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

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)
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
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)

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).
 

تحلیل استاتیکی و دینامیکی سازه‏های‏ سنگین مستقر بر زمین (شکل 1-1) نیاز به فهم چگونگی انتقال نیرو از سازه به خاک و جنبه‏های‏ مختلف آن را دارد، چه در غیر این صورت نتایج تحلیل سازه ‏می‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏تواند با دقت کم همراه باشد. در این موارد، همواره برای‏ داشتن طرح مطمئن نیاز به ساده سازی‌های‏ محافظه کارانه و در نتیجه غیراقتصادی می‌باشد. یکی از راه‌های‏ در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه، المان‌بندی محیط زمین زیر ساختمان به روش اجزاء ‌محدود (شکل 1-2) می‌باشد. تحلیل سازه به همراه محیط زیرین مطابق این روش اولاً بسیار پرهزینه بوده و ثانیاً به علت عدم توانایی المان‌بندی زمین تا بی‌نهایت ممکن است از دقت مناسب برخوردار نباشد. بسیاری از مصالح در طبیعت و نیز ساخته‏های‏ مصنوعی رفتار ایزوتروپ جانبی دارند. از آنجمله می توان به رفتار اعضای‏ مستقیماً برگرفته از تنه درختان، محیط خاكی زیر ساختمانها ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏و صفحات چند لایه نام برد .اهمیت بررسی پاسخ این مصالح از دیر باز مورد توجه بوده بطوری كه میشل در سال 1900 میلادی به بررسی یک نیم فضای ایزوتروپ جانبی تحت نیروهای سطحی دلخواه پرداخته است [19] . لخنیتسكی در سال 1940 محیط ایزوتروپ جانبی را در حالت متقارن محوری و بدون پیچش در نظر گرفته و معادلات درگیر حاكم بر مسئله را با معرفی یک تابع پتانسیل به صورت مجزا و قابل حل درآورده است [17] . نواكی تابع پتانسیل لخنیتسكی را مجدداًٌ به دست آورده و ادعا كرده است كه این جواب محدود به مسائل متقارن نیست [20] . هو محیط ایزوتروپ جانبی را در حالت كلی مورد توجه قرار داده و تابع پتانسیل لخنیسكی را برای‏ حالت کلی تکمیل کرده است [15]. این تابع هم اكنون در ادبیات مكانیک محیط پیوسته با رفتار ایزوتروپ جانبی به نام تابع لخنیسکی- هو- نواكی مشهور است. بررسی محیط با رفتار ایزوتروپ جانبی به وسیله دیگران همچون ونگ و ونگ [29] ، ایوبنکس و استرنبرگ [14] ، الیوت [7] و پن وچو [24] نیز در حالت استاتیکی بررسی شده است. این محیط در حالت دینامیکی توسط اسکندری قادی [8] ، رحیمیان و همکاران [25] و دیگران مورد توجه قرار گرفته است.
شکل 1- 1- شكل شماتیک ساختمان، شالوده و زمین زیر آنها
 
شکل 1- 2- شكل شماتیک مدل اجزاء محدود ساختمان، شالوده و زمین زیر آنها
 
شکل 1- 3- شكل شماتیک مدل اجزاء محدود ساختمان و شالوده و سختی معادل خاك
 
 
 
 
1-2- بیان مساله و معادلات حاکم
یک محیط نیمه متناهی ارتجاعی شامل لایه موازی با خصوصیات مصالح مختلف كه همگی دارای‏ رفتار ایزوتروپ جانبی می‌باشند در دستگاه مختصات استوانه‌ای چنان در نظر گرفته می‌شود که محور عمود بر صفحه ایزوتروپی تما‏می‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏لایه‌ها ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏بوده و جهت مثبت محور به سمت داخل نیم فضا ‏می‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏باشد (شكل 1-4).
شکل 1- 4- نیم فضای لایه‏ای متشكل از لایه‏ها‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏ با رفتار ایزوتروپ جانبی
در این‌صورت معادلات تعادل بر حسب تنش‌ها ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏برای یک لایه عمو‏می‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏در غیاب نیروهای‏ حجمی ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏به صورت زیر نوشته می‌شوند[1] [17] :
(1-1)
که در آن با مؤلفه های‏ تانسور تنش[2] ‏می‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏باشند.
رابطه کرنش- تنش در مصالح ایزوتروپ جانبی برای‏ یک لایه عمو‏می بصورت زیر است [17] :

(1-2)
که در آن داریم:
(1-3)
اگر معرف مدول یانگ در صفحه ایزوتروپی، مدول یانگ عمود بر صفحه ایزوتروپی، ضریب پواسون در صفحه ایزوتروپی (جمع شدگی در امتداد دلخواه در صفحه ایزوتروپی به علت کشش عمود بر امتداد قبلی در همین صفحه)، ضریب پواسون عمود بر صفحه ایزوتروپی (جمع شدگی عمود بر صفحه ایزوتروپی به علت کشش در این صفحه)، مدول برشی در صفحه ایزوتروپی و مدول برشی در صفحات عمود بر صفحه ایزوتروپی باشد، خواهیم داشت:
(1-4)
با بهره گرفتن از رابطه (1-2)، رابطه تنش- کرنش به صورت زیر درمی‌آید:
(1-5)
ضرایب با بر حسب به صورت زیر هستند:
(1-6)
که در آن:
(1-7)
از ترکیب روابط (1-4) و (1-6) ‏می‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏توان را برحسب ضرایب مهندسی ، ، ، ، و نوشت :
(1-8)
همچنین رابطه کرنش‏- تغییر مکان در دستگاه مختصات استوانه‌ای به شرح زیر است [18] :
(

• تمامی معادلات این قسمت برای‏‏‏‏‏یک لایه عمومی در نظر گرفته شده است سپس به ارتباط بین لایه‌ها‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏ و ارائه روابط در لایه i ام می‌پردازیم.
• Stress tensor

با ثابت‏های‏ ارتجاعی می باشند

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
 

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^[5] 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[7]

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[8]

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.

[1] Spaceframe Structure

[2] Grids

[3] Barrel Vaults

[4] Domes

[5] Pellevation

[6] Towers

[7] Single layer grids

[8] Double layer grids

[9] Lamella

[10] Schwedler

[11] Ribbed

[12] Onion

[13] Scallop

[14] Diamatic