در مهندسی ژئوتکنیک، رفتار لایه مرزی خاک-سازه نقش مهمی در تعریف اندرکنش خاک-سازه مانند پی های سطحی و عمیق، تونل ها، دیوارهای حائل و ...، ایفا می نماید. مقاومت برشی لایه مرزی در مقایسه با مقاومت برشی خاک ضعیف تر است. بنابراین، تحلیل و طراحی سازه های در تماس با خاک در برخی موارد توسط مقاومت برشی لایه مرزی کنترل می گردد. لایه مرزی به محدوده مرزی بین دو محیط گفته می شود، که تنش را از محیطی به محیط دیگر منتقل می کند. شبیه سازی عددی مسائل اندرکنش خاک و سازه نیازمند مدل سازی مناسب رفتار لایه مرزی خاک-سازه می باشد. در این پایان نامه، یک مدل جامع جدید برای لایه مرزی خاک-سازه به منظور توصیف رفتار لایه مرزی شامل کرنش سختی، کرنش نرمی، اتساع قائم و مسیر تنش لایه مرزی بین خاک و سازه در طول برش بسط داده شده است. در مدل ارائه شده از یک مدل جامع خاک که قابلیت شبیه سازی رفتارهای غیرخطی خاک های مختلف شامل ماسه های سست و متراکم، رس های عادی تحکیم یافته و بیش تحکیم یافته تحت شرایط مختلف بارگذاری مونوتنیک را دارد، استفاده شده است. مفاهیم مکانیک خاک حالت بحرانی که در مدل سازی رفتار خاک مورد استفاده قرار گرفته، با یک شبیه سازی برای مدل کردن لایه مرزی خاک و سازه و در چارچوب پلاستیسیته استفاده شده است. این مدل شامل دو سطح تسلیم است که به ترتیب از قانون جریان غیر متحد و قانون جریان متحد تبعیت می کنند. مفاهیم ریاضی مدل واضح است و پارامترهای مدل از نتایج آزمایش ها بدست می آیند. نتایج پیش بینی مدل با نتایج آزمایشگاهی مختلف بدست آمده از آزمایش برش ساده و برش مستقیم در شرایط تنش عمودی ثابت و حجم ثابت مقایسه شده است و نتایج نشان می دهند که پیش بینی مدل مورد قبول و قابل استفاده در مسائل کاربردی می باشد. همچنین در این تحقیق، یک مدل لایه مرزی خاک-سازه موجود، که برای بیان رفتار لایه مرزی سطح تماسی بین خاک دانه ای و سازه می باشد؛ تصحیح شده است. مدل مذکور بر مبنای معیار گسیختگی موهر-کولمب، شامل سخت شدگی و نرم شدگی انحرافی، انقباض و انبساط و حالت نهایی می باشد. مدل اصلاح شده به خوبی رفتار لایه مرزی خاک و سازه در شرایط تنش عمودی ثابت را شبیه سازی می کند.

اغلب در زمان ساخت ساختمان های با طبقات زیرزمینی زیاد یا تاسیسات شهری (مانند ایستگاه های مترو)، حفاری ترانشه های باز با شیب قائم ضرورت دارد و در موارد بسیاری از سیستم مهاربندی عرضی برای نگهداری دیواره آنها استفاده می شود. اگر چه برای طراحی این اعضا به صورت سنتی از روشهای تخمین فشار جانبی خاک روی دیوارهای حائل مانند تئوری کلمب یا رانکین استفاده می شود ولی، فشار جانبی خاک بر روی دیواره گودبرداری مهارشده توزیع پیچیده‍ تری دارد. پک بر اساس مطالعات انجام شده در گودبرداری مهار شده در ساخت متروی شهر شیکاگو نشان داد که حداکثر نیروی ایجاد شده در مهارها مطابق با تئوری کلمب یا رانکین نیست. او همچنین اظهار داشت که بار مهارهای فوقانی بیشتر و بار مهارهای تحتانی کمتر از مقادیر پیش بینی شده حالت محرک هستند. علی رغم اینکه برای طراحی گودبرداری های مهار شده به طور گسترده از دیاگرامهای فشار ظاهری پک استفاده می شود، مطالعات تجربی و عددی دیگری نیز صورت گرفته است. در کلیه این پژوهش ها دیاگرام فشار جانبی بدست آمده در واقع فقط پوش هایی هستند جهت تخمین بار ایجاد شده در مهارها به منظور طراحی، و توزیع واقعی فشار جانبی خاک را نشان نمی دهند. چرا که با اندازه گیری های در محل یا آنالیزهای عددی بار مهارها را بدست آورده و با انجام محاسبات معکوس این بار را بر دیواره گود توزیع نموده اند. از طرفی کلیه این مطالعات، موردی می-باشند و برای یک گودبرداری خاص با مشخصات منحصر به فرد انجام شده ‍اند. برای مثال در بررسی های انجام شده توسط پک سیستم حائل دیواره گود مهار شده سپرکوبی می باشد. در حالیکه در طراحی مهارهای گود با هر سیستم حائلی شامل شمع های پشت بند نیز معمولاً از پوش فشار جانبی پک استفاده می شود. از این رو در این مطالعه سعی شده است، مقدار فشار جانبی خاک بر دیواره ی گود ها با شمع‍های پشت بند در قالب یک مطالعه پارامتریک مورد بررسی قرار گیرد. طبق پژوهش های صورت گرفته در پنجاه سال اخیر مشخص شده است که بار اندازه گیری شده مهارها فقط ناشی از فشار جانبی خاک نیست، بلکه قسمتی از آن ناشی از تغییرات حرارت می باشد. با در نظر نگرفتن اثرات حرارتی، ممکن است بارهایی که از اندازه-گیری در محل بدست آمده اند اشتباهاً فقط ناشی از فشار جانبی زمین تفسیر شوند و یا بارهای بدست آمده از تحلیل های کامپیوتری، بار واقعی مهارها نباشند. در این تحقیق سعی شده است با انجام تحلیل حرارتی بار ناشی از تغییرات حرارت پیش بینی شود. حل عددی به کار رفته در این تحقیق، روش تفاضل محدود صریح به کمک برنامه flac3d می باشد. مدل رفتاری مورد استفاده برای خاک های دانه ای و چسبنده به ترتیب مدل موهر-کلمب و مدل کم‍ کلی است. همچنین به منظور مقایسه مدلهای رفتاری برای شبیه-سازی خاک، از مدل ساختاری الاستوپلاستیک جامع دوسطحه توسعه یافته توسط ملکی و همکاران نیز استفاده شده است. اثر عواملی مانند عمق گودبرداری قبل از شاتکریت کردن، سختی مهارها، فاصله بین شمع ها، عمق گودبرداری قبل از نصب مهار و عمق نفوذ شمع در خاک زیر کف گود روی پارامترهای کلیدی (فشار جانبی خاک، نیروی ایجاد شده در مهارها، تغییر شکل جانبی شمع و لنگر خمشی ایجاد شده در شمع) در سه نوع خاک ماسه متراکم، ماسه سست و رس، مورد بررسی قرار می‍گیرد.

چکیده وقوع زلزله های مخرب در دهه های گذشته، لزوم ارتقاء آیین نامه های موجود و ارائه روش های جدید طراحی، با هدف کسب ایمنی بیشتر و کنترل خسارت های سازه ای را مشخص ساخت و توسعه روش های طراحی لرزه ای بر اساس عملکرد را سبب گردید. هرچند این روش ها نقش قابل توجهی در پیش بینی خسارات سازه های متاثر از زلزله را ایفا نموده اند، لیکن در نظر گرفتن آثار انعطاف پذیری تکیه گاه در روش های تحلیل عملکردی و الگوهای بارگذاری مورد استفاده در این روش، مسئله ای است که بدان کمتر توجه شده است. بررسی آثار پدیده اندرکنش خاک و سازه بر پاسخ لرزه ای سازه های متکی بر تکیه گاه انعطاف پذیر با استفاده از مدل های یک درجه آزادی، منتهی به ارائه روش های ساده شده ای گردیده است که در روش های مبتنی بر عملکرد بکار گرفته شده است.آثار این پدیده بر توزیع تقاضای شکل پذیری سازه های واقعی متکی بر تکیه گاه انعطاف پذیر و فرضیات ساده کننده روش های موجود، اهمیت توسعه روش های عملکردی به منظور ارزیابی پاسخ لرزه ای مدل های چند درجه آزادی که نماینده سازه های واقعی متاثر از این پدیده هستند را روشن می کند. روش مودال پوش آور، به عنوان یکی از روش های توسعه یافته و کاربردی در تحلیل عملکردی، به منظور ارزیابی عملکرد سازه های کلاسیک متکی بر تکیه گاه ثابت، مورد قبول واقع شده است؛ و در این تحقیق به عنوان یکی از روش های تحلیل عملکردی بکار گرفته شده است. وجود خاک نرم در زیر سازه، سبب اضافه شدن میرائی جدیدی به سازه می گردد؛ و سازه را در معرض سطوح مختلفی از میرائی، حین تحریکات لرزه ای قرار می دهد و سبب خدشه دار شدن فرضیه کلاسیک بودن سازه، که اساس روش مودال پوش آور می باشد، می شود. در این تحقیق با به خدمت گرفتن روش آنالیز مودال مختلط در سیستم های غیر کلاسیک، راه برای استفاده از روش مودال پوش آور در سیستم های مذکور، هموار شده است. و بدین ترتیب، ایده روش مودال پوش آور مختلط، با حفظ سادگی و جذاب بودن روش مودال پوش آور و با اصلاح الگوهای بارگذاری این روش، در این تحقیق مطرح گردیده و در سیستم های متاثر از پدیده اندرکنش خاک و سازه بکار گرفته شده است. ارزیابی تاثیر انعطاف پذیری تکیه گاه بر عملکرد لرزه ای سازه های قابی شکل بتن آرمه و با استفاده از روش توسعه داده شده در این تحقیق، هدفی است که در این تحقیق دنبال می گردد. برای دستیابی به این هدف، مجموعه ای از مدل های ژنریک 5، 10 و 20 طبقه به منظور بررسی پاسخ قاب های ساختمانی بتن آرمه بسط داده شده اند. مدل های ژنریک مذکور، به صورت قاب های دو بعدی تک دهانه می باشند که با استفاده از المان های تیر و ستون مدل سازی گردیده اند. در این مدل ها، رفتار غیرخطی در عضو خمشی تیر با استفاده از تئوری لنگر-انحنا و در المان ستون توسط المان های الیافی، مدل سازی شده است. در مدل المان های الیافی از فنرهای محوری چندگانه که مبتنی بر منحنی تنش-کرنش پایه مصالح می باشند، استفاده می شود و بر این اساس، اندرکنش نیروی محوری و لنگر خمشی در نظر گرفته می شود. هم چنین اثر انعطاف پذیری تکیه گاه با استفاده از روش زیر سازه و با محاسبه سختی های دینامیکی (توابع امپدانس)، در نظر گرفته شده که به صورت المان های فنر و میراگر در زیر سازه قابی مدل سازی شده است. نتایج حاصل از این تحقیق، تحت اثر رکوردهای عادی و نزدیک به گسل مورد استفاده در این تحقیق، نشان می دهد که تاثیر اندرکنش خاک و سازه بسته به شرایط خاک می تواند موجب کاهش یا افزایش تقاضا در سازه گردد. میزان این تغییرات بسته به سختی سازه، مقاومت در برابر بار جانبی و محتوای فرکانسی تحریک، متفاوت می باشد؛ به طوری که در برخی از موارد، صرف نظر از اثر اندرکنش می تواند طراحی سازه را نسبت به حالت تکیه گاه ثابت در جهت خلاف اطمینان قرار دهد. کلمات کلیدی: روش های تحلیل لرزهای عملکردی، الگوهای بارگذاری،اندرکنش خاک و سازه، روش مودال پوش آور مختلط

سدهای پاره سنگی با رویه بتنی، نوعی از سدهای پاره سنگی هستند که بخش آببند در آن ها، رویه بتنی قرار گرفته بر دامنه بالادست می باشد. با آبگیری مخزن سد، بدنه سد و در نتیجه رویه بتنی دچار تغییر شکل گردیده و تاج سد دچار نشست می شود. تغییرشکل رویه بتنی باعث گسترش تنشهای کششی و فشاری در دال بتنی و بازشدگی درز پیرامونی می گردد. مطالعه رفتار بدنه سد و به ویژه رویه بتنی، در شرایط دینامیکی، به دلیل استقبال گسترده از ساخت این گونه سدها و کمبود اطلاعات در مورد چگونگی عملکرد این گونه سدها تحت اثر زلزله نیز، از اهمیت خاصی برخوردار است. چنانچه مقادیر تنشهای توسعه یافته در رویه بتنی بیش از حد مجاز باشد باعث ترک خوردگی رویه و نشت آب از طریق ترک ها می گردد. مقدار بازشدگی درز پیرامونی نیز یکی از عوامل مهم در میزان نشت آب در سدهای پاره سنگی با رویه بتنی می باشد. در مطالعه حاضر، تاثیر پارامترهای مختلف هندسی و مشخصات مصالح بدنه سد و همچنین رفتار سطح مشترک بین رویه و بدنه سد، در حالت استاتیکی و تاثیر نیروی وارده از طرف مخزن، ضخامت رویه بتنی، شتاب زلزله، مشخصات فیزیکی مصالح بدنه سد و ارتفاع سد بر رفتار بدنه سد و به ویژه رویه بتنی، در حالت دینامیکی مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به رفتار اتساعی و سخت شوندگی توده پاره-سنگی، به منظور شبیه سازی رفتار مصالح بدنه سد از مدل الاستو-پلاستیک دراکر-پراگر اصلاح شده کلاهک دار بهره گرفته شده است و رفتار رویه بتنی با استفاده از مدل الاستیک خطی، شبیه سازی شده است. رفتار اصطکاکی بین رویه بتنی و مصالح بدنه سد با استفاده از مدل رفتاری موهر-کولمب شبیه سازی گردیده و به علت اهمیت جابجائی نسبی بین رویه و بدنه سد در مقدار تنش های گسترش یافته در رویه بتنی، امکان لغزش و جدائی رویه نسبت به بدنه سد، فراهم گردیده است. تحلیل های انجام گرفته با کمک نرم افزار اجزاء محدود آباکوسبه کمک الگوریتم حل استاندارد و صریح و در شرایط دوبعدی و در حالت استاتیکی و دینامیکی انجام گرفته است.نتایج حاصل از تحلیل های انجام گرفته نشان می دهد که بخش عمده تغییرشکل های بدنه سد و رویه بتنی بر اثر آبگیری مخزن اتفاق می افتد. با افزایش ارتفاع آب در مخزن سد تغییرشکل رویه بتنی عمود بر امتداد رویه دچار افزایش گردیده و تنشهای کششی در ابتدا و تنش های فشاری در میانه رویه بتنی توسعه پیدا می کنند. مهمترین عامل در عملکرد سد، ارتفاع سد و مشخصات مصالح ناحیه اصلی بدنه سد می باشد. با افزایش ارتفاع سد و کاهش سختی مصالح ناحیه اصلی بدنه سد، رویه بتنی با نرخ افزایشی دچار نشست گردیده و تنش های کششی با مقادیر بزرگ در ابتدای رویه بتنی، گسترش می یابند. به طور کلی با افزایش نشست رویه بتنی مقدار تنش های کششی در رویه بتنی و همچنین مقدار بازشدگی درز پیرامونی، افزایش می-یابد، این در حالی است که چگونگی توسعه تنش های فشاری در رویه بتنی دارای روند مشخصی نیست. نیروی وارده از طرف مخزن سد، عامل مهمی در مقدار تنش های کششی و فشاری توسعه یافته در حین زلزله، در رویه بتنی می باشد. در شرایط دینامیکی، شتاب زلزله، مشخصات مصالح بدنه سد و ارتفاع سد عوامل موثر بر مقدار تنش های توسعه یافته در رویه بتنی هستند. به استثنای اثر ارتفاع سد و ضخامت رویه بتنی، عوامل دیگر تاثیر چشمگیری در میزان تنش های کششی و فشاری در 40 درصد انتهائی رویه بتنی، در نزدیکی تاج سد ندارند. موقعیت وقوع حداکثر تنش های کششی و فشاری در رویه بتنی در شرایط مختلف، متفاوت بوده و در فاصله 10 تا 40 درصدی طول کل رویه و نسبت به پاشنه سد، قابل مشاهده است. نتایج نشان می دهد که مقدار نشست تاج سد در شرایط استاتیکی و دینامیکی مقدار ناچیزی است و حداکثر تغییرشکل های ماندگار بر اثر زلزله در نزدیکی تاج سد و در دامنه پائین دست، رخ می دهند. این در حالی است که وقوع زلزله باعث گسترش مقادیر بزرگ تنش های کششی در رویه بتنی می گردد که باعث آسیب جدی و ترک خوردگی رویه بتنی خواهد شد.

پایدارسازی جداره های گودبرداری با استفاده از سازه های نگهبان در قالب سیستم های مختلف نگهدارنده صورت می گیرد. در این تحقیق سیستم نگهبان شمع پشت بند و مهار تای بک مورد بررسی قرار می گیرد. برای طراحی سازه های نگهدارنده ی گود، توزیع فشار اعمالی خاک از جمله عوامل مهم در طراحی است. نحوه ی القاء شدن تنش ها در خاک پشت دیواره ها بر توزیع فشار جانبی خاک تأثیرگذار می باشد. بنابر این بکارگیری مدل رفتاری که بتواند رفتار خاک را در مسیرهای متفاوت به خوبی پیش بینی کند، ضروت می یابد، لذا در این تحقیق جهت مطالعه ی استاتیکی سازه نگهبان شمع و مهار برای شبیه سازی رفتار خاک از یک مدل الاستوپلاستیک جامع دو سطحه ی جدید استفاده شده است و رفتار سازه نگهبان در قالب یک مطالعه ی پارامتریک مورد بررسی قرار می گیرد. در این بخش اثر عواملی مانند میزان نیروی پیش تنیدگی مهارها، طول گیرداری مهارها، موقعیت اولین تراز مهار، فاصله بین شمع ها، سختی شمع، عمق نفوذ شمع در خاک مورد بررسی قرار می گیرد، همچنین نحوه آرایش مهارها بررسی می شود و اثر این پارامترها بر توزیع فشار جانبی خاک، لنگر خمشی شمع، نیروی محوری مهارها و تغییر شکل جانبی شمع مورد بررسی قرار می گیرد. با توجه به اهمیت نیروی زلزله و اثرات مخرب آن در سازه ها و عملکرد سازه های نگهبان شمع و تای بک در برابر زلزله، بررسی رفتار دینامیکی این نوع دیوار مهار شده ضروری است. یک مدل خوب برای اندرکنش دینامیکی خاک – سازه شامل منحنی های هیسترتیک تنش- کرنش خاک است به طوریکه مشخصه جذب انرژی واقعی خاک را در برداشته باشد. مدل های سطح مرزی که با استفاده از مفهوم پارامتر وضعیت توسعه داده شده اند، جهت شبیه سازی رفتار استاتیکی و تناوبی خاک های ماسه ای مناسب می باشند. یکی از این مدل های رفتاری در قالب برنامه ی تفاضل محدود flac3d به خدمت گرفته شده است. جهت صحت سنجی نتایج حاصل از مدل رفتاری لازم است آزمایش های مختلفی شبیه سازی و نتایج با داده های تجربی مقایسه شود. مقایسه ی نتایج، حاکی از دقت و کارآمدی مدل رفتاری مذکور در پیش بینی ویژگی های رفتاری مهم خاک های ماسه ای است.

جهت اندازه گیری سختی خمشی پارچه، روش های متفاوتی با اصول اندازه گیری متفاوت ارائه شده که سختی های خمشی متفاوتی برای پارچه گزارش می دهند. یکی از متداول ترین این روش ها، روش پیرس (روش تیر طره ای) است، که چرخش انتهای نمونه در آزمایش ها، سبب ایجاد خطا در این روش می شود. در این تحقیق، روشی جهت اندازه گیری مدول خمشی پارچه پیشنهاد شد. فکی متحرک، به منظور فراهم کردن تکیه گاه-هایی، جهت تغییر شکل پارچه، استفاده شد. یک انتهای پارچه، همانند روش پیرس، روی تکیه گاه گیردار محکم شد، در حالیکه انتهای دیگر پارچه، جهت اجتناب از خطای پیچش سر پارچه، روی تکیه گاه ساده قرار داده شد. سپس، این مجموعه در مقابل دوربین عکسبرداری قرار داده شد و از پارچه ی خم شده، در پنج فاصله تکیه گاه مختلف، تصویر برداری شد و تصاویر ذخیره شدند. سپس مختصات نقطه ی خیز ماکزیمم و شکل منحنی خمش پارچه با استفاده از روش پردازش تصویر به صورت اتوماتیک به دست آمد. در مرحله ی بعد، با توجه به مختصات نقطه ی خیز ماکزیمم و با استفاده از فرمول تغییر شکل های کوچک تیر الاستیک، مدول و سختی خمشی پارچه به دست آمد. به منظور ارزیابی نتایج، پارچه در نرم افزار آباکوس مدلسازی شد و منحنی خمش تئوری پارچه با توجه به مدول خمشی به دست آمده، در هر دو حالت تغییر شکل های کوچک و تغییر شکل های بزرگ، به دست آمد. همچنین مدول وسختی خمشی نمونه ها با استفاده از روش پیرس نیز محاسبه شد. با مقایسه ی منحنی خمش پارچه در حالت تجربی و منحنی خمش تئوری پارچه در دو حالت تغییر شکل های کوچک و تغییر شکل های بزرگ، مشاهده شد که، منحنی ها در هر پنج فاصله تکیه گاه به هم نزدیک می باشند، البته اختلاف بین منحنی خمش، در حالت تغییر شکل های کوچک و بزرگ، با افزایش فاصله تکیه گاه ها افزایش یافت، که بیانگر نزدیک شدن تغییر شکل ها، به تغییر شکل های بزرگ و در نتیجه کاهش دقت معادلات تغییر شکل های کوچک می باشد. اما این اختلافات، حتی در بیشترین فاصله ی تکیه گاه نیز ناچیز می باشند. در نتیجه می توان جهت محاسبه ی سختی خمشی پارچه، از معادلات تغییر شکل های کوچک، با دقت قابل قبول استفاده کرد. همچنین مقایسه ی نتایج به دست آمده از روش ارائه شده در این تحقیق با نتایج روش پیرس نشان داد که همبستگی بالایی بین سختی خمشی به دست آمده از این دو روش وجود دارد. در نتیجه می توان از این روش جهت محاسبه سختی خمشی پارچه استفاده کرد.

ساخت و ساز بر روی خاک های نرم و تراکم پذیر با مشکلاتی نظیر نشست بیش از حد و یا کمبود ظرفیت باربری مواجه می باشد. برای غلبه بر این مشکلات استفاده از پی های عمیق یا شمع های ریزشی و کوبشی گزینه ای می باشد که برای غلبه بر این مشکلات بکار گرفته می شود. در این سیستم ها بار سازه ی فوقانی به لایه های زیرین که مقاومت بیشتری دارند منتقل شده و به همین خاطر از نشست بیش از حد سازه فوقانی جلوگیری شده و سبب افزایش ظرفیت باربری می گردد. اگرچه این روشها به نظر سودمند می باشند ولی در صورت استفاده در مساحت های زیاد به صرفه نبوده و به علاوه سبب تأخیر در پروژه می گردد. به عنوان جایگزینی برای پی های عمیق ممکن است از روش های بهبود خاک به منظور افزایش سختی و مقاومت لایه های سطحی خاک استفاده گردد. در 70 سال گذشته روشهای بهبود خاک بیشتر بر روی روشهای ارتعاشی به منظور تراکم خاکهای بدون چسبندگی استفاده می شود. . در این پایان نامه ضمن معرفی تکنیک جدید و کم هزینه ی پایه های سنگریزه ای کوبیده شده و ارائه ی ویژگی های مهندسی آن، به بررسی رفتار این پایه ها در حین فرآیند ساخت آن ها پرداخته می شود. در این راستا از روش المان مجزا به منظور مدل سازی فرآیند ریزش و کوبش لایه های سازنده rap استفاده شده است. در ادامه تحت یک مطالعه پارامتریک به مقایسه رفتار پایه ها در حین فرآیند ساخت برای حالات مختلف هندسه پایه و مشخصات خاک اطراف آن پرداخته شده است. مطالعات پارامتریک انجام شده در این تحقیق علاوه بر کمک به شناسایی بهتر رفتار پایه ها می تواند به عنوان یک راهنما به منظور تخمین میزان اتساع پایه در شرایط مختلف به کار گرفته شود.

بهبود کیفیت و اصلاح خاک از جمله مسائلی است که مهندسین عمران همواره با آن درگیر بوده اند و روش های گوناگونی برای انواع خاک ها به کار گرفته شده است. در این میان خاک های دانه ای و رسوبات ماسه ای سست، به دلیل خصوصیات مقاومتی و ظرفیت باربری پایین، نفوذپذیری زیاد و همچنین مسائلی که در گودبرداری و حفاری در این خاک ها وجود دارد همواره مشکل ساز بوده و روش های مختلفی مانند مهار، میخ کوبی، میکروپایل، تزریق و غیره برای این نوع خاک ها به کار گرفته می شود. تکنیک تزریق، امروزه به عنوان یکی از روش های رایج برای اصلاح این نوع خاک هاست و به منظور رسیدن به اهدافی مشخص، که مهم ترین آنها کاهش نفوذپذیری و بهبود خواص مقاومتی خاک است به کار گرفته می شود. تزریق شیمیایی روشی نسبتاً جدید است که به منظور بهبود خواص خاک های دانه ای ریزدانه، که به دلیل کوچک بودن منافذ آنها امکان تزریق سیمان در آنها وجود ندارد، کاربرد دارد. در این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی اثر تزریق شیمیایی روی ماسه بد دانه بندی شده پرداخته شده است. ماده تزریقی یک رزین پایه آمینی با نام تجاری ftr-88، می باشد که برای اولین بار به عنوان دوغاب تزریق مورد استفاده قرار گرفته ولی در تحقیقات پیشین، کاربرد این رزین برای تثبیت سطحی خاک و همچنین به عنوان ماده افزودنی قیر، نتایج قابل قبولی به همراه داشته است . این ماده خصوصیات یک سیال مناسب برای تزریق، یعنی قابلیت رقیق شدن و همچنین کنترل زمان گیرش را داراست و می توان آن را در محیط های اشباع نیز به کار گرفت. نمونه های تزریق شده دارای قطر 5 سانتیمتر و ارتفاع 11 سانتیمتر هستند. تزریق هم در نمونه های اشباع و هم در نمونه های خشک و با رعایت کلیات استاندارد astm d4320، روش استاندارد برای آماده سازی آزمایشگاهی نمونه های تزریق شده با دوغاب شیمیایی برای تعیین پارامترهای مقاومت طراحی، انجام شده است. نمونه های اشباع پس از تزریق، در زیر آب، و نمونه های خشک در هوای آزاد عمل آوری شده اند. متغیرهای درصد تراکم خاک و تعداد روز عمل آوری برای نمونه ها در نظر گرفته شده است. آزمایش های صورت گرفته شامل نفوذپذیری نمونه های اشباع، تک محوری نمونه های خشک، تک محوری نمونه های اشباع، سه محوری uu نمونه های خشک، سه محوری cu نمونه های اشباع، بارگذاری سه محوری دوره ای نمونه های اشباع و تعیین سرعت موج فشاری ضربه ای نمونه های خشک و اشباع، می باشد. با انجام آزمایش های ذکر شده، رفتار استاتیکی و دینامیکی خاک دانه ای تزریق شده با این پلیمر به طور کامل مورد بررسی قرار گرفت. به طور کلی تزریق این رزین نتایج بسیار مناسبی بر خواص خاک داشت. در حالت خشک تا حدود 10% وزن مخصوص خاک افزایش پیدا کرد. بازه ی نفوذپذیری خاک حدود 100 مرتبه کاهش یافت؛ از طرفی مقاومت های بسیار بالایی در آزمایش های مختلف بدست آمد. با بررسی این نتایج مشخص شد تأثیر اصلی تزریق این ماده، بر چسبندگی خاک بوده و زاویه اصطکاک داخلی خاک تغییر محسوسی نمی کند. از طرفی با انجام آزمایش سه محوری دوره ای مشخص شد تزریق این رزین مقاومت دوره ای مناسبی برای خاک فراهم می کند؛ البته پارامترهای فرکانس بارگذاری، دامنه بارگذاری دینامیکی و همچنین درصد تراکم خاک تزریق شده تأثیر کاملاً مستقیمی بر رفتار دینامیکی خاک تزریق شده دارد.

مصالح بنایی یکی از قدیمی ترین مصالح مورد استفاده در ساختمان سازی است. فراوانی، سازگاری با اکثر شرایط آب و هوایی، عدم نیاز به نیروی متخصص در ساخت و دوام و پایداری مصالح بنایی از جمله دلایلی است که موجب شده این مصالح پیوسته درساخت-وسازها مورد توجه قرار گیرد. بخش عظیمی از ساختمان های موجود در ایران و بسیاری از نقاط جهان از مصالح بنایی ساخته شده است. با این وجود، درک و دانش مهندسان سازه نسبت به رفتار این نوع سازه ها کافی نیست و کماکان تحقیقات بیش تر به منظور شناخت صحیح رفتار مصالح بنایی به عنوان یک ضرورت مطرح است. این ضرورت در کشور ما که بر روی کمربند زلزله واقع شده و ساکنان ساختمان های بنایی آن طی زلزله های اخیر خسارات جبران ناپذیری را متحمل شده اند، بیش از سایر نقاط حس می شود. در آنالیز رفتار سازه ها پیش از هر چیز به یک مدل رفتاری که توانایی شبیه سازی رفتار مصالح را داشته باشد نیاز است. بدیهی است همواره ارائه ی یک مدل ساختاری دقیق امکان پذیر نیست زیرا که در نظر گرفتن کلیه ی متغیرهای طبیعی دخیل غیرممکن است. این موضوع در مورد مصالح بنایی نسبت به دیگر مصالح موجود، هم چون بتن و فولاد، مصداق بیش تری دارد. پیچیدگی های رفتار مکانیکی مصالح بنایی از یک سو و عدم دسترسی به پارامترهای مادی اجزاء تشکیل دهنده ی آن از سوی دیگر گواه این مطلب است. ارائه ی یک مدل رفتاری که توانایی پیش بینی خواص هیسترزیس مصالح را داشته باشد باز هم از ارائه ی مدل رفتاری منوتونیک دشوار تر بوده و نیازمند شناخت دقیق رفتار مصالح در حالات مختلف بارگذاری تناوبی است. در این تحقیق تلاش شده است با استفاده از نتایج آزمایش های سیکلیک موجود یک مدل رفتاری منوتونیک به یک مدل رفتاری تناوبی توسعه داده شود. مدل رفتاری منوتونیک بر پایه ی مفاهیم پلاستیسیته فرمول بندی شده و توسط دو سطح تسلیم، از نوع رانکین و هیل به ترتیب در شکست کششی و فشاری، قابلیت مدل سازی رفتار سخت شونده و نرم شونده ی مصالح را دارد. بر اساس این مدل رفتاری، مصالح بنایی یک ماده ی همگن و غیرایزوتروپ در نظر گرفته می شود که در هر یک از دو راستای اصلی ماده (موازی و عمود بر درزه های خوابیده) رفتاری متفاوت از راستای دیگر نشان می دهد. در توسعه ی مدل منوتونیک به سیکلیک و در داخل سطح تسلیم از مفهوم کرنش معادل استفاده شده به طوری که بتوان از روابط تک محوری تنش-کرنش در تعیین مسیرهای باربرداری و بارگذاری مجدد کمک گرفت. مسیرهای باربرداری و بارگذاری مجدد در کشش به صورت یکسان و با یک خط تعریف شده اند. در فشار، مسیر باربرداری غیرخطی و بارگذاری مجدد خطی در نظر گرفته شده و فرضیه ی باربرداری و بارگذاری مجدد الاستیک خطی برای مولفه ی برشی پذیرفته شده است. مدل رفتاری سیکلیک توسعه داده شده در یک نرم افزار اجزاء محدود که قابلیت برنامه نویسی را داشته پیاده شده و اعتبار آن در مقایسه با داده های آزمایشگاهی موجود سنجیده شده است. نتایج حاکی از آن است که این مدل رفتاری توانایی پیش بینی ویژگی-های منحنی هیسترزیس از جمله کاهش سختی و مقاومت، کرنش پسماند در تنش صفر، باز و بسته شدن ترک ها و اتلاف انرژی طی سیکل های متوالی بارگذاری-باربرداری را تا حد قابل قبولی دارد و می تواند در مدل سازی مصالح بنایی به روش ماکرو به کار گرفته شود.

پل های کابلی ایستا دهانه بزرگ، به طور ذاتی دارای رفتار غیر خطی هندسی و مصالح می باشند. رفتارهای غیرخطی از قبیل: شکم دادگی کابل ها، اندرکنش نیروی محوری و لنگر خمشی در برج ها و عرشه پل و نیز تغییر شکل های بزرگ سازه پل. عرشه این پل ها به علت مولفه افقی نیروی پیش کشش کابل ها و همچنین رفتار غیر خطی هندسی، تحت بارهای محیطی خصوصاً زلزله، نیروی محوری بالایی را متحمل می شود. ممکن است که محدوده ای از عرشه وارد ناحیه بعد از کمانش موضعی گردد. هدف اصلی در این رساله بررسی نواحی بعد از کمانش موضعی عرشه به ازای بارهای لرز ه ای می باشد. لذا بر اساس مدل اجزای محدود سه بعدی، از پل کابلی ایستایی، به بررسی رفتار لرزه ای آن، بر اساس رویه حل دینامیکی صریح، پرداخته شده است. با انتخاب و توسعه اجزای محدود المان کابل، به کمک المان تیر با سختی خمشی پایین، برخی از پارامترهای دینامیکی پل از قبیل: فرکانسها و شکل های ارتعاشی بدست آمد. مطالعه پارامتری جامعی بر روی خصوصیات دینامیکی پل انجام گرفت. بر اساس تحلیل مودی فرکانس های طبیعی پل، بین 2/0 تا 1 هرتز بود. پاسخ لرزه ای پل به تحریکات زمین لرزه به صورت یکنواخت و غیر یکنواخت تکیه گاهی، بر اساس چندین رکورد زلزله انتخابی، مقایسه شده است. رفتار پل تحت بارهای لرزه ای با توجه به تغییر شکل های کوچک و بزرگ مقایسه شده است. پاسخ لرزه ای سازه پل کابلی ایستای دهانه بزرگ تحت رفتار خطی و غیر خطی هندسی، متفاوت بود. رفتار غیر خطی مصالح عرشه، با توجه به تحریکات یکنواخت و غیریکنواخت، بر اساس تحلیل های خطی و غیر خطی هندسی، بررسی شده است. پاسخ لرزه ای پل با توجه به رفتار غیرخطی مصالح عرشه، اختلاف چندانی با رفتار خطی مصالح عرشه نداشت. طول دهانه اصلی عرشه بر پاسخ لرزه ای پل به صورت پارامتری مقایسه شده است. افزایش طول دهانه اصلی موجب افزایش تنش و نیرو در بعضی از اجزای پل نشد. همچنین مطالعه پارامتری جامعی با توجه به نیروی پیش کشش کابل ها و انعطاف پذیری پی انجام شده است. بررسی های لرزه ای پارامتری، با توجه به تحریک یکنواخت و غیر یکنواخت چندین رکورد زلزله، تحت تحلیل دینامیکی خطی و غیرخطی هندسی صورت گرفته شده است. با افزایش میزان خیز منفی عرشه و انعطاف پذیری پی پاسخ پل افزایش نیافت. و پاسخ لرزه ای پل به رکورد زلزله و محتوای فرکانسی آن بستگی داشت. در انتها، بر اساس تحلیل های انجام شده، نواحی بعد از کمانش موضعی عرشه بررسی گردید. بر اساس تحریک یکنواخت چندین زلزله مورد بررسی، با توجه به در نظر گرفتن تغییر شکلهای بزرگ، محدوده ای از عرشه وارد ناحیه بعد از کمانش موضعی شده است.

مشاهدات انجام شده پس از زلزله های شدید، نشان داده است که سازه های نامتقارن در پلان، ممکن است آسیب های شدیدی را تجربه کنند. روش رایج در بررسی اثرات عدم تقارن، مطالعه تغییرات جابجایی و تقاضای شکل پذیری نسبت به حالت متقارن است. سیستم های سازه ای مورد بررسی در تحقیقات پیشین به دو نوع سیستم های یک طبقه و سیستم های چند طبقه قاب خمشی محدود می شود. در این تحقیق، توزیع تقاضای شکل پذیری در پلان و ارتفاع برای سیستم های دوگانه قاب خمشی و دیوار برشی نامتقارن، مورد مطالعه و ارزیابی قرار گرفته است. بدین منظور، ابتدا خروج از مرکزیّت در این سیستم ها، در قالب خروج از مرکزیّت جرم و دو نوع متفاوت از خروج از مرکزیّت سختی، تقسیم بندی شده است. در نوع اوّل از خروج از مرکزیّت سختی، عدم تقارن به وسیله دیوارهای برشی با طول متفاوت (با چیدمان متقارن)، ایجاد شده و در نوع دوم، عدم تقارن به کمک چیدمان نامتقارن اعضای دیوار برشی (با طول یکسان) ایجاد شده است. جهت بسط مدل های سیستم دوگانه، ابتدا با استفاده از روش قاب ژنریک مدل های هشت، چهارده و بیست طبقه قاب خمشی، توسعه داده شده و سپس دیوارهای برشی با نسبت سختی معینی به آن اضافه شده است. برای مدلسازی غیرخطّی اعضای تیر از رابطه لنگر-انحناء و برای مدل سازی غیرخطّی اندرکنش نیروی محوری و لنگر خمشی در اعضای ستون از المان الیافی (فنرهای محوری چندگانه مبتنی بر منحنی تنش-کرنش پایه مصالح) استفاده می شود. همچنین برای مدل سازی اعضای دیوار برشی از المان پانل استفاده شده و اندرکنش نیروی محوری و لنگر خمشی در این اعضاء نیز (مشابه اعضای ستون)، به کمک المان الیافی صورت گرفته است. این نحوه مدلسازی اعضاء ستون و دیوار برشی موجب می شود سختی سیستم در هر لحظه از زمان تابعی از مقاومت آن باشد و نیازی به در نظر گرفتن خروج از مرکزیت سختی و مقاومت به طور جداگانه، نباشد. در مدل های با خروج از مرکزیّت جرم، برای هر سازه نامتقارن سه حالت مختلف در نظر گرفته شده است: (1) خروج از مرکزیّت یک جهتی و حذف دیوارهای جهت متعامد، تحت تحریک یک مولّفه ای؛ (2) خروج از مرکزیّت یک جهتی و اضافه شدن دیوارهای جهت متعامد، تحت تحریک دو مولّفه ای؛ (3) خروج از مرکزیّت دو جهتی و حضور دیوارهای جهت متعامد، تحت تحریک دو مولّفه ای. نتایج این تحقیق، به دو صورت ارایه شده است؛ نخست تقاضای شکل پذیری (نرمال شده نسبت به حالت متقارن) دیوارهای طرّه ای موجود در لبه نرم و لبه سخت سازه به صورت کلّی و دوم به صورت توزیع تقاضای شکل پذیری (نرمال شده نسبت به حالت متقارن) در لبه نرم و لبه سخت سازه در تمامی طبقات. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد که بجز حالت خروج از مرکزیّت سختی نوع اوّل، هیچ گونه افزایشی نسبت به حالت متقارن، برای لبه سخت مشاهده نمی شود. همچنین در سازه های دارای خروج از مرکزیّت سختی نوع اوّل، می توان از تغییرات دو پارامتر تغییر مکان نهایی و تغییر مکان تسلیم به گونه ای استفاده کرد که توزیع شکل پذیری در پلان، تا حد ممکن یکنواخت شود. به طور کلّی تقاضای شکل پذیری کلّی لبه نرم، با افزایش تعداد طبقات از هشت به چهارده، کاهش می یابد و این کاهش، از سازه چهارده به بیست طبقه، چشم گیرتر است. همچنین با افزایش تعداد طبقات، اثرات کاهشی پیچش در لبه سخت،کاهش می یابد. با توجّه به نتایج این تحقیق می توان گفت مدل سازی دوبعدی برای بررسی اثرات پیچش در بیشینه پاسخ لبه نرم (به خصوص در سازه های کوتاه) گمراه کننده است. همچنین اضافه شدن خروج از مرکزیّت جهت دوم، در بیشینه پاسخ ها تأثیرات چشم گیری ندارد. پیرامون توزیع ارتفاعی اثرات پیچش در لبه نرم نیز، نتایج این تحقیق نشان می دهد که غالباً باید در طبقات پایین سازه انتظار بیش ترین اثرات پیچش را داشته باشیم.

به دلیل وجود ظرفیت های جذب انرژی در محدود? رفتار غیرخطی سازه ها، طراحی سازه ها به گونه ای که در مقابل زلزله طرح، الاستیک رفتار کند، امری غیر اقتصادی است. از این رو در اغلب آیین نامه ها، در روش های متعارف تحلیل لرزه ای که مبتنی بر روش های طراحی بر اساس نیرو می باشد، نیروهای زلزله با استفاده از یک ضریب کاهنده، موسوم به ضریب رفتار، به نیروهای حد طراحی کاهش داده می-شوند. با توجه به نقش کلیدی ضریب رفتار در تعیین نیروهای طراحی و نیز تاثیر عوامل متعدد بر رفتار خطی و غیر خطی سازه ها و پیچیدگی های موجود در ارزیابی این ضریب، برآورد مقادیر واقع بینانه و بررسی عوامل مختلف بر ضریب رفتار هم چنان مورد توجه محققین می باشد. در اغلب تحقیقات صورت گرفته جهت ارزیابی ضریب رفتار، سازه متکی بر تکیه گاه ثابت فرض شده و اثر انعطاف پذیری فونداسیون لحاظ نشده است. در حالتی که سازه روی بستری از خاک نرم قرار گرفته باشد، پاسخ دینامیکی سازه، تحت اثر اندرکنش خاک و سازه دستخوش تغییر می گردد. هدف اصلی از این تحقیق، ارزیابی تاثیر انعطاف پذیری فونداسیون بر ضریب رفتار سازه-های قابی شکل بتن آرمه می باشد. برای دستیابی به این هدف، مجموعه ای از مدل های ژنریک 5، 10 و 20 طبقه به منظور بررسی پاسخ قاب های ساختمانی بتن آرمه بسط داده شده اند. مدل های ژنریک مذکور به صورت قاب های دو بعدی تک دهانه می باشند که با استفاده از المان های تیر و ستون مدل سازی گردیده اند. در این مدل ها، رفتار غیر خطی در عضو خمشی تیر با استفاده از تیوری لنگر-انحنا و در عضو ستون به وسیله المان های الیافی مدل سازی شده است. در مدل المان های الیافی از فنرهای محوری چندگانه که مبتنی بر منحنی تنش-کرنش پایه مصالح می باشند، استفاده می شود که بر اساس آن اندرکنش بین نیروی محوری و خمشی در نظر گرفته می شود. هم چنین اثر انعطاف-پذیری فونداسیون با استفاده از روش زیر سازه و با محاسبه سختی های دینامیکی (توابع امپدانس) فونداسیون، در نظر گرفته شده که به صورت المان های فنر و میراگر در زیر سازه قابی مدل سازی شده است. به منظور تعیین ضریب رفتار سازه، از تحلیل دینامیکی غیر خطی استفاده گردیده است. بدین ترتیب که هر مدل ژنریک با سختی و مقاومت مشخص، در حالت های مختلف انعطاف پذیری فونداسیون، تحت تحریک زمین لرزه، با نسبت های pga مقیاس شده به صورت افزاینده، تحلیل تاریخچه زمانی می گردد. با افزایش تدریجی حداکثر شتاب نرمال رکورد، آنالیز سازه تا رسیدن به حد تسلیم و سپس تا رسیدن به حد نهایی ادامه می یابد که در نتیجه آن مقاومت الاستیک و غیر الاستیک سازه به دست می آید. ضریب رفتار از نسبت مقاومت غیر الاستیک به مقاومت الاستیک مدل سازه ای، به ازای شرایط مختلف انعطاف پذیری پایه و نیز در حالت پایه ثابت، به دست می آید. نتایج حاصل از این تحقیق، تحت اثر پنج رکورد مصنوعی مورد استفاده نشان می دهد که تاثیر اندرکنش خاک و سازه بسته به شرایط خاک تکیه گاهی می تواند موجب کاهش یا افزایش ضریب رفتار گردد. میزان این تغییرات بسته به سختی سازه، مقاومت در برابر بار جانبی و محتوای فرکانسی تحریک متفاوت می باشد؛ به طوری که در برخی از موارد، صرف نظر از اثر اندرکنش می تواند طراحی سازه را نسبت به حالت فرض تکیه گاه ثابت در جهت خلاف اطمینان قرار داده و در برخی حالات، می توان از این اثر صرف نظر نمود.

لوله های مدفون به عنوان شریان های حیاتی تلقی شده به طوری که آسیب زلزله به این خطوط می تواند باعث بسط خرابی، ایجاد آتش سوزی و یا ادامه ی زندگی را برای بازماندگان این واقعه دچار اختلال کند. هر چند گزارشات کمی در مورد خرابی لوله های مدفون تحت انتشار امواج زلزله وجود دارد، اما حرکت های ماندگار زمین این خطوط را به شدت دچار آسیب می کند. در این بین خطوط لوله ی پلی اتیلن با وجود تحقیقات کمی که در این زمینه صورت گرفته، همچنان روز به روز بر کاربردشان افزوده می گردد. به طوری که در مورد لوله های دوجداره ی پلی اتیلنی مدفون در گسل و یا تحت انتشار امواج زلزله تحقیقی تا کنون گزارش نشده است. این لوله ها به دلیل دو جداره بودن دارای ضخامت های خیلی کوچکی نسبت به انواع جدار صاف خود می باشند که علی رغم شکل پذیری زیاد، آسیب پذیری شان در زلزله باید تحقیق گردد. در این پایان نامه تاکید عمده بر روی بررسی رفتار لوله ی پلی اتیلن دوجداره ی مدفون در گسلش یا تحت انتشار امواج زلزله است. برای این منظور این نوع لوله ها با دو روش موجود تحلیل مورد ارزیابی رفتاری قرار گرفته و یک روش پیشنهادی این پایان نامه که مستقل از آیین نامه عمل می کند،به شکل واقع بینانه تری و به صورت سه بعدیرفتارشان را مورد تحلیل و ارزیابی قرار می دهد. این لوله ها تحت جابجایی های خیلی کم گسل، تاثیرات عمده ای دیده و برعکس انواع جدار صاف که در جابجایی های منجر به فشار در لوله، کرنش های بالایی را تجربه می کنند، در این لوله ها کرنش در طول بیشتری از لوله و با مقادیر خیلی کمتر تحمل می شود. این نوع عملکرد لوله ی پلی اتیلن دوجداره تحت فشار یک مزیت عمده ی این لوله ها تلقی می گردد. هرچند که برای لوله های فولادی و پلی اتیلن جدار صاف، زاویه ی برخورد نزدیک به 90 درجه با گسل گامی درجهت کاهش کرنش ها تحت اثر گسلش محسوب می شود؛ برای لوله های پلی اتیلن دوجداره زاویه ی برخورد نزدیک به 180 درجه یک پیشنهاد کاربردی محسوب می شود. همچنین از تحلیل این نوع از لوله ها تحت انتشار امواج زلزله می توان به این نتیجه رسید که، هرچند تحت انتشار امواج زلزله احتمال بوجود آمدن کرنش های پسماند در لوله هست، اما مقادیر کرنش هایی که لوله در طی زلزله تجربه می کند خیلی کمتر از کرنش های مجاز برای این نوع لوله ها می باشند.

گسترش روزافزون جوامع شهری، اهمیت شریانهای حیاتی بر زندگی عمومی را بیشتر کرده است. یکی از مهمترین شریانهای حیاتی خطوط انتقال انرژی می باشند. مهمترین علت شکستگی لوله ، جابجایی ناشی از زلزله می باشد. این جابجاییها به دو صورت گذرا و ماندگار می باشد. جابجایی گذرا در اثر موج و جابجایی ماندگار در اثر پدیده های ژیو تکنیکی مانند روانگرایی و گسل می-باشد.از این میان روانگرایی عمده ترین عامل این شکستگیهاست. مدلسازی روانگرایی به دلیل پیچیده بودن رفتار خاک با استفاده از مدلهای عمومی موجود در نرم افزارهای اجزا محدود ممکن نیست. در اینجا، ابتدا یک مدل ساختاری برای توجیه رفتار ماسه های اشباع در زلزله نوشته شده و پارامترهای این مدل بر اساس نتایج آزمایشهای سه محوری، کالیبره شده است. پس از این، مدلهای مختلف اجزا محدود خاک و لوله ساخته شده و تحلیل شده است. این مدلها شامل خاکهای چند لایه ای است تا اثر تعداد لایه ها بر زفتار لوله مشاهده شود. همچنین اثر ارتفاع لایه خاک روانگرا بر تغییرات تنش و کرنش مطالعه شده است. از دیگر مزیتهای این مدل ساختاری تعیین تقریبی زمان روان شدن خاک و همچنین شدت روانگرایی در نقاط مختلف خاک است. به صورتی که با نمودارهایی که برای شدت روانگرایی در نقاط مختلف محیط خاک به دست آمده، می توان شدت روانگرایی را به دست آورد.

در محاسبه سختی دینامیکی پی¬ها و نیز برآورد حرکت ورودی مؤثر وارد بر سازه¬ها تحت اثر زلزله روش¬های مختلفی بسط داده شده است که از آن جمله می¬توان به روش¬های تحلیلی و نیمه¬تحلیلی، روش اجزای مرزی، روش¬های اجزای محدود پیچیده از قبیل روش لایه نازک، روش اجزای مرزی مقیاس شده اشاره نمود. در این راستا استفاده از روش¬های دقیق نیازمند پیش¬زمینه تئوریکی قوی و نیز تخصصی قابل توجه جهت ایده¬آل¬سازی سیستم دینامیکی می¬باشد. آماده¬سازی داده¬ها و تفسیر نتایج باید با دقت انجام گردد. هزینه محاسباتی این روش¬ها برای تنها یک مرتبه اجرا زیاد است؛ به این ترتیب، روش¬های دقیق می¬تواند به یک برداشت نادرست از نتایج منجر شده که به این می¬توان از بین رفتن درک فیزیکی به علت پیچیدگی ریاضی را نیز افزون کرد. از این رو این روش¬ها را می¬توان تنها برای پروژه¬های بزرگ یا تاسیسات حیاتی یا بحرانی از قبیل نیروگاه¬های هسته¬ای، پناهگاه¬های نظامی و سدها، با بودجه متناظر و زمان موجود به کار برد. بنابراین منطقی است بیشتر تحلیل¬های ارتعاش پی با استفاده از روش¬های دقیق انجام نشده و در عوض روش¬های مبتنی بر مقاومت مصالح به خدمت گرفته شوند. در زمره روشهای مبتنی برمقاومت مصالح سه نوع مختلف مدل وجود دارد: مدل¬های پارامتر متمرکز، مدل¬هایی بر مبنای الگوهای موج تعیین شده در صفحه افقی امواج یک¬بعدی حجمی و سطحی و امواج استوانه¬ای؛ و مدل¬های مخروطی. در ده سال گذشته مدل های مخروطی برای مدل¬سازی رفتار دینامیکی خاک در موارد عملی توسعه یافته¬اند. با استفاده از مدل های مخروطی، موارد کاربردی با پیچیدگی معقول را می¬توان تحلیل نمود. در این روش ساختگاه می¬تواند دارای هر تعداد لایه افقی بوده و مدل¬سازی تغییرات عمومی مشخصات در عمق را ممکن می¬نماید. همچنین با استفاده از این روش افزون بر پی¬های سطحی، پی¬های مدفون را نیز می¬توان تحلیل نمود و تحریک لرزه¬ای را می¬توان بدون معرفی فرضیات جدید پردازش نمود. در روش مبتنی بر مدل¬های مخروطی که عمدتـا" در حل¬های در حوزه فرکانس به خدمت گرفته می¬شوند مفروضات تئوری مقاومت مصالح یک¬بعدی برای مخروط¬ها استفاده می¬شود و به ویژه، انعکاس و انکسار امواج در ناپیوستگی¬های مصالح که منجر به ایجاد ضرایب انعکاس وابسته به فرکانس برای مخروط¬ها، میله¬ها و تیرهای ناقص می¬شود، به طور دقیق در نظر گرفته می¬شوند. با این حال، معادله موج یک¬بعدی برای مخروط¬ها را می¬توان به صورت مستقیم در حوزه زمان حل نمود. لزوم کار در حوزه فرکانس در یک تحلیل سازگار دقیق از سازوکار موج در محل ناپیوستگی مصالح ناشی می¬شودکه در آن ضریب انعکاس تابعی ازفرکانس می¬باشد. با این حال، حد فرکانس پایین و حد فرکانس بالای مستقل از فرکانس و تابعی از مشخصات مصالح دو لایه در سطح مشترک هستند. بنابراین، چنانچه یکی از این حدود به عنوان تقریب به کار رود، یک فرمول¬بندی مستقل از فرکانس برای سازوکار موج در محل ناپیوستگی مصالح به دست می¬آید که امکان تحلیل مستقیم در حوزه زمان را بدون هیچ تبدیلی به حوزه فرکانس یا از حوزه فرکانس فراهم می¬کند. فرمول¬بندی مستقیم در حوزه زمان با استفاده از روش مخروطی محدود به درجه آزادی انتقالی یک پی سطحی واقع بر روی یک نیم-فضای چندلایه می¬باشد، هدف از این پایان نامه توسعه مدل مخروطی در حوزه زمان به درجه آزادی گهواره¬ای برای پی واقع بر روی یک ساختگاه چندلایه می¬باشد. بدین ترتیب امکان محاسبه رابطه لنگر اندرکنش- دوران در حوزه زمان جهت کاربرد در تحلیل مسائل اندرکنش خاک -سازه فراهم می¬شود.

چکیده در طرح لرزه ای سازه ها, معمولاًً از تاثیر انعطاف پذیری فونداسیون چشم پوشی می شود. به این ترتیب در اغلب موارد, طراحی بر اساس نتایج آنالیز استاتیکی و یا دینامیکی سازه و با فرض تکیه گاه ثابت انجام می گیرد. اما در صورتیکه سازه بر روی بستری از خاک نرم قرار گرفته باشد, استفاده از فرض مذکور منطقی نیست و نتایج حاصل از پاسخ مدل ایده آل با واقعیت مطابقت و همخوانی ندارد. هدف اصلی از این تحقیق ارزیابی تاثیر انعطاف پذیری فونداسیون بر شکل پذیری مورد نیاز سازه های قابی شکل بتن آرمه می باشد. برای دست یابی به این هدف, مجموعه ای از مدل های ژنریک 5 ,10 و20 طبقه به منظور بررسی پاسخ قاب های ساختمانی بتن آرمه مورد استفاده قرار گرفته اند. مدل های ژنریک مذکور به صورت قاب های سه بعدی و با به کارگیری المان های تیر و ستون ایده آل گردیده اند. در این مدل ها, رفتار غیر خطی در عضو خمشی تیر با استفاده از تئوری لنگر-انحناء و در عضو ستون به وسیله المان های الیافی مدلسازی شده است. در مدل المان های الیافی از فنر های محوری چندگانه که مبتنی بر منحنی تنش-کرنش پایه مصالح می باشند, استفاده می شود که به این ترتیب, اندرکنش بین نیروی محوری و خمش دو جهتی مد نظر قرار می گیرد. همچنین اثر انعطاف پذیری فونداسیون با استفاده از روش زیرسازه و به کارگیری توابع امپدانس, لحاظ شده است. در این راستا, سختی و میرایی دینامیکی خاک با استفاده از المان های فنر و میراگر ایده آل گردیده است. در مدل های ژنریک, شکل پذیری مورد نیاز طبقات به صورت جابجایی نسبی نهایی طبقات, نسبت به جابجایی نسبی نظیر تسلیم تعریف می شود. به منظور تعیین جابجایی نهایی طبقات, تحلیل غیر خطی تاریخچه زمانی بر روی مدل های ژنریک انجام می شود. در تحلیل مذکور, تحریک سیستم سازه-فونداسیون به وسیله مجموعه ای از رکورد های زلزله صورت گرفته است که شامل حرکات عادی زمین و تحریک های نزدیک به گسل می باشد. همچنین به منظور محاسبه جابجایی نسبی نظیر تسلیم طبقات, تحلیل غیرخطی استاتیکی به کار می رود. الگوی بار جانبی مورد استفاده در این تحلیل, از آنالیز الاستیک خطی طیف پاسخ, به دست آمده است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد که تاثیر اندرکنش خاک و سازه در اغلب موارد, نیاز شکل پذیری طبقات را در قاب های خمشی بتن آرمه افزایش می دهد. در نتیجه, در نظر گرفتن تاثیر انعطاف پذیری فونداسیون در طراحی این گونه سازه ها, ضروری به نظر می رسد. دیگر نتایج این تحقیق نشان می دهد که توزیع نیاز شکل پذیری در ارتفاع سازه در بین مدل های ژنریک مختلف, بسیار متفاوت می باشد و بیشینه مقدار آن نیز, در طبقات مختلف رخ می دهد. همچنین مقایسه نتایج تحریک یک بعدی و دو بعدی مدل های ژنریک این نتیجه را به دست می دهد که نیاز شکل پذیری سازه تحت اثر تحریک دو بعدی افزایش می یابد. البته میزان این افزایش بسته به پریود طبیعی سازه, مقاومت آن در برابر بار جانبی و محتوی فرکانسی تحریک های نزدیک به گسل متفاوت می باشد.

با افزایش قابلیت های نرم افزاری، استفاده از روشهای عددی برای پیش بینی رفتار مصالح ژئوتکنیکی رو به گسترش است. از طرفی اعتبار نتایج حل عددی بستگی به مدل و معادله ساختاری بکار رفته برای رفتار خاک دارد. در این پایان نامه سعی شده است که با استفاده از مفاهیم تئوری حالت بحرانی و پلاستیسیته محاسباتی مدل های جامع رفتاری الاستو پلاستیکی برای پیش بینی دقیق انواع خاک ها تحت شرایط زهکشی شده و زهکشی نشده و در مسیرهای تنش متفاوت از طریق برنامه نویسی در برنامه matlab توسعه داده شود. در این تحقیق سه مدل رفتاری الاستو پلاستیک برای استفاده در برنامه های عددی توسعه داده شده است. مدل اول یک مدل رفتاری جامع ساده در چهارچوب حالت بحرانی برای شبیه سازی بارگذاری استاتیکی بوده که بسیاری از ضعف های مدلcam-clay اصلاح شده را بر طرف می کند. این مدل قادر به شبیه سازی روانگرایی استاتیکی در ماسه سست در حالت زهکشی نشده و رفتار اتساعی در ماسه متراکم و رس های پیش تحکیم می باشد. قانون جریان غیر متحد با استفاده از تابع پتانسیل شامل پارامتر اتساع، استفاده از زاویه lode در شیب خط حالت بحرانی، قابلیت انتخاب پارامترهای مدل بر حسب نوع خاک و در نهایت استفاده از روش نیمه ضمنی- نیمه صریح انتگرال گیری صفحات برشی cpm، در انتگرال گیری معادلات نموی تنش-کرنش در این مدل بکارگیری شده است که باعث تطابق خوب نتایج عددی و تجربی شده اند. یکی دیگر از ضعف های مدل خانواده cam-clay، عدم توانایی در تخمین دقیق ضریب فشار جانبی تحت شرایط تنش ادئومتر می باشد و از آن جا این مسیر تنش یکی از مسیر تنش های مهم در ژئوتکنیک می باشد دومین مدل الاستوپلاستیک جامع توسعه داده شده بر اساس یک ایده جدید به منظور اضافه کردن این قابلیت به مدل جامع قبلی توسعه داده شده است، به نحوی که با استفاده یک تابع تسلیم دو سطحه و در عین حال استفاده ازتنها یک پارامتر سخت شدگی به خوبی این مسیر تنش را مطابق نتایج تجربی( به طور مثال مانند رابطه جکی ) ، پیش بینی کند. در نهایت از آن جهت که مدل های الاستوپلاستیک در چهارچوب پلاستیسیته کلاسیک، به دلیل استفاده ازسطح تسلیم ثابت در فضای تنش، قادر به پیش بینی رفتار تناوبی خاک ها نمی باشند، یک مدل رفتاری بر مبنای تئوری حالت حدی و در چهارچوب مدل سطح مرزی توسعه داده شد. این مدل با در نظر گرفتن یک سطح دراکر- پراگر توسعه یافته با لحاظ کردن اثر زاویه lode برای سطح بارگذاری و سطح مرزی و بر اساس قانون نگاشت شعاعی جهت مرتبط ساختن وضعیت سطح تنش جاری و تنش نقطه تصویر، استفاده از قانون جریان غیر متحد، همچنین استفاده از مفهوم پارامتر وضعیت به عنوان یک پارامتر کلیدی توانایی بسیار خوبی در شبیه سازی مشخصه های رفتار تناوبی خاک های ماسه ای از خود نشان می دهد.

بر اساس مطالعات صورت گرفته حرکات زمین در نواحی نزدیک به گسل، از نوع حرکات ضربه ای و کوتاه مدت می باشند که این نوع حرکات ضربه ای، سازه را در معرض حجم بالایی از انرژی ورودی در زمان های ابتدای وقوع زلزله قرار می دهند. این حرکات پلس شکل اختصاص به مولفه حرکتی عمود بر راستای انتشار گسیختگی گسل، در زلزله های با خصوصیات جهت پذیری پیش رونده دارند. در یک حرکت نزدیک به گسل نیروها و تغییر مکان های اعمالی به سازه به لحاظ کمی می تواند به چندین برابر نیروها و تغییر مکان هایی که در یک حرکت عادی به سازه وارد می شوند برسند. در این تحقیق تلاش شده است که با استفاده از یکسری قاب های ژنریک بتن آرمه که در پریودهای مختلف و برای نیروهای برش پایه متفاوت طراحی شده اند و نیز استفاده از چندین حرکت نزدیک به گسل و دور از گسل، ضمن انجام مقایسه کمی میان پاسخ این سازه ها به حرکات نزدیک به گسل و دور از گسل، به یک دید کلی از چگونگی تغییرات پاسخ سازه های قابی بتن آرمه در حالت الاستیک و غیر الاستیک، در هنگام تحریک بوسیله حرکات نزدیک به گسل برسیم. نتایج حاصل از آنالیزهای حاکی از آن است که در حرکات نزدیک به گسل نیازهای اعمالی به سازه به لحاظ کمی تا چندین برابر نیازهای اعمالی به سازه در حرکات عادی می رسند. همچنین مشاهده می شود که سازه های با پریود بالاتر از پریود پالس موجود در رکورد تحریک، در هنگام تحریک بوسیله حرکات نزدیک به گسل رفتار بسیار متفاوتی را در مقایسه با سازه های با پریود پایین تر از پریود پالس موجود در رکرد تحریک از خود نشان می دهند. دو سازه های با پریود بالاتر از پریود پالس موجود در رکورد تحریک، ماکزیمم مقادیر شکل پذیری در طبقات میانی سازه رخ می دهند و یا به عبارتی دیگر این طبقات سریع تر از سایر طبقات جاری می شوند، اما در مورد دوم ماکزیمم مقادیر شکل پذیری در طبقات پایین سازه رخ می دهند.