بررسی رفتار تنش-کرنش بتن های با مقاومت بالا که توسط فولادهای جانبی محصور شده اند توسط پژوهشگران مختلفی بطور گسترده مورد توجه بوده و برای رسیدن به نگرش صحیحی از عملکرد این نوع بتن تعداد زیادی آزمایش صورت پذیرفته است. در نتیجه روابط تنش-کرنش متعددی در مورد ستون های با بتن با مقاومت بالا ارائه شده است. از آن جائیکه هر مدل بر پایه تعداد محدودی از داده های آزمایشگاهی هر پژوهشگر پیشنهاد شده، غالباً هر مدل نسبت به داده های آزمایشگاهی که براساس آن ارائه شده تخمین مناسبی داشته و در مورد سایر داده ها پیش بینی واقع بینانه ارائه نمی کند. در این تحقیق تمامی مدل ها و داده های آزمایشگاهی قابل دسترس که توسط پژوهشگران در زمینه بررسی مقاومت و شکل پذیری ستون های با بتن با مقاومت بالا ارائه و انجام شده است جمع آوری شده و براساس نتایج این پژوهش ها و از طریق بکاربستن علم تحقیق در عملیات مدلی مناسب پیشنهاد شد. همچنین با استفاده از تحلیل یقین اندیشانه نشان داده شد که مدل پیشنهادی در مقایسه با سایر مدل ها مطابقت بسیار خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارد. در نهایت از طریق تحلیل احتمال اندیشانه و روش شبیه سازی مونت کارلو قابلیت اطمینان تمامی مدل ها مشخص و سطح ایمنی هر کدام تعیین گشت.

توانایی بالای گنبدهای فضاکار در پوشش دهانه های بزرگ و با حداقل تعداد ستون های میانی، سبب توجه بیش از پیش طراحان به این نوع سازه ها شده است. در این پایان نامه برای اجتناب از روش های مرسوم و وقت گیر در طراحی بهینه این سازه ها و نیز با توجه به گوناگونی فرم های سازه ای گنبدی شکل، از الگوریتم ژنتیک و همچنین شبکه های عصبی مصنوعی استفاده شده است. برای این کار، 378 نمونه گنبد با شش نوع پیکره بندی مختلف و با دهانه هایی از 10 تا 50 متر و نسبت های ارتفاع به دهانه از 8/1 تا 1/2 تحلیل و طراحی شده و در هر مورد وزن و هندسه بهینه سازه توسط الگوریتم ژنتیک تعیین گردیده است. در ادامه از نتایج حاصل برای آموزش و طراحی شبکه های عصبی مصنوعی مناسب برای تخمین وزن بهینه سازه استفاده شده است. بدین ترتیب می توان با توجه به ابعاد زمین محل ساخت، مناسب ترین پوشش از نوع سازه فضاکار گنبدی شکل را با یک پیکره بندی مشخص به همراه ارتفاع و وزن بهینه پیشنهاد نمود.

الگوی های تحلیل پویای سازه و ویژگی های آن بررسی می شوند. مهم ترین ویژگی های حل سامانه های پویا، دقت، پایداری و میزان خطا در روش های تابع اولیه گیری عددی می باشند. شیوه های گوناگون تابع اولیه گیری عددی در راستای زمان به صورت دسته بندی شده ای می آیند. برای هر فرآیند، از کاستی ها و توانمندی ها سخن به میان خواهد آمد. سپس، یک خانواده ی چند گامی مرتبه بالا پیشنهاد می شود. در رابطه سازی این خانواده، از ترکیب قانون تابع اولیه گیری ذوزنقه ای و درون یاب های مرتبه بالای نیوتن برای مشتق بهره جویی خواهد شد. برنامه ای برای عضو های دو تا شش گامی این خانواده مهیا می گردد. بیش تر عضوهای این خانواده نو می باشند. در ادامه ، دو خانواده ی مرتبه بالای ضمنی و تخمین-تصحیح به نام های ihoa-m و pc-m از دیدگاه دقت و پایداری مورد بررسی بیش تر قرار می گیرند و بهترین آن ها از دیدگاه کاربردی معرفی می شوند. در کنار این کارها، پایه های ریاضی و پژوهش های موجود در روش رهایی پویا ارائه می گردد و یک رابطه سازی عمومی با معرفی نسبت گام زمانی دو مرحله ی پیاپی پیشنهاد می شود. به دنبال این ها، اثر مقدارهای ویژه بر روی خطا بررسی می گردند و رابطه های میرایی بحرانی و نسبت گام زمانی بهینه به دست می آیند. این پژوهش نشان می دهد که کاربرد یک گام روش توانی در به هنگام کردن مقدار ویژه ی کمینه ، سرعت همگرایی روش رهایی پویا را به مقدار قابل ملاحظه ای بهبود می دهد. بر این پایه، یک فن رهایی پویای نو برای گام زمانی ثابت ارائه خواهد شد. افزون براین، در رابطه سازی عمومی و با صفر کردن عامل میرایی، فرآیند جدید دیگری برای روش رهایی پویا به دست می آید که عامل های آن فقط نسبت گام زمانی و جرم های متمرکز ساختگی هستند. همچنین، یک فرآیند بهبود یافته رهایی پویا برای کاربرد در مساله های دینامیکی پیشنهاد می گردد که نسبت به نسخه پیشین آن حافظه رایانه ای و تلاش محاسبه کم تری لازم دارد. سرانجام، درستی هر یک از شیوه های پیشنهادی با شماری از مساله های سنگ نشانه و سازه های کاربردی مورد ارزیابی قرار گرفته است.

در عملیات جوشکاری بعد از مرحله ی سرد شدن جسم تنش هایی در آن باقی می ماند که به آنها تنش های پسماند می گویند. در روش اجزای محدود با استفاده از یک تحلیل حرارتی، تاریخچه دمایی جسم به دست می آید که از آن به عنوان بارگذاری در تحلیل مکانیکی استفاده می شود. نتایج حاصل از تحلیل مکانیکی، تنش های پسماند را در اختیار قرار می دهد. در این پایان نامه، با استفاده از روش اجزای محدود غیرخطی در نرم افزار ansys، تحلیل حرارتی و مکانیکی جوش برای یک ستون قوطی شکل انجام گرفته و تنش های پسماند به دست آمده است. توزیع تنش های پسماند ناشی از جوشکاری باعث تغییر رفتار ستون می گردد. این تغییر رفتار به علت ایجاد تغییر در نمودار تنش- کرنش ستون می باشد. در ادامه، رفتار ستون با اثر تنش های پسماند با حالت بدون تنش های پسماند، مقایسه شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که برای طراحی ایمن ستون ها، باید اثر تنش های پسماند ناشی از جوشکاری مورد توجه قرار گیرد.

به دلیل وجود عدم قطعیت های فراوان در سازه ها، استفاده از روش های مبتنی بر دانش آمار و احتمالات کاربرد گسترده ای در فرآیندهای تحلیل و طراحی و تعیین احتمال خرابی سازه ها پیدا کرده است. در سال های اخیر، مطالعه ی سازه ها در فضای عدم قطعیت مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته است. در این پژوهش اثر عدم قطعیت و تغییر مقدار ضریب پراکندگی متغیرهای جرم و سختی روی تغییرمکان، تغییرمکان نسبی و rms آن ها در چند نمونه سازه دارای رفتار خطی یک، سه، پنج و نه درجه آزادی بررسی گردیده است. نتایج بیانگر افزایش مقدار بیشینه پاسخ ها تا 65 درصد در تحلیل احتمال اندیشانه می باشد. در سازه های دارای رفتار غیرخطی مواد، اثر عدم قطعیت و مقدار ضریب پراکندگی متغیرهای جرم، سختی و مقاومت مومسانی روی مقدار احتمال شکست چند نمونه سازه یک درجه آزادی بررسی شده است. نتایج نشان دهنده حساسیت زیاد احتمال شکست این نوع سازه ها به مقدار ضریب پراکندگی و حساسیت کم نسبت به نوع توزیع احتمال متغیرهای تصادفی می باشد.

یکی از مهمترین انواع پوسته ها، پوسته های استوانه ای است که کاربرد فراوانی در بسیاری از شاخه های مهندسی دارد. به علت کم بودن ضخامت پوسته در مقایسه با سایر ابعاد آن، کمانش به عنوان یک حالت حدی برای تحلیل پوسته محسوب می گردد. یکی از راه های افزایش مقاومت کمانشی پوسته ها، استفاده از سخت کننده است که می تواند به صورت طولی، حلقوی و یا ترکیبی از این دو باشد. یک پوسته ی استوانه ای در طول عمر خود ممکن است تحت بارگذاری های مختلف قرار گیرد. فشار محوری همواره یکی از حالت های بحرانی برای پوسته به شمار می رود. از این رو در این پژوهش، ابتدا رفتار کمانشی پوسته های استوانه ای تحت اثر فشار محوری مورد بررسی قرار گرفته است. سپس اثر سخت کننده های حلقوی، طولی و شبکه ای با در نظر گرفتن عامل هایی مانند ابعاد، شکل و موقعیت سخت کننده ها بر روی مقاومت کمانشی پوسته ها تحت اثر فشار محوری در نظر گرفته شده است. با بررسی پوسته های تقویت شده با سخت کننده های حلقوی مشاهده گردید که با افزایش نسبت طول به شعاع پوسته (l/r) مقاومت کمانشی تحت اثر فشار محوری کاهش می یابد. این در حالی است که برای پوسته های تقویت شده با سخت کننده های طولی، افزایش نسبت l/r تاثیر چندانی بر مقاومت کمانشی محوری نخواهد داشت. همچنین نشان داده شد که برای جلوگیری از کمانش موضعی بهتر است که سخت کننده های طولی در تمام طول پوسته های استوانه ای تقویت شده ادامه یابند. با بررسی شکل سطح مقطع سخت کننده های طولی نیز مشاهده گردید که سطح مقطع u شکل نسبت به سطح مقطع های مستطیلی، l شکل و t شکل تاثیر بیشتری در افزایش مقاومت کمانشی محوری پوسته های استوانه ای دارد. در نهایت با مقایسه ی اثر سخت کننده های حلقوی، طولی و شبکه ای با مقدار مصالح یکسان مشاهده گردید که سخت کننده های شبکه ای به علت استفاده از سخت کننده های حلقوی و طولی به صورت توام بیشترین تاثیر را در افزایش مقاومت کمانشی محوری پوسته ها دارند. در ادامه نتایج حاصل از این پژوهش به طور خلاصه آورده می شود. 1- تعداد سخت کننده های حلقوی باید به اندازه ای باشد که فاصله ی بین سخت کننده ها به اندازه ی کافی کوچک شود تا از کمانش موضعی پوسته ی بین سخت کننده ها جلوگیری کند. از این رو استفاده از سخت کننده هایی با ابعاد کوچکتر که در فاصله ی کوتاهتر از یکدیگر قرار دارند بهتر از استفاده از سخت کننده هایی است که دارای ابعاد بزرگتر بوده و در فاصله ی دورتری از هم قرار می گیرند. به عنوان مثال برای یک پوسته ی استوانه ای با مشخصات هندسی r/h=100 و l/r=1 که دارای سخت کننده های حلقوی با نسبت br/h=2 و ?dr/l=0.3 می باشند، اگر از 4 عدد سخت کننده با عرض dr=15cm استفاده شود مقاومت کمانشی 16.61 درصد افزایش می یابد، در حالی که با استفاده از 12 عدد سخت کننده با عرض dr=5cm مقاومت کمانشی 43.82 درصد افزایش خواهد یافت. 2- در مورد سخت کننده های طولی نیز استفاده از سخت کننده هایی با ابعاد کوچکتر در فاصله های محیطی کمتر نسبت به سخت کننده هایی با ابعاد بزرگتر در فاصله های دورتر، موثرتر می باشد. به عنوان مثال برای یک پوسته ی استوانه ای با مشخصات r/h=100 و l/r=1 با 12 عدد سخت کننده با مشخصات هندسی bs/h=1 و ds=12cm مقاومت کمانشی تنها 7.77 درصد افزایش می یابد، در حالی که با 24 عدد سخت کننده با مشخصات هندسی bs/h=1 و ds=6cm، مقاومت کمانشی 33.92 درصد افزایش خواهد یافت. 3- شکل سطح مقطع سخت کننده ها نیز یک عامل موثر در میزان مقاومت کمانشی پوسته های تقویت شده با سخت کننده های طولی تحت اثر فشار محوری می باشد. در این پژوهش از 4 نوع سطح مقطع مستطیلی، l شکل، t شکل و u شکل استفاده شد و مشاهده گردید که سطح مقطع u شکل بیشترین تاثیر و سطح مقطع مستطیلی کمترین تاثیر را دارد. به عنوان مثال برای پوسته ی استوانه ای با مشخصات r/h=100 و l/r=1 که دارای 24 عدد سخت کننده ی طولی با سطح مقطع های as=48cm2 می باشد، میزان افزایش مقاومت کمانشی به ازای سخت کننده ها با سطح مقطع مستطیلی 44/72 درصد است. در حالی که برای سخت کننده های u شکل 107.07 درصد می باشد.

به سبب پیچیدگی و عدم دست یابی به حل تحلیلی در برخی از مساله های مهندسی نیاز به روش های عددی از اهمیت به سزایی برخودار است. یکی از روش های عددی نوین برای حل معادله های دیفرانسیلی روش بدون شبکه پتروف گلرکین محلی (mlpg) است. در این پژوهش، برای تحلیل دینامیکی سازه های استوانه ای از این روش استفاده شده است. در این روش برای انتگرال گیری عددی از ناحیه زیردامنه دایره ای شکل و برای تقریب تابع میدان از تابع های پایه شعاعی (rbf) استفاده شده است. به منظور دست یابی به مناسب ترین تابع شکل به بررسی دقت تغییرمکان شعاعی و تنش های حاصله با حل تحلیلی آن پرداخته شده است. با توجه به بررسی صورت گرفته، تابع multi quadric مناسب ترین نوع تابع شکل تشخیص داده شد. در ادامه، کاربرد این روش در سازه های استوانه با طول محدود و نامحدود مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به نتیجه های بدست آمده، در سازه های استوانه ای با طول محدود تغییرمکان شعاعی، تنش شعاعی و حلقوی بیشتری رخ می دهد. با توجه به اهمیت بکارگیری نانولوله های کربنی به دلیل داشتن ابعاد بسیار کوچک و سطح بسیار بالا در مقایسه با تقویت کننده های معمولی، به بررسی رفتار دینامیکی استوانه نانوکامپوزیتی تقویت شده با نانولوله های کربنی تک لایه با طول محدود و نامحدود پرداخته شده است. نحوه ی گسترش خطوط همتراز تنش در تمامی نحوه ی توزیع نانولوله های کربنی به صورت یکسان رخ می دهد و به نحوه ی توزیع نانولوله های کربنی وابسته نیست.

در این پژوهش، رفتار خمشی و برشی تیرهای بتن مسلح سبک با مقاومت بالا به صورت عددی و با استفاده از نرم افزار اجزای محدود abaqus بررسی می گردد. پس از انطباق نتایج تحلیل نرم افزاری و سازگاری این نتایج با مشاهدات آزمایشگاهی، مدل نرم افزاری به دست آمده به منظور انجام تحلیل حساسیت رفتار خمشی و برشی تیرهای بتن مسلح سبک با مقاومت بالا به کار گرفته می شود. نهایتا نتایج در غالب نمودار بار-تغییرمکان، بار-کرنش فشاری بتن و بار-کرنش کششی فولاد ترسیم می‎گردد. نتایج نشان می دهند که در این نوع بتن نیز مشابه بتن معمولی، افزایش مقاومت فشاری بتن، درصد آرماتورهای کششی و فشاری باعث افزایش ظرفیت خمشی و برشی تیرهای ساخته شده می شود. مقایسه این نوع بتن با بتن معمولی نشان می دهد که این نوع بتن از جابجایی و کرنش نهایی بیشتری نسبت به بتن معمولی برخوردار است.

هدف از این پژوهش افزایش ضربه پذیری بتن های توانمند با استفاده از نانولوله های کربنی است. نانولوله های کربنی لوله های از جنس کربن با قطر چند نانومتر و طول چند میکرومتر هستند و به علت ویژگیهای منحصر به فردی که دارند در دهه اخیر مورد توجه محققان قرار گرفته اند. مقاومت کششی و مدول الاستیسیته بسیار بالای نانولوله های کربنی، زمینه ساز استفاده از آنها به عنوان الیاف مسلح کننده ساختارهای سیمانی شده است. بخش مهمی از فرآیند استفاده از نانولوله های کربنی، آماده سازی آنها می باشد و در این پژوهش برای آماده سازی نانولوله ها و پراکنده کردن مناسب آنها از انرژی فراصوت استفاده شده است. در این پژوهش ابتدا ساختار چسب سیمان توسط نانولوله های کربنی مسلح شده و مقدار مصرف بهینه نانولوله ها مشخص می شود و برای بررسی صحت نتایج از عکسبرداری میکروسکوپ الکترونی استفاده می گردد. سپس با استفاده از چسب سیمان مسلح شده اقدام به ساخت بتن توانمند نموده و مقاومت فشاری، مقاومت کششی و ظرفیت ضربه پذیری این بتن سنجیده می شود. برای بررسی پاسخ بتن زیر اثر ضربه یک دستگاه جدید پیشنهاد و صحت نتایج آن در سه مرحله بررسی شده است. نتایج این پژوهش نشان می دهند که نانولوله های کربنی مقاومت فشاری چسب سیمان را تا چهل درصد، مقاومت فشاری بتن توانمند را تا بیست وپنج درصد، مقاومت کششی بتن توانمند را تا ده درصد و ضربه پذیری بتن توانمند را تا بیش از 14 برابر افزایش می دهند.

پوسته های استوانه ای از جمله مهم ترین عناصر سازه ای می باشند که استفاده از آن ها در شاخه های مهندسی به عنوان یک نیاز اساسی محسوب می گردد. این سازه ها به علت دارا بودن ویژگی های مناسب در رفتار مکانیکی خود، در زمینه های مختلف از جمله صنایع نفت و گاز، سکوهای فراساحل دریایی، سیلوها و برج های خنک کننده و همچنین پایه های دکل های حفاری و پل های بزرگ مورد استفاده قرار می گیرند. مساله کمانش پوسته های استوانه ای یک موضوع مهم در مهندسی عمران می باشد. هنگامی که یک سازه استوانه ای تحت اثر نیروی محوری، فشار جانبی و یا ترکیب این نوع بارگذاری ها باشد، سازه در معرض کمانش قرار می گیرد. برای جلوگیری از این پدیده، نیاز است تا مقاومت کمانشی پوسته را افزایش داد. ساده ترین راه افزایش مقاومت کمانشی، افزایش ضخامت پوسته می باشد که اقتصادی نمی باشد. یکی دیگر از روش های افزایش مقاومت کمانشی پوسته که در صنعت مورد توجه است، استفاده از انواع سخت کننده ها از جمله سخت کننده های طولی و حلقوی می باشد. در این پایان نامه در فصل اول، ابتدا به معرفی اهمیت و کاربرد پوسته های استوانه ای دارای سخت کننده طولی و حلقوی پرداخته شده است. پس از آن تحقیقات و پژوهش های انجام شده در موضوع کمانش پوسته های استوانه ای با و بدون سخت کننده تحت اثر انواع بارگذاری ها به مانند بارهای محوری، فشار جانبی و ترکیب آن ها مورد توجه قرار گرفته است. در فصل دوم آن، ابتدا به بررسی کمانش پوسته های استوانه ای بدون سخت کننده تحت اثر بار محوری، فشار جانبی و ترکیب این نوع بارگذاری ها با استفاده از معادله های حاکم بر پوسته پرداخته می شود، سپس چگونگی تحلیل کمانش پوسته های استوانه ای دارای سخت کننده با روش انرژی مورد توجه قرار می گیرد. در فصل سوم، ابتدا به مراحل مختلف تحلیل کمانشی پوسته های استوانه ای با استفاده از نرم افزار ansys اشاره می شود. در ادامه به منظور مدل سازی و صحت سنجی، چند نمونه پوسته ی استونه ای تحت اثر بارهای محوری با ابعاد مختلف تحلیل می شود و نتایج بدست آمده با نتایج نظری مقایسه می گردد. سپس در دو بخش اساسی رفتار کمانشی پوسته های استوانه ای تحت اثر بارگذاری محوری با سخت کننده های طولی و حلقوی مورد توجه قرار می گیرند. اثر تعداد و ابعاد سخت کننده ها در افزایش میزان مقاومت کمانشی با رسم نمودارهایی نشان داده می شود. در پایان، نشان داده می شود که سخت کننده های طولی در افزایش مقاومت کمانشی محوری تاثیر بیشتری نسبت به سخت کننده های حلقوی دارند. درفصل چهارم به تحلیل کمانشی پوسته های استوانه ای دارای سخت کننده های طولی و حلقوی تحت اثر بارگذاری جانبی پرداخته می شود. این فصل به دو بخش اساسی محاسبه مقاومت کمانشی پوسته های استوانه ای تحت اثر بار یکنواخت جانبی و هیدرواستاتیکی تقسیم می گردد. در نهایت،نشان داده می شود در این نوع بارگذاری استفاده از سخت کننده ی حلقوی به مراتب موثرتر از طولی می باشد. فصل پنجم به مطالعه ی رفتار کمانشی پوسته های استوانه ای دارای سخت کننده ی طولی و حلقوی تحت اثر همزمان بار محوری و فشار جانبی اختصاص یافته است که به مانند فصل چهارم فشار جانبی به دو صورت یکنواخت جانبی و هیدرواستاتیک می باشد. در این فصل پس از به دست آوردن نمودارهای اندرکنش بار محوری و فشار جانبی، اثر تعداد و ابعاد سخت کننده ها بر این نمودارها بررسی می شود و نشان داده می شود در این بارگذاری استفاده از سخت کننده های حلقوی موثرتر است.

بتن پودری واکنشی(rpc) از جمله بتن های فوق توانمند با ویژگی های فیزیکی و مکانیکی برتر است.rpc با بهره گیری از سیمان و مصالح پودری بسیار ریزدانه شامل ماسه کوارتزی (با حداکثر ابعاد µm 600)، میکروسیلیس، مقادیر کم نسبت آب به سیمان (در حدود 2/0) و استفاده از فوق روان کننده (حدود 3 درصد وزن سیمان)، تولید می گردد. دست یابی به فن آوری تولید rpc با استفاده از مصالح بومی موجود، بخش اول از اهداف عمده این پژوهش است. به این منظور طرح اختلاط بهینه استخراج گردید و تاثیرمقدار مصالح مصرفی در مخلوط، اعمال فشار در زمان قالب گیری نمونه ها و روش های مختلف عمل آوری بر ویژگی های rpc مورد بررسی آزمایشگاهی قرار گرفت. نتایج این آزمایش ها نشان می دهد که با افزایش نسبت آب به مصالح پودری (w/b) و نسبت فوق روان کننده به سیمان (sp/c) تا 3 درصد، کارایی rpc افزایش می یابد. نسبت w/b بهینه که متناظر با حداکثر مقاومت فشاری است برابر با 15/0 بوده و مربوط به طرح اختلاط با sp/cبرابر با 3 درصد است. عمل آوری در دماهای بالاتر و اعمال فشار اولیه تا 100 مگاپاسکال، سبب افزایش مقاومت فشاری نمونه ها می گردد. در این پژوهش، تاثیر افزودن الیاف فولادی بر مقاومت فشاری و کششی 28 روزه rpc نیز با انجام آزمایش هایی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از آزمایش بیانگر آن است که میانگین مقاومت فشاری نمونه های با 1، 2 و 3 درصد حجمی از الیاف، به ترتیب 6 20 و 5 درصد نسبت به نمونه های بدون الیاف افزایش نشان می دهد. این افزایش در مقاومت کششی به ترتیب مشابه برابر 46، 73 و 66 درصد می باشد. توانایی rpc در ترمیم و تقویت تیر های بتنی از موضوعات قابل توجه و کاربردی این نوع بتن بوده، که در ادامه این پژوهش به آن پرداخته شده است. در این راستا سه گروه اصلی از نمونه های بتنی غیرمسلح شامل نمونه های بدون تقویت، نمونه های تقویت شده در ناحیه فشاری و نمونه های تقویت شده در ناحیه کششی با استفاده از لایه های rpc (با و بدون الیاف) ساخته و بارگذاری شدند. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که تقویت با rpc علاوه بر پیش گیری از شکست ناگهانی نمونه ها سبب بهبود ظرفیت باربری خمشی نمونه ها می گردد. ظرفیت خمشی نمونه های تقویت شده افزایش بسیار چشم گیری داشته و در برخی نمونه ها به بیش از 300 درصد می رسد. مقاوم سازی تیر های بتنی مسلح با rpc بخش پایانی مطالعات حاضر را شکل می دهد. برای این کار، تیرهای بتن مسلح در سه گروه اصلی شامل تیرهای بدون تقویت، تیرهای تقویت شده در ناحیه فشاری و تیرهای تقویت شده در ناحیه کششی با استفاده از لایه های rpc (با و بدون الیاف) ساخته و بارگذاری شدند. نتایج حاصل از آزمایش نشان می دهد، که مقاوم سازی با rpc سبب افزایش مقاومت (تا 251 درصد) و تحمل تغییرمکان بیشتر (تا 232 درصد) در لحظه ترک خوردگی می گردد. لازم به ذکر است که تاثیر لایه تقویتی rpc در ناحیه فشاری، در افزایش توان باربری تیر در لحظه جاری شدن فولاد کششی بسیار بیشتر از اثر لایه تقویتی در ناحیه کششی است. همچنین، نتایج حاصل نشان می دهد که مقاوم سازی با rpc سبب افزایش توان مقاومت نهایی تیرها (تا114 درصد) می-گردد. هرچند این اثربخشی در ناحیه کششی کمتر از ناحیه فشاری است. علاوه بر آن، افزایش ضخامت لایه تقویتی در ناحیه کششی و افزایش درصد الیاف آن تاثیر قابل توجهی در نتایج حاصل ندارد.

بررسی رفتار و مشخصات دینامیکی صفحات و تعیین مقدار بسامد اصلی آنها، موضوع مهمی است که در زمان تحلیل و طراحی سازه های دارای اجزای صفحه ای شکل مورد توجه قرار می گیرد. به دلیل خواص مکانیکی مناسب صفحات چند لایه ساخته شده از مواد مرکب از قبیل: مقاومت، سختی بالا و همچنین وزن پایین که منجر به کاهش هزینه های ساخت و بهره برداری می شود، کاربرد این صفحات در صنعت افزایش چشمگیری یافته است. از این رو لازم است که عامل های موثر بر مقدار بسامد اصلی این نوع صفحات ، مورد توجه قرار گیرند. هدف این پژوهش، تحلیل و بررسی بسامد اصلی صفحات چندلایه با در نظر گرفتن اثر عامل های مختلف در ارتباط با هندسه صفحه (ابعاد و ضخامت آن)، لایه های تشکیل دهنده صفحه (نحوه چینش، تعداد و زاویه آنها)، شرایط تکیه گاهی و همچنین جنس مواد تشکیل دهنده صفحه، به کمک نرم افزار ansys می باشد. با توجه به نتایج به-دست آمده در این پژوهش، مشاهده می شود که با افزایش ابعاد (طول و عرض) صفحه، بسامد اصلی کاهش و با افزایش ضخامت، ضریب کشسانی و تعداد لایه ها، بسامد اصلی افزایش می یابد. به منظور کاربردی کردن نتایج، اثر وجود بازشو و سخت کننده بر بسامد اصلی این گونه صفحات مورد بررسی قرار گرفت. مقایسه نتایج به دست آمده با حالت صفحات معمولی نشان می دهد که بسامد اصلی صفحات دارای سخت کننده به مقدار قابل توجهی افزایش می یابد. اما وجود بازشو بسته به ابعاد بازشو و لایه چینی صفحه، می تواند اثر کاهشی (تا 20 درصد) یا افزایشی (تا 80 درصد) داشته باشد.

خرپاهای دو و سه بعدی، برای ساخت سازه هایی نظیر سقف ها، پل ها، دکل های انتقال برق و جرثقیل ها مورد استفاده قرار می گیرند. برای رسیدن به یک طرح اقتصادی، استفاده از روش های بهینه سازی برای کاهش هزینه ها ضروری است. روش های سنتی بهینه سازی به علت نیاز به محاسبه مشتق تابع هدف و نیز محدود بودن به فضای جستجوی پیوسته، در کاربردهای عملی با مشکلاتی روبرو هستند. با توجه به تعداد زیاد عضوهای این نوع از سازه ها، نیاز به روشی نظام مند وجود دارد تا با در نظر گرفتن همه قیدهای طراحی، وزن این سازه ها کاهش یابد. روش بهینه سازی گروه ذره ها (pso) برای حل مسئله های بهینه سازی مفید است. در این پژوهش، برنامه های تحلیل و طراحی بهینه به روش گروه ذره ها در محیط نرم افزار matlab نوشته شده است. برای نشان دادن کارآیی این روش، چند نوع خرپای دو بعدی و سه بعدی بهینه گردیده و با مراجع موجود که از روش های دیگر بهینه سازی استفاده کرده اند، مقایسه شده است. نتایج مقایسه فوق نشان می دهد که این روش از دقت و کارآیی مناسبی برخوردار است. در ادامه، 3 نوع سازه فضاکار چلیکی با اندازه های متفاوت در قالب 600 طرح، با استفاده از روش گروه ذره ها بهینه گردیده است. نتایج حاصل از سازه های فضاکار چلیکی بهینه شده به صورت نمودارهای کاربردی نشان داده شده است، به طوری که می توان با توجه به ابعاد زمین، مناسب ترین سازه فضاکار از نوع چلیکی را با یک توپولوژی خاص به همراه دهانه، طول، ارتفاع، ضخامت و فاصله ستون ها پیشنهاد نمود.

سیستم دیوارهای برشی فولادی همبند مورد مطالعه، از دو دیوار برشی فولادی با صفحات جان لاغر و سخت نشده و اتصالات تیر به ستون صلب تشکیل یافته، که در تراز طبقات با تیرهای همبند متصل شده اند. پیکره بندی این سیستم علاوه بر حفظ مزایای دیوارهای برشی فولادی، انعطاف پذیری بیشتری در ارتباط با سرویس و عملکرد ساختمان ارائه نموده و راندمان سازه را افزایش می دهد. پژوهش های محدود صورت گرفته در سال های اخیر بر روی این سیستم، طراحی را از طریق رویکرد طراحی کشسان دنبال کرده اند. این امر منجر به ملاحظات طراحی محافظه کارانه و توزیع غیر یکنواخت تغییر مکان های جانبی نسبی طبقه و جاری شدگی در ارتفاع تحت زلزله های قوی می شود. از دیگر سو طراحی لرزه ای بر پایه عملکرد، در سبک فعلی، برای یک سازه جدید به شیوه ی تقریباً غیر مستقیم انجام می شود، بطوریکه معمولاً با یک طراحی اولیه بر پایه شیوه طراحی کشسان متداول، با استفاده از آیین نامه های مناسب شروع می شود و با استفاده از یک ارزیابی تحلیل استاتیکی غیرخطی بار افزون دنبال می شود. در این روش معمولاً پروسه تکرار بین طراحی و ارزیابی عملکرد صورت می گیرد. علاوه بر این نتایج این شیوه در قیاس با نتایج تحلیل دینامیکی غیرخطی در طی یک زلزله بزرگ در پیشگویی رفتار سازه ای دقیق و منطقی مشکل دارد. این پژوهش یک رویکرد طراحی بر پایه کارکرد مستقیم برای سیستم دیوارهای برشی فولادی همبند ارائه می دهد، که اساساً نیازی به ارزیابی بعد طراحی همچون یک تحلیل دینامیکی یا استاتیکی غیرخطی ندارد. در روش پیشنهادی، برش پایه طراحی بر اساس مفهوم کارمایه، به وسیله ی استفاده از مقادیر طیف طراحی کشسان آیین نامه برای یک سطح خطر معین، یک مکانیزم جاری شدگی از پیش انتخاب شده برای سازه و یک تغییر مکان جانبی نسبی هدف، ارائه می شود. بعلاوه، توزیع نیروهای جانبی طراحی بکار گرفته شده در روش پیشنهادی، بر اساس نتایج تحلیل دینامیکی غیرخطی گسترده است. استفاده از این روش در طراحی سازه ها منجر به بینش بیشتر از رفتار سازه، کنترل بیشتر روی طراحی و تعداد تکرار کمتر برای رسیدن به طرح مطلوب خواهد شد. در این پژوهش از این روش برای طراحی 12 سازه 6 و 12 طبقه با درصدهای همبندی و طول تیرهای همبند مختلف استفاده شده است. در نهایت برای ارزیابی و مقایسه عملکرد آن ها، تحلیل استاتیکی غیر خطی روی تمام قاب های طراحی شده، انجام شده و رفتار آن ها مورد قضاوت قرار گرفته است. ؾ

راهکارهای گوناگون تحلیل پایداری کشسان ستون ها و قاب های نامنشوری در این پژوهش می آیند. این شیوه ها در دو دسته ی کلی: فن های تقریبی و روش های دقیق جای می گیرند. از کاستی ها و توانمندی های هر دوی این ها سخن به میان خواهد آمد. در ادامه، بر پایه ی حل دقیق معادله ی دیفرانسیل حاکم بر قاب های نامنشوری ساده و دروازه ایِ تخت، شیوه-ای نو برای تحلیل پایداری این گونه سازه ها پیشنهاد می شود. این قاب ها، پیوندها و تکیه گاه های نرم دارند. از راه حل نویسنده، برای یافتن بار کمانشی ستون های منشوری و نامنشوری هم می توان بهره جست. در این رساله، اثرهای ضریب شکل، نسبت نامنشوری، نرمی پیوندها و تکیه گاه ها، نسبت سختی و نسبت دهانه بر پایداری قاب های ساده و دروازه ای ارزیابی خواهند شد. همچنین، نمودارهایی، برای یافتن طول موثر ستون های این سازه ها در دسترس قرار می گیرد. افزون بر این ها، با تصادفی پنداشتن سختی پیوندهای تکیه گاهی، سختی پیوندهای تیر به ستون و سختی تکیه گاه جانبی، و بهره جستن از روش شبیه سازی مونت کارلو، پایداری این قاب های تخت ارزیابی می شوند.

سیستم دیوارهای برشی فولادی به عنوان یک سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی, در سه دهه اخیر به سرعت در دنیا مورد توجه قرار گرفته و از این سیستم برای ساخت و مقاوم سازی ساختمان های مهمی در دنیا بویژه در کشورهای زلزله خیزی چون آمریکا و ژاپن استفاده شده است. مطالعات آزمایشگاهی و نظری همگی حاکی از رفتار بسیار مناسب این سیستم در برابر بارهای سنگین جانبی می باشد و همچنین رفتار ساختمان های اجرا شده با استفاده از این سیستم در زلزله های شدیدی مانند زلزله نورث ریچ و کوبه بسیار مطلوب بوده است. در این پایان نامه مدل های متعدد دیوارهای برشی فولادی در نرم افزار اجزا محدود ansys ساخته و تحلیل شد که شامل غیر خطی هندسی و مادی می باشد. و همچنین با استفاده از دو مدل معتبر آزمایشگاهی مدلسازی صورت گرفته در ansys صحت سنجی شد که حاکی از برازش بسیار خوب نتایج حاصل از ansys و نتایج بدست آمده از آزمایش بود. سپس مقایسه ای بین رفتار لرزه ای قابهای خمشی فولادی و دیوارهای برشی فولادی صورت گرفت که بیانگر برتری قابل ملاحظه سیستم دیوارهای برشی فولادی و رفتار لرزه ای بسیار مناسب این سیستم بود و در ادامه اثر پارامترهای مهم نسبت عرض دهانه به ارتفاع پانل (b/d), نسبت لاغری (b/t), سختی خمشی ستون ها و سختی خمشی تیر بر روی رفتار لرزه ای سیستم دیوارهای برشی فولادی مطالعه و بررسی گردید و از مطالعات صورت گرفته نتایج مهم و قابل توجهی بدست آمد.

در طراحی بهینه سازه های فضاکار به دلیل پر عضو بودنشان نسبت به سازه های دیگر، زمان زیادتری برای تحلیل، طراحی و یا تعیین وزن آنها مورد نیاز می باشد. در این پایان نامه برای اجتناب از تحلیل های مکرر و وقت گیر مرسوم در روش های معمول، با استفاده از روش شبکه های عصبی مصنوعی و الگوریتم ژنتیک، طراحی بهینه سازه های فضا کار از نوع چلیکی دو لایه انجام گردیده است. برای این کار، 600 نمونه سازه فضا کار چلیکی دو لایه با سه نوع توپولوژی مختلف با دهانه هایی بین 18 تا 60 متر و ضخامت 1 تا 2 متر تحلیل و طراحی شده و در هر مورد وزن بهینه سازه توسط روش ژنتیک الگوریتم تعیین گردیده است. نتایج حاصل برای آموزش و طراحی یک شبکه عصبی مصنوعی برای تخمین وزن بهینه سازه به کار گرفته شده است. بدین ترتیب می توان با توجه به ابعاد زمین، مناسب ترین پوشش از نوع چلیک دو لایه را با یک توپولوژی مشخص به همراه ارتفاع، ضخامت و وزن بهینه پیشنهاد نمود.

سازه های کنترل شیب، از کاهش تراز اضافی بستر در کانال های آبرفتی که شیب زیادی دارند، جلوگیری می کنند. آبشستگی موضعی پایین دست سازه های کنترل شیب در بسترهای آبرفتی، پدیده پیچیده ای برحسب تخمین عمق فرسایش بیشینه می باشد. تعیین موقعیت و عمق آبشستگی، برای طراحی فونداسیون و جلوگیری از تخریب سازه ضروری می باشد. مهندسین هیدرولیک تلاش های زیادی برای ارتباط آبشستگی موضعی پایین دست سازه های کنترل شیب به فاکتورهای مختلف هیدرولیکی و مورفولوژیکی مثل دبی، ارتفاع ریزش، عرض سرریز، اندازه متوسط ذرات بستر و دانسیته جرمی رسوبات انجام داده اند. محققین مختلفی در طی چند دهه گذشته، فرمول هایی تجربی مبتنی بر آزمایش و نیز مشاهدات نمونه اصلی، به منظور پیش بینی آبشستگی پایین دست سازه های کنترل شیب، ارائه کرده اند. در این پایان نامه، از شبکه های عصبی مصنوعی به عنوان یکی از قدرتمندترین ابزارهای مهندسی، برای پیش بینی آبشستگی موضعی پایین دست سازه های کنترل شیب، استفاده شده است. چهار پارامتر بی بعد مهم آبشستگی پایین دست سازه های کنترل شیب، با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی مدل شده اند. اندازه گیری های آبشستگی موجود در متون، برای برقراری مدل های شبکه های عصبی مصنوعی، استفاده شده اند. مدل های نهایی برای هر متغیر آبشستگی با فرمول های تجربی اخیر موجود در متون مربوط به آبشستگی پایین دست سازه های کنترل شیب، مقایسه شده اند.