وبلاگ

:
غالباً سازه‌ها برای زلزله‌های شدید و پذیرش سطوحی از خسارت طراحی می‌شوند و كنترلی از نظر رفتار الاستیک سازه‌ها در محدودة زلزله‌های معتدل كه احتمال وقوع سالیانه آن‌ ها زیاد می‌باشد مشخص نمی‌شوند. یعنی اینكه تخمینی برای رفتار الاستیک سازه‌ها در چنین حالتی وجود ندارد. سازه در هنگام وقوع زلزله‌های شدید وارد محدودة غیر خطی می‌گردد و در نتیجه برای طراحی آن‌ ها نیاز به یک طراحی غیر خطی می‌باشد ولی به دلیل پیچیده بودن تحلیل غیر خطی همچنین وقت‌گیر و پرهزینه بودن و عدم گستردگی برنامه‌های غیر خطی در مقایسه با تحلیل خطی روش‌های تحلیل و طراحی معمول بر اساس تحلیل خطی سازه منظور می‌گردد.
یكی از پارامترهای مهم و اساسی در طراحی لرزه‌ای سازه‌ها ضریب رفتار می‌باشد. مقدار این ضریب در برخی آیین نامه‌ها از نتایج آزمایشات انجام شده تعیین شده است و رخداد زلزله بهترین آزمایشگاه برای بررسی رفتار سازه‌ها می‌باشند. برای لحاظ كردن رفتار غیر خطی سازه با یک تحلیل خطی و مشخص كردن میزان اتلاف انرژی در اثر رفتار هیستر زیس، میرایی، اثر اضافه مقاومت سازه و شكل‌پذیری سازه از ضریبی به نام ضریب اصلاح رفتار یا ضریب رفتار استفاده می‌شود.
طراحی لرزه‌ای ساختمان‌ها به این صورت است كه طرح باید به گونه‌ای باشد تا ساختمان‌ها در هنگام وقوع زلزله‌های كوچك در محدوده خطی و بدون خسارت بمانند. در زلزله‌های متوسط، خسارت غیر سازه‌ای ببینند و در هنگام وقوع زلزله‌های شدید و بزرگ خسارت‌های سازه‌ای و غیر سازه‌ای داشته باشند ولی پایداری كلی آنها حفظ شود.

با در نظر گرفتن عملكرد الاستیک سازه در برابر زلزله مقاطع طرح  بزرگتر شده و همین امر باعث غیر اقتصادی شدن طرح خواهد بود. لذا با در نظر گرفتن رفتار غیرخطی سازه می‌توان از خصوصیات جذب انرژی سازه و تغییر شكل‌های خمیری آن بهره گرفت و به اقتصادی شدن طرح كمك كرد. در صورتی می‌توان از این خصوصیات رفتار غیرخطی سازه بهره جست كه سازه تحمل تغییر شكل‌های خمیری را داشته باشد. به عبارت دیگر در طراحی لرزه‌ای سازه باید قادر به اتلاف بخش عمده‌ای از انرژی ورودی از طریق تغییر شكل‌های غیرالاستیک باشد. برای داشتن مقدار منطقی برای مقاومت غیرالاستیک سازه‌ها، صحت میزان كاهش در مقاومت الاستیک امری ضروری می‌باشد.
آیین‌نامه  [1] UBC97با آنالیز سازه‌ها بر اساس كفایت آن‌ ها، اثرات پاسخ غیر خطی ساختمان، اضافه مقاومت‌ها و شكل‌پذیری عناصر مختلف را مد نظر قرار می‌دهد. بر طبق معیارهای فوق توجه اصلی در برابر زلزله به ایمنی جانبی معطوف است، یعنی جلوگیری از انهدام سازه تحت اثر شدیدترین زلزله‌ای كه در طول عمر مفید سازه محتمل است. پس سازه‌ای كه بر اساس چنین فلسفه‌ای طراحی می‌شود (طراحی لرزه‌ای) تحت نیروهای شدید زلزله وارد محدودة غیر خطی می‌شود. در نتیجه طرح سازه‌ها برای رفتار خطی تحت لرزش‌های ناشی از زلزله‌های بزرگ اساساً اقتصادی نیست. لذا سازه‌ها برای نیروی برشی به مراتب كوچك‌تر از نیروی برشی تسلیم طراحی می‌شوند. كاهش در مقاومت الاستیک سازه‌ها باید با دقت انجام پذیرد. نحوه و مقدار این كاهش در مقاومت می‌تواند در انجام رفتار مورد نظر در سازه بسیار موثر باشد لذا شناسایی پارامترهای دخیل در این زمینه برآورد اهمیت نسبی آن‌ ها در ارائه مقدار صحیح كاهش مقاومت الاستیک طراحی سازه‌ها یک مقولة بسیار با اهمیت و ضروری است.
در آیین‌نامه‌های طراحی، سازه‌ها برای مقاومتی كمتر از مقاومت لازم برای رفتار الاستیک در زلزله‌ها طرح می‌شوند كه دلیل این امر توجه به مسائل و هزینه‌های ساخت در مقابل میزان خطر رخداد زلزله در طول عمر مفید سازه است. بنابراین همواره انتظار رفتار غیرخطی برای سازه، یعنی رفتار سازه در تغییر شكل‌های فراتر از حد الاستیک كه به علت نیروهای فراتر از حد الاستیک ایجاد شده‌اند وجود خواهد داشت. همچنین تجربه تأثیر زلزله‌ها بر سازه‌ها نشان می‌دهد كه سازه‌ها در هنگام وقوع زلزله رفتار غیرخطی دارند و به همین جهت مقدار قابل توجهی از انرژی ورودی زلزله را به صورت میرایی و پسماند تلف می‌كنند. بنابراین سازه می‌تواند برای نیروی زلزله بسیار كمتر از نیروی لازم در حالت خطی طراحی گردد.
ضریب رفتاری كه در آیین‌نامه NEHRP, UBC [2] استفاده می‌شود ضریبی ثابت می‌باشد كه بیان كنندة اثر شكل‌پذیری و اضافه مقاومت هر سیستم سازه‌ای می‌باشد. در قسمت تفسیر آیین‌نامه،‌ اعمال قضاوت مهندسی طراحی را در استفاده از آن لازم می‌داند. در اینجا این سوال مطرح است كه اساس قضاوت مهندسی بر چه استوار است و طراح بر چه اصولی مقدار این ضریب را می‌بایست در نظر بگیرد. در این مورد هیچ گونه مطلبی در آیین‌ نامه‌ها ذكر نشده است و این خود بیان كنندة پیچیدگی این ضریب می‌باشد. از این رو به دست آوردن این ضریب برای هر سیستم سازه‌ای متفاوت امری وقت‌گیر و پیچیده برای مهندسین طراح می‌باشد.
مسلماً تنها در یک تحلیل غیر خطی می‌توان با توجه به رفتار خمیری سازه‌ها و بررسی مسائلی نظیر مقاومت و شكل‌پذیری محل مفاصل خمیری را مشخص نمود و بدین ترتیب نقاط ضعف سازه‌ها را مشخص كرد. به منظور در نظر گرفتن عواملی از قبیل شكل‌پذیری سیستم‌های سازه‌ای متفاوت و درجات نامعینی، اضافه مقاومت موجود در سازه‌ها و همچنین قابلیت جذب و استهلاك انرژی در ساختمان، آیین نامه‌های مختلف نیروهای محاسبه شده را با توجه به نوع سیستم سازه‌ای و به كمك ضریبی به نام ضریب رفتار كاهش می‌دهند.

. 127
6-2. بررسی کلی نتایج به دست آمده 127
6-2-1. نتایج تحلیل استاتیکی غیرخطی.. 128
6-2-2. نتایجتحلیلدینامیکیغیرخطیافزایشی.. 130
6-3. تاثیر ارتفاع سازه برروی ضریب رفتار 133
4-6.تاثیر میراگر بر ضریب رفتار سازه 133
6-5. نتیجه کلی.. 134
6-6. ضریب اصلاح مدل عددی.. 136
6-7. پیشنهاد برای تحقیقات آینده 139
فهرست منابع
1-1. ضرورت تحقیق
در آیین­نامه­ های کنونی که بر مبنای تحلیل خطی استوارند(مانند استاندارد 2800 ایران) ضریب رفتار برای انواع ساختمان­های متعارف ارائه شده است اما به ضریب رفتار سایر سیستم­های سازه­ای بالاخص سازه­های موضوع این تحقیق (سازه­های مجهز به میراگرهای اصطکاکی دورانی) اشاره­ای نشده است. شاید دلیل این امر این است که اصول طراحی چنین سازه ­هایی با­توجه­به کاربردشان متفاوت می­باشد. مثلاً میراگرهای اصطکاکی، با افزایش میرایی و اتلاف انرژی ورودی به سازه، منجر به کاهش نیاز سازه می­شوند. همچنین با افزایش سختی جانبی آن موجب افزایش ظرفیت سازه می­گردند. به همین دلیل روش طراحیسازه­های مجهز به این میراگرها معمولا به روش طیف ظرفیت و روش­های غیرخطی انجام می­ شود. البته به کمک طراحی الاستیک، با تعیین سختی موثر میراگر با یک آزمون سعی و خطا نیز می­توان این چنین سازه ­هایی را طراحی نمود.بنابراین به نظر می رسد با داشتن معیار اولیه­ای همچون ضریب رفتار، به طراح این امکان را فراهم می­ کند تا بتواند ارزیابی سریع و اولیه­ای از سازه­های جدیدالاحداث مجهز به میراگر، برای تعیین مقاطع اولیه آن داشته باشد. همچنین در بحث مقاوم­سازی ساختمان­های موجود نیز به منظور کنترل تاثیر میراگر بر ظرفیت مقاطع داشتن چنین معیاری کاربردی به نظر می رسد.
1-2. اهداف

همانطور که در بالا اشاره شد، در آیین­نامه­ ها و تحقیقات کنونی ضریب رفتاری برای سازه­های مورد بحث ارائه نشده است.هرچند که ضرایب رفتار پیشنهاد شده برای سازه­های متداول نیز از دقت کافی برخوردار نمی باشد. مسئله مهم در این بحث پس از محاسبه و تخمین مقادیر شکل­پذیری و مقاومت­افزون (به­عنوان پارامترهای مهم ضریب رفتار) و همچنین ضریب رفتار سازه­های مجهز به میراگر اصطکاکی دورانی، مقایسه آن با مقادیر ضرایب بدست آمده برای قاب­های اولیه می­باشد. به­ طور کلی نمی­توان برای یک نوع سازه و برای تمام محدوده­های پریودی آن یک ضریب مقاومت­افزون و شکل­پذیری یکسان درنظر گرفت. این مقادیر به نوع سازه و خصوصیات قاب آن بستگی دارد.
در سازه­های مجهز به وسایل اتلاف انرژی به­ دلیل اینکه از میراگرها با ظرفیت­های مختلفی باتوجه به نیاز آنها در ساختمان استفاده می­گردد، تاثیر آنها بر میرایی و جذب و اتلاف انرژی و رفتار هیسترتیک سازه نیز متغیر بوده و در نتیجه مقادیر ضرایب شکل­پذیری و مقاومت­افزون متغیری نیز بدست می­دهند.
در این تحقیق سعی شده ضریب رفتار قاب­های خمشی فولادی با شکل پذیری متوسط مجهز به این میراگرهای اصطکاکی دورانی با ظرفیت متعارف(توصیه شده آیین­نامه­ ها) محاسبه شده و با ضریب رفتار سازه­های اولیه مقایسه و تاثیر این میراگرها بر پارامترهای حاکم بر ضریب رفتار سنجیده شود.
1-3. فرضیات
بررسی ضرایب شکل­پذیری، مقاومت­افزون و به­ طورکل ضریب رفتار سازه در این تحقیق بر روی قاب­های خمشی فولادی با شکل پذیری متوسط با و بدون میراگرهای اصطکاکی دورانی و در فضای دوبعدی بدون اثر پیچش، صورت­ گرفته است. محل احداث ساختمان در منطقه با سطح خطر لرزه­ای بالا و بر روی خاک نوع 4 در نظر گرفته شد. برای اعضای سازه از مقاطع استاندار BOX (برای ستون ها) و IPE (برای تیرها) استفاده گردید. برای مهاربندها از مقاطع توپر دایره­ای استفاده شده است.
مدل­سازی در نرم­افزار Sap2000(V-15) به صورت ماکرو می­باشد. به این صورت که تیرها و ستون­ها و پلیت­های میراگر به کمک المان­های خطی مدل­سازی شدند. برای مدل­سازی سختی پیچشی میراگر از لینک غیرخطی موجود در این نرم­افزار استفاده شد. در نهایت جهت تحلیل استاتیکی و دینامیکی غیرخطی، جهت معرفی مفاصل پلاستیک اعضا از مفاصل پلاستیک خودکار نرم­افزار Sap2000 استفاده شده است.
1-4. روش تحقیق
درخصوص تاریخچه میراگرهای اصطکاکی و نحوه عملکرد آن­ها در فصل دوم بحث شده است. سپس به معرفی میراگرهای اصطکاکی دورانی از جمله متعلقات و مکانیسم رفتاری آنها پرداخته شده و در نهایت به تحقیقات مهمی که در این زمینه صورت گرفته، اشاره شده است.
در فصل سوم مبانی تعیین ضریب رفتار و اهمیت استفاده از آن در سازه مورد بررسی قرار گرفته است. پارامترهای موثر بر این ضریب همچون ضرایب کاهش نیرو براثر شکل­پذیری و مقاومت­افزون معرفی شده و در پایان فصل به تحقیقات مشابه­ای که درخصوص تعیین ضریب رفتار قاب­های مجهز به میراگرهای الحاقی صورت­گرفته، اشاره شده است.
فصل چهارم به معرفی قاب­های مورد مطالعه و فرضیات طراحی سازه­ها در این تحقیق می ­پردازد. همچنین چگونگی مدل­سازی میراگرهای اصطکاکی دورانی از جمله تعیین ظرفیت و رفتار ممان-زاویه آن­ها به تفضیل بیان شده است. مبانی تحلیل­های استاتیکی و دینامیکی غیرخطی و وضعیت نهایی عملکرد سازه­ها از دیگر موارد مورد بحث است.
فصل پنجم شامل چگونگی محاسبه ضریب رفتار و پارامترهای آن(ضریب کاهش نیرو براثر شکل­پذیری و ضریب مقاومت­افزون) به روش­های استاتیکی و دینامیکی غیرخطی در این تحقیق می­باشد.
در فصل ششم ضرایب رفتار محاسبه شده برای قاب­های مورد نظر(قاب­های اولیه و مجهز به میراگر) و مقادیر ضرایب کاهش نیرو براثر شکل­پذیری و مقاومت­افزون هر یک از آنها ارائه و با یکدیگر مقایسه شده ­اند. پس از بررسی نتایج، جهت مقایسه ضرایب رفتار قاب­های اولیه محاسبه شده در این تحقیق و مقدار عنوان شده آن در آیین­نامه، ضریب اصلاح مدل عددی معرفی گردید. به کمک این پارامتر، ضرایب رفتار بدست آمده برای قاب­های اولیه اصلاح و با مقدار متناظر آیین نامه­ای آن مقایسه شدند.

زمین­لرزه­ها در طی زمان­های طولانی به عنوان مخرب­ترین مخاطره طبیعی شناسایی شده ­اند. هیچ نیروی طبیعی دیگری قابلیت چنین خرابی­های بزرگ در مدت زمان کوتاه را ندارد. زمین­لرزه­ها بدون هشدار قبلی به وقوع می­پیوندند و تنها در عرض چند ثانیه، تلفات و آسیب­های فراوانی از خود بر جای می­گذارند. اگرچه امکان جلوگیری از وقوع زمینلرزه وجود ندارد اما تکنولوژی جدید در علوم و مهندسی، ابزارهای جدیدی را برای کاهش اثرات مخرب آن تامین می­ کند. خطر عمده برای ایمنی و حیات انسان­ها، آسیب لرزه­ای و ریزش ساختمان­ها و دیگر بناهایی است که دارای ضعف در طراحی یا ساخت می­باشند. درپی زمین­لرزه­ها علاوه بر تلفات جانی، ثروت ملی نیز به­هدر رفته و بار مالی زیادی بر اقتصاد کشورها بوجود می ­آید که این امر در مورد کشور­هایی با اقتصاد زودشکن اثرات جدی و دراز­مدت به­جای می­گذارند.
نوع رایج ساختمان­ها معمولی در مراکز شهری دیوار بنایی غیر مسلح[1] می­باشد که فضای بین قاب­های سازه­ای را پر می­ کنند. به همین دلیل این نوع دیوارها را میانقاب[2] می­نامند[1].معمولاً واژه قاب میانپر[3] زمانی بکار می­رود که ابتدا قاب ساخته شود و سپس درون آن میانقاب اجرا گردد[2]. با اینکه میانقاب­ها به عنوان اجزای غیر سازه­ای در نظر گرفته می­شوند اما تحت تحریکات لرزه­ای، بین دیوارهای میانقاب با قاب محصور کننده آن اندرکنش به وجود می ­آید و منجر به ایجاد مدهای شکست نامطلوب در قاب و میانقاب می­ شود. عموماً، میانقاب­ها در زلزله­های متوسط عملکرد ضعیفی از خود نشان داده­اند. رفتار آنها معمولاً ترد بوده و دارای شکل­پذیری کم و یا بدون شکل پذیری هستند و شکل­های مختلفی از آسیب­ها از قبیل ترک­خوردگی نامرئی، خوردشدگی و نهایتاً تخریب کلی را متحمل می­شوند. این رفتار، عامل خطرات زیادی در حین زمینلرزه میباشد و این ضعف در عملکرد لرزه­ای به عنوان چالشی بزرگ پیش روی طراحان قرار گرفته است.  بهسازی لرزه­ای از طریق اضافه کردن قاب­های سازه­ای و یا دیوار برشی غیر عملی بوده و بسیار پرهزینه می­باشد و در برخی ساختمان­ها با محدودیت­های بخصوصی روبرو است. روش­های دیگر مقاوم­سازی از قبیل تزریق دوغاب، نصب فولاد تقویت کننده، پیش تنیدگی، جکت کردن و روش­های مختلف تقویت سطوح باعث افزایش قابل توجه جرم و سختی سازه شده و در نتیجه بارهای لرزه­ای بالاتر را به سازه تحمیل می­ کنند. این روش­ها مستلزم نیروی کار ماهر بوده و عملکرد طبیعی ساختمان را مختل می­ کند. این روش­ها تحت عنوان “روش­های کلاسیک” مقاوم­سازی قرار می­گیرند. یکی از روش­های نوینی که در سال­های اخیر مورد توجه صنعتگران قرار گرفته است، مقاوم­سازی ساختمان­های موجود با بهره گرفتن از کامپوزیت­ها می­باشد. در این زمینه تحقیقات زیادی صورت پذیرفته و آئین­نامه­هایی مقدماتی نیز برای استفاده از آنها تهیه شده است. کامپوزیت­ها ابتدا برای کاربردهای نظامی و صنایع هوافضا مورد استفاده قرار گرفتند، اما با کاهش قیمت، این مواد در بسیاری از صنایع به دلیل خصوصیاتی مانند وزن کم و مقاومت بسیار زیاد کششی، مقاومت در برابر شرایط جوی و غیره مورد توجه دست­اندرکاران و صنعت­سازان واقع شد. استفاده از پلیمرهای مسلح فیبری[4] به دلیل ضخامت کم، نسبت مقاومت به وزن بالا، سختی زیاد و کاربرد آسان یک روش مقاوم­سازی جایگزین معتبر می­باشد.
زمینلرزه­های قدرتمند باعث اعمال نیروهای زیاد درون­صفحه­ای و برون­صفحه­ای به دیوارهای بنایی شده و امکان تخریب فاجعه­بار در این سازه­ها را فراهم می­آورند. با این حال اکثر اقدامات انجام گرفته در این زمینه روی رفتار خارج از صفحه دیوارهای مصالح بنایی تقویت

 شده با پلیمرهای مسلح فیبری متمرکز شده است. ممکن است دیوار میانقاب یا بخشی از آن بدلیل نبود قید برون­صفحه­ای کافی بین سطح مشترک بین قاب و میانقاب و یا شکست برشی یا خمشی دیوار میانقاب از قاب احاطه کننده آن به بیرون رانده­شود. در میانقاب­های بدون آسیب­دیدگی، این نوع خرابی را می­توان به نیروهای اینرسی بخصوص برای میانقابهای طبقات بالاتر و نسبت لاغری بزرگ نسبت داد. پس از آنکه مصالح بنایی از قاب جداشوند امکان بروز شکست برون­صفحه­ای محتمل است[1]. یکی از اهداف این تحقیق، بررسی اثر لایه ­های پلیمر مسلح فیبری در تغییر مدهای شکست، مقاومت، تغییر شکل و انرژی تلف شده توسط سازه در آرایش­های مختلف لایه ­ها می­باشد. هدف دیگر بررسی میزان بهبود مقاومت برشی و فشاری میانقاب تقویت شده با پلیمر مسلح فیبری می­باشد. تقویت با پلیمر مسلح فیبری، یکپارچگی سازه­ای دیوار میانقاب را حفظ کرده و از شکست ترد و خردشدگی آن جلوگیری می­ کند و با توجه به اینکه این نوع خردشدگی با وجود ایمن ماندن کل سازه، خطر بزرگی برای ساکنان است جلوگیری از آن حائز اهمیت فراوان می­باشد.

1-2- خصوصیات قاب­ میانپر
به­ طور کلی، وجود میانقاب در داخل قاب، سختی و مقاومت آن را به مقدار قابل ملاحظه­ای افزایش می­دهد. البته قاب باید کفایت لازم را برای تبدیل دیوار به میانقاب داشته باشد که شرایط آن در فیما 356[5] [4] و دستورالعمل بهسازی ساختمان­ها در برابر زلزله [5] ذکر شده است. قابی که در آن میانقاب ضعیف اجرا شده، در بارگذاری جانبی دچار لغزش از روی بستر می­گردد، در حالیکه در قاب ضعیف دارای میانقاب قوی، معمولاً ترک قطری و شکست برشی ستون بارگذاری مشاهده می­گردد. و زمانی که قاب و میانقاب هردو قوی هستند مقاومت نهایی با شکست کنج همراه می­گردد.
1-2-1- اندرکنش بین قاب و میانقاب
بر اساس مشاهدات زلزله­های اخیر، اندرکنش بین میانقاب و ستون­های بتنی موجب گسیختگی ترد می­ شود. وجود میانقاب در داخل قاب بتنی حائز اهمیت فراوان بوده و اثر تعیین کننده در رفتار سازه­های بتنی در حین زلزله دارد. در زلزله­های اخیر، خرابی­های قابل توجهی به­علت پدیده اندرکنش بین قاب و میانقاب اتفاق افتاد.
اسمیت و کول [6] یک روش طراحی برای قاب میانپر بر اساس معیار قاب مهاربندی شده قطری بیان کردند. آنها روشی پیشنهاد کردند که در آن سه مود گسیختگی محتمل برای دیوار میانقاب در نظر گرفته می شد: برش در طول دیوار، خردشدگی قطری دیوار میانقاب و خرد شدگی گوشه در دیوار میانقاب. پاولی و پریستلی [7] نظریه­ای در باره رفتار لرزه­ای قاب میانپر ارائه دادند و روشی برای طراحی آن پیشنهاد کردند. بر اساس این نظریه، اگرچه میانقاب ممکن است ظرفیت باربری جانبی کلی سازه را افزایش دهد اما باعث تغییر پاسخ سازه­ای شده و نیرو را به قسمت ­های دیگر و نامطلوب سازه و بصورت نامتقارن جذب می­ کند. این بدان معنی است که میانقاب مصالح بنایی ممکن است رفتار لرزه­ای سازه را تحت تاثیر قرار دهد. بل و دیویدسون [8]  گزارشی در مورد ارزیابی ساختمان­های بتن مسلح با میانقاب مصالح بنایی ارائه کردند. آنها در ارزیابی خود برای مدلسازی دیوار مصالح بنایی یک دستک معادل بکار بردند. نتایج آنها نشان داد میانقابها در صورتی که با ترتیب منظمی در ساختمان قرار گرفته باشند تاثیر سودمند قابل توجهی روی رفتار ساختمان­های بتنی مسلح دارند که این امر با آیین­نامه­ های راهبردی نیوزیلند که عقیده بر تاثیر زیان­آور میانقاب­ها روی ساختمان­ها بدلیل اثر اندرکنشی آنها داشت مغایر بود. محی­الدین-کرمانی و همکاران [9] بطور ویژه­ای روی مشاهدات انجام شده روی ساختمان­های بتنی با میانقاب مصالح بنایی در زلزله سیچوان[6]  تمرکز کردند و آسیبها و مودهای گسیختگی را با علل وقوع آن شناسایی کردند.  این مودهای شکست همانند زلزله های قبلی ناشی از اندرکنش بین قاب و میانقاب می­باشد. باران و سویل [10]  روی رفتار قاب­های میانپر تحت بارهای لرزه­ای مطالعاتی انجام دادند. آنها میانقاب آجری توخالی را به عنوان اعضای سازه­ای در قرایند طراحی در نظر گرفتند. آنها تاکید کردند از آنجاییکه رفتار سازه غیر­خطی بوده و بطور عمده به شرایط اندرکنش بین قاب و میانقاب وابسته است، مطالعات تحلیلی باید با نتایج آزمایشگاهی مورد بازبینی قرار گرفنه و تایید گردد.
به­ طور کلی می­توان گفت که اندرکنش قاب با میانقاب موجب افزایش مقاوت و سختی از یکسو، و  افزایش نرمی (شکل­پذیری) میانقاب از سوی دیگر می­ شود و در نتیجه خواص لرزه­ای را به­ طور چشمگیری بهبود می­بخشد. براساس این رفتار اندرکنشی، این قاب­ها را مرکب می­خوانیم [11].
1-2-2- خواص مصالح میانقاب
یکی از مسائل مهم در بررسی رفتار میانقاب و مدلسازی عددی آنها شناخت خواص مصالح آنهاست. در آزمایش­های متعددی نشان داده شده است که افزایش مقاومت مصالح میانقاب همواره باعث افزایش مقاومت قاب میانپر می­ شود [12].
معمولا خواص مصالح میانقاب را با نمونه آجرکاری[7] که شامل تعدادی آجر و ملات است به­دست می­آورند. حالت استاندارد شامل سه آجر و دو ملات می­باشد [13] که در شکل 1.1 الف نشان داده شده است، ولی در برخی تحقیقات استوانه­های بزرگتر شامل تعداد آجر بیشتر به­کار رفته است. در شکل (1-1) ب رفتار تنش-کرنش آجر، ملات و نمونه آجرکاری آمده و برای آن یک آجر تنها، نمونه آجرکاری شامل 3 آجر و دو لایه ملات و نمونه استوانه­ای استاندارد تحت آزمایش محوری قرار گرفته­اند. همانگونه که در این شکل دیده می­ شود، آجر بیشترین و ملات کمترین سختی را دارد و سختی و مقاومت نمونه آجرکاری بین کمیات مشابه مربوط به ملات و آجر است [14].

1-1-­ کلیات
تاریخ آبرسانی از روزگاری آغاز می‌گردد كه بشر زندگی گروهی را برگزید. لذا برای تأمین نیاز خود از آب، اولین شهرها را در كنار رودخانه‌هایی مانند نیل، دجله، فرات، سند ساخت. با رشد جمعیت و سكنی گزیدن در مكانهایی دور از رودخانه و همچنین نیاز به آب برای مقاصد كشاورزی، شرب و استفاده در صنعت و …، انسان به فكر جابجا كردن و انتقال آب افتاد. در كنار مسألة انتقال آب، همواره مشكل رسوبات وارده به كانال­ها و سیستم­های انتقال نیز وجود داشته است، زیرا سرعت جریان در محدوده­ این سازه‌ها در مقایسه با رودخانه­ی اصلی كاهش می‌یابد و به منطقه­ بسیار مناسبی برای ته‌نشینی رسوبات تبدیل می‌شود. با گذشت زمان كم‌كم دهانة آبگیر از رسوبات پر شده و باعث بروز مشكلات بهره‌برداری از این تأسیسات خواهد شد.
 در این راستا اولین ایده‌ای كه به ذهن می‌رسد استفاده از سیستم لایروبی و تخلیة رسوبات از سیستم خواهد بود كه هزینه‌های بالایی را در بر خواهد داشت و بهمین دلیل بهتر است رسوبات ورودی به آبگیر حداقل شود تا مشكلات و تبعات حاصل از آن نیز كاهش یابد. از این رو بشر از زمان های قدیم و همزمان با بهره گرفتن از آب رودخانه، به دنبال راه های تقلیل ورود رسوبات به سیستم و نیز افزایش راندمان آبگیری بوده است. استفاده از سازه‌های انحراف و دفع رسوب، طراحی شكل آبگیر و جانمایی آن در قوس خارجی خم، نمونة بارزی از اینگونه اقدامات بشمار می‌آیند. آبگیری از قوس خارجی رودخانه‌ها بدلیل كاهش ورود رسوبات به آبگیر همواره مورد توجه محققین قرار داشته است. عدم کنترل رسوب ورودی به آبگیرها در مسیرهای مستقیم و قوسی باعث انتقال رسوبات به داخل کانال­های آبیاری و تاسیسات شده و مشکلاتی را برای قسمت ­های مختلف بوجود می­آورد. ذرات معلق در آب در صورتی که سرعت زیادی داشته باشند، خسارات زیای را به تاسیسات بکار رفته مثل پمپ و توربین وارد می­ کنند. نمونه ­ای از این مشکلات را   می­توان در دهانه آبگیر واقع در رودخانه Ohio در شکل 1-1 مشاهده کرد که با تجمع رسوبات در   دهانه­ی آبگیر عرض دهانه کاهش یافته و منجر به کاهش دبی آبگیری می­ شود.
به طور کلی قوس خارجی رودخانه محل مناسبی برای آبگیری انتخاب می­ شود.  علت این امر، نقش جریان حلزونی در کنترل رسوب ورودی به آبگیر می­باشد که در ادامه مکانیسم تشکیل جریان حلزونی توضیح داده می­ شود. در مطالعه روی آبگیری از قوس رودخانه­ها سه پارامتر موقعیت آبگیری، زاویه آبگیر نسبت به جهت جریان و نسبت دبی آبگیری از جمله پارامترهای مهم در کاهش رسوب ورودی به آبگیر حائز اهمیت است. برای بهره ­برداری کامل از مزیت خم، موقعیت آبگیر باید در مقطعی که جریان حلزونی به توسعه یافتگی کامل می­رسد قرار گیرد. انتخاب زاویه مناسب آبگیر باعث می­گردد که جریان با کمترین اغتشاش و بدون پدیده جدائی وارد آبگیر شود. همچنین هر چه سرعت ورودی و به عبارت دیگر نسبت انحراف بیشتر شود، اغتشاشات ناشی از جریان باعث اتلاف بیشتر انرژی جریان ورودی و نیز انتقال رسوبات کف به آبگیر خواهد شد.
1-2-­ نحوه شکل­ گیری الگوی جریان و فرسایش در قوس رودخانه­ها
جریان در مجاری هیدرولیکی دارای طبیعت سه بعدی بوده و علاوه بر جهت غالب، که همان جهت اصلی[1]نامیده می­ شود، در جهات دیگر نیز وجود دارد. این جریان­ها که در داخل مقطع عرضی رخ می­ دهند به جریان­های ثانویه موسوم هستند. در منابع مختلف، محققین از این نوع جریان، علاوه بر جریان ثانویه، با نام­هایی چون حرکت ثانویه، چرخش ثانویه، جریان عرضی، چرخش عرضی، جریان مقطعی و … نام برده­اند.  
    سیرای در سال 1976 تعریفی نسبتا کاربردی برای جریان ثانویه ارائه داده است ]1[: اگر در یک جریان سه بعدی، اندازه یک بردار تشکیل شده از تعادل دو مولفه از بردار سرعت محلی، در مقایسه با مولفه سوم کوچک باشد، بردار سرعت اخیر (بردار سوم)، جریان اصلی در کانال را تشکیل می­دهد و دو مولفه قبلی جریان­های ثانویه را تشکیل می­دهند.
پرانتل جریان ثانویه را برحسب نوع نیروهای بوجود آورنده آن به دو دسته کلی تقسیم می­ کند ]2[:

• جریان ثانویه ناشی از آشفتگی

• جریان ثانویه ناشی از فشار

وی جریان ثانویه ناشی از آشفتگی را به خاطر وجود اختلاف تنش­های آشفتگی در مجاری با مقاطع غیردایروی می­داند و قدرت آنها را در حدود 5 تا 10 درصد قدرت جریان طولی ذکر می­ کند. ایشان عامل شکل­دهنده جریان ثانویه ناشی از فشار را نیز، نیروی گریز از مرکز معرفی می­ کند که از طریق ایجاد شیب جانبی در سطح آب، باعث ایجاد اختلاف فشار بین دیواره داخلی و خارجی می­ شود و قدرت این نوع جریان ثانویه را در حدود20 تا 30 درصد قدرت جریان طولی عنوان کرده­ است.
رزوفسکی ]3[ در سال 1957 توضیحی ریاضی برای نحوه شکل­ گیری جریان ثانویه ناشی از فشار ارائه داده است. وی با درنظر گرفتن یک حجم کنترل در فاصله Z از بستر کانال که در امتداد مسیری به شعاع ثابت، حرکت می­ کنند (شکل2-1)، نشان داد که با صرف نظرکردن از نیروی اصطکاک، با تعادل تمام نیروهای وارد بر حجم کنترل، رابطه زیر برای محاسبه شیب عرضی سطح آب به دست خواهد آمد:

شکل 1-2 طرحی از شیب عرضی سطح آب و جریان چرخشی شکل گرفته در بازه قوسی شکل کانال]3[
لذا این­گونه می­توان­ عنوان کرد که با ورود جریان به قوس، نیروی گریز از مرکز بر آن اثر می­كند که این نیرو در راستای شعاع قوس و نیز در جهت عمق بخاطر تغییرات سرعت، متغیر می­باشد. نیروی گریز از مرکز موجود در خم باعث ایجاد شیب عرضی در سطح آب می­ شود که سطح آب را در قوس بیرونی بالا برده و در قوس داخلی باعث کاهش عمق می­ شود. این پدیده باعث ایجاد گرادیان فشار جانبی در داخل مقطع خواهد شد. حال هرگاه گرادیان فشار مزبور بر نیروی گریز از مرکز غلبه کند، جریانی در جهت عرضی داخل مقطع شکل می­گیرد که همان جریان ثانویه می­باشد. در اثر این جریان، ذرات موجود در سطح آب بطرف دیواره بیرونی حرکت کرده و ذرات سیال در کف بطرف دیواره داخلی جابجا می­شوند. در شکل 1-3 الگوی جریان ثانویه نشان داده شده است علاوه براین در این شکل جریان ثانویه دیگری در نزدیک دیواره خارجی نیز وجود دارد. اگرچه این جریان ثانویه از قدرت چرخشی کمتری برخوردار می باشد اما عامل مهمی در فرسایش دیواره خارجی دارد.
 

در اثر اندرکنش جریان ثانویه با پروفیل غیریكنواخت سرعت طولی، الگوی جریان خاصی به نام جریان حلزونی تشکیل می­ شود که باعث تغییرات زیادی در الگوی جریان قوس نسبت به جریان در کانال مستقیم می­ شود، همچنین سبب می‌گردد كه قوس خارجی فرسایش یافته و رسوبات به قوس داخلی منتقل شود و در نتیجه خط‌القعر رودخانه بطرف قوس خارجی متمایل شود. بنابراین منطقی به نظر می‌رسد كه آبگیری از ساحل خارجی خم رودخانه صورت پذیرد تا هم رسوبات كمتری به داخل دهانة آبگیر منحرف شود و هم به علت افزایش عمق آب در این قسمت بتوان آب را در ترازهای بالاتری كه رسوبات كمتری را با خود حمل می‌كنند، برداشت نمود. در شکل 1-4 این جریان نشان داده شده است.
­ عوامل موثر بر الگوی جریان در کانال قوسی
در یک کانال قوسی شکل، عوامل موثر بر الگوی جریان می­توانند به صورت پارامترهای زیر معرفی شوند ]3[:

• زاویه مرکزی قوس.

• نسبت شعاع انحنای مرکزی به عرض مقطع جریان.

• نسبت عرض مقطع جریان به عمق جریان.

• 

•  

• زبری بستر کانال و جداره­های آن.

• شرایط جریان ورودی در بالادست کانال.

در کانال­های غیر مستقیم، رژیم جریان ورودی تاثیر بسزایی بر الگوی جریان دارد. در حالت کلی در جریان­های زیر بحرانی، سطح آب حالت صاف داشته و بربلندی جانبی ملایمی دارد، در حالی که در جریان­های فوق بحرانی، سطح آب دارای امواج جانبی بوده و بربلندی ایجاد شده بسیار بیشتر از حالت زیربحرانی می­باشد ]4[. در مطالعه جریان­های زیربحرانی جریان حلزونی نقش اصلی را داشته و اصطکاک نقش مهمی در شکل­ گیری آن بازی می­ کند. بنابراین در تحلیل چنین جریان­هایی، عدد رینولدز به عنوان یک پارامتر مهم مطرح می­باشد. برای حالت فوق بحرانی، هدف اصلی از تحقیق، بررسی مکانیسم امواج جانبی می­باشد. این امواج نشانگر تاثیر مستقیم ثقل بر سطح آب بوده و در نتیجه، پارامتر اصلی در تحلیل چنین جریان­هایی عدد فرود جریان ورودی می­باشد. در بین پارامترهای فوق، نسبت شعاع انحنای مرکزی به عرض مقطع جریان در شکل­ گیری الگوی جریان بسیار مهم بوده و در حالت کلی با توجه به مقدار این پارامتر، می­توان قوس­ها را به دو دسته زیر تقسیم ­بندی کرد ]3[:
جدول 1-1 تقسیم ­بندی قوس­ها بر اساس نسبت شعاع انحنا به عرض مقطع کانال.

1-4-­ الگوی جریان در آبگیری از مسیر مستقیم
وضعیت شماتیک جریان در یک آبگیر که با زاویه 90 درجه در یک مسیر مستقیم نصب شده است، توسط نیری و همكاران در شكل1-5 ارائه شده است. همانگونه كه در این شکل مشاهده می‌شود الگوی جریان ناشی از احداث آبگیر جانبی جهت انشعاب آب رودخانه دارای خصوصیات پیچیده­ای بوده و کاملا سه بعدی می­باشد. با نزدیک شدن جریان به آبگیر بخاطر فشار مکشی اعمالی از طرف کانال جانبی، جریان در جهت عرضی شتاب گرفته و به دو قسمت تقسیم می­ شود. قسمتی وارد آبگیر شده و مابقی در کانال اصلی پایین­ دست جریان می‌یابد. قسمتی که وارد کانال انشعاب می­ شود، توسط صفحه برشی خمیده­ای معین می‌شود که به صفحه تقسیم­کننده جریان معروف است. جریانی که وارد آبگیر می‌شود، دارای مومنتم شدیدی در جهت کانال اصلی بوده و به همین علت داخل آبگیر، جدایی جریان اتفاق می افتد (ناحیه A در شكل1-5). بخاطر وجود گرادیان فشار جانبی، تنش برشی بستر و نیروی جانب مرکز ناشی از انحناء خطوط جریان، جریان ورودی به آبگیر دچار عدم تعادل شده و همین پدیده باعث ایجاد جریان ثانویه­ای در طول آبگیر می‌شود که مکانیسم تشکیل آن شبیه مکانیسم تشکیل جریان حلزونی در قوس­ها می‌باشد، بطوریكه صفحه برشی مزبور به عنوان دیواره بیرونی عمل کرده و ناحیه قوسی شکل ایجاد شده توسط قسمت چرخشی داخل آبگیر (ناحیه A در شكل1-5)، دیواره داخلی قوس مزبور را تشکیل می‌دهد. پس از آنكه رسوبات مجاور كف به داخل آبگیر منتقل گردیدند، جریان ثانویه رسوبات را به داخل منطقه با چرخش كم (ناحیه A)، یعنی جایی كه جریان از دیواره بالادست آبگیر جدا شده هدایت می‌كند. رسوبات با وجود سرعت‌های كم نمی‌توانند از منطقه جداشدگی منتقل شوند، در نتیجه امكان ته‌نشینی رسوبات و انسداد مسیر جریان به وجود می آید ]5[.
شكل 1-5 الگوی جریان در یک انشعاب از مسیر مستقیم ]5[
در آبگیری از مسیر مستقیم با مقطع مستطیلی، مقدار عرض صفحه تقسیم جریان در کف بیشتر از از مقدار عرض صفحه تقسیم جریان جریان در سطح می­باشد. انحنادار بودن سطح تقسیم جریان باعث می­ شود در جریان منحرف شده به سمت آبگیر یک عدم تعادل بین گرادیان فشار جانبی، نیروی گریز از مرکز و نیروی برشی ایجاد شده که باعث تشکیل یک جریان ثانویه در جهت عقربه­های ساعت می­ شود. چنین جریانی در کنار دیواره کانال اصلی نیز شکل می­گیرد. با پیشروی به سوی پایین­دست به خاطر ویسکوزیته جریان قدرت این جریان ثانویه کاهش می­یابد. اندازه سطح تقسیم جریان در کانال اصلی میزان دبی انتقالی به کانال فرعی را تعیین می­ کند. عرض جریان انحرافی یا صفحه تقسیم جریان در هر سطح جریان، فاصله دیواره کانال اصلی طرف آبگیر تا خطوط جریان منتهی به نقطه ایستائی نزدیک به گوشه پایین دست تقاطع آبگیر و کانال اصلی تعریف می­ شود ]6[.
1-5-­ الگوی جریان در آبگیری از قوس
بارزترین تفاوت الگوی جریان در دهانه­ی آبگیر موقعیت خطوط تقسیم جریان در صفحات نزدیک بستر و سطح آب می­باشد. براساس نتایج آزمایشگاهی منتصری و همکاران ]7[ برخلاف آبگیری از مسیر مستقیم، عرض صفحه تقسیم جریان در سطح بیشتر از کف است که دلیل آن وجود جریان حلزونی در قوس می­باشد همان­گونه که در شکل 1-6 مشخص شده است. نکته قابل توجهی که در شکل مشاهده می­ شود این است که عرض صفحه تقسیم جریان از کف به سمت سطح آب ابتدا افزایش یافته و دوباره نزدیک سطح کاهش می­یابد. دلیل این کاهش نیز تفاوت تنش برشی بین لایه ­های سیال و لایه سطحی با هواست. پیرستانی ]8[ و صفرزاده ]9[ نیز در مطالعات خود، افزایش عرض صفحه تقسیم جریان در سطح نسبت به کف را گزارش نموده ­اند اما به کاهش آن در لایه ­های سطحی اشاره نکرده ­اند.

1-6-­ ضرورت انجام تحقیق
همانگونه كه قبلا گفته شد، از دیرباز مساله­ی آبگیری از رودخانه‌ها مطرح بوده است و مهمترین مساله برای طراحان برداشت آب با حداقل رسوبات از رودخانه بوده است و آبگیری از قوس یکی از روش­های پیشنهاد شده می­باشد که نسبت به سایر روش­ها هزینه­ کمتر و پربازده­تر می­باشد. حال نکته مهم که مطرح می­ شود این است که کدام قسمت از یک قوس، محل مناسبتری برای آبگیری می باشد و آبگیری تحت چه زاویه­ای باشد که مناسب­ترین حالت را بوجود آورد؟ پر واضح است که جواب دادن به سئوال فوق راحت نبوده و شرایط و پارامترهای زیادی در تعیین محل و زاویه مناسب آبگیری در یک قوس رودخانه دخیل هستند. همچنین شناخت مکانیسم­های ورود رسوبات به آبگیر در طراحی بهتر ان سازه­ها بسیار ضروری است بالطبع قبل از اینکه مساله انتقال رسوب در چنین میدان پیچیده­ای مطرح شود، لازم است تا الگوی جریان در آن بطور کامل شناخته شود. و در ادامه به بررسی توپوگرافی بستر در کانال قوسی و مکانیسم ورود رسوبات به آبگیر بررسی می­ شود. همچنین مدل­های فیزیکی به دلیل پیچیدگی الگوی جریان و تاثیرات ناشی از مقیاس، به تنهایی قادر به ارائه درک روشنی از فیزیک حاکم بر مسئله نمی­باشند بنابراین استفاده از مدل­های عددی در کنار مطالعات صحرایی و آزمایشگاهی امری حتمی می­باشد.
در این پایان نامه با بهره گرفتن از مدل عددی SSIIM2 که توانایی فوق­العاده­ای در شبیه‌سازی الگوی رسوب دارد که کمتر مدل عددی دیگر فاقد این توانایی می­باشد. در ابتدا الگوی جریان در مدل شبیه­سازی و نتایج حاصل کالیبره و صحت­سنجی شود و در آخر به شبیه­سازی مکانیسم حرکت رسوب که مزیت اصلی این مدل عددی می­باشد پرداخت شده است.
1-7- اهداف
تحقیق انجام شده به منظور رسیدن به اهداف زیر انجام می­ شود:

• بررسی قابلیت مدل SSIIM2 در شبیه­سازی میدان جریان در کانال قوسی و الگوی جریان در اطراف دهانه آبگیر در کانال قوسی.

• تعیین بهترین موقعیت و زاویه آبگیر در کانال قوسی.

• مطالعه مکانیسم شکل­ گیری توپوگرافی بستر در کانال قوسی در حالت تزریق رسوب برروی بستر صلب و مکانیسم ورود رسوب به آبگیر.

• بررسی تاثیر دبی آبگیری بر مکانیسم ورود رسوبات به آبگیر

1-8- روش انجام تحقیق
مراحل انجام شبیه­سازی الگوی جریان و رسوب با بهره گرفتن از مدل عددی SSIIM به شرح زیر است:

• مش­بندی کانال قوسی 180 درجه، برای نیل به این منظور با نوشتن برنامه­ای در نرم­افزار Excel مختصات تک­تک گره­های میدان حل براساس هندسه موجود و در نظر گرفتن تعداد مش­های لازم در جهات مختلف و ریزشدگی مش­ها در نزدیک دیواره­ها را بدست ­آورده شود.

• انتقال مختصات گره­ها به مدل SSIIM1، مدل SSIIM1 شامل دو فایل کمکی به نام control و koordina می­باشد که در فایل control با نوشتن کدهای مورد نیاز شرایط مرزی، دانه­بندی رسوبات کف، ارتفاع آب و الگوریتم­های حل، برای نرم­افزار تعریف می­ شود و مختصات گره­ها در فایلkoordina داده می­ شود.

• انتقال شبکه ایجاد شده در SSIIM1 به SSIIM2.

• کالیبراسیون و صحت نتایج حاصل از مدل عددی با توجه به نتایج آزمایشگاهی.

• نتایج حاصل از مدل SSIIM2 را در نرم­افزار Tecplot رسم می­ شود و به تحلیل شبکه جریان و رسوب پرداخته شده است.

• ارائه رابطه ریاضی برای ابعاد صفحه تقسیم جریان

1-1- کلیات
امروزه ساخت و احداث سدها به منظور جمع‌ آوری و نگهداری آب رودخانه‌ها برای مصارف آشامیدن، آبیاری، تولید برق، جلوگیری از سیلاب، ماهی‌گیری و …. امری اجتناب ناپذیر است. با این وجود سدها، سازه‌های عظیمی هستند كه خطرات بالقوه‌ای را برای جامعه پایین‌دست خود به همراه دارند و شکست آن‌ ها می‌‌تواند فاجعه آمیز باشد. در واقع موضوع ایمنی سدها به دلیل مسایل اجتماعی و اقتصادی در دهه‌ های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این امر به دلیل بالا رفتن سن سدهای ساخته شده و همچنین ظاهر شدن خرابی در سدهایی كه در ابتدا و اواسط قرن بیستم ساخته شده‌اند، توجه ویژه‌ای را به خود جلب كرده است.
          از تعداد سدهایی كه در طول تاریخ خرابی‌هایی به بار آورده‌اند اطلاع دقیقی در دست نیست. با این وجود، گزارش های متعددی از آسیب‌های وارده بر سدها در حین زلزله‌های به وقوع پیوسته گزارش شده است. البته خطر حاصل از خرابی سدها تنها به ارتفاع سد بستگی ندارد و حجم آب ذخیره شده در پشت سد و شكل دره نیز، در خرابی آن موثر هستند.
          در طی سالیان متمادی که بشر اقدام به ساخت سدها کرده است همواره با توجه به اطلاعات در دسترس و نیز امکانات موجود، فرضیاتی را اتخاذ نموده و مدل‌هایی را برای تعریف رفتار سدها، مصالح ساخت و نیروهای اعمالی توسعه داده است که با توجه به پیشرفت‌های حاصله بسیاری از این فرضیات اعتبار خود را از دست داده‌اند. علاوه بر آن با توسعه نرم‌افزارهای پیشرفته‌، تدقیق مدل‌های رفتاری مصالح بر پایه نتایج آزمایشگاهی‌، مطالعه پاسخ‌های سدهای موجود در حین زلزله‌های رخ داده، شناخت دقیق‌تر ماهیت زلزله‌های اعمالی و نیز افزایش سرعت رایانه‌ها امکان انجام مطالعه و آنالیزهای دینامیکی غیر خطی سه بعدی دقیق‌تر بر روی رفتار سدها فراهم شده است.
یکی از فرضیاتی که جهت ساده سازی آنالیزهای دینامیکی سد‌های موجود صورت می‌گیرد یکنواخت بودن فونداسیون به لحاظ پارامترهای فیزیکی همچون مدول الاستیسیته و میرایی است. این در حالی است که در عمل ممکن است در نواحی مختلف محدوده پی سد شرایط زمین شناسی متفاوتی حاکم بوده و گزارش‌های زمین شناسی و مکانیک سنگ پی سد را به صورت غیریکنواخت ترسیم کنند. درچنین شرایطی عموماً یا در حالتی محافظه‌کارانه پارامترهای ضعیف‌ترین ناحیه به عنوان پارامترهای پی یکنواخت در آنالیز دینامیکی سد وارد می‌شوند و یا تحت شرایطی پارامترهای حاصل از میانگین‌گیری وزنی ناحیه‌ها به عنوان پارامترهای پی یکنواخت به عنوان ورودی‌های مدل تعریف می‌شوند.
همان طور که اشاره شد امروزه با پیشرفت تکنولوژِی و با بهره گرفتن از روش‌های عددی امکان مدل‌ کردن شرایط پیچیده فیزیکی فراهم است. لذا با به کار گیری نرم‌افزارهایی که جهت مدل‌سازی المان محدود ارائه شده‌اند می‌توان بررسی کرد اعمال فرض غیریکنواخت بودن پی نسبت به حالت یکنواخت تا چه میزان در پاسخ لرزه‌ای سدهای بتنی وزنی تاثیرگذار است.

در این تحقیق رفتار لرزه ای یک سد بتنی وزنی به ارتفاع 110 متر تحت اثر غیریکنواخت بودن فونداسیون مورد تحقیق قرار گرفته است. سد بتنی وزنی بررسی شده در این تحقیق ارتفاعی معادل 110 متر دارد. شیب بالادست و پایین‌دست این سد به ترتیب 1 به 1/0 و 1 به 85/0 (قائم به افقی) است. به این منظور با بهره گرفتن از نرم‌افزار Abaqus یک مدل المان محدود از سیستم سد، دریاچه و فونداسیون ایجاد شده است. به کمک این مدل پاسخ سد با لحاظ کردن اندرکنش سد، فونداسیون و دریاچه تحت اثر زلزله‌ای با شتاب حداکثر  g 8/0 محاسبه شده است. به منظور بررسی تاثیر غیریکنواخت بودن فونداسیون سد در پاسخ به دست آمده، رفتار این سد تحت شرایط مختلف و با در نظر گرفتن پارامترهای فیزیکی متفاوت برای فونداسیون مورد بررسی قرار گرفته است. در همگی تحلیل‌ها رفتار مصالح سد و فونداسیون در محدوده خطی در نظر گرفته شده است.
نتایج آنالیزها نشان می‌دهد در فونداسیون‌های غیریکنواخت الگوی توزیع تنش در بدنه سد به طور کلی با حالت یکنواخت متفاوت است. به علاوه فرض غیریکنواخت بودن فونداسیون تاثیر قابل ملاحظه‌ای در تنش‌های به وجود آمده در بدنه سد خواهد داشت. این در حالی است که در حالت غیریکنواخت تغییرمکان‌ها نسبت به حالت یکنواخت افزایش محسوسی نمی‌یابند.
   1-2- ایمنی در سدها
بهره برداری همراه با کنترل ایمنی دو فرایند جدانشدنی و مستمر در دوره عمر سدها می باشند. با ساخت و شروع بهره برداری از ابر سازه ای چون سد در واقع برای جامعه پایین دست شرایط بالقوه مخاطره ای آمیزی می تواند ایجاد گردد و شکست سد پدیده ی نابهنجاری است که با ایجاد سیل در پایین دست همراه بوده و  می تواند موجب خسارات مالی و جانی قابل ملاحظه ای گردد. دامنه این خسارت ها چه در بعد زمان و چه در بعد مکان بسیار گسترده بوده و حتی موجب کاهش اعتبار ملی یک کشور نیز می گردد.
 با توجه به مطالب ذکر شده در بالا موضوع ایمنی در سدها اهمیت بسیار بالایی دارد خصوصا در کشور ما که بسیاری از نقاط سد سازی در مکان هایی با لرزه خیزی بالا قرار دارند. در واقع با توجه به هزینه بالای سد سازی، عدم توجه کافی به ایمنی سدها می تواند موجب از بین رفتن سرمایه های ملی کشور نیز بشود.
 
1-3-  انواع نیروهای وارده بر سدهای بتنی وزنی
نیروهای موجود در بحث پایداری و آنالیز تنش را می توان به دو دسته استاتیکی و دینامیکی تقسیم بندی نمود. بارهای استاتیکی شامل نیروی وزن، هیدرواستاتیک، نیروی زیرفشار، بارهای حرارتی، فشار رسوب و یخ و … هستند و نیروی های ناشی از زمین لرزه و باد طبیعت دینامیکی دارند.
 
1-3-1- بارهای استاتیکی
1-3-1-1- بار ناشی از وزن
شکل1-1. نیروی وزن
این نیرو مهترین بار در سدهای بتنی وزنی است و نقش پایدار کننده و مقاومت در برابر انواع نیروهای دیگر را بازی می کند.
برای محاسبه این نیرو از حاصلضرب وزن مخصوص مصالح در حجم استفاده می شود.
(1-1)
در رابطه بالا:
 نیروی وزن
 وزن مخصوص بتن
مساحت مقطع سد
باید توجه شود که چون در محاسبات پایداری عرض عمود بر صفحه مونولیث (بلوک مورد نظر که محاسبات پایداری برای آن صورت می گیرد) برابر واحد فرض می شود، به جای محاسبه حجم از سطح مقطع استفاده می شود. در محاسبه نیز سطح مقطع از حفرات موجود در بدنه سد مثل گالری ها صرف نظر می شود مگر آنکه در موارد خاص (مثل سدهای کوتاه) مطابق قضاوت مهندسی تشخیص داده شود که صرف نظر از آن ها تاثیر قابل توجهی در محاسبات دارد. همچنین در مواقعی که وزن ملحقات سد مثل دریچه ها، پل ها و … در صورتی که قابل صرف نظر کردن نباشند باید به بار مرده بدنه اضافه شوند و همچنین در صورت وجود خاکریز بر روی بدنه سد باید اثر آن را بر بار مرده افزود.
نکته مهم دیگری که در مورد سدهای بتن غلتکی وجود دارد این است وزن مخصوص بتن غلتکی به میزان تراکم و چگالی سنگدانه هایش وابسته است. بتن غلتکی به واسطه کاهش وجود حباب های هوا و کمی حجم آب در مخلوط در قیاس با بتن حجیم معمولی با سنگ دانه های مشابه، اندکی چگال تر می باشد. در صورت نبود اطلاعات کافی و یا در طراحی اولیه وزن واحد حجم بتن را می توان برابر  فرض کرد که در سیستم یکاهای دیگر مطابق جدول زیر است: