چکیده بتن ماده ای ترکیبی شامل دو فاز سنگ دانه و ماتریس ملاتی پیوسته بوده که فاز ملاتی به تنهایی از مخلوط چسب سیمان و ذرات سنگ دانه ی کوچک تر تشکیل می شود. با توجه به اهمیت این ماده ی ساختمانی در سازه های امروز جهان، شناخت رفتار این ماده به خصوص سطوح تخریب آن ضروری می باشد. در این تحقیق، با استفاده از شبیه سازی عددی، اثر مشخصات ریز ساختار بتن از قبیل نوع منحنی دانه بندی سنگ دانه ها، درصد حجمی سنگ دانه ها، مقاومت فشاری ملات و نسبت دومین تغییر ناپذیر تنش در نصف النهار کششی به نسبت دومین تغییر ناپذیر تنش در نصف النهار فشاری، بر روی سطوح خرابی بتن و دیگر خواص مکانیکی آن بررسی شده است. سنگ دانه ها نیز کروی و ارتجاعی فرض شده و برای معرفی خواص ملات از مدل خمیری- خسارت لی و فن وس استفاده شده است. در تولید و توزیع سنگ دانه ها، از یک منحنی دانه بندی سالم آیین نامه ی bs، به همراه دو منحنی دانه بندی دیگر با ناقص نمودن منحنی پایه استفاده شده است. برای توزیع سنگ دانه ها در بتن، توزیع تصادفی مختصات و اندازه ی سنگ دانه ها به کار گرفته شده است. پس از ساخت ریزساختار بتن هر جزء ریزساختار با روش اجزای محدود، المان بندی و سپس تحت بارگذاری های یکنوای مختلف قرار می گیرد تا سطوح تخریب هر نمونه به دست آید. تحلیل های عددی سه محوری بر روی نمونه های بتنی نشان می دهد که نوع منحنی دانه بندی و حجم سنگ دانه ها بر خلاف نسبت دومین تغییر ناپذیر تنش در نصف النهار کششی به نسبت دومین تغییر ناپذیر تنش در نصف النهار فشاری (k_c)، تاثیر چندانی بر روی سطوح تخریب بتن نداشته است و حجم سنگ دانه های بتن تاثیر زیادی بر روی مدول ارتجاعی بتن خواهد داشت.

امروزه به منظور اتلاف انرژی زلزله مستهلک کننده و میراگرهای متنوعی ساخته شده که از انواع این میراگرها می توان به مستهلک کنندهای das و adas که با استفاده از تغییر شکل های خمیری انرژی زلزله را اتلاف می کنند و یا مستهلک کننده های لزج که با تکیه بر خواص سیالات به استهلاک انرژی می پردازند، اشاره نمود. مستلک کننده مورد نظر ما (مستهلک کننده آکاردئونی) نیز بر اساس تغییر شکل های خمیری به استهلاک انرژی خواهد پرداخت. به منظور بررسی رفتار این مستهلک کننده تحت بارگذاری چرخه ای در ابتدا ملزم به تعیین یک الگوی شکست نرم مناسب برای ماده مورد استفاده می باشیم. یکی از الگوهای رایج و ساده برای مشخص کردن شکست نرم معیار شروع شکست بر اساس کرنش خمیری بحرانی است. پس از تحقیقات انجام شده در این زمینه مشخص شد که این معیار به دلیل در نظر نگرفتن تاثیر تنش سه محوری در رشد حفره ها و ایجاد ترک معیار مناسبی نیست. لذا در این تحقیق سعی بر آن بوده تا با استفاده از معیار خستگی کم سیکل ارائه شده توسط کانوینده مستهلک کننده ای آکاردئونی طراحی گردد و تاثیر متغیرهای گوناگون بر زمان شکست و انرژی خمیری اتلافی در آن دیده شود. برای این منظور فولاد ساختمانی ایران به عنوان ماده سازنده نمونه ها مورد استفاده قرار گرفته و در نتیجه متغیرهای مورد نیاز در روابط برای این فولاد کالیبره گردیده اند. در ادامه با استفاده از معیار خستگی کانوینده و زبان برنامه نویسی زمان شکست نمونه ها، محدوده بحرانی و مکان شروع شکست تعیین می گردد. در نهایت با تغییر مشخصات هندسی مستهلک کننده به بررسی نقش نقش هر یک از این متغیرها در زمان شکست و انرژی اتلافی پرداخته شده است، که این امر می تواند ما را به نحو مطلوب در ساخت یک مستهلک کننده آکاردئونی بهینه راهنمایی نماید.

بتن یکی از پر کاربردترین مصالح در مهندسی عمران می باشد. این ماده که در حقیقت یک نوع سنگ ساخته ی دست بشر است از مقاومت فشاری قابل قبول و مقاومت کششی بسیار پایین (در حدود 10 درصد مقاومت فشاری) و همچنین رفتاری ترد در کشش برخوردار است. از طرفی در بسیاری از قطعات سازه ای، کشش مستقیم و یا کشش ناشی از خمش ایجاد می شود. به همین جهت برای جبران ضعف مقاومت کششی بتن، ایده ی بتن مسلح ابداع شده است. فولاد مقاومتی بسیار بالا و همچنین رفتاری انعطاف پذیر تحت بارهای کششی از خود نشان می دهد. در اعضای بتن مسلح، بتن پیکره ی عضو را تشکیل می دهد و سختی و مقاومت عضو را تحت بارهای فشاری فراهم می آورد. میلگردهای فولادی در محل هایی که نیروهای کششی به وجود می آیند قرار داده می شوند تا هنگامی که بتن ترک می خورد وظیفه ی تحمل نیروهای کششی را بر عهده گیرند. در مصالح مرکب، نظیر بتن مسلح، رفتار مرکب نیازمند انتقال بار از یک ماده به ماده ی دیگر از طریق پیوند بین آن ها است. لذا شناخت ویژگی های پیوند و عوامل موثر بر آن برای پیش بینی رفتار پیوند در کارهای مهندسی و همچنین مدل سازی آن در تحلیل های سازه ای دارای اهمیت فراوانی است. در تحقیق حاضر به شبیه سازی رفتار پیوند تحت بارگذاری کششی وارد بر میلگرد در آزمایش برون کشی پرداخته می شود. در شبیه سازی مصالح بتن از رویکرد اجزای مجزا استفاده شده است. دانه های بتن به صورت کروی فرض شده اند. این دانه ها به کمک روش بازدارنده ی متوالی ساده و با لحاظ نمودن منحنی دانه بندی به صورت تصادفی در محیط چیده می شوند. اندرکنش بین این دانه ها به کمک میله های اتصال که مراکز دو دانه ی مجاور را به یکدیگر متصل می نمایند بیان می گردد. این میله ها از شبکه بندی دلونی بر روی مراکز دانه های موجود به دست می-آیند. مشخصات هندسی میله ها و رفتار آن ها در بارگذاری های مختلف بر طبق مدل شبکه ی برشی محصور بیان می-گردد. در شبیه سازی میلگرد فولادی از روش اجزای محدود استفاده شده است. المان های میلگرد از نوع چهار گرهی کرنش ثابت می باشند. رفتار فولاد به صورت ارتجاعی خطی در نظر گرفته شده است. از آن جایی که در تحلیل های انجام شده تنش های وارد شده از محل تماس به میلگرد از حد ارتجاعی فولاد تجاوز نمی نمایند فرض رفتار ارتجاعی واقع بینانه است. در شبیه سازی پیوند بین بتن و میلگرد از مفهوم پیوند- لغزش استفاده شده است. در انتقال نیرو بین دو ماده از مفهوم تماس نرم بهره گرفته شده است. بدین منظور در اطراف میلگرد یک لایه ی محافظ تعبیه شده است. وظیفه ی این لایه شناسایی دانه هایی از بتن که در هر لحظه وارد آن می شوند و اعمال نیروی جریمه به این دانه ها به نسبت طول نفوذ آن ها در این لایه می باشد. در انتگرال گیری عددی از روش صریح استفاده شده است. همچنین در هر گام زمانی برای محاسبه ی مقادیر لازم برای گام زمانی بعد از روش تفاضل مرکزی بهره گرفته شده است. نتایج حاصل از بارگذاری های فشاری تک محوره بر روی نمونه های مکعبی و استوانه ای بتن نشان می دهد که برنامه ی حاضر همانند تحلیل های موجود در مدل شبکه ی برشی محصور قادر به بیان رفتار بتن تحت فشار می باشد. همچنین نمودارهای تنش پیوند- لغزش حاصل از تحلیل برون کشی میلگرد صاف انطباق قابل قبولی با نمودارهای حاصل از آزمایش های تجربی دارد.

وزن المان های سازه ای و غیرسازه ای ساختمانها بعنوان بخش عمده ای از بارهای مرده یکی از مهمترین عوامل موثر بر جذب نیروی ناشی از زلزله است، کاستن آن منجر به کاهش ابعاد اعضای سازه ای می شود. یکی از روش های کاهش وزن سازه استفاده از بتن سبک در اعضای سازه ای و غیرسازه ای است که با توجه به زلزله خیزی ایران در این تحقیق مورد توجه قرار گرفته است. بی تردید استفاده از بتن سبک در اعضای سازه ای نیازمند تأمین حداقل مقاومت آئین نامه ای است. برای جبران اثر کاهش مقاومت ناشی از بکار بردن سبکدانه، می توان از مواد تقویت کننده بتن سبک استفاده کرد. برای تامین این نظر، نانوسیلیس از جمله تقویت کننده هایی است که علاوه بر افزایش سرعت هیدراسیون سیمان، با هیدروکسیدکلسیم نیز واکنش داده و ژل سیلیکات کلسیم هیدراته (c-s-h) تشکیل می دهد که به مراتب مستحکم تر از هیدروکسید کلسیم است. بنابراین در این تحقیق خصوصیات مکانیکی بتن سبک شامل مقاومت فشاری، خمشی و شکافتگی و نیز مدول ارتجاعی در صورت افزودن نانوسیلیس بررسی شده است. آزمایش ها نشان داد که خصوصیات مکانیکی بتن سبک در صورت افزودن نانوسیلیس بهبود می یابد. در ادامه منحنی لنگر – انحنای یک مقطع بتنی دارای خواص مکانیکی تعیین شده، مورد بررسی قرار گرفته است. شکل پذیری انحنائی این مقطع در حالتی که با بتن سبک مدلسازی شود کمتر از حالتی است که از بتن سبک دارای نانوسیلیس مدلسازی شده است. در پایان رفتار یک ساختمان 6 طبقه در چهار حالت ساخته شده از بتن معمولی تحت بار ناشی از مصالح معمولی و سبک و نیز ساخته شده از بتن سبک در دو حالت دارای نانوسیلیس و بدون آن، تحت بار ناشی از مصالح سبک تحلیل شده است. نتایج نشان می دهد که استفاده از مصالح سبک، برش پایه سازه را کاهش می دهد. در صورتی که از بتن سبک در تیرهای ساختمان استفاده شود، سختی کل سازه کاهش می یابد اما با افزودن نانوسیلیس به بتن سبک این سختی بیشتر می شود لیکن به سختی سازه ساخته شده از بتن معمولی نمی رسد.

در صنعت ساخت و ساز فولادی ایران مانند دیگر کشورهای آسیایی از مقاطع ساخته شده قوطی شکل برای عضو ستون در قاب های خمشی استفاده فراوانی می شود زیرا نیمرخ h شکل بزرگ در دسترس نیست و از طرفی ستون قوطی شکل دارای ویژگی های سازه ای مناسبی است. با این وجود ایجاد اتصال صلب برای تیر i شکل به ستون قوطی و بخصوص قرار دادن ورق پیوستگی داخل ستون، مشکل و پرهزینه می باشد. همچنین نمی توان به طور مستقیم و بدون بررسی، نتایج حاصل از تحقیقات و جزئیات اتصال صلب تیر به ستون h شکل را به این مورد تعمیم داد. به سبب هندسه متقارن و ویژگی های ذاتی ستون قوطی شکل، اتصال خمشی در دو راستا نیز برای آن متداول است. اما تحقیقاتی درباره اتصال صلب دو محوره تیر به ستون قوطی شکل انجام نشده است. برخلاف تحقیقات کم موجود که به بررسی و ارائه اتصال تیر به ستون قوطی تنها در یک راستا پرداخته اند، در این پایان نامه به بررسی و تشریح عملکرد هندسه های مختلف اتصال تیر به ستون قوطی شکل تحت اثر لنگر در یک امتداد و سپس در دو امتداد پرداخته می شود. به منظور بررسی رفتار اتصال تحت اثر لنگر در دو راستا، از یک زیرسازه دومحوره جدید که مبتنی بر وضعیت واقعی گره اتصال در سازه است، استفاده می شود. همچنین با توجه به عملکرد اتصالات بررسی شده، هندسه اتصال جدیدی بدون نیاز به ورق پیوستگی داخلی بر اساس روش ساخت ستون درختی برای تامین اتصال صلب تک محوره و دو محوره ارائه می شود. در پایان نامه حاضر برای ارزیابی و تایید صلاحیت اتصالات از مدل سازی و تحلیل غیرخطی اجزای محدود استفاده شده است. در این تحلیل ها، کرنش معادل خمیری به عنوان معیاری برای ارزیابی آغاز شکست در اتصالات، محاسبه و کنترل می شود. نتایج حاکی از آن است که از میان اتصالات تحلیل شده، هندسه اتصال پیشنهادی از صلبیت و مقاومت کافی برخوردار بوده و بارگذاری چرخه ای را در یک راستا و دو راستا تا بیش از تغییر مکان نسبی طبقه 4% بدون افت قابل ملاحظه مقاومت و رخداد شکست ترد، تحمل می کند. همچنین بررسی ها نشان می دهد، وجود لنگر در دو راستا برای اتصالات دو محوره شرایط بحرانی تری ایجاد می کند و با وارد شدن گره اتصال به رفتار غیرخطی، لنگر در یک راستا سبب اثرات کاهشی در رفتار خمشی راستای دیگر خواهد شد.

بلوک های مجوف، به خاطر وزن کم، استفاده آسان و امکان تسلیح، در سازه های مصالح بنایی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از عوامل مهم در طراحی و مقاوم سازی دیوارهای متشکل از بلوک های مجوف، شناخت دقیق چگونگی رفتار واحدهای تشکیل دهنده آن ها، تحت انواع محتمل بارگذاری است. در این پژوهش پاسخ ریزساختار چند نوع بلوک مجوف رایج، تحت بارهای فشاری درون محور و برون محور، با درنظر گرفتن وزن هر کدام، مورد ارزیابی قرار گرفته و همچنین تغییرشکل ها و مودهای گسیختگی آن ها بررسی شده است. شبیه سازی بتن مورد استفاده در بلوک های مصالح بنایی، با استفاده از یک مدل اخیرا توسعه یافته، به نام روش المان دانه ای منفصل، انجام شده است. این مدل، با حل نمودن بسیاری از محدودیت هایی که در روش های پیشین وجود داشته است، دارای خصوصیات ویژه ای در تحلیل رفتار غیر ارتجاعی مصالح چند فازی مثل بتن، در فشار، کشش، برش و ترکیب این بارگذاری ها است. به منظور پس-پردازش رفتار انواع بلوک ها، برنامه ای نوشته شده که با استفاده از نتایج حاصل از تحلیل، نمایش گرافیکی نمونه ها شامل جابجایی ها، ترک ها، خردشدگی ها و کانتورهای تنش و کرنش را به دست می دهد که در نهایت دید کاملی از چگونگی رفتار بلوک ها حاصل می شود. برای صحت سنجی مدل های شبیه سازی شده، ابتدا یک نمونه بلوک بر اساس نتایج آزمایشگاهی کالیبره شده است.

مدل های رفتاری مواد اغلب در دو گروه بزرگ مقیاس و کوچک مقیاس قرار می گیرند. مدل های بزرگ مقیاس یک رابطه ی ریاضی بین تنش ها و کرنش هایی که از آزمایش به دست می آیند برقرار می-کنند. مدل های کوچک مقیاس روی پدیده های ریزی که در ریزساختار ماده به وجود می آیند و موجب به وجود آمدن رفتار بزرگ مقیاس ماده می شوند تمرکز می کنند. مدل ریزصفحه که در این پژوهش مورد بررسی قرار داده می شود نمونه ای از مدل با رویکرد کوچک مقیاس است. در مدل ریزصفحه روابط پایه ای بر حسب مولفه های تنش و کرنش روی صفحات با جهت های دلخواه در ماده بیان می شود. این صفحات که ریزصفحه نامیده می شوند نشان دهنده ی جهات متفاوت در ریزساختار ماده می باشند. این مدل به عنوان یک مدل عددی به صورت گسترده ای در شبیه سازی انواع رفتار مواد گوناگون به کار رفته است. در این پایان نامه مدل ریزصفحه برای شبیه سازی رفتار فوم سلول بسته به شکل یک زیربرنامه ی vumat قابل اجرا در نرم افزار آباکوس که قابل استفاده برای سایر مواد سلولی نیز می باشد بیان می شود. برای کالیبراسیون مدل ریزصفحه، از شبیه سازی ریزساختار ماده استفاده می شود. برای این منظور ریزساختار فوم مورد بررسی به صورت پوسته های کروی مماس بر هم که دانه بندی آن از تابع توزیع گاما به دست می آید، در نرم افزار آباکوس شبیه سازی می شود و تحت بارگذاری های همه جانبه و تک محوری قرار داده می شود و پارامترهای مورد نیاز مدل ریزصفحه به دست می آیند. شعاع کره های به وجود آورنده ی ریزساختار بین 2 میلی متر و 6 میلی متر فرض می شوند. برای بررسی پراکندگی شعاع ها روی مدول ارتجاعی اولیه و تنش تسلیم، دو واریانس 5/0 و 1 برای شعاع های میانگین 3، 4 و 5 مورد بررسی قرار خواهند گرفت. همچنین برای بررسی اثر چگالی نسبی، فوم مورد بررسی با دو چگالی نسبی 5 درصد و 10 درصد فرض می شود. مدل ریزصفحه ی نوشته شده، به عنوان یک مدل رفتاری پایه ای به هسته ی یک پانل ساندویچی که تحت بارگذاری خمش سه نقطه ای قرار دارد اختصاص داده می شود و ظرفیت باربری آن مورد بررسی قرار می گیرد.

با توجه به کاربرد سبک دانه های مصنوعی در صنایع مختلف، تعیین خواص این نوع سنگ دانه ها اهمیت ویژه ای دارد. به لحاظ ماهیت فیزیکی و عدم وجود سنگ مادر، تعیین ویژگی های ارتجاعی سبک دانه های مصنوعی دارای پیچیدگی های ویژه ای می باشد. در حال حاضر دانه های رس منبسط شده یا لیکا مهمترین نوع سبک دانه صنعتی کشور است. این سبک دانه با استفاده از رس انبساط پذیر به روش فرآیند تر در داخل کوره گردان تولید می شود. محصول تولیدی غالباً دارای قطر صفر الی 25 میلیمتر است و معمولاً با افزایش قطر تخلخل آنها افزایش و وزن مخصوص آنها کاهش می یابد. همچنین با تغییر در شرایط و فرآیند تولید، می توان دانه با وزن مخصوص مختلف تولید کرد. از آنجایی که استانداردی برای تعیین مستقیم مدول ارتجاعی این سبک دانه ها وجود ندارد، از ترکیب روش آزمایشگاهی، با روش تئوری مواد مرکب (مایکرومکانیک) و عددی برای تعیین این پارامترها استفاده شده است. در این تحقیق با توجه به ماهیت دانه های لیکا، شکل آنها به صورت کروی کامل فرض شده است. در بخش آزمایشگاهی به منظور تعیین اثر اندازه و وزن مخصوص بر خواص فیزیکی و مکانیکی دانه های لیکا، مطالعه جامع بر روی هشت نوع دانه (در دو گروه معمولی و سازه ای با چهار اندازه مختلف) صورت گرفته است. با ترکیب سبک دانه با ملات ماسه سیمان و ساخت نمونه هایی استوانه ای استاندارد از مواد مرکب، مشخصات ارتجاعی ماتریس و ماده مرکب تعیین شده است. همچنین با استفاده گچ و دانه های فوم پلی استایرن و شبیه سازی سنگ متخلخل، به بررسی اثر تخلخل بزرگ مقیاس بر مدول ارتجاعی و مقاومت فشاری تک محوری سنگ پرداخته شده است. در بخش تئوری مواد مرکب با ارائه سه مثال به مقایسه نتایج بدست آمده از مدل های همگن سازی پرداخته شده است و سپس با استفاده از معکوس مدل های همگن سازی مشخصات ارتجاعی اینکلوژن بر اساس ویژگیهای ماتریس و ماده مرکب تعیین شده است. در بخش عددی، با مدلسازی سه بعدی اجزا محدود با چیدمان دانه ها به صورت منظم و یک حالت تصادفی، به مقایسه مشخصات ارتجاعی ماده مرکب، با مدل های همگن سازی پرداخته شده است. نتایج عددی حاکی از تاثیر ناچیز نحوه توزیع اینکلوژن، در حالت منظم و یک حالت تصادفی، بر مشخصات ماده سخت مرکب دارد. در حالت توزیع منظم، مدول ارتجاعی ماده مرکب، دارای نتایج نزدیک به مدل موری-تاناکا و در حالت توزیع تصادفی نتایج بسیار نزدیک به مدل لایلنس می باشد. همچنین برای ماده سخت مرکب نتایج روش عددی بسیار نزدیک به مدل موری-تاناکا می باشد. با مقایسه نتایج تحلیلی با آزمایشگاهی، در نمونه های سنگ متخلخل شبیه سازی شده، مشاهده شد که تطابق مناسبی بین مدل های همگن سازی و نتایج آزمایشگاهی وجود دارد و می توان ارتباط بین مدول ارتجاعی با میزان حفرات بزرگ مقیاس را توسط روابط نمایی بیان کرد. بر مبنای مدل موری-تاناکا، در دامنه اندازه 4 الی 14 میلیمتر، مدول ارتجاعی دانه های لیکا معمولی در محدوده 6/0 الی gpa3/2 و مدول ارتجاعی دانه های لیکا سازه ای در محدوده 7/2 الی gpa3/6 قرار دارد. ارتباط مدول ارتجاعی لیکای ایران با وزن مخصوص دانه ای به صورت خطی و با اندازه دانه به صورت نمایی می باشد. همچنین متوسط ضریب پوآسون بدست آمده دانه های معمولی و سازه ای به ترتیب 35/0 و 28/0 تخمین زده شده است.

اتصالات خورجینی یکی از اتصالاتی است که طی سالیان متمادی در سازه های فولادی ساخته شده در ایران مورد استفاده قرار گرفته است. این اتصال با آنکه دارای مزایایی از قبیل سهولت اجرا و بهبود رفتار در برابر بارهای ثقلی است اما معایبی دارد که میتواند در هنگام زلزله خسارات مادی و معنوی جبران ناپذیری را باعث گردد. بدلیل استفاده از این نوع از اتصالات در بسیاری از ساختمانهای موجود، وجود معیاری مناسب جهت کنترل این نوع از سازه ها برای مقاصد بهسازی لرزه ای احساس می گردد. لذا در این تحقیق تلاش گردید تا با استفاده از آزمایش و مدلسازی المان محدود نمونه هایی از این اتصال،ضمن مطالعه رفتار آنها در برابر بارهای چرخه ای، معیاری مناسب جهت کنترل عملکرد این نوع از اتصالات در مقاوم سازی بدست آید. در این راستا تعداد 6 نمونه از این اتصالات تحت بارهای چرخه ای قرار گرفت. برای هر نمونه نتایجی همچون دورانها و سیکل های متناظر با شروع ترک خوردگی در جوشهای مختلف، شکست نهایی پس از انجام آزمایش و منحنی های لنگر- دوران بدست آمد. با استفاده از راهکار ارائه شده در نشریات fema، منحنی پشتواره هر یک از نمونه ها، نوع کنترل شوندگی عضو و دورانهای متناظر با سطوح عملکرد مختلف برای این نمونه ها مشخص گردید. شناخت بیشتر این موارد در نمونه های دیگر این نوع از اتصال از طریق مدلسازی المان محدود صورت پذیرفت. باتوجه به آنکه مود غالب کاهش ظرفیت در این اتصالات، شکست در جوشهای نبشی ها به تیر و ستون است، در این تحقیق روشی که بتواند گسترش ترک را در مدل المان محدود شبیه سازی نماید، پیشنهاد گردید. صحت این روش ابتدا در نمونه هایی آزمایش شده از اتصالات ستون به صفحه ستون، که نتایج آنها در ادبیات فنی موجود بود، و سپس در 6 نمونه آزمایش شده اتصال خورجینی تحقیق حاضر مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به تطابق قابل قبول نتایج این روش، مدلسازی و آنالیز المان محدود تعداد 8 نمونه جدید از این اتصالات نیز انجام شد و منحنی های پشتواره منحنی لنگر – دوران هر یک از نمونه ها ترسیم گردید. در پایان با استفاده از روش رگرسیون برای هر یک از پارامترهای مشخصه منحنی های پشتواره حاصل از آنالیز و آزمایش، شامل سختی اولیه، لنگر تسلیم، لنگر نهایی و دوران حداکثر روابطی برای اتصالات خورجینی متداول ارائه گردید.

نظر به محدودیت دسترسی به مقاطع نوردشده بزرگ، استفاده از مقاطع ترکیبی مانند مقطع جفت پروفیل در ایران مرسوم می باشد. این درحالی است که مدارک مطمئنی برای طراحی و عملکرد این نوع مقاطع و اتصالات آنها وجود ندارد. از اینرو در پژوهش حاضر، به مطالعه آزمایشگاهی و عددی شش نمونه اتصال تمام مقیاس دارای ستون با مقطع جفت پروفیل تحت بارگذاری چرخه ای و علی الخصوص بررسی رفتار چشمه اتصال پرداخته شده است. رفتار هیسترزیس نمونه ها تا تغییرمکان نسبی طبقه ای 4% رادیان، بصورت منحنی های دوکی شکل با سطح جذب انرژی بالا و فاقد هرگونه افت مقاومتی حاصل شد. این موضوع می تواند مبین قابلیت تامین شکل پذیری قابل قبول این اتصالات باشد.تمامی نمونه ها سختی کافی از خود بروز داده و در رده اتصالات گیردار کامل قرار می گیرند و مطابق مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، فرض شکل پذیری متوسط برای این نمونه ها تأیید می شود. تمرکز تنش و شکست جوش های محدوده اتصال در چرخه های انتهایی بارگذاری، بدلیل عدم اتصال مستقیم تیربه ستون، رفتار مطلوبی را برای این اتصالات ارائه نمی دهد.ورق پوششی ستون در عملکرد این اتصالات نقش بسیار مهمی داشته و محاسبه ابعاد و مشخصات این ورق بر اساس سطح و ممان اینرسی مورد نیاز ستون، پاسخگوی نیروها و تنش های وارده به این ورق در محدوده اتصال نمی باشد. علاوه بر جزئیات و نحوه اتصال تیر به ستون، تفاوت عمده چشمه اتصال در اینگونه اتصالات با اتصالات دارای ستون h، این است که جان های ستون با فاصله از هم قرار گرفته و با جان تیر هم صفحه نمی باشند. این تفاوت ها باعث عدم تطابق مدل های قبلی با رفتار چشمه اتصال در اتصالات با مقطع جفت پروفیل می گردد. بنابراین با هدف دستیابی به ابزاری برای پیش بینی رفتار الاستیک و پس از الاستیک چشمه اتصال، مدل تحلیلی جدیدی برای رفتار چشمه اتصال در اینگونه اتصالات ارائه شده است. مدل پیشنهادی بر اساس مدل های قبلی و بکارگیری ساده سازی ها و ایده هایی جهت نمایش چشمه اتصال به صورت یک فنر چرخشی غیرخطی توسعه داده شده است. در آخرین بخش این تحقیق، بررسی اثر چشمه اتصال بر رفتار جانبی قاب های خمشی از طریق تحلیل های خطی و استاتیکی غیرخطی با درنظرگرفتن گزینه های مختلف مدل سازی، نشان دهنده اهمیت استفاده از مدل رفتاری واقعی چشمه اتصال در ارزیابی پاسخ قاب ها می باشد. لذا در صورت استفاده از مدل هایی که برای رفتار چشمه اتصال در اتصالات تیر i به ستون h پیشنهاد شده است، نتایج دچار خطا خواهد شد.

تحلیل کشسان-مومسان سازه ها یکی از موضوعات پرکاربرد در مهندسی سازه بوده که علاقمندی پژوهشگران به این زمینه تحقیقاتی، منجر به تدوین روشها و شیوه هایی متنوع در این خصوص گردیده است. از میان روشهای ارائه شده در این زمینه، شیوه های مبتنی بر برنامه ریزی ریاضی در مقایسه با روشهای تخمینی-تصحیحی، از مزایای ویژه ای نظیر سهولت کاربرد، پایداری، و عدم نیاز به شرط همگرایی برخوردار می باشند. در این پژوهش، تحلیل کشسان-مومسان سازه ها (اعم از قابهای مستوی یا مسائل تنش/کرنش مسطح با تغییر شکلهای کوچک) هدف بررسی قرار گرفته و روشی جدید برای تحلیل اینگونه مسائل با استفاده از برنامه ریزی ریاضی تدوین و ارائه گردیده است. برای این منظور و در خصوص قابهای دو بعدی، با متمرکز نمودن خواص خمیری در برخی نقاط خاص سازه موسوم به مقاطع بحرانی، و انتخاب سطح تسلیم چند خطی، معادلات تسلیم خطی با در نظر گرفتن اندرکنش نیروی محوری و لنگر خمشی تدوین گردیده است. سپس با قبول قانون جریان وابسته، کمیتی اسکالر و داخلی به عنوان کرنش خمیری موثر تعمیم یافته برای گردآوری پیشینه و دگرگونی های خمیری مقاطع معرفی شده و به کمک آن قانون نرم شوندگی سه خطی همسانگردبرای مفاصل خمیری ارائه گردیده است. سپس با انتخاب نرخ کار پلاستیک به عنوان تابع هدف، از روابط تدوین شده برای برپایی مسأله برنامه ریزی ریاضی خطی تکمیلی بهره گرفته شده است.در زمینه مسائل تنش/کرنش مسطح نیز با بکارگیری رابطه سازی اجزاء محدود مرکب، با استفاده از المانهای چهار وجهی هشت گرهی نسبت به گسسته سازی دامنه اقدام گردیده است. شکلی چند خطی از معیار زوال فون میسز تدوین شده و بر مبنای آن قانون ساختاری ماده در حالت جریان وابسته و با رفتار سخت شوندگی خطی ترکیبی بنا نهاده شده است. سپس شیوه برپایی مسأله برنامه ریزی ریاضی حاکم بر سازه با استفاده از روابط خطی حاصله تشریح گردیده است. روش حل پیشنهادی به کمک نمودار جریان گویایی با جزئیات کامل تشریح گردیده ونهایتاً در حل چندین مثال عددی به کار گرفته شده است. نتایج حل، دقت و وثوق روش پیشنهادی را در حل مسائل غیرخطی به روشنی بازگو نموده و بر توانایی آن در حل چنین مسائلی صحه می گذارد.

بتن معمولی، ماده ای ترد با مقاومت کششی و ظرفیت جذب انرژی پایین می باشد. در نیم قرن گذشته، استفاده از الیاف در بتن برای بر طرف نمودن این ضعف ها، رشد روز افزونی داشته است. با افزایش کاربرد بتن های الیافی، نیاز به ابزاری برای مدل سازی رفتار مکانیکی این نوع بتن افزایش یافته است. در این پژوهش، به شبیه سازی رفتار پیوند الیاف و بتن پرداخته شده و تاثیر الیاف با ویژگی های هندسی گوناگون بر خواص مکانیکی بتن بررسی شده است. در فضای دو بعدی، دانه های بتن دایره ای فرض شده اند که با لحاظ نمودن منحنی دانه بندی به صورت تصادفی در محیط چیده می شوند. از شبکه بندی دلونی به منظور تعیین دانه ها مرتبط با هم استفاده شده است. اندرکنش بین این دانه ها به کمک محاسبات انجام شده در نقاط محاسباتی فصل مشترک آن ها تعیین می گردد. رفتار در هر نقطه محاسباتی نیز بر اساس مدل شبکه- دانه منفصل، ldpm، بیان می گردد. توزیع هندسی الیاف در نمونه، با فرض مستقیم و بدون اعوجاج بودن شکل الیاف و با در نظر گرفتن اثر جداره ی قالب و استفاده از تابع توزیع احتمالاتی بر اساس طول ترک تولید شده است و محل تقاطع الیاف و مسیر گسترش ترک به دست آمده است. پیوند بین فیبر و ملات بر اساس دو سازوکار چسبندگی و اصطکاک، نیرو را به صورت برشی و کششی به قسمت های مختلف ملات ترک نخورده منتقل می کند. مدل رفتاری فیبر منفرد در دو مرحله از بین رفتن چسندگی بین فیبر و ملات (جداشدگی) و بیرون کشیدگی اصطکاکی، رفتار الیاف را توصیف می کند و اثر زاویه دار بودن الیاف با راستای بازشدگی ترک با در نظر گرفتن اثر خردشدگی لبه ی ترک و نیروی انحرافی وارد به فیبر اعمال شده است. با انجام آزمایش کشش تک محوری، اثر طول، قطر و نسبت حجمی الیاف مورد استفاده بر خواص مکانیکی بتن به دست آمده و با خواص مکانیکی بتن معمولی مقایسه شده است.

مرسوم ترین، فرایند تولید مواد سلولی فلزی دمیدن حباب گاز در ماده مذاب و سرد کردن آن است که حاصل آن می تواند دارای ساختار سلول باز و سلول بسته باشد. اما به دلیل برخی فواید روش بازتولید همچون کنترل مناسب بر چگالی نسبی، شکل و اندازه حفره و امکان ایجاد فوم با حفره های بسیار ریز و با توزیع یکنواخت، این روش در تولید فوم های سلول باز کاربرد فراوانی در سال های اخیر یافته است. تا کنون مطالعات آزمایشگاهی زیادی پیرامون رفتار تک محوری و چند محوری فوم بازتولیدی انجام گرفته و ویژگی های مهم فوم بازتولیدی از قبیل مدول ارتجاعی، نسبت پواسون، تنش تسلیم، پدیده خزش، خستگی و رفتار چرخه ای مورد کاوش قرار گرفته اند و تاثیر عواملی چون چگالی نسبی، شکل و اندازه سلول و نرخ کرنش بر این ویژگی ها بررسی شده اند. بر خلاف این ، بررسی های عددی به نسبت کمی در رابطه با فوم بازتولیدی صورت پذیرفته است. از آنجا که درصد بسیار بالایی از فوم های فلزی بازتولیدی با استفاده از آلومینیوم و آلیاژهایش ساخته می شوند، در این پژوهش سعی بر آن بوده است که فرایند بازتولید فوم آلومینیومی به صورت نزدیک به واقع شبیه سازی گردد. با این هدف ابتدا و به کمک روش اجزای محدود غیرخطی تغییر شکل مولد تحت عملیات فشرده سازی محاسبه می گردد و سپس با استفاده از یک الگوریتم مناسب و در اختیار داشتن اطلاعات اجزا محدود مولد شامل مختصات المان ها و گره های مدل، فرایند برگرداندن و به دست آوردن مدل المان بندی شده فوم انجام می پذیرد، لازم به ذکر است این الگوریتم به صورت تحلیلی و عددی بهینه گردیده است. در این روش سه ساختار منظم sc, bcc و fcc با فرض قطر 1/0، 1 و 10 میلیمتر و رفتار دو خطی صلب-خمیری کامل برای مولد در نظر گرفته شده است. سپس با شناختن این مدل المان بندی شده توسط نرم افزار و اختصاص ویژگی های آلیاژ آلومینیوم al6061-t6 به آن و اعمال بارگذاری تک محوری فشاری، تحلیل نمونه انجام شده و برخی خصوصیات رفتاری تک محوری آن مانند مدول ارتجاعی، نسبت پواسون و تنش تسلیم استخراج می گردد.

قاب های مهاربندی ویژه فولادی از سیستم های متداول سازه ای برای مقابله با بارهای جانبی می باشند. این گونه سیستم های سازه ای علاوه بر تأمین سختی و مقاومت، بسیار اقتصادی اند. برای تأمین رفتار مناسب قاب در برابر زلزله نیاز به اعمال ضوابطی برای تأمین شکل پذیری قاب های مهاربندی به منظور استهلاک انرژی وجود دارد که آئین نامه های لرزه ای و پژوهش های گذشته ضوابطی را برای قسمت ورق اتصال ارائه کرده اند. در این پژوهش رفتار چهار نمونه قاب مهاربندی ویژه فولادی با مهاری قطری به صورت زیرسازه ای متشکل از یک دهانه قاب مهاربندی با اعمال بار جانبی چرخه ای به صورت آزمایشگاهی و عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. نمونه اول بر اساس ضوابط آئین نامه با تأمین فاصله آزاد خمش مستقیم و نمونه دوم با تأمین فاصله آزاد خمش بیضی شکل و دو نمونه نیز به همراه سخت کننده طراحی و در آزمایشگاه ساخته شده اند . سخت کننده ها بر اساس ظرفیت خمش فرا ارتجاعی عضو مهاربند طرح شده اند تا شرایط انتهای گیردار را برای مهاربند فراهم آورند. نمونه های طراحی شده به روش تأمین فاصله آزاد، منجر به طرح ورق های اتصال بزرگی می شوند. با باریک کردن ورق اتصال در محل اتصال به مهاربند ضمن اقتصادی کردن طرح، سختی کم تر در ناحیه ورق اتصال و کاهش تجمع کرنش های فرا ارتجاعی در میانه مهاربند نتیجه می شود. نتایج آزمایش ها عملکرد لرزه ای مطلوب مورد انتظار را برای تمام نمونه ها نشان داده و نمونه ها تائید نموده اند که قاب های مهاربندی ویژه شکل پذیری لازم را به خوبی تأمین می کنند. نمونه های به همراه سخت کننده مقاومت فشاری بالایی دارند. همچنین ورق اتصال کوچک تری نیاز دارند و برای سازه های بلند می توانند اقتصادی تر باشند. در ادامه تحقیق مدل سازی المان محدود نمونه ها انجام شده و با نتایج آزمایشگاهی اعتبارسنجی گردیده است. سپس با ساخت مدل های بیشتر اجزاء محدود با استفاده از نرم افزار، اثر پارامترهای موثر شامل هندسه، ابعاد ورق اتصال، اثر فاصله آزاد خمش مستقیم و بیضی شکل ورق اتصال، نسبت عرض به ضخامت عضو مهاربند، ضخامت ورق اتصال و جزئیات سخت کننده ها بر رفتار قاب های مهاربندی شده بررسی شده است.

در این پژوهش هدف اصلی مدل سازی عددی بتن سبک حاوی دانه های پلی استایرن منبسط شده می باشد. روشی که مورد استفاده قرار گرفته است، روش مدل سازی شبکه - دانه منفصل نامیده می شود و در ابتدا برای بتن معمولی توسعه داده شده و تنها ملات سیمان و سنگدانه ها را به طور مستقیم شبیه سازی می نماید. بنابراین به منظور لحاظ کردن اثر وجود دانه های سبک پلی استایرن لازم است تغییراتی در نحوه ساخت هندسه مدل بتنی صورت گیرد.

این پایان نامه مدلی جدید برای منحنی تنش-کرنش محوری بتن تحت فشار محصورکنندگی فعال ارائه می کند. به این منظور مدل های موجود برای این نوع بتن گردآوری و در برابر نتایج آزمایشگاهی ارزیابی می شوند. لازم به ذکر است که سه نوع بارگذاری سه محوری، هیدروستاتیکی و ادومتری در این ارزیابی در نظر گرفته شده است. به منظور بررسی مدل ها در حالت سه محوری، مدل ها و نتایج آزمایشگاهی بتن محصورشده فعال موجود برای مقاومت بیشینه و کرنش متناظر با آن، قسمت سخت¬شونده و قسمت نرم شونده منحنی تنش-کرنش در بارگذاری سه محوری در نظر گرفته می¬شوند. برای بررسی عملکرد مدل¬ها در حالت ادومتری، از مدل های بتن محصورشده غیرفعال استفاده می شود. سپس، خطاهای موجود در هر قسمت شامل خطا در پیش بینی شیب ابتدایی ، نقطه بیشینه ، قسمت سخت¬شونده و نرم شونده منحنی تنش-کرنش بتن محصورشده فعال و منحنی ادومتری بتن محصورشده غیرفعال به تفصیل بیان می شوند. با توجه به نتایج آزمایشگاهی مقاومت بیشینه منحنی باید شکلی شبیه منحنی هیدروستاتیکی داشته باشد. علاوه بر آن، شیب تغییرات کرنش متناظر با مقاومت بیشینه با افزایش فشار محصورشدگی کاهش می یابد. با در نظر گرفتن این خطاها و مسیر بارگذاری در یک آزمایش بتن محصورشده فعال، مدلی متشکل از پنج بخش اصلی ارائه می¬شود. بخش های اصلی این مدل عبارتند از: 1) معیار تعریف کننده مقاومت بیشینه یا شکست، 2) رابطه ای برای کرنش متناظر با مقاومت بیشینه، 3) منحنی هیدروستاتیکی پایه، 4) منحنی سخت شونده که نقطه جدا شدن از منحنی هیدروستاتیکی را به نقطه مقاومت بیشینه وصل می کند و 5) روابطی برای تعریف ناحیه نرم شونده. همچنین، جزئیات مدل های موجود در هر بخش شرح داده خواهد شد. در نهایت، نتایج مدل پیشنهادی با نتایج آزمایش های موجود مقایسه می شود.

هدف این رساله توسعه مدل خمیری است که برای مدل سازی رفتار فلزات شکل پذیر تحت بارگذاری چرخه ای استفاده می-شود. در این پژوهش، مدل سازی رفتار خمیری از طریق مدل سخت شدگی چابوچی که از ترکیب چند قانون سخت شدگی آرمسترانگ و فردریک نوشته می شود انجام می گردد. مدل سخت شدگی سینماتیکی چابوچی در بسیاری از نرم افزارهای اجزای محدود قدرتمند نظیر abaqus و ansys به کار گرفته شده است و به همین دلیل کالیبراسیون این مدل مورد توجه بسیاری از پژوهشگران می باشد. در این پژوهش ابتدا سه روش مطرح کالیبراسیون مدل سخت شدگی سینماتیکی غیرخطی چابوچی بررسی شده و با هم مقایسه می گردند. سپس با توجه به ضعف ذاتی مدل چابوچی نشان داده می شود که نمی توان از طریق کالیبراسیون در نتایج پیش بینی شده توسط مدل چابوچی تغییر قابل توجهی ایجاد نمود و لازم است به منظور پیش بینی دقیق نرخ ثابت رچتینگ در سیکل های بالا برای آزمایش های با تنش میانگین متفاوت، فرمولاسیون ریاضی مدل پایه تغییر داده شود.

تا قبل از زلزله ی سال 1994 نورث ریج و زلزله ی 1995 کوبه ی ژاپن فرض بر این بود که ساختمان های قاب خمشی در مقابل زلزله شکل پذیرند، در حالی که در این زلزله ها این ساختمان ها شکست های ترد رادراتصالاتشان تجربه کردند. بنابراین طراحی لرزه ای سازه های فولادی بعد از این زلزله ها دستخوش تغییرات زیادی شد. آیین نامه 2800 و مبحث دهم مقررات ملی ساختمان سه نوع قاب خمشی با درجات مختلف شکل پذیری را معرفی کرده که عبارتند از؛ قاب خمشی ویژه، متوسط و معمولی. قاب خمشی متوسط سیستم باربری جانبی ای است که در برابر نیروهای جانبی حاصل از زلزله از آن انتظار تغییر شکل های غیر ارتجاعی محدودی می رود. اتصالات تیر به ستون در این قاب ها لازم است زاویه تغییرمکان نسبی 02/0 رادیان را تحمل نمایند. در این سازه ها مقاطع بایدآنچنان طراحی شوند که از ایمنی کافی در مقابل گسیختگی ترد و کمانش موضعی برخوردار باشند. هدف این مقاله بررسی ضوابط تحلیل و طراحی این قاب ها، که اخیرا به آیین نامه 2800 و مبحث دهم ایران اضافه شده است، تحت اثر بار جانبی می باشد. بدین منظور ابتدا سه قاب 4، 8 و 12 طبقه بر اساس ضوابط آیین نامه 2800 و مبحث دهم مقررات ملی ساختمان طراحی و پس از آن نمونه هایی از اتصالات مورد استفاده در این قاب ها در نرم افزار ansys مدلسازی و تحلیل استاتیکی شدند. سپس منحنی های مربوط به تغییرشکل ها در اجزای مختلف این اتصال ترسیم گشتند. این تغییرشکل ها شامل تغییرشکل های ایجاد شده در ناحیه پانلی، تغییر زاویه اتصال در محل اتصال تیر به ستون و نیز تغییرشکل های خمیری ایجاد شده درانتهای ورق اتصال در تیر می باشد. با مطالعه کرنش های ایجاد شده در نقاط مختلف، مجموعه حداکثر ظرفیت چرخشی این اتصال بدست آمد. سپس مدلی ساده که می تواند تغییر شکل های این اتصال را شبیه سازی نماید، پیشنهاد گردید. از این مدل ساده در تحلیل قاب های ساخته شده با این نوع اتصالات، استفاده شد و رفتار کلی قاب تحت اثر بارهای جانبی بررسی گردید. بررسی ها نشان می دهد اتصال خمشی با شکل پذیری متوسط می تواند بدون گسیختگی به زاویه تغییرمکان نسبی 0/02 رادیان برسد. همچنین نتایج تحلیل استاتیکی غیرخطی برروی قاب های خمشی متوسط نشان می دهد قاب های ساخته شده با این نوع اتصال به سطح عملکردی موردنظر آیین نامه که ایمنی جانی است می رسند و در واقع هدف آیین نامه ی 2800 مبنی بر حفظ سطح عملکرد ایمنی جانی تامین شده است.