در این پایان نامه با کمک داده های مودال پیشروی خسارت ها و مقاوم سازی خمشی با ورق های ‏frp‏ در ‏سازه های تیری بررسی می شود. این بررسی روی تیرهای بتنی و شاه تیرهای تمام مقیاس پل های واقعی انجام ‏پذیرفته است. ‏ برای دستیابی به این هدف، مجموعه ای از آزمایش های ایستا و ارتعاشی روی 9 نمونه تیر بتنی ترتیب داده ‏شد. در آزمایش های ایستا، نمونه ها در اثر بارگذاری های گام به گام خسارت دیدند. مقاومت خمشی 6 نمونه از ‏تیرها هنگامی که بار به حدود نیمی از بار نهایی رسید، با ورق های ‏cfrp‏ افزایش یافت. پس از هر گام ‏بارگذاری نمودارهای پاسخ بسامدی (‏frf‏) نمونه ها در همه درجه های آزادی به دست آمدند. پردازش تابع های ‏پاسخ بسامدی، عامل های مودال بنیادی (بسامدهای ویژه، نسبت های میرایی و شکل مودهای تجربی) نمونه ها را ‏نتیجه داد. ‏ با کاربرد روش های شناسایی برای داده های مودال اندازه گیری شده، نمونه ها ارزیابی شدند و کارآیی این ‏روش ها مورد بررسی قرار گرفت. روش های مورد بحث شامل تغییرات بسامدها، معیار اطمینان مودال (‏mac‏)، ‏معیار اطمینان مودال مختصاتی (‏comac‏)، خمیدگی مودال (کرنش مودال)، تغییرات ماتریس نرمی و بردارهای ‏ritz‏ می شوند. مقایسه روش های مورد بحث نشان می دهد که تغییرات بسامدهای ویژه هر نمونه برای ‏آشکارسازی خسارت ها و برآورد میزان اثربخشی مقاوم سازی کافی نیستند. مقدارهای ‏mac‏ می توانند تغییرات ‏سختی کل تیرها را در گام های بارگذاری نشان دهند. با مقایسه تغییرات بسامدها و مقدارهای ‏mac‏ نمونه های ‏تقویت شده با ‏cfrp‏ و نمونه های مبنا، تفاوت های سختی نمونه ها و اثر مقاوم سازی آشکار می شود. می توان ‏تغییرات سختی نمونه ها را در هر یک از درجات آزادی با معیار ‏comac‏ و کرنش های مودال ارزیابی کرد. با ‏معیار ‏comac‏ بر پایه کرنش های مودال پیشروی خسارت ها در نمونه ها را می توان به‏خوبی بررسی کرد. روش ‏نرمی ناحیه خسارت دیده نمونه ها را به صورت یک ناحیه سهمی شکل در بخش میانی نمونه ها پیش بینی می کند ‏که اندازه آن با افزایش بارگذاری ها و پیشروی خسارت ها بزرگتر می شود و می تواند اثر مقاوم سازی با ‏cfrp‏ را ‏نشان دهد.‏ برای آشکارسازی، مکان‏یابی و تعیین شدت خسارت ها در سازه های تیری، الگوریتم نوینی بر پایه ‏بردارهای ‏ritz‏ پیشنهاد شد. راهکار پیشنهادی بر پایه بردارهای ‏ritz‏ می تواند خسارت های ساختگی تکی، ‏چندتایی و گسترده را در الگوی عددی آشکار سازد. درستی این راهکار با کمک داده های مودال تجربی نیز به ‏اثبات رسید. این داده ها با فرابینی ارتعاش نمونه تیرهای بتنی از حالت نخستین تا شکست نهایی به دست آمدند. ‏نتیجه های تحلیل عددی و آزمایش تجربی نشان می دهند که روش پیشنهادی می تواند با شمار محدودی از ‏مودهای ارتعاشی خسارت ها را به خوبی آشکار کند. ‏ با کمک الگوریتم پیشنهادی بر پایه بردارهای ‏ritz، دو نمونه از خسارت هایی که در هنگام بهره برداری از ‏پل ها رخ می دهند مورد ارزیابی قرار گرفت. این خسارت ها شامل خسارت های سطحی ناشی از تباهی بتن در ‏شاه‏تیرهای بتنی و ترک های ناشی از خستگی در تیرورق های فولادی پل ها می شدند. با کاربرد الگوریتم ‏پیشنهادی در فضای کرنش های مودال می توان خسارت هایی را که در گام های نخست روی داده شناسایی و ‏برای پیشگیری از شکست ناگهانی سازه تصمیم گیری کرد. ‏

شناسایی سیستم در چند دهه ی گذشته با پیشرفت آزمایش دینامیکی مودال، یکی از ابزارهای مفید برای ارزیابی سازه ها تحت اثر بارهای ارتعاشی به حساب می آید. یک سازه در طول ساخت، و در زمان بهره برداری خود، تحت اثر ارتعاش های مختلفی با شدت های گوناگون قرار می گیرد. سازه بر اساس هر نوع بار ارتعاشی، از خود پاسخی نشان خواهد داد. پاسخ های دینامیکی ایجاد شده به ویژگی های ذاتی موجود در سازه ها بستگی دارد. با دانستن این ویژگی ها می توان پاسخ سازه ها را محاسبه کرده و درکی صحیح از رفتار سازه تحت اثر بارهای دینامیکی بدست آورد. پارامترهای دینامیکی در سازه ها می توانند شامل پاسخ سازه و ویژگی های ذاتی آن ها باشند. در یک آزمایش مودال پارامترهای دینامیکی مربوط به پاسخ سازه شامل فرکانس های طبیعی، شکل مودهای ارتعاشی و ضرایب مودال هستند. نوع دیگر پارامترها، ویژگی های فیزیکی-دینامیکی سازه هستند که به عنوان بخش های تشکیل دهنده ی سازه محسوب می شوند. این ویژگی های ذاتی به طور معمول جرم، سختی و میرایی تعریف می شوند. هدف از انجام این طرح پژوهشی، تخمین پارامترهای دینامیکی سازه شامل ماتریس های جرم و سختی، توسط پارامترهای مودال می باشد. داده های مودال مورد استفاده در این پژوهش شامل فرکانس های طبیعی و شکل مودهای ارتعاشی به صورت داده های مختلط و حقیقی هستند. تخمین ماتریس های جرم و سختی توسط روش پیشنهادی فضای حالت، روش حقیقی و روش بروز رسانی الگوی سازه انجام می گیرد. در روش پیشنهادی فضای حالت، از داده های مختلط مودال استفاده می شود. در روش حقیقی با استخراج داده های حقیقی از مودهای مختلط، فرآیند شناسایی جرم و سختی انجام می گیرد. سرانجام به دلیل ناکامل بودن داده های مودال از روش بروز رسانی الگوی سازه برای تخمین ماتریس های جرم و سختی الگوی واقعی بهره برده می شود. بررسی عددی رابطه سازی های انجام گرفته بر روی سیستم های گسسته دینامیکی به ترتیب با 3، 4 و 8 درجه آزادی انجام می گیرد. سرانجام با انجام آزمایش تجربی مودال توسط چکش ضربه بر روی قاب سه طبقه و بهره بردن از داده های مودال، جرم و سختی این الگوی آزمایشگاهی تخمین زده می شود. بررسی درستی رابطه سازی ها توسط مقایسه میان رفتار دینامیکی سیستم ها انجام می شود. بر این اساس با ارزیابی فرکانس های طبیعی الگوی تخمین زده شده با الگوی واقعی می توان به درستی پارامترهای شناسایی شده دست یافت. با بررسی عددی و ارزیابی آزمایشگاهی می توان نتیجه گرفت که ماتریس های جرم و سختی با همگرایی مطلوبی توسط داده های مختلط و حقیقی مودال با روش های فضای حالت، روش حقیقی و روش بروز رسانی الگوی سازه تخمین زده شده اند.

با بررسی های انجام شده روی تأثیر نانوذرات بر بتن مشخص شده که نانوذرات با یک فرآیند فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی بتن را متراکم ساخته و در مقاومت بتن تأثیر مطلوبی می گذارد. در این پایان نامه، مسأله سازگاری بین بتن اولیه و مصالح ترمیم در فرآیند ترمیم بتن بررسی می شود. سازگاری را می توان یک تعادل فیزیکی، شیمیایی و الکتروشیمیایی بین مصالح ترمیم و بتن موجود تعریف کرد. در پژوهش حاضر رفتار فیزیکی و مکانیکی بتن اولیه و ملات بتنی حاوی نانومنیزیم و نیز عملکرد تیرهای ترمیم شده با ملات بتنی حاوی نانومنیزیم مورد بررسی قرار می گیرد. برای این منظور از دو نوع طرح شامل بتن اولیه و ملات بتنی حاوی 5/0، 5/1 و 5/2 درصد وزنی سیمان استفاده گردید و آزمایش های مقاومت های فشاری و کششی 3، 7، 28 و 63 روزه بر روی بتن اولیه و 1، 3، 7 و 28 روزه بر روی ملات بتنی انجام شد. آزمایش مقاومت خمشی چهار نقطه ای 28 و 63 روزه بر روی بتن اولیه و 28 روزه بر روی ملات بتنی انجام شد. برای ترمیم تیرهای بتنی، سطح تماس بتن اولیه و ملات بتنی به دو روش صاف و زبر آماده سازی شد و تحت آزمایش خمش چهار نقطه ای به منظور سازگاری بین مصالح ترمیم و بتن اولیه قرار گرفت. برای آزمایش مقاومت فشاری از نمونه استوانه ای با ابعاد mm75×mm150 و مکعبی با ابعاد mm50×mm50×mm50، مقاومت کششی از نمونه های استوانه ای با ابعاد mm75×mm150 و برای تیرهای خمشی ساده و ترمیم شده از ابعاد mm76×mm76×mm305 استفاده گردید. در این پژوهش حدود 114 نمونه استوانه ای، 100 نمونه مکعبی و 70 عدد تیر خمشی ساده و ترمیم شده (تیر مرکب) ساخته شد. نتایج نشان داد که با افزایش حضور نانوذرات در بتن اولیه و ملات بتنی، مقاومت فشاری، کششی و خمشی نسبت به نمونه شاهد روند صعودی داشته و در مورد تیرهای ترمیم شده، نمونه های با سطح زبر دارای مقاومت خمشی بیشتری نسبت به نمونه های با سطح صاف می باشند که بخشی از این افزایش مقاومت خمشی را می توان به افزایش مقاومت کششی و فشاری ملات ترمیمی و بخش دیگر آن را به اثر نانوذرات منیزیم در محل پیوند بتن اولیه و ملات ترمیمی نسبت داد.

به کارگیری جزءهای با هندسه ی خم دار برای سازه های منحنی شکل، به حذف بسیاری از خطاها می انجامد. از سوی دیگر، نیاز به شبکه بندی های ریز و زمان بر از بین می رود. جزءهای دایره ای ساده ترین و پرکاربردترین گونه در گروه تیرهای خم دار هستند. همچنین، در دسته ی با شعاع انحناء متغیر، عضوهای سهمی شکل با تابع هندسی مرتبه ی دو از اهمیت ویژه ای برخورداراند. فن جزء محدود شیوه ای فراگیر و کارآ برای پدیدآوردن هر گونه جزئی می باشد. در صورتی که تابع های پنداشتی در این روش دقت بالایی دارا باشند، می توان شبکه بندی های درشت برای رسیدن به پاسخ دقیق را به کار برد. در این پژوهش، معادله های ایستایی و رابطه های کرنش-تغییرمکان به کار می روند و تابع های درون یاب دقیق کرنشی به دست می آیند. دو جزء نو دایره ای پیشنهاد می شود که هر کدام دو گره و شش درجه آزادی دارند. ماتریس سختی صریح جزء یکم، با نازک پنداشتن تیر، و جزء دوم بر پایه ی نگره ی تیرهای ضخیم رابطه سازی می شوند. از سوی دیگر، ماتریس سختی صریح تیری خمیده با هندسه ی سهمی ارائه می گردد. باید دانست، تا کنون بسیاری از پژوهش گران، به سبب سادگی کار، تنها تیرهای دایره ای را الگوسازی کرده اند. وابسته بودن شعاع انحناء به متغیری مانند طول، به پیچیدگی های تحلیل سازه های خم دار می افزاید. در این پژوهش، تیری سهمی شکل، همانند جزءهای دایره ای، با دو گره و شش درجه آزادی پیشنهاد می شود. رابطه سازی جزء محدود این تیر، تنها بر پایه ی ماتریس تقریبی ماده به دست خواهد آمد. در ادامه، چند نمونه ی عددی برای راست آزمایی جزءهای پیشنهادی حل می گردند. دست آوردها نشان می دهند که با به کارگیری تنها یک جزء می توان به پاسخ هایی دقیق دست یافت. نتیجه ها آشکار می سازند که هیچ گونه خطای قفل برشی و غشایی و نیز سخت شوندگی در پاسخ ها وجود ندارد. ویژگی روش پیشنهادی این است که با در دست داشتن درایه های صریح ماتریس سختی به راحتی می توان هرگونه سازه ی پیچیده ای را تحلیل کرد.

پژوهش های گذشته نشان می دهد که ورق های پلیمری مسلح الیافی (frp) با توجه به نسبت بالای مقاومت به وزن و مقاومت در برابر خوردگی بهترین مصالح برای تعمیر خسارت سازه های بتنیِ مسلح است، ولی هنگامی که سازه در برابر رطوبت قرار می گیرد، اتصال بین مصالح frp، چسب اپوکسی و بتن ضعیف می شود. بیشتر تحقیقات آزمایشگاهی گذشته بر مبنای ابتدا تقویت سازه و سپس قرار گرفتن در معرض شرایط نامناسب محیطی انجام شده است. در صورتی که یکی از موارد مهم مصرف کامپوزیت های frp در تعمیر، ترمیم و بازسازی سازه هایی است که بنا به دلایلی مانند تغییر کاربری، زمین لرزه و یا تغییرات آئین نامه ای نیاز به تقویت اعضا دارند. بنابراین این گونه سازه ها در شرایط واقعی، قبل از تقویت در اثر بارهایی قرار می گیرند که باعث می شوند ترک هایی در سازه ایجاد کند. از طرفی در این مواقع احتمال وجود رطوبت سطحی بر روی اعضای سازه وجود دارد. همان طور که ذکر شد در بیشتر تحقیقات صورت گرفته اعمال بار و رطوبت تنها پس از تقویت انجام شده است. از این رو نتیجه ها برای شرایط عملی مناسب به نظر نمی رسد. هدف از انجام این پژوهش بررسی رفتار خمشی تیرهای تقویت شده با استفاده از مصالح frp نزدیک به شرایط واقعی می باشد که سازه با توجه به دو عامل رطوبت و پیش بارگذاری مورد توجه قرار می گیرد. برای رسیدن به این هدف، 20 عدد تیر بتنی به ابعاد mm 150×200×1150 ساخته شد. نمونه ها مسلح به دو نوع آرماتور کششی متفاوت بودند. 10 نمونه شامل تیرهای دارای آرماتور با قطر کم و تعداد زیاد و 10 نمونه شامل تیرهای دارای آرماتور با قطر زیاد و تعداد کم می باشند. در این آزمایش ها 4 تیر به عنوان نمونه کنترلی بدون تقویت و 16 نمونه باقی مانده با استفاده از cfrp تقویت شدند. نمونه ها پیش از تقویت در اثر بارگذاری و شرایط رطوبتی قرار گرفتند تا بتوان اثر ترک اولیه و رطوبت سطحی را بررسی کرد. در پایان نمونه ها تقویت و با انجام آزمایش های خمشی گسیخته شدند. پارامترهای بدست آمده از آزمایش ها شامل بار و جابجایی مرکز نمونه متناظر با آن بار می باشد. یافته های پژوهش نشان می دهند، تقویت خمشی تیر با استفاده از یک لایه ورق cfrp در تیر بدون ترک و رطوبت سطحی 20% افزایش مقاومت نهایی را به دنبال خواهد داشت. در صورتی که در تیر دارای ترک اولیه تنها 13% و در تیرِ دارای رطوبت سطحی، تنها 9% افزایش مقاومت خمشی پیش بینی می شود. همچنین در تیرهای دارای ترک اولیه و رطوبت سطحی به طور همزمان نیز، 13% افزایش مقاومت نهایی انتظار می رود. همچنین نتایج حاکی از آن است که استفاده از آرماتور با قطر زیاد و تعداد کم در مقابل آرماتور با قطر کم و تعداد زیاد باعث کاهش بهره وری از frp و ایجاد شکست ترد برای تمام شرایط مذکور در این پژوهش می شود.

اثر دیوارهای آجری پرکننده بر رفتار لرز ه ای ساختمان ها همواره یکی از دغدغه های مهندسان بوده است. گرچه طراحی ساختمان ها در ایران بیشتر بدون در نظر گرفتن اثر دیوارهای مصالح بنایی بر رفتار لرزه ای آن ها انجام می شود، ولی تجربیات به دست آمده از زلزله های گذشته نشان می دهد که وجود میانقاب ها می تواند موجب بهبود عملکرد لرزه ای و در برخی موارد، موجب ایجاد خسارت سازه ای شود. بنابراین توجه به نقش میانقاب در تحلیل و طراحی قاب های ساختمانی امری ضروری است. با وجود پژوهش های گسترده ای که در زمینه ی الگوسازی و برآورد ظرفیت قاب های مرکب انجام شده است، ولی بیشتر این پژوهش ها بر روی قاب های مرکب با میانقاب های بدون بازشو انجام شده است. درحالی که بیشتر میانقاب ها برای تعبیه ی درب و پنجره دارای بازشوهایی هستند که برای تحلیل آن ها نمی توان از مدل میانقاب پر استفاده کرد. در این پژوهش 3 قاب خمشی فولادی 4، 8 و 12 طبقه طراحی و در 6 حالت مختلف وجود میانقاب تحت 9 شتاب نگاشت زلزله تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی شدند. حالت های مختلف در نظر گرفته شده عبارت است از قاب لخت، قاب با میانقاب های پر، قاب با میانقاب های بازشودار به مساحت بازشوی 20، 35 و 50 درصد و در نهایت قاب با طبقه نرم. نتایج تحلیل های دینامیکی نشان می دهد که وجود میانقاب در قاب های فولادی باعث بهبود رفتار لرزه ای قاب ها می شود به گونه ای که با افزایش مساحت نسبی بازشوها از تاثیر آن ها کاسته می شود. از این موارد می توان به کاهش جابه جایی بام، کاهش برش ستون ها، کاهش خسارت وارد به اعضای قاب، افزایش توان جذب انرژی و کاهش رانش بین طبقه ای اشاره کرد.

در سال های کنونی، بهره جویی از ماده ی مرکب در ساخت و تقویت سازه ها بسیار گسترش یافته است. ساختار این ماده به گونه ای می باشد که امکان شکل گیری ترک در میان لایه ها وجود دارد. بر اثر افزایش بار، این ترک ها رشد می نمایند و سبب افت شدید در استحکام و سختی سازه می شوند. به کارگیری شیوه های عددی در این زمینه و دستیابی به پاسخ ها، درتخمین رفتار ترک، نقش مهمی دارد. شروع و گسترش شکست میان لایه ای در ماده ی مرکب را با فن های عددی انجام می دهند. در این روش، جزء‎های چسبنده را به همراه نمودار رفتاری ویژگی‎های ماده به کار می برند و رشد ترک را بررسی می کنند. خاطر نشان می سازد، یک نمودار رفتاری ماده ی مناسب در بهبود پاسخ‎ها اثرگذار است. ازاین رو، یک جزء پیشنهاد می گردد و در نمونه های عددی به کار می رود و ویژگی های آن ارزیابی می شود. درستی پاسخ ها در شکست میان لایه ای ماده ی مرکب با شیوه ی عددی راست آزمایی خواهد شد. نمونه های عددی آشکار می کنند که جزء چسبنده ی پیشنهادی با شمار تحلیل کم، پاسخهای با دقت خوب را به دست می دهد.