1-1- بهسازی خاک
 
به طور کلی برای استقرار سازه­ها در زمین­های ضعیف می­توان از سه روش انتقال بار به لایه ­های مقاوم در اعماق زمین به وسیله پی­های عمیق، جابجایی و جایگزینی مصالح مرغوب و بهبود مقاومت خاک به وسیله روش­های بهسازی استفاده نمود.
با توجه به اینکه ساختگاه بعضی سازه ها زمینهای سست با مقاومت و ظرفیت باربری پایین می­باشد لذا بحث مقاوم سازی سازه با شرایط محل، جابجایی مصالح سست و جایگزین کردن مصالح مناسب بجای آن و یا اصلاح خاک در محل مطرح می­ شود. در سالیان اخیر گسترش چشمگیری در زمینه کاربرد روش های مختلف بهسازی برای حل مشکلات مربوط به پی سازی در زمینهای سست صورت گرفته است، این گسترش به دلیل احتیاج بشر به زمین و روی آوردن به احیاء زمینهای نامناسب از نظر خصوصیات مهندسی خاک و یا موقعیت مناسب زمین جهت احداث سازه مورد نظر بوده است.
اهداف بهسازی زمین توسط هاوسمن[1] به شرح زیر بیان شده است[7]:

• افزایش مقاومت خاک؛

• کاهش شکل پذیری خاک در اثر بارگذاری (افزایش مدول تنش کرنش خاک)؛

• کاهش تراکم پذیری خاک؛

• کنترل تورم و انقباض خاک؛

• کنترل نفوذپذیری خاک؛

• کاهش پتانسیل روانگرایی خاک؛

• کاهش تغییر و تنوع پذیری مصالح خاکریزی شده و یا خاک برجا (همگن کردن مصالح زیر پی)

• پیشگیری از تغییرات شیمیایی یا فیزیکی زیان آور به دلیل شرایط محیطی؛

ون ایمپ[2] و همکاران (1993) روش های مختلف بهسازی زمین را مطابق جدول (2-1) ارائه نمودند [7].

 
جدول (2-1) روش های مختلف بهسازی زمین

 
گامبین[3] (1993) روش های مختلف بهسازی عمیق را بصورت زیر تقسیم ­بندی نمود [8]:
1- روش های فیزیکی : این روش شامل بهسازی حرارتی و انجماد خاک می­باشد.
2- روش های شیمیایی : این روش شامل تزریق سیلیکات، مواد پلیمری و تبدل یونی است.
3- روش های مکانیکی : – روش های استاتیکی نظیر پیش بارگذاری
– روش های دینامیکی نظیر تراکم دینامیکی، تراکم ارتعاشی و تراکم انفجاری
4- روش های هیدرولیکی : پایین آوردن تراز آب زیرزمینی و الکترواسمز از این دسته اند.
5- تقویت زمین : متراکم کردن زمین با شمع کوبی و استفاده از ستونهای ماسه ای و شنی از این دسته اند.
6-روش های ترکیبی : از دو یا چند روش بطور همزمان استفاده می­ شود.
اسمولتزی[4] (1983) روش های مختلف تراکم عمیق را بصورت زیر تقسیم بندی کرد [7]:
1- بارگذاری دینامیکی
این روش شامل شناورسازی ارتعاشی، تراکم دینامیکی و انفجاری است.
2- بارگذاری استاتیکی
این روش شامل پیش بارگذاری است.
بنجت[5] (1990) روش های تراکم عمیق را به سه دسته تقسیم نمود [8]:
1- روش های ارتعاشی : این روش شامل شناورسازی ارتعاشی، تراکم ارتعاشی، انفجاری و دینامیکی است.
2- روش های جایگزینی : این روش شامل استفاده از ستونهای ماسه ای،شنی، تزریق و شمع کوبی است.
3- روش پیش بارگذاری:
انتخاب روش مناسب جهت بهسازی خاک به عوامل زیر وابسته است [8] :

• نوع و درجه بهسازی مورد نیاز با توجه به سازه ای که احداث می­ شود؛

• نوع خاک و شرایط ژئوتکنیکی منطقه؛

• ارزش و اهمیت طرح و هزینه­هایی که برای بهسازی درنظر گرفته شده است؛

• بررسی احتمال بروز خطر به سازه­های مجاور و یا آلودگی محیط زیست با توجه به روشی که انتخاب شده است؛

• تأثیر خاک و آب زیرزمینی بر مصالحی که جهت بهسازی زمین، اضافه شده اند؛

اعتبار و دقت روشی که مورد استفاده قرار گرفته است.
[1] -Hausman
[2]- Van Impe
[3] – Gambin
[4] – Smoltezy
[5] – Benget

 
 
 
1-1- زمینه تحقیق:
در سال­های اخیر استفاده از ژئوسنتتیک­ها در پروژه­ های مختلف عمرانی بسیار رایج گردیده است. با توجه به مزایای فراوان فنی و اقتصادی و همچنین سهولت و سرعت زیاد در اجرا نسبت به سایر­ روش­های تسلیح خاک، این موضوع مورد توجه مهندسین و مشاوران ژئوتکنیک قرار گرفته است. شکل قرار­گیری ژئوسنتتیک­ها بر مزایای مذکور بسیار تاثیر­گذار می­باشد. تحقیقات بسیاری برای فهم تاثیرات سودمند شکل مسلح کننده در خاک صورت گرفته که در فصل بعدی به آنها اشاره می­ شود.
1-2- ضرورت تحقیق:
استفاده از ژئوسنتتیک­ها برای بهبود عملکرد پی­های سطحی در دو دهه اخیر بوسیله مهندسین مطالعه شده است. درمواردی که خاک­های حاشیه­ای ضعیف است تسلیح خاک بوسیله ژئوسنتتیک­ها یک راه­حل موثر اثبات شده است و در برخی موارد ژئوسنتتیک­ها امکان ساخت پی سطحی بجای پی­های عمیق گرانتر را فراهم می­آورد. در میان ژئوسنتتیک­های موجود در بازار ژئوگرید، ژئوتکستایل و ژئوسل بیشترین استفاده در تسلیح خاک را دارا می­باشند. تاثیرات سودمند ژئوسنتتیک­ها وابستگی بسیاری به شکل استفاده از آن­ها در تسلیح خاک دارد

 و در اشکال مختلف بکارگیری، ­مقادیر متفاوتی از افزایش مقاومت خاک را ارائه می­دهند. این تفاوت در بهبود مقاومت، در نتیجه مکانیزم­ های متفاوت شکست در خاک مسلح شده با اشکال گوناگون صورت می­گیرد. در این تحقیق به کمک روش عددی به مطالعه رفتار پی­های مستقر بر بستر ماسه­ای تقویت شده با ژئوسل با بهره گرفتن از نتایج مطالعات آزمایشگاهی می­پردازیم.

1-3- اهداف تحقیق:
با توجه به پیشرفت روزافزون فناوری­ و بکارگیری مصالح نوین به منظور بهسازی و افزایش ظرفیت باربری خاک و کاهش نشست آن، ژئوسل­ها به عنوان نمونه ­ای مناسب از مصالح مذکور مورد توجه می­باشند. با عنایت به نتایج مطالعات آزمایشگاهی در زمینه بررسی رفتار نمونه­های مسلح شده با المان­های ژئوسل، در این تحقیق مدل­سازی عددی این نمونه­ها مورد بررسی قرار گرفته است تا در پایان تحلیل دقیقی از کاربرد و تاثیر استفاده از ژئوسل­ها در افزایش ظرفیت باربری و کاهش نشست­ پی­ها بدست آوریم و همچنین به مدل­سازی عددی دقیقتر و نزدیکتر به واقعیت به کمک نرم­افزار  ABAQUS 6.11(2011) دست یابیم. امید است این تحقیق ­بتواند بسیار راهگشا باشد.
 
1-4- روش تحقیق:
روش تحقیق به ­صورت مدل­سازی عددی اجزاء محدود می­باشد. بدین ترتیب که به کمک نرم­افزار ABAQUS 6.11(2011) به تحلیل و مدل­سازی عددی پی­های دایره­ای مستقر بر بستر ماسه­ای در حالات تقویت شده با المان ژئوسل و بدون تقویت ژئوسلی پرداخته و سپس به منظور مقایسه نتایج پی دایره­ای و مربعی در شرایط یکسان و انتخاب بهترین شکل پی و بهترین نحوه تقویت با    المان­های ژئوسل، تحلیل و مدل­سازی عددی پی مربعی مستقر بر بستر ماسه­ای در شرایط مشابه با پی   دایره­ای انجام گرفته است.
فرضیات این تحلیل عبارتند از :

• به­جای وارد کردن نیروی جک در سطحی به اندازه مساحت پیستون جک، این نیرو به صورت یک بار نقطه­ای در وسط صفحه بارگذاری وارد شده است.

• خاک زیر صفحه بارگذاری نسبت به آن حرکتی نداشته و در طی بارگذاری کاملاً به آن چسبیده است. همچنین دو لایه خاک رس و ماسه در سطح تماس بینشان نسبت به یکدیگر حرکتی ندارند.

• اثر غیر­خطی شدن­های مصالح در محاسبات در نظر گرفته شده است. در مطالعات عددی این تحقیق به دلیل سه بعدی بودن نمونه­­ها و وجود تنش­های اصلی در امتداد محورهای اصلی و همچنین با توجه به مشکلات معیار موهر- کولمب از جمله در نظر نگرفتن اثر تنش میانی و همچنین وجود گوشه­های تیز در محل برخورد وجوه هرم که سبب عدم یگانگی جواب­ها در این نقاط می­ شود، برای مدل­سازی رفتار غیر­خطی رس از مدل­CAM CLAY استفاده شده و رفتار ماسه نیز با مدل DRUCKER PRAGER شبیه­سازی شده است.

• تغییر شکل­های دیواره­ های مخزنی که خاک در آن ریخته شده است ناچیز می­باشند.

امروزه با توجه به افزایش ساخت ساختمان‌های بلند مرتبه، از دغدغه‌های بزرگ مهندسین امنیت آن‌ ها در برابر حوادث طبیعی نظیر هم فرکانسی با باد یا زلزله می‌باشد. تاکنون روش‌های گوناگونی جهت حفظ امنیت مطرح گردیده که به سه روش کلی فعال، نیمه‌فعال و غیر‌فعال تقسیم‌بندی می‌شوند. که هدف نهایی کنترل سازه در مقابل تخریب ناشی از زلزله می باشد. برای این منظور دو روش کنترل مکانیکی و الکترونیکی موجود می باشد. در روش اول با بهره گرفتن از دمپرهایی که در سازه جاگذاری می شود می توان زلزله را مهار نمود که کنترل نیمه فعال نامیده می شود. در روش کنترل فعال با بهره گرفتن از سنسور نمونه گیری از زلزله میزان آن سنجیده می شود و با بهره گرفتن از جک های هیدرولیکی و یک سیستم کنترل حلقه بسته می توان سازه را کنترل نمود.

• بیان مساله

همانطور که گفته شد در روش کنترل فعال با بهره گرفتن از سنسور نمونه گیری از زلزله میزان آن سنجیده می شود و با بهره گرفتن از جک های هیدرولیکی و یک سیستم کنترل حلقه بسته می توان سازه را کنترل نمود. زلزله پدیده‌ای است طبیعی، که یکی از عوامل بروز حوادث پیش بینی نشده در سطح جوامع می‌باشد. قرارگیری کشور ایران در مناطق با خطر پذیری بالای زلزله در سطح جهان و وجود نقاط جمعیتی متراکم، ایران را به کشوری شدیدا آسیب پذیر در برابر زلزله تبدیل نموده است. افزایش بی‌رویه جمعیت، ساخت و سازهای شهری و گسترش آن تا حاشیه شهر‌ها، بدون برنامه‌ریزی مناسب و درنظر گرفتن تمهیدات و قوانین لازم، وخامت اوضاع را دو چندان کرده است. در واقع زلزله عبارت است از حرکت و ارتعاش شدید بخشی از پوسته زمین با تمام مواد و سازه‌های روی آن در اثر حرکت‌های چین‌خوردگی، آتشفشان و یا تنشهای موجود در پوسته زمین که با گشل تفاوت دارد.گسل عبارت است از سطح ناپیوسته‌ای که دو مجموعه سنگی را از هم جدا می‌کند. گسل نتیجه گسیختگی و حرکتی است که در آن، نخست دو مجموعه سنگی متصل به هم، از هم جدا شده و سپس باعث لغزش و دور شدن دو بخش از هم می شود، که همین عامل باعث بروز زلزله در مناطق مختلف از جمله شهر‌ها می‌گردد. برای کنترل سازه باید شدت زلزله را توسط یک سنسور بسنجیم.

118
5-2 نتیجه گیری 118
5-3 پیشنهادات 119
مراجع 120
 
فهرست شکل ها
شکل (3-1): بررسی اجمالی روند آنالیز حمل‌ونقل 31
شکل (4-1): محدودهی ترافیکی شهر تبریز 83
 
فهرست جدول­ها
 
جدول (2-1): انواع مطالعات مقایسهای نرمافزارهای شبیه ساز ترافیک 24
جدول (3-1):  مزایا و چالش‌های ابزارهای آنالیز عملیاتی 37
جدول (3-2). معیار های  انتخاب دسته ابزار آنالیز ترافیک 45
جدول (3-3). ارتباط ابزار تجزیه و تحلیل ترافیک دسته بندی شده نسبت به زمینه تحلیلی 47
جدول (3-4). ارتباط ابزارهای آنالیز ترافیک دسته بندی شده نسبت به محدوده جغرافیایی یا منطقه مورد مطالعه 49
جدول(3-5): ارتباط دسته ابزار تجزیه و تحلیل ترافیک نسبت به انواع تسهیلات 50
جدول(3-6): ارتباط ابزار تجزیه وتحلیل ترافیک نسبت به مد سفر 53
جدول(3-7): ارتباط دسته ابزار آنالیز ترافیک نسبت به استراتژی مدیریت و برنامههای کاربردی 58
جدول(3-8):  ارتباط دسته ابزار آنالیز ترافیک نسبت به واکنش مسافر 60
جدول(3-9):  ارتباط دسته ابزار آنالیز ترافیک نسبت به اندازه گیری عملکرد 63
جدول (3-10): ارتباط دسته ابزار آنالیز ترافیک نسبت به اثر بخشی ابزار یا هزینه 69
جدول (3-11): گام اول، انتخاب دسته ابزار مناسب 71
جدول (3-12): گام دوم، انتخاب دسته ابزار مناسب 74
جدول (3-13): گام سوم، انتخاب دسته ابزار مناسب 74

جدول (3-14): گام چهارم، انتخاب دسته ابزار مناسب 75
جدول (3-15): گام پنجم تا هفتم، انتخاب دسته ابزار مناسب 76
جدول (3-16): گام هشتم، انتخاب دسته ابزار مناسب 76
جدول (3-17): گام نهم و دهم، انتخاب دسته ابزار مناسب 77
جدول (3-18): گام یازدهم، انتخاب دسته ابزار مناسب 78
جدول (3-19): گام دوازدهم و سیزدهم، انتخاب دسته ابزار مناسب 78


 
 
 
 

فصل اول

كلیات تحقیق

1-1 کلیات

آنالیز ترافیک به عنوان یک جزء ضروری و پیچیده­ در برنامه ­ریزی و ساخت­و­ساز، یکی از عوامل زیرساخت سیستم حمل­و­نقل ما است. برای انجام این تحلیل‌ها، ابزارهای آنالیز مختلفی وجود دارد که هر کدام  بر اساس یک نیاز خاص طراحی شده‌اند. برای استفاده درست­، این ابزارها پاسخ‌هایی با جزئیات کافی و صریح را برای  آگاهی دادن به تصمیم­گیرندگان در مورد اثرات احتمالی مثبت و منفی و راه­حل‌های جایگزین ارائه می‌کنند. ابزارهای تجزیه و تحلیل ترافیک به  انتخاب ابزار مناسب برای هر شغل کمک می­ کنند. انتخاب ابزارهای مناسب آنالیز ترافیک برای یک پروژه­، نیاز به قضاوت، بینش و دانش دارد که تنها از سال‌ها تجربه و برنامه ­های کاربردی بدست می­آید.
این ‌ابزارها تا به  امروز مهم بوده به صورت پیوسته مورد استفاده قرار می­گیرند. البته، در حال حاضر یک سیستم خبره نیز  وجود دارد که کار را به طور قابل ملاحظه­ای ساده­تر می­ کند. با پاسخ دادن به چند سؤال در مورد ویژگی‌های کلیدی پروژه، سیستم خبره نوع ابزار تجزیه و تحلیل ترافیک را برای رسیدن به پاسخ­های کامل و سازگار برای  اجرای تصمیمات سرمایه گذاری در ایجاد حمل­و­نقل‌های سالم (بی عیب) در جامعه، تعیین می­ کند. به طور کلی، این مطالعات نشان می‌دهند که چگونه انواع ابزارهای مختلف به مشکلاتی گسترده­ای که در برابر هر جامعه و سازمان وجود دارد به صورت قابل توجهی  در حل مشکلات موثر واقع شده‌اند[1].

1-2  بیان مساله اساسی تحقیق

با گذر زمان بدلیل توسعه شمار ناوگان­های حمل‌ونقل کشور و عدم توسعه یافتگی سایر اجزای سیستم حمل و نقل، این رشد باعث افزایش ازدحام ترافیک شده است در نتیجه پتانسیل و شمار تصادفات و تاخیرات ترافیکی افزایش و کیفیت زندگی کاهش یافته است. بنابراین متخصصین برای رفع مشکلات به وجود آمده و افزایش بهره­وری سیستم­های حمل­و­نقل موجود باید با بهره گرفتن از ابزارهای آنالیز ترافیکی، سیستم موجود را تجزیه و تحلیل کنند تا بتوانند در خصوص اثربخشی بالقوه یک استراتژی خاص نظر دهند. متاسفانه برای استفاده از متدولوژی و ابزارهای موجود در خصوص تجزیه و تحلیل ترافیک در کشورمان، راهنمایی وجود ندارد و مطالعات انجام گرفته نیز در صورت وجود بسیار کم و خیلی کلی می‌باشند. این پایان نامه به بررسی نحوه­ شناخت روش­های تحلیلی مناسب برای انتخاب مدل مؤثر ترافیکی جهت کارکردهای آنالیزی می‌پردازد.

1-1-                        پیشگفتار

 
پیدا کردن محل و میزان آسیب یا حصول اطمینان از سالم بودن اعضا در سازه‌ها یکی از مسائل مورد بحث در بررسی سازه‌ها است. برخی سازه‌ها (برای مثال پل‌ها) به واسطه اهمیتی که دارند لازم است به صورت مداوم کنترل شوند. گسترش آسیب و در نتیجه آن خارج شدن آن‌ ها از خدمت رسانی می‌تواند تبعات جبران ناپذیری داشته باشد. در هنگام زلزله، خرابی این گونه سازه‌ها، خسارت جانی سنگینی را به علت تأخیر در کمک رسانی، که می‌توانست از طریق آن‌ ها صورت گیرد، به جامعه تحمیل می‌کند. برای رسیدن به پاسخ‌های مناسب در این‌باره، راهکارهای مختلفی ارائه شده است. در حال حاضر استفاده از آزمایش‌های غیر مخربی نظیر اشعه x یا استفاده از امواج فراصوت متداول‌ترین روش برای دستیابی به این مهم است. این روش‌ها، به خصوص در اجزای طویل، وقت‌گیر و پر هزینه‌اند. تشخیص آسیب به کمک اندازه‌گیری خصوصیات دینامیکی می‌تواند در این سازه‌ها مزایای زیادی داشته باشد. [1] این مسئله در سازه‌هایی که به همه نقاطشان دسترسی وجود ندارد پر رنگ‌تر می‌شود. رسیدن به حل تحلیلی کاربردی در این زمینه می‌تواند مسئله پیدا کردن محل و میزان آسیب را ساده‌تر و کم هزینه‌تر کند.
پایش سلامت سازه‌ها[1] در سال‌های اخیر، به یکی از زمینه‌های مهم تحقیقات در جامعه‌ی مهندسی عمران تبدیل شده است تا آنجا که صدها محقق و پژوهشگاه[2] از سراسر جهان تلاش می‌کنند تا تکنیک‌های نوینی در زمینه‌ی ردیابی خسارت با اندازه‌گیری پاسخ سیستم و الگوریتم‌های پیچیده ابداع کنند، در نتیجه مجلات[3] بسیاری به طور انحصاری به این موضوع اختصاص پیدا کرده‌اند. مسئله‌ی اصلی در پایش سلامت سازه‌ها، یافتن و ردیابی خسارت در سازه‌ها قبل از اینکه خرابی به حد بحرانی برسد، است که در نتیجه‌ی آن عمر مفید سازه

 افزایش می‌یابد.مقصود از خسارت، هرگونه تغییر در خصوصیات مواد و هندسیِ شرایط مرزی و یا پیوستگیِ سازه‌هاست.اما جامعه‌ی مهندسین تا کنون نتوانسته بدون استفاده از تجهیزات بازبینی عینی، بهیک روش ارزان، قابل اجرا، موثر و به صورت تمام وقت برای کنترل و بازرسی سازه‌هایی که دچار خستگی، خوردگی و یا خسارت ناشی از پدیده‌های طبیعیشده‌اند، دست یابد و هنوز در مراحل ابتدایی این زمینه به سر می‌برد. تا کنون بودجه‌های کلانی برای بازرسی‌های عینی سازه‌ها صرف می‌شود که اغلب نیازمند جابجاییبعضی از اجزای غیر سازه‌ای است. با گسترش زیرساخت‌ها، نیاز به روش‌های پیچیده‌تر برای کاهش هزینه‌ها، افزایش قابلیت اطمینان و افزایش سرعت بازرسی سازه‌های مهم بیش از گذشته احساس می‌شود.

 
هنگامی که سازه در معرض خستگی قرار می‌گیرد یا بارهای غیر معمول به آن وارد می‌شود ممکن است در آن آسیب‌هایی ایجاد شود. این آسیب‌ها در خصوصیات سازه (مانند سختی و میرایی) تغییر ایجاد می‌کنند. نتیجه این تغییر، تغییر در خصوصیات دینامیکی(فرکانس‌های طبیعی و شکل‌های مودی) سازه است[5].
 
ایجاد خرابی‌های ناگهانی در سازه‌ها محققین را به سمت تحقیق روی دینامیک سازه‌های آسیب دیده سوق داد. از این رو دینامیک سازه‌های آسیب دیده طی سه دهه اخیر موضوع تحقیق بسیاری از محققان بسیاری بوده است. رویکرد مشترک این تحقیقات استفاده از مدل‌های عددی و تحلیلی و اندازه‌گیری فرکانس به عنوان شاخص آسیب است[6]. روش کلی ردیابی خرابی در سازه‌ها، استخراج خصوصیت‌های هدفمند و معنی‌دار از داده‌های اندازه‌گیری شده است.
[1]- Structural health monitoring
[2]- از مراکز و مجامع معتبر بین‌المللی در این زمینه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
Ben Franklin Center of Excellence in Structural Health Monitoring
Laboratory for Intelligent Structural Technology (LIST) at the University of Michigan
The International Society for Structural Health Monitoring of Intelligent Infrastructure (ISHMII)
Los Alamos National Laboratory: Structural Health Monitoring
Ohio State University: The Intelligent Structures and Systems Laboratory
Stanford University: Sensing, Monitoring, Control and Intelligent Structures
[3]- مجلاتی مانند:
Journal of Structural Health Monitoring (sagepub)
Structural Durability & Health Monitoring (techscience)
Structural Control and Health Monitoring (John Wiley & Sons, Ltd.)
Journal of Civil Structural Health Monitoring (CSHM)