انگلیسی. 230
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست اشکال
شکل 1: نمای جانبی زمین. 17
شکل 2: نوع حرکت گسل ها. 18
شکل 3: ایالتهای لرزه زمینساختی ایران. 21
شکل 4: الف: حل صفحة گسل زمینلرزه های شرق ترکیه، قفقاز و شمال ایران   22
شکل 5: سازوكار كانونی زمینلرزه های شمال ایران. 23
شکل 6: نقشة گسلهای فعال سازوكار كانونی زمینلرزه ها و نواحی بیشینه تخریب زمینلرز ههای مخرب زاگرس. 25
شکل 7: گسلها و ساختارهای عمدة زون فرورانش مکران. 27
شکل 8: مدل های چشمه های لرزه ای در یک ایالت لرزه زمین ساخت. 32
شکل 9: ارتباط گسل فعال و ناشناخته. 34
شکل 10: تقسیم بندی گسل به قطعات كوچکتر. 35
شکل 11: توصیف منحنی خطر زلزله. 39
شکل 12: مراحل اساسی برآورد خطر زمینلرزه به روش تعینی. 47
شکل 13: انواع فاصله های چشمه لرزه زا تا سایت مورد نظر. 48
شکل 14: مقایسه چندین رابطه تجربی برای بدست آوردن زمین لرزه كنترلی   50
شکل 15: مراحل اساسی برآورد خطر زمینلرزه به روش احتمالاتی مرسوم   67
شکل 16: مراحل اساسی برآورد خطر زمینلرزه به روش احتمالاتی اصلاح شده   70
شکل 17: مثالهایی از هندسه های زون منابع مختلف. 72
شکل 18: تغییرات فاصله منبع تا محل برای هندسه های مختلف زون منبع   73
شکل 19: اثر سرعت لغزش گسل و اندازه زلزله بر پریود تکرار. 74
شکل20: محدوده محل سکونت شهر قم. 92
شکل 21: نقشه زمین شناسی شهر قم. 95
شکل 22: نقشه زمین شناسی جنوب قم. 96
شکل 23: نقشه پهنه رومرکزی زلزله. 98
شکل 24: تصویر ماهواره‌ای گسل خضر. 101
شکل 25: نقشه گسلهای بومی استان به فاصله 30 کیلومتری مرکز شهر   103
شکل 26: نقشه گسل قم – زفره. 105
شکل 27: تصویر ماهواره ای گسل رباط کریم. 108
شکل 28: گسل های فعال منطقه در محدوده ی شعاع مورد مطالعه به طول 150 کیلومتر.. 114
شکل 29:اهمیت فاصله ی گسل ها از ساختگاه را نشان می دهد. 118
شکل 30: پراکندگی زلزله های اتفاق افتاده در محدوده 150 کیلومتری استان قم.. 122
شکل 31: موقعیت چشمه های تعیین شده در منطقه قم. 133
شکل 32: عمق سنگ بستر لرزه ای شهر قم.. 143
شکل 33: نوع شرایط خاک در سراسر شهر قم.. 144
شکل 34: نقشه پهنه بندی شتاب افقی برای دوره بازگشت50 سال برای کل ناحیه.. 145
شکل 35: نقشه پهنه بندی شتاب افقی برای دوره بازگشت 475 سال برای کل ناحیه.. 145
شکل 36: نقشه پهنه بندی شتاب افقی برای دوره بازگشت 50 سال برای شهر قم. 147
شکل 37: نقشه پهنه بندی شتاب افقی برای دوره بازگشت 475 سال برای شهر قم. 148
شکل 38: نقشه پهنه بندی شتاب افقی استان برای دوره بازگشت 475 سال   149
شکل 39: نقشه استعداد زمین لغزش منطقه مورد مطالعه. 154
شکل 40: نقشه همباران منطقه مطالعاتی. 155
شکل 41: نقشه پهنه بندی خطر زمین لغزش منطقه مورد مطالعه. 156
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست جداول
جدول 1: پارامتر های ایالت های لرزه زمینساختی ایران.. 21
جدول 2: تخمین شدت زلزله بر اساس طول گسل.. 50
جدول 3: تعیین ضرایب GC و GB با توجه به نوع خاک.. 54
جدول 4: ضرایب رابطه كاهندگی بور برای محاسبه بزرگترین مؤلفه شتاب افقی.. 54
جدول 5: ضرایب مدل های کاهندگی.. 58
جدول 6: ضرایب مدل های کاهندگی برای منطقه البرز.. 59
جدول 7: ضرایب مدل های کاهندگی برای منطقه زاگرس.. 60
جدول 8: ضرایب رابطه زارع.. 62
جدول 9: ضرایب رابطه نوروزی.. 63
جدول 10: رابطه تجربی بین و Ms بدست آمده برای گستره های البرز، ایران مرکزی و زاگرس. 76
جدول 11: برآورد پارامترهای زلزله خیزی براساس زمینلرزه های ثبت شده در ایالت لرزه زمین ساختی ایران مركزی1997. 82
جدول 12: مشخصات گسل ها در محدوده ی 150 کیلومتری قم.. 115
جدول 13: مقدار بزرگای گسل ها.. 117
جدول 14: ماكزیمم شتاب افقی گسل ها.. 119
جدول 15: زمینلرزه های مهم رخ داده تاریخی تا شعاع 150 کیلومتری منطقه مورد مطالعه. 121
جدول 16: برآورد بزرگا بر اساس دوره بازگشت و همچنین تعداد رویداد زمین لرزه در یک دوره 113 ساله. 125
جدول 17: برآورد دوره بازگشت بر اساس بزرگا.. 126
جدول 18: برآورد بزرگا بر اساس دوره بازگشت.. 126
جدول 19: دوره بازگشت بر اساس درصد خطر و عمر مفید سازه.. 128
جدول 20: آهنگ رویداد سالیانه بر اساس درصد خطر و عمر مفید سازه.. 128
جدول 21: احتمال رویداد یک زمین لرزه بر اثر جنبایی سرچشمه خطی.. 131
جدول 22: هندسه چشمه های بالقوه زمینلرزه تعین شده در گستره قم.. 134
جدول 23: مقدار طولی از چشمه های مورد نظر که در محدوده ی 150 کیلومتری قرار دارد و مساحت چشمه و همچنین نزدیک ترین فاصله ی چشمه از شهر قم. 135
جدول 24: مقدار بزرگای گسل ها.. 136
جدول 25: احتمال رویداد یک زمین لرزه بر اثر جنبایی سرچشمه خطی.. 137
جدول 26: نتایج احتمال های محاسبه شده برای شتابهای مورد نظر.. 139
جدول 27: احتمال وقوع زلزله بر مبنای دوره بازگشت و بزرگا.. 140
 
 

فصل1: کلیات و ساختار زمین

1-1- عوامل موثر در جنبش نیرومند زمین :

بصورت كلی عوامل موثر در جنبش نیرومند زمین در اثر رویداد زمین لرزه را می توان در دو بخش مورد بررسی قرار داد، این دو بخش شامل ویژگی های چشمه لرزه زا، و شرایط ژئوتكنیک لرزه ای ساختگاه سازه ها می باشد. بنابراین هریک از بخش ها و نقش آنها در جنبش نیرومند زمین باید مورد بررسی قرار گیرد تا ویژگی های جنبش نیرومند زمین در شالوده سازه ها و بهینه كردن معیارهای طراحی سازه ها در برابر زمین لرزه تخمین و در محاسبات مورد استفاده قرار گیرد .{1}
 
 
 
 

1-1-1- ویژگیهای چشمه های لرزه زا :

رویداد زمین لرزه ها در بخش پوسته زمین ناشی از نیروهای زمین ساختی است كه برپایه تئوری زمین ساخت ورقه ای از سال ١٩٦٠ مطرح گردید در این تئوری بیان می شود كه سنگ كره از تعداد زیادی بلوكها بصورت ورقه تشكیل شده است كه این ورقه ها نسبت به یكدیگر در حال حركت می باشند. مرز این بلوكها همواره با رویداد زمین لرزه های بزرگ روبرو است. معتبرترین تشریح برای علت ایجاد حركت ورقه ها برپایه تعادل ترمودینامیک مواد تشكیل دهنده زمین استوار است. بخش فوقانی گوشته در تماس با پوسته سرد می باشد، درحالیكه بخش تحتانی در تماس با هسته داغ زمین است. بدیهی است كه بایستی یک گرادیان دما در گوشته برقرار باشد.
شکل 1: نمای جانبی زمین
تئوری زمین ساخت ورقه ای حركت نسبی ورقه ها را با توجه به سه نوع مرز (ورق های فرورانشی، گسترش جانبی و گسترش انتقالی)، به سادگی توصیف و تعیین می نماید. در دیگر موارد نیز ممكن است در اثر گسترش، لبه ورقه ها شكسته و سبب تشكیل ورقه كوچك تر یا خرد ورقه محصور بین ورقه های بزرگتر شود. حركت بین دو بخش از پوسته سبب انقطاع جدید یا پیشروی خطوط شكست موجود در ساختار زمین شناسی پوسته می شود كه به آن گسل می گویند. گسل ها بسته به نوع حركتشان به سه گروه اصلی دسته بندی می شوند که عبارتند از: گسلهای شیب لغز، امتداد لغز و یا تركیبی از آنها می باشد.
شکل 2: نوع حرکت گسل ها
تئوری بازگشت الاستیک بیان می كند كه وقوع زمین لرزه ها موجب آزادی تنش در امتداد بخشی از گسل می شود و تا زمانی كه تنش ها فرصت كافی برای ذخیره شدن مجدد را داشته باشند گسیختگی بعدی و یا به عبارت دیگر زمین لرزه بعدی اتفاق خواهد افتاد. از آنجائیكه زمین لرزه ها موجب رهاسازی انرژی جمع شده برروی گسل می شوند، وقوع آنها در محدوده ای كه فعالیت لرزه ای برای مدتی كم و یا اصلا اتفاق نیفتاده است محتمل تر است . با شناسایی حركات گسل در طی لرز ه خیزی گذشته و در امتداد آن می توان به نبود فعالیت لرزه ای در پاره ای از مكانهای آن پی برد.
با مطالعات لرزه زمین ساخت می توان از شكستگی ساختارهای زمین شناسی و هندسه آنها پیرامون ساختگاه سازه ها مطلع شد و نهایتا می توان مدل لرزه زمین ساختی یا درعمق برش لرزه زمین ساختی از آنها تهیه نمود و مخاطرات احتمالی گسلش زمین و یا رویداد احتمالی زمین لرزه برروی آنها را برای تخمین رویداد زمین لرزه های آتی و چگونگی ویژگیهای آنها پیش بینی نمود.
هندسه گسلها، زون خرد شده، نوع و سازوكار آنها می تواند در برآورد پتانسیل حداكثر زمین لرزه محتمل برروی آنها ما را كمك نماید و این امر در مطالعات زمین ساخت و لرزه زمین ساخت صورت می پذیرد. سن گسلها از عوامل مهم در رویداد زمین لرزه برروی آنهاست بطوریكه گسل های جوان از اهمیت بیشتری برخوردار هستند و مطالعات نو زمین ساخت می تواند كمك زیادی در كلاس بندی گسل ها از دیدگاه فعالیت لرزه ای داشته باشند.
معمولا روابط تجربی در پیوند با هندسه گسل، حداكثر توان لرزه زایی و میزان بیشینه جابجایی برروی آن وجود دارد كه تا حدودی در تخمین رویدادهای زمین لرزه ای آتی منطقه می تواند موثر واقع شود . بزرگای ز مینلرزه رابطه مستقیم با انرژی آزاد شده توسط زمین لرزه دارد.
یكی از ویژگیهای چشمه لرزه زا ژرفای كانونی زمین لرزه ها می باشد. تحقیقات و پژوهشهای زیادی برروی ژرفای كانونی زمین لرزه ها انجام شده است. بصورت كلی ژرفای زمین لرزه ایی كه در پیوند با حركت فرورانش ایجاد می شود نسبتا عمیق و ژرف می باشد كه تا عمق ٨٠٠ كیلومتری سطح زمین نیز گزارش شده است، ولی ژرفای كانونی زمین لرزه ایی كه در پیوند با گسترش جانبی اقیانوسی مشاهده شده كم عمق بوده و ژرفای آنها كمتر از ٢٠ كیلومتر می باشد و ژرفای كانونی زمین لرزه هایی كه با گسترش انتقالی در پوسته قاره ای مشاهده شده اند دارای ژرفای كمتر از پوسته زمین می باشند یعنی كمتر از ٦٠ كیلومتر . رویداد زمین لرزه های ایران بسیار سطحی بوده است و به جز منطقه مكران، تقریبا در تمام ایران كمتر از ٢٠ كیلومتر برآورد شده است و به همین دلیل لایه لرزه زا درفلات ایران را می توان بین ژرفای ١٠ تا ٢٠ كیلومتر درنظر گرفت.

1-1-2- ویژگیهای شرایط ژئوتكنیک لرزه ای ساختگاهی برجنبش نیرومند زمین :

شرایط ژئوتكنیک لرزه ای ساختگاهی بركلیه پارامترهای مهم جنبش نیرومند زمین نظیر دامنه، محتوی فركانسی و مدت دوام لرزش اثر قابل ملاحظه ای می گذارد. میزان تاثیر، تابع هندسه، خواص مصالح لایه های زیر سطحی، توپوگرافی ساختگاه و ویژگیهای امواج لرزه ای كه از چشمه لرزه زا تولید و از لایه های سنگی مختلف عبور نموده تا به پی سنگ ساختگاه وارد شود، میباشد.
طبیعت اثرات ژئوتكنیک لرزه ای ساختگاهی بر تقویت جنبش نیرومند زمین را می توان با بهره گیری از روش های مختلف مانند تحلیل ساده تئوری پاسخ زمین، اندازه گیریهای جنبش واقعی سطحی و زیرسطحی در همان ساختگاه و اندازه گیری جنبش نیرومند سطح زمین در ساختگاه هایی با شرایط متفاوت از ساختگاه موردنظر تشریح نمود.
اثرات هندسی سنگ بستر برروی جنبش نیرومند زمین تاثیر پذیر می باشد. گرچه بی قاعدگیهای توپوگرافی سنگ بستر موجب پراكنده ساختن امواج زمینلرزه شده و الگوهای پیچیده ای از تقویت یا كاهیدگی جنبش نیرومند زمین را ایجاد می كنند لیكن به هرحال جنبش نیرومند زمین در بالای ارتفاعات معمولا تقویت و تشدید می شوند.

1-2- ساختار تکتونیکی صفحات و لرزه خیزی منطقه

1-2-1- تکتونیک صفحات

اساس تئوری تکتونیک صفحات این است که تقریبا 12 صفحه اصلی سازنده لایه 70 تا 150 کیلومتری خارجی زمین هستند که به عنوان پوسته یا لیتو سفر شناخته می شوند. علاوه بر این می دانیم که این صفحات حرکت آرامی دارند و نیروی محرک آنها به طور کامل شناخته نمی شود. فرض می شود که موادی که زیر پوسته واقع شده اند و به عنوان آستنوسفر شناخته شده اند بدلیل اختلاف دمایی که در عمقشان وجود دارد حرکت می کنند. حرکت نسبی لایه های مجاور منجر به تغییر شکل و کرنش سنگ ها می شود، سنگ تغییر شکل یافته در نهایت شکسته و جایجا می شود که منجر به ایجاد زمین لرزه می شود. این گونه لرزه ها، لرزه های تکنونیکی هستند که می تواند در مرز صفحات یا داخل صفحات اتفاق افتد. {5}

1-2-2- ایالتهای لرزه زمینساختی ایران

ایالت لرزه زمینساختی، پهنه ای است كه تحت رژیمهای ژئودینامیكی كن ونی، دارای جایگاه تكتونیكی همانند و الگوی لرز هخیزی یكسان باشد (یی ١و همكاران، ١٩٩٥ ). با توجه به این مفهوم، میرزایی و همکاران (١٩٩٨) ایران را به پنج ایالت لرزه زمینساختی عمدة : ١- البرز – آذربایجان ٢- كپه داغ ٣- زاگرس ٤- ایران مركزی و شرق ایران و ٥- مكران، تقسیم کرده اند كه خصوصیات عمده آنها به اختصار به صورت زیر است. {5}
شکل 3: ایالتهای لرزه زمینساختی ایران(میرزایی 1977) {5}
 
جدول 1: پارامتر های ایالت های لرزه زمینساختی ایران{5}

1-2-3- ایالت لرزه زمینساختی البرز- آذربایجان

این ایالت پهنه ای لرزه خیز است كه بخشهای شمال و شمال غربی ایران را در بر میگیرد رشته كوه البرز از شمال به فرونشست دریای خزر و از جنوب به فلات ایران مركزی منتهی می گردد. البرز، بخش مركزی منطقة كوهزایی گسترده تری را تشكیل می دهد كه حدود آن از نظر محققین مختلف، متفاوت است.
در تعیین ایالت لرزه زمینساختی البرز آذربایجان، حد شمالی البرز در امتداد بلوك جنوبی دریای خزر قرار می گیرد. بلوك جنوبی دریای خزر در حال حاضر دارای نرخ کرنش پایین و نحوة رفتار آن در برابر عوامل تغییر شكل دهنده، با بقیة ایران متفاوت است (جكسون ٥ و همكاران، ١٩٩٥). بسیاری از محققین خصوصیات بلوك جنوبی دریای خزر را همانند ویژگیهای پوستة اقیانوسی می دانند. از دیدگاه زمین شناسی، حد جنوبی ایالت لرزه زمینساختی البرز-آذربایجان بخوبی مشخص نیست، اما بر اساس مطالعات نوزمینساخت(نئوتكتونیك) مرز جنوبی این ایالت لرزه زمینساختی بر روی گسل های فعال قرار می گیرد. مهمتر ین این گسل ها عبارتند از: گسل شمال تبریز، گسل ایپك و گسل ترود. مرز شرقی ایالت لرزه زمینساختی البرز-آذربایجان با ایالت لرزه زمینساختی كپه داغ واضح نیست و مرز بین این دو ایالت عمدا بر اساس اطلاعات مربوط به فعالیت لرزه ای و تغییر روند ساختاری ساختهای زمین شناسی تعیین شده است. كوتاه شدگی قاره ای ناشی از همگرایی صفحه های اوراسیا و عربستان كه با نرخ همگرایی ٣٠ میلی متر در سال (جكسون، ١٩٩٢ ) صورت می گیرد. با ضخیم شدن پوستة قاره ای و رانده شدن جانبی پوسته در منطقة برخورد تكمیل و تعدیل می شود. سازوكار زمینلرزه ها در شرق تركیه و ناحیه قفقاز نشان دهندة گسلش تراستی و امتدادلغز می باشند. {5}
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

با توجه به اهمیت سازه سد و آسیب پذیر بودن این سازه لزوم مقاومت این سازه در برابر نیروهای اعمالی امری اجتناب ناپذیر است. سدها می بایست در برابر نیروهای اعمالی به آن از جمله نیروهای استاتیکی نظیر زیرفشار، فشار مخزن، و تنش‌های وارده ناشی از بارهای ثقلی و نیروهای دینامیکی نظیر زلزله و سیلاب و … مقاومت کافی داشته باشند. مدل سیستم سد-پی-مخزن با در نظر گرفتن نیروهای وارده همواره توسط محققین زیادی مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. به‌طوریکه در ابتدا با روش‌های تحلیلی و در نظر گرفتن فرضیات ساده شونده زیاد و سپس با روش های عددی مبادرت به حل مدل سد نمودند. در این فصل در ابتدا نگاهی گذرا به روش های تحلیلی و عددی در حل سیستم سد-پی-مخزن خواهیم داشت. سپس تعریف و تاریخچه و کاربرد روش پس‌تنیدگی در مقاوم‌سازی و بهسازی سدها ارائه می‌گردد و نتایج محققین در این زمینه بیان می‌شود.
2-2- روش‌های تحلیلی
روش‌های تحلیلی اولین روش‌هایی بودند كه محققین برای حل مسئله تحلیل سد و مخزن تحت اثر زلزله بكار بردند. در این نوع روش‌ها، در ابتدا طبق فرضیات مصالح، معادلات حاكم و شرایط مرزی مسئله بیان و سپس مستقیماً معادلات دیفرانسیل مربوطه حل می‌شود.
 
به دلیل پیچیدگی زیاد حل این‌گونه معادلات، برای مسائل با شكل هندسی و یا شرایط مرزی پیچیده، این روش قابل‌استفاده نیست ولی برای مسائل ساده پاسخ‌هایی توسط محققین مختلف به‌دست آمده است.
جواب‌های حاصل از این روش‌ها، به دلیل سهولت در استفاده برای تحلیل تقریبی سدها و طراحی اولیه آنها، ابزاری بسیار مناسب و كاربردی می‌باشند. در ادامه خلاصه‌ای از این روش‌ها ارائه خواهد شد.
2-2-1- تحلیل مدل سد-مخزن بدون در نظر گرفتن اثر اندر کنش
اولین راه ‌حل جهت تحلیل سد تحت اثر زلزله توسط وسترگارد ]40[ در سال 1933 میلادی مطرح گردید. فرضیاتی كه وسترگارد، با توجه به شکل 2-1 در نظر گرفت به شرح زیر می‌باشد:

• رفتار سیستم دو بعدی است.

• سد صلب می‌باشد.

• كف مخزن افقی و صلب می‌باشد.

• طول مخزن در جهت بالادست تا بی‌نهایت ادامه دارد.

• سیال غیر چرخشی می‌باشد.

• دانسیته آب ثابت است.

• شتاب زمین افقی و هارمونیک برابر می‌باشد كه در آن:

ضریب زلزله و g شتاب ثقل زمین و T زمان تناوب تحریک می‌باشند.

• تغییر شكل‌ها كوچك در نظر گرفته شده است.

• آب تراكم پذیر خطی است.

10-اثر امواج سطحی در نظر گرفته نمی‌شود.
 
 
 
 
شكل 2-1- مدل سد و مخزن مورد استفاده وسترگارد
از طرفی معادله حاکم بر محیط مخزن را می‌توان بصورت رابطه 2-1 بیان نمود که معادله موج در محیط دو بعدی می‌باشد ]40[.
(2-1)
که در رابطه فوق P فشار هیدرودینامیک و C سرعت انتشار امواج در‌آب می‌باشد.
وسترگارد براساس فرضیات خود شرایط مرزی زیر را برای معادله فوق اعمال نمود:
در y=0
(2-2)                                                      در y=h
                            در x=0
       در بالادست مخزن
 
وسترگارد با حل معادله دیفرانسیل حاكم و با در نظر گرفتن شرایط مرزی پاسخ زیر را برای فشار هیدرودینامیک مخزن تحت اثر شتاب هارمونیک به‌دست آورد:
(2-3) y)
پارامترهای C_n و q_n از روابط 2-4 و 2-5 به‌دست می‌آیند.
(2-4)
[1] Westergard
[2] Chopra
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

نشست تحکیمی یکی از ملاحظات مهم طراحی در پروژه‌های عمرانی همچون سازه ها، راه ها و راه آهن می‌باشد. این پارامتر بوسیله آزمایش تحکیم تعیین می‌شود. آزمایش تحکیم یک آزمایش نسبتا وقت گیر و پر هزینه است که باید با دقت کافی انجام می‌شود.
در بسیاری از پروژه ها به خصوص در پروژ ه‌های خطی مانند راه آهن خوددارای از انجام آزمایش تحکیم به تعداد و دقت کافی سبب وارد آمدن خسارات قابل توجه به حجم راه می‌شود. با توجه به زمان و هزینه نسبتا زیاد آزمایش تحکیم، تخمین نشت تحکیمی با بهره گرفتن از پارامترهای موثری که بتوان زیاد آزمایش تحکیم، تخمین نشست تحکیمی با بهره گرفتن از پارامترهای موثری که بتوان آنها را با انجام آزمایشات ساده کم هزینه و با دقت قبول نمود همواره مورد توجه بسیاری از محققین ژئوتکنیک و راه سازی بوده است.
 
2-2- شناسایی پارامترهای موثر در نشست تحکیمی خاک
با انجام آزمایش تحکیم، ضریب فشردگی یا شاخص تراکم (Compression index) از شیب نمودار تخلخل (e) بر حسب لگاریتم تنش موثر ( ) برای خاکهای تحکیم عادی یافته تعیین می‌شود. شکل 1 نحوه تعیین ضریب فشردگی ( ) را نشان می‌دهد.
همانطور که در این شکل مشاهده می‌شود، به طور مستقیم از رابطه زیر قابل تعیین است:
(2-1)
 
شکل 2-1 تعیین ضریت فشردگی
به طور غیر مستقیم و از روی پارامترهای موثر، اولین بار ترزاقی و پک در سال 1997، رابطه تجربی زیر را به منظور تخمین ضریب فشردگی برای رسهای تحکیم عادی یافته در حالت دست نخورده پیشنهاد نمود[6]
(2-2)
که در آن LL، حد روانی (Liquid Limit) خاک رس است. همچنین ترزاقی و پک در رابطه‌ای مشابه، فرمول زیر را برای رس‌های دست نخورده (Remolded clays) ارائه دادند:
(2-3)
در هر دو رابطه (2) و (3)، LL به عنوان تنها پارامتر موثر در تعیین نشست تحکیمی معرفی شده است.
همچنین آزور و همکارانش با بهره گرفتن از رگرسیون تک متغیره خطی، برای مناطق مختلف روابط زیر را ارائه نمودند [7]:
(2-4)                        : برای رس برزیلی
(2-5)                              : برای رس شیکاگو
(2-6)                            : برای خاکهای آلی و نباتی
در این رابطه LL (حد روانی)، ( در صد تخلخل اولیه) و (رطوبت طبیعی خاک) به عنوان پارامترهای موثر در نظر گرفته شده هر یک از این پارامترها به طور جداگانه برای تخمین نشست استفاده شده اند.
نانسی و همکارانش با انجام مطالعه در خاکهای آتلانتیک شمالی، رابطه (2-7) را پیشنهاد دادند[8]
(2-7)
در این رابطه PI (نشانه خمیری) خاک، پارامتر تاثیر گذار بیان شده است. از آنجایی که :

(2-8)
با توجه به اینکه اثر LL در مطالعات قبلی در نظر گرفته شده بودن پس PL بعنوان پارامتر موثر دیگر توسط این محققین در نظر گرفته شده است.
به طور مشابه چندین رابطه دیگر و نیز محققین مختلف برای تخمین بر اساس پارامترهای معرفی شده پیشنهاد شده است. این روابط در جدول 2-1 درج شده است [9]، [10].
جدول 2-1 : فرمولهای تجربی برای تعیین

 
همانطور که در جدول شماره 2-1 مشاهده می‌شود در تمامی روابط معرفی شده اثر پارامترها به طور مجزا دیده شده و ترکیب آنها در تعیین رابطه‌ای واحد منظور نشده است.
 
 
2-3- مروری بر تاریخچه تحقیقاتی نظریه مجموعه‌های فازی و زمینه‌های آن در مهندسی عمران
2-3-1- اولین زمینه‌های فکری
در حالی که کانت (Kant) فیلسوف شهیر آلمانی در سال 1880 بر این امر اصرار می‌ورزید که منطق اساسا به واسطه کارهای ارسطو یک علم کامل و تمام شده است. دو قرن پس از وی، بول، پیرس، فرگه و راسل تحولاتی اساسی در منطق ایجاد کردند و تکنیکهای قوی تری را ارائه نمودند [11]. پس از آن، در نیمه دوم قرن بیستم، جهان علم شاهد تولد نظریه‌ای منطقی با شالودهای کاملا متفاوت از منطق ارسطویی بود. منطق فازی با یک تفاوت زیر بنایی متولد شد. البته با بررسی دقیق تاریخ علم می‌توان ریشه‌های این نوع نگرش را در سالها قبل از ارائه رسمی نظریه فازی در سال 1965، یافت. تردید در محدود بودن ارزشهای صدق یک گزاره به دو ارزش صدق و کذب از اوایل قرن نوزدهم در آثار لوکاسیویچ (Lukasiemicz) و به دنبال او منتقدانان و ریاضیدانانی مثل پست (Post)، بوخوار (Bochovar) و کلین (Kleene) بازتابهای خود را نشان داد. نقطه آغازین این رویکرد، تعمیم دو ارزش صدق به سه ارزش بود و پس از آن سیستمهای n- ارزشی و بینهایت ارزشی معرفی گردیدند و بر مبنای آنها جبرهای متعددی پایه ریزی شد. در سال 1937 ماکس بلک (Max Black) فیلسوف کوانتوم مقاله‌ای منتشر کرد که آن را ابهام نامید. مقاله‌ای راجع به آنالیز منطقی که در مجله فلسفه علم منتشر شد. بلکه در این مقاله منطق چند ارزشی را به مجموعه ها گسترش داد و خاطر نشان ساخت که این مجموعه‌های فازی هستند که تصورات و اندیشه‌های ما را با یکدیگر سازگار کرده اند. البته واژه مورد استفاده او واژه مبهم بوده است و نه فازی. نهایتا اینکه نظریه بلک مورد استقبال قرار نگرفت و در مجله‌ای اختصاصی که گروه اندکی آنرا مطالعه می‌کردند در سکوت به دست فراموشی سپرده شد و بلکه نیز دیگر به آن نپرداخت. آن سالها، سالهای اوج تفکرات پوزیویست‌های منطقی بود (کاسکو، 1377).
 
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

100
4-3-2    منابع خطا و کشف شرایط غیر معمول سازه‌ای 101
4-3-3    تعیین مولفه‌های کرنش و تنش برای اندازه‌گیری کرنش کل 106
4-4   نتیجه‌گیری و جمع‌بندی 111
5   نتیجه‌گیری و جمع‌بندی 114
5-1   نتیجه‌گیری 114
5-2   دستآوردها 116
5-3   پیشنهاداتی برای پروژه‌های آتی 116
فهرست مراجع………………………………………………………………………………………………….117
 
 
فهرست شکل‌ها
شکل ‏1‑1: تشكیلات سیستم مانیتورینگ سلامت سازه. 3
شکل ‏1‑2:مواد مورد استفاده در ساخت بوئینگ 787. 10
شکل ‏1‑3: مزایای سیستم SHM برای كاربران نهایی. 13
شکل ‏1‑4:طرح شماتیكی از پوست انسان كه نمایانگر تنوع حسگرها و عملگرها و سازه كاملا هوشمند آن می‌باشد 16
شکل ‏1‑5: مقایسه بین سیستم عصبی انسان و ساختار SHM. 16
شکل ‏1‑6 : سیر تکامل مواد.. 17
شکل ‏1‑7:  اجزای اصلی سیستم SHM. 20
شکل ‏1‑8: انواع حسگرهای مورد استفاده سیستم مانیتورینگ: مقایسه بین مهندسی هوافضا و مهندسی عمران 24
شکل ‏1‑9: حسگرهای مورد استفاده در ایرباس320. 26
شکل ‏1‑10: حسگرهای سطح CVM. 26
شکل ‏1‑11: سیستم مدیریت سلامت سازه هواپیما. 28
شکل ‏2‑1: مقایسه بین فرایند مانیتورینگ و سیستم رفع عیب بدن انسان. 33
شکل ‏2‑2: روش‌های جمع‌ آوری داده. 38
شکل ‏2‑3: روش‌های نگه‌داری داده و دستیابی به داده. 39
شکل ‏3‑1: طبقه‌بندی تكنولوژی‌های حس فیبرنوری. 44
شکل ‏3‑2: ستاپ سیستم حسگر تداخل‌سنج SOFO. 45
شکل ‏3‑3: واحد قرائت SOFO پرتابل و نصب پایدار. 46
شکل ‏3‑4: قواعد اصلی حسگرهای فابری پروت. 47
شکل ‏3‑5: تفكیک كننده برای تداخل های فابری پروت برای كانال‌های چندتایی و گره ها. 47
شکل ‏3‑6: حسگرهای چندگانه FBG. 48

شکل ‏3‑7: مولفه‌های پراكندگی نوری در فیبرهای نوری. 50
شکل ‏3‑8: بسته‌بندی حسگر برای نصب در محفظه بوسیله اتصال جوش. 51
شکل ‏3‑9: نمونه‌ای از مقطع عرضی نوار هوشمند. 52
شکل ‏3‑10: تداخل‌سنج SOFO. 53
شکل ‏3‑11: حسگر درجه‌حرارت FBG. 53
شکل ‏3‑12:شتاب‌سنج‌ تك محوره فیبرنوری در ترکیب با  FBG. 54
شکل ‏3‑13: حسگرهایی برای كرنش، فشار و درجه‌حرارت. 54
شکل ‏3‑14: طراحی كابل حس درجه‌حرارت نامتناهی  و متناهی. 56
شکل ‏3‑15: تصویر برش عرضی نوار حس هوشمند. 57
شکل ‏3‑16: مقطع عرضی پروفایل هوشمند و ساده 57
شکل ‏4‑1:مفهوم کرنش متوسط در جسم تغییرشکل یافته. 61
شکل ‏4‑2: مفهوم کرنش برشی متوسط در شکل تغییرشکل یافته. 62
شکل ‏4‑3: روابط تنش کرنش ترم کوتاه بین مواد الاستیک پلاستیک .الف)خطی.ب)غیرخطی. 64
شکل ‏4‑4: توزیع کرنش در سطح مقطع تیر. 65
شکل ‏4‑5: نمایش رایج‌ترین بارگذاری، متناظر با توزیع نیروهای عمودی 67
شکل ‏4‑6: شماتیکی از حسگر گیج بلند نصب شده در ماده 73
شکل ‏4‑7: مقایسه حسگرهای گیج کوتاه و بلند در المان بتن. 76
شکل ‏4‑8: مقایسه توزیع کرنش حقیقی و کرنش میانگین اندازه‌گیری شده بوسیله حسگر گیج بلند در حالت کلی 79
شکل ‏4‑9: مقایسه توزیع کرنش حقیقی و کرنش میانگین اندازه‌گیری شده بوسیله حسگر گیج بلند در حالت توزیع خطی یا ثابت کرنش 80
شکل ‏4‑10: مقایسه توزیع کرنش حقیقی و کرنش میانگین اندازه‌گیری شده بوسیله حسگر گیج بلند در حالت کلی توزیع شکسته خطی کرنش 84
شکل ‏4‑11: مقایسه توزیع کرنش حقیقی و کرنش میانگین اندازه‌گیری شده بوسیله حسگر گیج بلند در حالت کلی توزیع سهموی کرنش 87
شکل ‏4‑12: آنالیز خطای اندازه‌گیری در توزیع ناپیوسته کرنش و وجود انحراف در طول گیج حسگر 90
شکل ‏4‑13: موقعیت حسگرها در المان تحت کشش بتن آرمه‌ای 94
شکل ‏4‑14: معیار تعیین طول گیج حسگرهای فیبرنوری بر اساس نوع ماده سازنده و استراتژی مانیتورینگ 98
 


 
فهرست جدول‌ها
جدول ‏1‑1: تخمین زمان ذخیره شده در بازرسی هواپیماهای جنگنده مجهز به سیستم SHM. 14
جدول ‏1‑2: فعالیت‌های مشترك علم پزشكی و SHM. 15
جدول ‏2‑1:پارامترهایی كه بارها و بارها مانیتوره می‌شوند . 32
جدول ‏4‑1: منابع مهم کرنش بر اساس مواد سازنده متفاوت. 63
 
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

علم مهندسی سازه که بر مبنای تحلیل و طراحی، به ساخت انواع سازه‌ها براساس ملزومات خود می‌پردازد همواره در پی توسعه و گسترش حیطه‌ی کاری خود بوده و هست که پیشرفت روز افزون طراحی و ساخت انواع سازه‌ها گواهی آشکار بر این موضوع می‌باشد و همچنین پر واضح است که در اغلب موارد در هر ساخت و سازی استفاده از حداقل مصالح و نیز افزایش سرعت و کاهش هزینه‌های اجرا مهمترین مسئله‌ای است که کارفرمایان و طراحان با آن مواجه هستند که با افزایش ابعاد و اهمیت سازه بررسی این پارامترها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌شوند. در نتیجه مطالعه‌ی کلیه‌ی پارامترهای مؤثر بر این موضوع که اصطلاحاً به آن بهینه‌یابی گفته می‌شود از اهمیت و جایگاه ویژه‌ای برخوردار است. مرحله‌ی اول از هر عمل بهینه‌ کردن، طرح یک ایده‌ی اولیه می‌باشد. یافتن یک ایده‌ی بهینه‌سازی مستلزم مطالعه و بررسی شرایط حاکم بر مسئله و یافتن راهکارهایی جهت رسیدن به اهداف بهینه‌سازی می‌باشد. استفاده از سازه‌های فضاکار[1] از نوع تخت به جای استفاده از ستون‌های میانی بسیار قوی در پوشش دهانه‌های بزرگ یک ایده‌ی بهینه‌سازی جهت کاهش هزینه‌ها بوده است. در مرحله‌ی بعد تبدیل این شبکه‌ها[2] به انواع چلیک‌ها[3] و مجدداً تبدیل چلیک‌ها به انواع گنبدها[4] از دیگر ایده‌های بهینه‌سازی در این زمینه بوده است. در این تحقیق در راستای ادامه‌ی این روند بهینه‌سازی از عمل فرازش در گنبدها استفاده شده است.
 
 
 

• . معرفی سازه‌های فضاکار

به سازه‌ای كه اصولاً رفتار سه بعدی داشته باشد، به طوری كه به هیچ ترتیبی نتوان رفتار كلی آن را با بهره گرفتن از یک یا چند مجموعه‌ی مستقل دو بعدی تقریب زد، سازه‌ی فضا‌كار گفته می‌شود. این تعریف یک تعریف كلی است اما در عمل این واژه به گروه خاصی از سازه‌ها كه شامل انواع شبكه‌ها، چلیك‌ها، گنبدها، برج‌ها[6]و… اتلاق می‌شود. سازه‌های فضاکار عمدتاً دارای فرم بدیع مستوی یا منحنی در فضا بوده و با واحدهای حتی‌المقدور یکسان در الگویی تکرار شونده احداث می‌شوند [1]. از مهمترین ویژگی‌های این سازه‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• دهانه: سیستم سازه‌ی فضاكار قادر به پوشاندن دهانه‌های بزرگ با حداقل مواد مصرفی می‌باشد )فولاد مصرفی در سازه‌ی فضاكار دو سوم سازه‌های متداول دیگر می‌باشد(.

• سرعت نصب: به علت پیش‌ساخته بودن قطعات، سرعت عملیات مونتاژ و نصب بسیار بالا و اقتصادی می‌باشد.

• وزن كم و قابلیت جابجایی: سازه‌ی فضاكار دارای وزن كم بوده و قابلیت جابجایی با دست را دارا می‌باشد.

• انعطاف‌پذیری در طراحی: سازه‌ی فضاكار قابلیت افزایش و كاهش سطح را دارا بوده و امكان جابجایی ستون‌ها بدون اینكه خطری برای سازه‌ی فضاكار ایجاد گردد میسر می‌باشد.

• مقاومت در برابر نیروهای دینامیكی: سازه‌ی فضاكار مقاومت بالاتری در برابر بارهای دینامیكی همچون زلزله، انفجار و بار باد در مقایسه با سازه‌های متداول دیگر از خود نشان می‌دهد.

• ظاهر زیبا: سازه‌ی فضاكار از نظر نمای ظاهری بسیار زیبا بوده و نیازی به استفاده از سقف كاذب در این سازه نیست.

• ایمنی سازه: سختی زیاد سازه تغییر شكل سازه را پایین می‌آورد.

• جدایی‌ناپذیر بودن فرم سازه از معماری.

• ایجاد فصل مشترکی برای بهره‌گیری معماران پیشرو از قابلیت‌های مهندسان سازه مسلح به دانش نوین.

• امکان احداث سازه‌ها با کاربرد چند منظوره.

• اجزا و زیرمجموعه‌های ساده اغلب در خور پیش‌سازی و تولید انبوه می‌باشند و در ابعاد و اشکال استاندارد اختیار می‌گردند.

• با بهره گرفتن ازقابلیت باربری در سه بعد، امکان کاهش وزن فراهم می‌آید. از این‌رو سازه‌های فضاکار مشبک، اسکلتی معمولاً سبک و صلب می‌باشند.

• سازه‌های فضاکار قابلیت‌ها و امکانات عمده‌ای را در اختیار مهندسان و معماران برای تلفیق اصول زیباشناختی و نوآوری‌ها با جنبه‌های رفتاری، عملکردی، کاربری و سرویس‌دهی سازه قرار می‌دهند.

• اتصالات تیپ و کاملاً یکسان در این سازه‌ها به نوبه‌ی خود کمک شایانی به افزایش سرعت نصب و اجرا می‌کند.

• . انواع سازه‌های فضاکار

       1-3-1. سازه‌ی فضاكار تخت یک لایه
شبکه‌ی تک لایه از مجموعه‌ای از اعضایی تشکیل شده که محورهایشان در یک صفحه قرار دارند و به صورت صلب به هم متصل شده‌اند. نمونه‌هایی از این شبکه‌ها در شکل 1-1 نشان داده شده است.
شکل 1- 1 نمونه‌هایی از شبکه‌های تخت تک لایه[2]
 
1-3-2. سازه‌ی فضاكار تخت دو لایه
شبکه‌ی دولایه از زیر مجموعه‌های ذیل تشکیل شده است:

• یک لایه‌ی بالایی با اعضای متصل به هم.

• یک لایه‌ی پایینی با اعضای متصل به هم .

• اعضای جان که لایه‌ی بالایی و پایینی را به هم متصل می‌‌کنند.

شبکه‌های دولایه اغلب در حالت افقی طرح و اجرا می‌شوند ولی می‌توان آنها را با هر درجه‌ی تمایلی نسبت به سطح افقی نیز طرح و اجرا نمود. نمونه‌هایی از شبکه‌های تخت دولایه در شکل 1-2 نشان داده شده است.
شکل 1- 2 نمونه‌هایی از شبکه‌های تخت دو لایه[2]
 
همچنین از دیگر شبکه‌ها می‌توان به شبکه‌های چند لایه اشاره کرد. شبکه‌های چندلایه دارای بیش از دولایه می‌باشند. این شبکه‌ها از نظر ساختاری مانند شبکه‌های دولایه می‌باشند و لایه‌های این شبکه‌ها نیز توسط اعضای جان به یکدیگر متصل شده‌اند. همچنین ممکن است شبکه‌ای در قسمت‌هایی دارای دولایه بوده و در قسمت‌های دیگر از بیش از دولایه تشکیل شده باشد.
 
1-3-3. سازه‌ی فضاكار چلیک
به شبكه‌ای یک یا چند لایه كه در یک جهت دارای انحنا باشد، چلیک اتلاق می‌شود. این سازه برای پوشش سطوح مستطیلی دالان مانند استفاده شده و بعضاً فاقد ستون می‌باشد و روی لبه‌های چلیک كه به تكیه گاه متصل است، قرار می‌‌گیرد. برخی از نمونه‌های چلیک در شكل 1-3 نشان داده شده است.
 
شکل 1- 3 نمونه‌هایی از چلیک‌[2]
 
1-3-4. سازه‌ی فضاكار گنبد
گنبد شبکه‌ای یک یا چند لایه است كه در چند جهت دارای انحنا می‌باشد. سطح یک گنبد می‌تواند بخشی از یک سطح منفرد كروی یا سهموی بوده یا وصله‌ای از چندین سطح متفاوت باشد. برخی از انواع گنبدهای معمول یک ‌لایه شامل گنبدهای لملا[9]، اشودلر[10] و دنده‌ای[11] در شكل 1-4 و گنبدهای پیازی[12]، اسکالپ[13] و دیامتیک[14] در شکل 1-5 نشان داده شده است. در این تحقیق از گنبدها‌ی دیامتیک تک لایه استفاده شده است.
شکل 1- 4 نمونه‌هایی از گنبد به ترتیب از راست گنبد لملا‌، گنبد اشودلر و گنبد دنده‌ای [2]
شکل 1- 5 نمونه‌هایی از گنبد به ترتیب از راست گنبد پیازی‌، گنبد اسکالپ و گنبد دیامتیک [2]
 

• . اتصالات در گنبدها

سازه‌های فضاکار از نظر نوع ساختار و اتصالات به دسته‌ های زیادی تقسیم می‌شوند که در زیر به برخی از آنها اشاره شده است:

• سیستم انگلیسی Space Deck

• سیستم آلمانی Mero Deck

• سیستم لوزی شکل Diamond Deck

• سیستم اس دی سی SDC Deck

• سیستم تک پیچ Single Bolts

• سیستم هشت نقطه‌ای Octatube Nodes

• Unibat Unitrust

در این تحقیق تمامی اتصالات صلب انتخاب شده‌اند و برای چنین اتصالی از سیستم SDC Deck که نمونه‌هایی از آن در شکل 1-7 نشان داده شده است استفاده می‌شود.
شکل 1- 6 نمونه‌هایی از اتصال SDC [1]
 

• . اهداف و گستره

از آنجا که هر یک از فرم‌های سازه‌های فضاکار تحت کنش‌های مختلف که از انواع آن می‌توان به کنش‌های دینامیکی چون زلزله و باد و همچنین کنش‌های استاتیکی مانند وزن سازه و بار برف اشاره کرد رفتار خاصی دارند و هیچیک از فرم‌ها رفتار مشابهی با سایر فرم‌ها ندارند، هر یک از آنها نیازمند رفتارشناسی خاص خود با توجه به ویژگی‌های منحصر به خود می‌باشند. در این بین فرم‌های تکمیل یافته‌ی سازه‌های فضاکار مانند گنبدهای فرازش‌یافته از جایگاه ویژه‌ای برخوردارند. فرازش در حقیقت تابعی است که انواع سازه‌های فضاکار را در جهت اهداف مختلف که در این تحقیق بهینه‌کردن وزن سازه است ترکیب می‌کند و سازه‌ای به وجود می‌آورد که ترکیبی از سازه‌های پیشین خود با رفتاری کاملاً متفاوت می‌باشد. گنبدهای فرازش‌یافته گنبدهای شبکه‌ای معمولی هستند که عمل فرازش در آنها باعث تغییر رفتار سازه ای آنها شده است.
هدف اصلی در این تحقیق رفتارشناسی چهار گروه از گنبدهای تک لایه‌ی دیامتیک با بهره گرفتن از آیین‌نامه‌های سازه‌های فضاکار ایران ‌[1]، AISC-7‌ [3]، آیین‌نامه‌ی طراحی ساختمان در برابر زلزله، استاندارد 2800‌ [4] و FEMA- 356‌[5] و همچنین مبحث ششم مقررات ملی ساختمان [6] به منظور تعیین هندسه بهینه است. نمونه‌ای از این گنبدها در شکل 1-7 ترسیم شده است.
Spaceframe Structure
[2] Grids
[3] Barrel Vaults
[4] Domes
Pellevation
Towers
Single layer grids
Double layer grids
Lamella
Schwedler
Ribbed
Onion
Scallop
Diamatic
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)