امروزه دو روش طراحی لرزه ای توسط مهندسین به کار گرفته می شود. روش اول با استفاده از شکل پذیری مقاومت مورد نیاز برای حفاظت از سازه در مقابل زلزله های شدید را کاهش می دهد. شکل پذیری که به معنای ظرفیت تغییرشکل های بزرگ بوده، میرائی سازه را افزایش داده و از اثر نیروهای زلزله می کاهد. روش دوم، که در دهه های اخیر بیشتر توسط مهندسان به عنوان یک گزینه کاربردی مورد توجه قرار گرفته است افزایش انعطاف پذیری سازه یا تراز پایه آن است که باعث جلوگیری از ورود انرژی زلزله به سازه می شود. از آنجا که معمولا سختی و مقاومت در سازه ها و مصالح سازه ای همبستگی دارند دستیابی به سازه های مقاوم که در ضمن به اندازه کافی نرم باشند به آسانی امکان-پذیر نیست. به همین دلیل این هدف اغلب از اجزای نرمی نظیر لاستیک ها، غلطک ها یا سطوح لغزان در تراز پایه سازه استفاده می شود. به روش اخیر جداسازی لرزه ای گفته می شود. جداسازهای لرزه ای متنوعی وجود دارد که متعارف ترین آنها جداسازهای الاستومری و جداسازهای اصطکاکی آونگی می باشند. هر یک از این سیستم ها مزایا و معایبی دارند که در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفته اند. نوع خاصی از جداگرهای اصطکاکی آونگی که متشکل از چندین نوار شاخص می باشد مورد بررسی قرار خواهد گرفت. همچنین فرآیند طراحی و ساخت این جداگرها بررسی شده، رفتار چرخه ای آنها به صورت تجربی مورد ارزیابی قرار گرفته است. به عنوان مطالعه موردی اثرات رکوردهای زلزله بر روی مخازن lng بصورت عددی بررسی شد. امروزه، انواع مخازن lng بصورت بخش های حساس در صنایع نفت و گاز استفاده می شوند. تحلیل ها تاثیر مثبت استفاده از جداگرهای اصطکاکی آونگی در کاهش خرابی این تجهیزات بحرانی نشان داده است. جداساز اصطکاکی آونگی نواری با توجه به سهولت طراحی و ساخت و انعطاف-پذیری گسترده آنها برای استفاده در شرایط محیطی مختلف با استفاده از ترکیبات ابتکاری نوار پایه می تواند در بهسازی سازه های موجود و طراحی سازه های جدید به کار گرفته شود.

انجام جوشکاری ترمیمی در سازه های با اتصالات جوشی بعضاً امری اجتناب ناپذیر خواهد بود. به طور مثال این موضوع در سازه های فولادی تحت فشار و دمای بالا مانند لوله های فراساحل و یا مخازن فولادی و پالایشگاهی و یا نیروگاهی و یا در ترمیم سازه های فولادی آسیب دیده در زلزله متداول می باشد. در پژوهش حاضر به بررسی آثار جوشکاری ترمیمی بر استحکام سازه های فولادی (با تمرکز بر لوله های فراساحلی) با دو رویکرد تجربی و عددی پرداخته شده است. یادآور می شود، برای انجام مراحل مطالعه تجربی، تعدادی پانل مستطیلی که به صورت سر به سر با جوش نفوذی به یکدیگر متصل شده اند، تهیه گردید. یکی از پانل ها بدون ترمیم (صرفاً با جوش اصلی) و یکی با یکبار جوشکاری ترمیمی کلی و یکی با دوبار جوشکاری ترمیمی کلی و دو پانل دیگر یکی دارای یکبار جوشکاری ترمیمی موضعی و دیگری دارای دوبار جوشکاری ترمیمی موضعی می باشند. در این پانل ها اندازه گیری تنش پسماند با استفاده از دو روش سوراخ کاری و تقطیع انجام شده است. نتایج اندازه گیری با دو روش دارای تطابق نسبی مناسبی هستند. پس از اندازه گیری تنش پسماند در این پانل ها نمونه برداری از آنها انجام گردیده است. نمونه های تهیه شده از این پانل ها برای انجام آزمون خستگی پرچرخه و آزمون تعیین رفتار خرابی خمیری پیشرونده (ratcheting) و هم چنین آزمون تعیین رفتار نرم شوندگی و سخت شوندگی تناوبی اختصاص داده شده است. نمونه با یکبار ترمیم کلی رفتار خستگی پرچرخه بهبود یافته نسبت به سایر نمونه ها از خود نشان داده است. لیکن انجام دوبار ترمیم باعث تضعیف این رفتار شده است. هم چنین نمونه های با ترمیم کلی دارای مشخصه نرم شوندگی تناوبی و سایر نمونه ها دارای مشخصه سخت شوندگی تناوبی می باشند. همین تفاوت باعث ایجاد تغییرات متمایزی در رفتار خرابی خمیری پیشرونده ناشی از انجام جوشکاری ترمیمی در نمونه های آزمایشی شده است. برای انجام مرحله دیگری از مطالعات تجربی، دو پانل مستطیلی با هندسه مشابه با پنج پانل قبلی تهیه شده است. این دو پانل برای تعیین و بررسی کرنش های گذرای حین فرایندهای جوشکاری اصلی و ترمیمی در نظر گرفته شده است. برای این منظور روی پانل های یاد شده کرنش سنج هایی در طول فرایندهای جوشکاری اصلی، شیارکاری و ترمیم نصب گردیده که قادر به ثبت تغییرات کرنش ایجاد شده حین فرایندهای مذکور بوده اند. علاوه بر مطالعات تجربی، شبیه سازی عددی پنج پانل آزمایشی یاد شده برای بررسی تغییرات میدان تنش های پسماند ناشی از فرایند ترمیم انجام گردیده است. صحت سنجی نتایج شبیه سازی با تغییرات درجه حرارت ثبت شده حین جوشکاری ها که توسط ترموکوپل های نصب شده روش پانل ها حین آزمایش ثبت شده بود، انجام گرفته که تطابق خوبی بین این نتایج مشاهده شده است. هم چنین نتایج اندازه گیری تنش های پسماند با نتایج شبیه سازی مقایسه گردید. نتایج نشان داده تنش های پسماند طولی به خوبی توسط مدل المان محدود قابل پیش بینی است. لیکن تنش های پسماند عرضی در نمونه های با دوبار ترمیم دارای تفاوت هایی می باشد.

پیش¬تنیدگی بتن با کابل در سازه¬های مختلف رایج می¬باشد. به همین ترتیب، سازه¬های فولادی پیش-تنیده با کابل در مقایسه با سازه¬های فولادی بدون پیش¬تنیدگی امتیازاتی دارند، مانند رفتار الاستیک بیشتر تحت بارگذاری بالاتر، مقاومت نهایی بالاتر، و تغییرمکان کمتر تحت بارهای سرویس. با این حال پیش¬تنیدگی سازه¬های فولادی با کابل رایج نیست زیرا پیچیدگی قابل¬توجه در جزئیات انحراف¬دهنده¬ها و یا گیره¬ها باعث افزایش هزینه¬ها می¬شود، بعلاوه تمرکز تنش زیادی در انحراف¬دهنده¬ها و گیره¬ها می¬تواند رخ دهد. در این مطالعه روش جدید پیش¬تنیدگی برای اعضای فولادی با استفاده از الگوی پیش¬تنیدگی تیر پری-فلکس معرفی شده است. روش ارائه شده یک الگوی جدید طراحی و ساخت اعضای فولادی پیش¬تنیده با استفاده از خم¬کردن فولاد است. در این تحقیق بررسی اساسی شامل مطالعه تحلیلی و تجربی برای ارزیابی امکان¬سنجی استفاده از پیش¬خمشی برای پیش¬تنیده کردن سازه های فلزی انجام شده است. همچنین، آزمایش بارگذاری استاتیکی بر روی نمونه¬های تیر سردنوردشده فولادی برای ارزیابی رفتار آنها انجام شد. این روش چندین امتیاز دارد از جمله می¬توان به صرفه اقتصادی به دلیل عدم استفاده از کابل، افزایش ظرفیت باربری الاستیک تا حدود 30 درصد و افزایش ظرفیت باربری نهایی تا حدود 9 درصد، سادگی ساخت و شکل¬پذیرتر بودن نسبت به تیر کامپوزیت معمولی اشاره کرد.

دیوارهای برشی فولادی یکی از سیستم های نسبتاً جدید برای مقابله با بارهای جانبی ناشی از زلزله در ساختمان ها است، که دارای عملکرد مناسبی از نظر مقاومت، سختی، شکل پذیری و ظرفیت قابل قبول اتلاف انرژی در هنگام زلزله های شدید می باشد. از سال 1970 مهندسان سازه از دیوارهای برشی فولادی به عنوان یک سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی، برای ساختمان های جدید بلند مرتبه در مناطق با لرزه خیزی بالا مانند کالیفرنیا و ژاپن استفاده کرده اند. بعضی از این ساختمان ها در طول حیات خود زلزله های واقعی را تجربه کرده اند. گزارش عملکرد این سازه ها نشان می دهد، این سیستم در هنگام زلزله پایداری سازه را به صورت کامل حفظ نموده است. این سیستم همچنین به نحو موثری در بهسازی لرزه ای سازه های موجود فولادی و بتنی مورد استفاده قرار گرفته است. خیلی از مطالعات تحلیلی و آزمایشگاهی گذشته نشان می دهد که تقاضای لرزه ای المان مرزی قائم در دیوار برشی فولادی در سازه های متعارف بسیار زیاد و همچنین ماهیت اندرکنشی آن بسیار پیچیده می باشد. تقاضاهای خمشی بر روی این المان ها ناشی از توسعه میدان کششی در درون پانل و عملکرد قابی، و تقاضای محوری آنها ناشی از مقاومت در برابر لنگر واژگونی و بارهای ثقلی بوده، این اثرات در طبقات مختلف در طول دیوار ترکیبات مختلفی را ایجاد می نماید. برای حل این مشکل ما در این پژوهش از پانل های برشی مدولار فولادی با عناصر مرزی مستقل از ستون به عنوان یک راه کار نوآورانه در بهسازی لرزه ای استفاده کرده ایم.

به کارگیری میراگرهای اصطکاکی به دلیل هزینه پایین تولید، حساسیت کم به اثرات محیطی و عدم نیاز به جایگزینی پس از وقوع زلزله، یکی از بهترین روش های ارتقاء رفتار لرزه ای ساختمان های موجود و طراحی بهینه ساختمان های جدید محسوب می شود. در عین حال، میراگرهای اصطکاکی دارای نقاط ضعفی نیز هستند. این میراگرها پیش از شروع لغزش تنها دارای سختی بوده و انرژی ورودی به سازه را مستهلک نمی کنند. به همین دلیل در زلزله های خفیف و متوسط به علت عدم لغزش دو سر میراگر نسبت به یکدیگر، بهبودی در عملکرد سازه ایجاد نمی شود. تغییر شکل های ماندگار میراگرهای اصطکاکی پس از وقوع زلزله، باعث خارج شدن ساختمان از وضعیت اولیه خود می شود. بازگرداندن سازه به وضع اولیه، هزینه بر و مشکل است. معایب فوق مرتبط با طبیعت غیر فعال میراگر بوده و تنها با هوشمندسازی مرتفع می شود. در این پژوهش، یک میراگر اصطکاکی هوشمند نوین با نام میراگر اصطکاکی تنظیم شونده هوشمند و یا به اختصار آتشه معرفی می گردد. آتشه این قابلیت را دارد که به صورت هوشمندانه، بار لغزش خود را با استفاده از بازخورد پاسخ های لرزه ای تغییر دهد. بدین ترتیب سازه کمترین میزان آسیب را در طول زلزله با شدت های مختلف تجربه می کند. وجه تمایز آتشه با میراگرهای پیشین، توانایی این میراگر در تولید بارهای آستانه لغزش بزرگ جهت کنترل انواع سیستم های سازه ای و مکانیکی به شیوه ای قابل اعتماد می باشد. علاوه بر قابلیت اعتماد، آتشه از لحاظ اقتصادی نیز مقرون به صرفه است. عملکرد آتشه مشابه عملکرد ترمزهای هوشمند خودروهای مدرن بوده و این میراگر از نیروی هیدرولیک برای تنظیم بار آستانه لغزش بهره می گیرد. آزمایش های بارگذاری چرخه ای دینامیکی در فرکانس های متعدد برای بررسی رفتار هیسترزیس آتشه صورت گرفت. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که آتشه توانایی اجرای انواع الگوریتم های کنترل را داشته و می تواند بار لغزش خود را در مدت زمان کوتاه و قابل قبولی تغییر دهد. همچنین نتایج حاکی از عدم وابستگی رفتار هیسترزیس آتشه به فرکانس بارگذاری می باشد. طراحی و نحوه به کارگیری میراگر آتشه احتمال عدم عملکرد صحیح سیستم را به حداقل می رساند. آتشه می تواند مشابه یک میراگر غیرفعال نیز رفتار کند. تغییرات بار لغزش میراگر آتشه در فرکانس های مختلف در حالت غیر فعال نیز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که تغییرات بار لغزش در سیکل های متوالی برای حالت غیر فعال نیز در محدوده مجاز قرار دارد.