سپس با انجام یک تحلیل اجزا محدود دینامیکی غیرخطی، اثرات بارگذاری انفجار را بر سازه بدست می آوریم. انتخاب نوع مش در مدل¬سازی نیز دارای تاثیر به¬سزایی است که در این پایان¬نامه از دو نوع مش اویلری و ale استفاده شده است. تحقیقات پیش¬روی در این پایان¬نامه به دنبال مشخص کردن تاثیر فاصله برروی استهلاک انرژی انفجار، تنش و شتاب و استفاده از ژئوفوم در لایه¬های خاکی به منظور استهلاک اثرات ناشی از انفجار شامل جابجایی، تنش و فشار می¬باشد. در انتها نیز به 3 مساله اثر انفجار برروی یک شمع بتنی محبوس در خاک، یک سازه دو دهانه مستقر برروی خاک و یک لوله محبوس در خاک پرداخته شده است که در آن¬ها به اثرات گفته شده در بالا پرداخته شده است. در این پژوهش از نتایج تحلیل که بوسیله برنامه پس پردازنده به نمودارهای قابل فهم تبدیل می شود، به دستاوردهایی همچون تعیین فاصله ایمن بدون استفاده از مواد مستهلک کننده ، همچنین تعیین فاصله ایمن با استفاده از ژئوفوم و تعیین ماده منفجره برای آستانه تخریب با توجه به عملکرد سازه می¬توان ذکر کرد. از نتایج مهم در این پایان¬نامه پی بردن به دو فازی بودن موج شوک، حاصل از انفجار است. با توجه به مطالعات انجام شده در این پایان¬نامه، بر روی پاسخ¬های ناشی از انفجار در طراحی سازه¬های زیرزمینی، فشار وارد بر سازه در هر دو فاز باید مورد ملاک طراحی قرار گیرند.

تحلیل پاسخ لرزه ای نهشته های خاکی بخش مهمی از مهندسی ژئوتکنیک لرزه ای است که به بررسی اثرات ساختگاه بر روی امواج لرزه ای منتشر شده در زمین می پردازد. دامنه های امواج لرزه ای در طول زلزله می توانند به هنگام عبور از لایه های خاک در نزدیکی سطح زمین به مقدار قابل توجهی تقویت شوند. تحلیل بزرگنمایی پاسخ ساختگاه به شدت تحت تأثیر عدم قطعیت ویژگی¬های خاک قرار دارد. از سوی دیگر، یک تحلیل قطعی اجازه ارزیابی عدم قطعیت بزرگنمایی ساختگاه ناشی از ماهیت تصادفی پارامترهای ژئوتکنیکی را نمی دهد. در این پایان نامه، یک رویکرد احتمالاتی برای تخمین پاسخ لرزه ای در سطح زمین مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا آنالیزها در دو حالت قطعی وغیرقطعی انجام شده اند. جهت انجام آنالیزها کدهایی در محیط نرم افزار matlab نوشته و آنالیز پاسخ زمین ابتدا به صورت قطعی به روش اجزاء محدود برای یک توده خاک با فرض رفتار خطی مصالح در حوزه زمان انجام شده است. سپس کد نوشته شده در حالت قطعی جهت انجام یک آنالیز غیر قطعی ارتقاء داده شده است. در این راستا از روش تخمین نقطه ای که از روش های ارزیابی قابلیت اطمینان تقریبی می باشد، در ترکیب با روش اجزاء محدود استفاده گردیده است. پارامترهای سرعت موج برشی، میرایی، ضریب پواسون و وزن مخصوص خاک به عنوان پارامترهای متغیر تصادفی در نظر گرفته شده اند. جهت صحت سنجی، نتایج حاصل از کد قطعی با نرم افزارهای موجود مقایسه شده است. آنالیز حساسیت برای تشخیص پارامترهای ژئوتکنیکی موثر بر پاسخ های آنالیز بر روی مدل قطعی و غیر قطعی انجام شده که نتیجه موید حساسیت بالای پارامترهای سرعت موج برشی و میرایی می باشد. همچنین پس از این پارامترها اثر پارامتر ضریب پواسون نیز بر نتایج قابل توجه می باشد. نتایج آنالیز در بخش عدم قطعیت بر روی شتاب ماکزیمم سطح زمین، طیف پاسخ شتاب، طیف دامنه فوریه و تابع بزرگنمایی ارئه گردیده و برای طیف پاسخ شتاب، طیف دامنه فوریه و ضریب بزرگنمایی پاسخ¬های احتمالاتی به دست آمده است.

یکی از موضوعات مهم در علم دینامیک سازه ها، مسئله ارتعاش است. در گذشته برای تحلیل سازه در اینگونه مسائل از روش اجزای محدود سنتی استفاده می شد. در مسائل ارتعاشی با فرکانس بالا که انتشار موج نامیده می شوند، استفاده از روش اجزای محدود به دلیل حجم و زمان بالای محاسبات کارایی چندانی ندارد. در این مسائل به جای روش اجزای محدود سنتی از روش انتشار موج طیفی استفاده می شود. روش اجزای محدود طیفی در واقع ترکیبی از سه روش اجزای محدود، سختی دینامیکی و تحلیل طیفی است و مزیتهای هر سه را یکجا دارد. در این پایان نامه، ارتعاش طولی و جانبی سازه های میله و تیر با استفاده از تئوریهای گوناگون مورد بررسی قرار گرفته است و مدل اجزای محدود طیفی هر یک بیان شده است. مهمترین کاربرد انتشار موج در سازه ها، مسئله آسیب یابی است. در اینجا از روش اجزای محدود طیفی برای مدلسازی و تحلیل سازه آسیب دیده استفاده به عمل آمده است و محل انواع آسیب دیدگی در سازه های ذکر شده با استفاده از انتشار موج تعیین شده است. نتایج بدست آمده حاکی از برتری روش اجزای محدود طیفی بر روش سنتی در مسائل انتشار موج است.

نیروی گرانش در زمان رسوب، موجب ایجاد ناهمسانی اولیه در ساختار خاک های دانه ای می شود. در پی ایجاد ناهمسانی اولیه، پارامتر های طراحی خاک مانند سختی، مقاومت و اتساع خاک در راستاهای مختلف، متفاوت اندازه گیری می شوند. در این پژوهش با بکارگیری آزمایش برش مستقیم اثر ناهمسانی اولیه بر رفتار مکانیکی، پارامتر های مقاومتی و اتساعی ماسه و سطح مشترک ماسه- صفحه فولادی بررسی شده است. نشان داده می شود که ناهمسانی اولیه از تاثیر قابل ملاحظه ای بر مقادیر زاویه اصطکاک داخلی اوج و زاویه اتساع بیشینه خاک برخوردار می باشد. همچنین مشاهده شد که زاویه اصطکاک داخلی و زاویه اتساع بسیج شده در سطح مشترک همواره به گونه قابل توجهی کمتر از مقادیر متناظر در ماسه می باشند. سرانجام مشاهده شد که، اثر ناهمسانی اولیه بر زاویه اصطکاک داخلی اوج و زاویه اتساع بیشینه سطح مشترک ماسه و فولاد ناچیز می باشد و در خصوص زاویه اتساع، تغییرات به گونه قابل توجهی کمتر از تغییرات در ماسه متناظر می باشد.

در این تحقیق ابتدا به ارائه ی یکی از روش های محاسباتی به نام روش اجزای محدود تصادفی طیفی(ssfem) پرداخته و به دنبال آن با برطرف نمودن نقاط ضعف روش مذکورکه شامل محدودیت در اندازه ی سیستم و شعاع طیفی ماتریس سختی کل می باشد، روش توسعه-یافته که حالت کلی تری از روش اجزای محدود تصادفی طیفی یا به عبارت دیگر اصلاح شده این روش است، معرفی می گردد. سپس نشان داده می شود که به هنگام آنالیز هر نوع سیستم سازه ای با استفاده از روش اجزای محدود تصادفی طیفی توسعه یافته (dssfem) در حالت استاتیکی و تحت عدم قطعیت پارامترهای مربوط به جنس سیستم از قبیل مدول یانگ و همچنین عدم قطعیت ناشی از هندسه ی سیستم از قبیل ضخامت، می توان بدون تشکیل ماتریس حجیم نهایی، صرفا با برابر قرار دادن ترم های مشابه در چندجمله ای های chaos و پاسخ محاسبه شده با استفاده از بسط نیومان، در مدت زمان بسیار کمتر در مقایسه با روش اصلی، بردارهای ضرایب مجهول ضرب شده در چندجمله ای های chaos را تعیین نمود.