یکی از مهمترین مراحل نگهداری سازه ارزیابی سلامت آن و تعیین وجود خرابی درسازه قبل از پیشرفت آن می باشد. وجود خرابی درعناصر سازه ای باعث تغییر در سختی سازه می-گردد، تغییرات سختی بر رفتار استاتیکی و دینامیکی سازه تأثیر می گذارد، بخصوص وجود خرابی در یک عنصر باعث تغییرات فرکانس طبیعی، مودهای ارتعاشی و پایداری دینامیکی آن می گردد. این موضوع باعث بوجود آمدن ایده بررسی خرابی در اعضای سازه و ارزیابی سلامت سازه با اندازه گیری خواص مکانیکی سازه شده است. یکی از این روش ها روش تبدیل موجک (wavelet) می باشد. دراین تحقیق سعی شده که بر مبنای تحلیل موجک روشی جهت ارزیابی سلامت سازه ارائه شود و کارایی آن در تعیین آسیب در قاب ها نشان داده شود. به کمک روش ارائه شده می توان به وقوع یا عدم وقوع آسیب در بازه زمانی بین دو مرحله ثبت ارتعاشات و محل تقریبی آسیب پی برد. در این روش جهت تعیین موقعیت تمرکز آسیب شاخص محل آسیب، dli، تعریف گردیده است. شاخص مذکور برای تمامی ترازها محاسبه می گردد، افزایش مقدار این شاخص در یک تراز نسبت به دیگر ترازها، نشانگر تمرکز آسیب در آن تراز از سازه می باشد. روش مذکور بر روی یک تیر، یک قاب خمشی دو بعدی و یک قاب مهاربندی شده سه بعدی اعمال شده است و اثر متغیرهایی چون تابع موجک مادر انتخابی، مقیاس موجک، میزان و محل آسیب و نوع عضو آسیب دیده و ... در حالت های آسیب مختلف بررسی و نتایج ارائه شده اند. از جمله نتایج بدست آمده می توان به عدم تاثیر تابع موجک مادر انتخابی و مقیاس موجک، در کارایی روش اشاره نمود. همچنین ملاحظه شد که روش ارائه شده قادر به شناسایی تراز آسیب دیده ناشی از آسیب اعضاء مختلف می باشد.

در دهه های اخیر به موضوع ایمنی سدهای بتنی در برابر زلزله توجه زیادی شده است. افزایش روز به روز خطرات متوجه جمعیت ساکن در پایین دست سدها از یک سو و نیز ضعف مقررات و استانداردهای بکارگرفته شده در طراحی لرزه ای اکثر سدها از سوی دیگر از دلایل این امر می باشند. ارزیابی عملکرد لرزه ای سدهای بتنی در حال حاضر بر اساس معیار کنترل تنش های بوجود آمده در سد و نیز قضاوت مهندسی صورت می گیرد. از نواقص موجود در این معیار، می توان به نامشخص بودن میزان بیشتر بودن تنش نسبت به مقاومت کششی بتن اشاره کرد. در این پایان نامه، عملکرد لرزه ای و نیز سطح محتمل خرابی 2 سد بتنی وزنی (سد پاین فلت (pineflat) در کالیفرنیا-آمریکا و سد هایقر در فارس- ایران) براساس رویکردی سیستماتیک در ارزیابی عملکرد لرزه ای و نیز سطوح محتمل خرابی سدهای بتنی وزنی، ارزیابی گردیدند. داده های لرزه ای و سطوح عملکردی نظیر کاربرد بلاانقطاع، کنترل خسارت و جلوگیری از فروریزش تعریف و روند تحلیل، ارزیابی و شرایط مورد قبول برای هر سطح عملکردی بررسی گردیدند. این روند شامل تحلیل های خطی و در صورت لزوم غیرخطی بمنظور تخمین پاسخ لرزه ای سد و ضوابط پذیرشی که از نسبت های تقاضا/ ظرفیّت و نیز آستانه کنترل خرابی ها برای ارزیابی ایمنی لرزه ای سدهای بتنی وزنی استفاده می نماید، می باشد. به استناد نتایج حاصل از تحلیل ها و با توجه به سطوح عملکرد تعریف شده، انتظار می رود سد بتنی وزنی پاین فلت (pineflat) واقع در کالیفرنیا- آمریکا، تحت اثر زلزله سطح طراحی (dbe) (شتاب اوج g18/0) دچار هیچ و یا خرابی اندکی شود. در سطوح زلزله متوسط و شدید (mde و mce) (شتاب اوج g27/0 و g45/0) نیز خرابی این سد کم بوده و تا حدی است که امکان تعمیر و بازسازی آن می باشد. در مورد سد بتنی وزنی هایقر نیز نتایج حاصل از تحلیل ها، نشان داد که این سد نیز در سطوح زلزله طراحی، متوسط و شدید (dbe، mde و mce) (شتاب اوج g34/0 ، g42/0 و g55/0) عملکردی همانند سد پاین فلت خواهد داشت. اما در زلزله سطح mce نسبت به mde شدت خرابی بیشتر خواهد بود. در نهایت جهت یافتن بیشینه شتاب زلزله ای که سد هایقر تحت تأثیر آن دچار خرابی شدید و غیر قابل تعمیر شود، سد تحت اثر زلزله هایی با بیشینه شتابی بیش از حد mce در نظر گرفته شده برای آن، تحلیل گشت. با توجه به نتایج تحلیل و معیار عملکردی، تحت اثر زلزله ای با بیشینه شتاب g6/0 سد هایقر دچار خرابی شدید خواهد شد و امکان تعمیر و بازسازی و بهره برداری مجدد از سد نمی باشد.

این پایان نامه نخستین گام از یک پژوهش برنامه ریزی شده برای ارائه یک روش طراحی کاربردی بر مبنای سطح عملکرد است به گونه ای که سازه ی طراحی شده تحت اثر زلزله طرح به حالت مشخصی از آسیب از پیش تعریف شده برسد. بر اساس روش های آیین نامه های فعلی، سازه ها برای نیروهایی طراحی می شوند که بدون توجه به میزان ریسک آسیب دیدگی یا گسیختگی، توسط آیین نامه مشخص می گردند؛ که در بهترین حالت، سازه ی طراحی شده معیار کنترل آسیب را برآورده می سازد اما با میزان ریسک بسیار متغیر و در حالت بد، سطح ایمنی سازه ی طراحی شده، نامشخص است. از طرف دیگر طراحی لرزه ای براساس سطح عملکرد به صورت احتمالاتی (probabilistic) که به عنوان یک روش ایده آل مطرح است، در حال حاضر به علت اینکه یک ابزار پیچیده و حتی گاهی غیر ممکن برای طراحی سازه های جدید است، غیر کاربردی است. در مقابل روش های طرحی به صورت قطعی (deterministic) بسیار مناسب و کاربردی برای طراحی های روزمره می باشند. این پایان نامه شکاف بین روش های فعلی طراحی و روش طراحی لرزه ای براساس سطح عملکرد به صورت احتمالاتی را پر می نماید. ابتدا بر اساس بهترین اطلاعات موجود در زمینه خواص و رفتار مصالح، یک مدل مناسب برای پیش بینی رفتار قاب های بتن آرمه ساخته شده و با استفاده از نتایج تست های آزمایشگاهی موجود تایید می گردد. سپس با انتخاب یک شاخص آسیب مناسب، یک ارتباط قابل اعتماد بین این شاخص آسیب و سطوح عملکرد سازه ای برای اعضای قاب های بتن آرمه از یک مطالعه پارامتریک بدست می آید. بعد از آن، عملکرد لرزه ای قاب های بتن آرمه ی طراحی شده بر اساس آیین نامه های موجود، مورد ارزیابی قرار می گیرد. در نهایت رابطه ی بین شاخص آسیب، پاسخ و پارامترهای طراحی مورد بررسی قرار گرفته، رفتار قاب های طراحی شده براساس آیین نامه های فعلی بهبود داده شده و یک روش طراحی بر اساس معیار آسیب پیشنهاد داده می شود.

دوام بتن یکی از مهم ترین خصوصیات آن می باشد؛ لازم است بتن در طول عمر سازه شرایطی را که برای آن طراحی شده تحمل نماید. عوامل خارجی برخاسته از محیط یا عوامل داخلی موجود در بتن، می توانند باعث کاهش پایائی ودوام بتن شوند. مشکلات مربوط به دوام بتن، مثل پیدایش ترک ها، معمولاً با بررسی و تعمیر سالانه رفع می شود و ترک ها با سیمان یا مواد اپوکسی پر می شوند. استفاده از این مواد با مشکلاتی همراه است. ناسازگاری برخی روش های ترمیم سطوح مثل استفاده از رزین ها، در طولانی مدت باعث خرابی های شدیدتری نسبت به حالتی که بازسازی صورت نگرفته است می شود. اخیراً روش جدیدی برای تعمیر ترک ها با یک فرآیند بیولوژیک سازگار با محیط زیست معرفی شده است. این تکنیک که در آزمایشگاه ها در حال بررسی شدن است مبنی بر استفاده از باکتری هایی است که مواد معدنی تولید می کنند. پژوهشگران تلاش می کنند تا مصارف گوناگونی برای استفاده از مواد معدنی تولید شده توسط باکتری ها ارائه دهند که مقاومت فشاری و دوام بتن در مقابل خوردگی را افزایش داده و همچنین ترک هایی را که در بتن ایجاد می شود، ترمیم کنند. در پژوهش های پیش از این تاًثیر رسوب باکتریایی کربنات کلسیم روی خواص هیدرولیکی و مکانیکی خمیر سیمان ریزدانه ارزیابی شده است. در این پایان نامه اثر پوشش سطحی ایجاد شده توسط باکتری روی دوام ملات سیمان درشت دانه مورد بررسی قرار گرفته است. برای اطمینان از تشکیل لایه و ارزیابی دوام آن در برابر خوردگی بررسی هایی به وسیله میکروسکوپ الکترونی (sem) و پراش اشعه ایکس (xrd)، و همچنین آزمایش های نفوذپذیری آب، حمله سولفات، نفوذ کلرید وکربناسیون انجام شده است. نتایج این آزمایش ها نشان دادند که لایه ای از کربنات کلسیم به خوبی بر روی نمونه ها تشکیل شده و مقاومت فشاری ودوام ملات سیمان در برابر خوردگی را افزایش داده است. اندازه گیری ها نشان داد عمق کربناسیون 33% و عمق نفوذ یون کلرید به درون بتن تا 50% کاهش یافته است. ضریب نفوذپذیری آب و میزان انبساط ناشی از حمله سولفات نیز در نمونه های پوشش داده شده به ترتیب 15% و 22% نسبت به نمونه های بدون پوشش کاهش پیدا کرد و این در حالی است که تاب فشاری 8 تا 15 درصد افزایش نشان داد.

یکی از اتصالاتی که با فلسفه قوی تر کردن ناحیه اتصال در سازه های فولادی مطرح است، اتصال با نیمرخ سپری (t-stub) می باشد. در این نوع اتصال ساق نیمرخ سپری به بال تیر و بال آن به بال ستون با پیچ متصل می شود. همچنین اتصال دیگری که با فلسفه ضعیف تر کردن تیر استفاده می شود، اتصال خمشی تیر با مقطع کاهش یافته (rbs) می باشد. ایده تضعیف بر این پایه است که قسمت هایی از بال تیر در ناحیه نزدیک به اتصال تیر به ستون بریده می شود و با تشکیل مفصل پلاستیک در ناحیه rbs، این ناحیه به عنوان یک فیوز شکل پذیر عمل می کند. در این مطالعه عملکرد چرخه ای ترکیب دو نوع اتصال خمشی با نیمرخ سپری و تیر با مقطع کاهش یافته در محیط نرم افزار abaqus مورد بررسی قرار گرفته است. اتصال مورد بررسی یک اتصال یک طرفه می باشد که محل اعمال بار انتهای تیر می باشد. در این اتصال، طول تیر به اندازه نصف دهانه مورد نظر در یک سازه طراحی شده می باشد. در مدل سازی این اتصال برای دو سر ستون شرایط مرزی گیردار در نظر گرفته شده است و از حرکت خارج از صفحه تیر جلوگیری به عمل آمده است. برای بارگذاری چرخه ای از قرارداد بارگذاری پیشنهاد شده در آیین نامه aisc استفاده شده است. در تحلیل پارامتریک این اتصال با تغییر نوع سوراخ و اندازه پیچ ها، ضخامت بال نیمرخ سپری و ابعاد ناحیه برش، رفتار اتصال بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که ظرفیت خمشی اتصال جدید بیشتر از اتصال تیر با مقطع کاهش یافته تنها و همچنین کمتر از اتصال با نیمرخ سپری تنها می باشد. همچنین مشاهده شد که دوران ناحیه کاهش یافته بخش اصلی دوران کل را شامل می شود و هریک از عوامل دیگر موثر در دوران مانند دوران چشمه اتصال نقش کمی در دوران کل اتصال دارند.

به منظور فراهم آوردن و استفاده از قابلیت شکل پذیری در قاب های خمشی، مفصل پلاستیک می باید در داخل تیر و به دور از ناحیه اتصال تشکیل شود. این مهم از طریق تقویت ناحیه اتصال یا ضعیف کردن تیر ممکن می باشد. در این تحقیق یک اتصال خمشی فولادی جدید متشکل از تیر با مقطع کاهش یافته خطی همراه با صفحه انتهایی پیشنهاد شده است. در این اتصال به صورت همزمان از هر دو فلسفه تضعیف موضعی تیر و تقویت لبه اتصال بهره برده شده است. عملکرد چرخه ای این اتصال جدید با استفاده از نرم افزار ansys 13.0 مطالعه شده است. پارامتر های موثر مطالعه شده بر روی رفتار اتصال مطالعه شده است. با تغییر پارامترهای مورد مطالعه در اتصال پیشنهادی، تحت بارگذاری چرخه ای، تنش فون میسز در بیشینه جابجایی اتصال و نمودار لنگر-دوران اجزای اتصال نشان داده شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که اتصال پیشنهادی از شکل-پذیری بالایی برخوردار می باشد. همچنین مفصل پلاستیک تشکیل شده از سطح ستون فاصله داشته و در محدوده سطح برداشته شده در تیر به صورت تسلیم بال تیر در محدوده کششی و کمانش بال تیر در محدوده فشاری بال تیر اتفاق می افتد.

در ارزیابی و نوسازی سازه های موجود یکی از مهم ترین گام ها بدست آوردن بیشینه تغییر شکل غیر خطی سازه تحت زلزله است. برای این منظور گرچه می توان از روش تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیر خطی استفاده کرد اما به صورت معمول از روش های ساده تقریبی که از سیستم های یک درجه آزادی خطی نتیجه شده اند استفاده می شود. در این پژوهش با استفاده از روش خطی سازی معادل پیشنهاد شده در fema440 و بکار-گیری تحلیل تاریخچه زمانی خطی تغییرفرم های قاب های دو بعدی بتنی تحت زلزله ارزیابی شده است. تحلیل تاریخچه زمانی خطی بر روی سیستم معادل خطی که سختی آن نسبت به سختی اولیه سیستم کاهش و میرایی آن افزایش یافته است، انجام می شود. به منظور محاسبه پارامتر های دوره تناوب و میرایی موثر سیستم معادل خطی، دو گروه روابط در fema440 پیشنهاد شده است. در هر دو روش دوره تناوب موثر بدست آمده از دوره تناوب اولیه قاب بیشتر خواهد بود و از طرف دیگر میرایی افزایش می یابد و به این ترتیب روش تحلیل خطی اصلاح شده انجام خواهد شد.

آگاهی و شناخت موضوع پیچیده برخورد و انفجار گلوله با بتن، از مسائل مورد علاقه مهندسان عمران می باشد، چرا که نتایج حاصل به مهندسان عمران امکان ارائه قابلیت ایمنی عناصر سازه ای را می دهد. بررسی اثرات بار های انفجاری بر خصوصیات مکانیکی بتن، در گذشته با انجام آزمایش های گوناگون صورت گرفته است. لیکن این آزمایش ها به دلیل محدودیت امکانات تنها توانسته اند به صورت نسبی و تقریبی رفتار بتن در این شرایط را مشخص نمایند. در این پایان نامه به بررسی رفتار یک دال بتن آرمه مستقر بر بستری از خاک تحت اثر برخورد، نفوذ و انفجار بعد از نفوذ گلوله و همچنین بررسی تأثیر تغییر متغیرهای انفجار، دال بتن آرمه و نوع خاک زیر دال پرداخته شده است. برای این منظور از بین نرم افزارهای موجود با قابلیت انجام تحلیل غیر خطی از نرم افزار 13-6 abaqus استفاده شده است. با استفاده از نمونه های آزمایشگاهی موجود و یک روند مهندسی معکوس برای انتخاب یک الگوی رفتاری مناسب برای بتن، میلگرد و مواد منفجره، نسبت به صحت سنجی مدل فیزیکی و رفتاری اقدام شد. بعد از صحه سنجی مدلسازی صورت گرفته، به بررسی تأثیر افزایش ضخامت دال، مقاومت مشخصه بتن، ابعاد دال بتن آرمه و همچنین نوع خاک زیر دال، زاویه برخورد و نوع سرجنگی پرداخته شده است. میزان آسیب دیدگی سطح روئی و زیرین دال بتن آرمه و قطر سوراخ ایجاد شده در دال که در وسط ضخامت دال اندازه گیری می شود، بررسی شد. تمام نتایجی که در ادامه ارائه خواهد شد مربوط به پرتابه gp100 می باشد، مگر اینکه مشخصاً پرتابه دیگری ذکر شده باشد. با افزایش ضخامت دال از 200 به 400 میلی متر قطر سطح خرابی ایجاد شده در سطح روئی دال تغییری نمی کند ولی قطر سطح خرابی زیرین دال 60% کاهش می یابد. دال های با ضخامت 200 و 300 میلی متر در انتهای تحلیل سوراخ می شوند و قطر سوراخ ایجاد شده یکسان می باشد ولی دال با ضخامت 400 میلی متر سوراخ نمی شود. با افزایش ابعاد دال از 1 به 2 متر در اثر برخورد، نفوذ و انفجار سرجنگی gp100، خرابی به وجود آمده در سطح روئی دال و قطر سوراخ ایجاد شده در دال تغییر زیادی نمی کند ولی قطر خرابی سطح زیرین دال 15% کاهش می یابد. با افزایش مقاومت مشخصه بتن از 25 تا 48 مگاپاسکال در دال با ابعاد 300×1000×1000 میلی متر، تغییری در قطر خرابی ایجاد شده در سطح روئی دال مشاهده نمی شود ولی قطر سوراخ ایجاد شده در دال و خرابی سطح زیرین دال هر کدام 10% کاهش می یابند. با افزایش مقاومت مشخصه بتن از 25 تا 48 مگاپاسکال در دال با ابعاد 300×2000×2000 میلی متر، قطر خرابی ایجاد شده در سطح روئی دال، سوراخ ایجاد شده در دال و خرابی سطح زیرین دال به ترتیب 36%، 10% و 22% کاهش می یابند. با افزایش سختی خاک زیر دال تغییری در قطر سطح خرابی روئی دال و سوراخ ایجاد شده در دال به وجود نمی-آید ولی خرابی سطح زیرین دال 15% افزایش می یابد. با افزایش زاویه برخورد سرجنگی از 0 به 60 درجه نسبت به قائم تغییری در خرابی سطح روئی دال ایجاد نمی شود ولی قطر خرابی سطح زیرین دال 46% افزایش می یابد. در برخورد با زاویه 60 درجه سرجنگی مقداری در دال نفوذ کرده و سپس کمانه می کند. در برخورد قائم سر جنگی با افزایش ابعاد دال از 1 به 2 متر در اثر برخورد، نفوذ و انفجار سرجنگی gp500، تمام سطح روئی دال با ابعاد مختلف آسیب می بیند و قطر سوراخ ایجاد شده در دال تغییر محسوسی نمی کند ولی قطر خرابی سطح زیرین دال 18% کاهش می یابد.