اهمیت خزش در مهندسی
اهمیت آبهای زیر زمینی
افزايش بي رويه جمعيت در كشور، محدوديت منابع آب هاي سطحي و بهره برداري بيش از اندازه ازآبخوان ها باعث وارد آمدن خسارات جبران ناپذيري به منابع طبيعي كشور در سال هاي گذشته شده است. علاوه بر افت شديد سطح آب در آبخوان ها، فعاليت هاي كشاورزي، صنعتي و شهري آلاينده هاي مختلفي را به آبخوان ها تحميل مي کنند كه براي جلوگيري از ادامه افت كمي و كيفي، مديريت بهره برداري و حفاظت از آب هاي زيرزميني بايد به عنوان يك اصل و پايه در برنامه ريزي هاي كشور قرار گيرد. امروزه پیشرفت جوامع ساکن در مناطق کم باران، که در آن تولید غذا به شدت توسط مقدار و توزیع بارندگی و آب های زیرزمینی کنترل می شود، به میزان تلاش مردم در رابطه با مدیریت منابع محدود آب بستگی دارد. با این توضیح می توان دریافت که در آینده نزدیک، اندرکنش میان رشد شهرنشینی که پیشرفت تمدن بشری مدیون آن است و اعمال یک روش مدیریتی کارآمد برای حفظ منابع آب همچنان ادامه خواهد داشت. امروزه دسترسي به منابع آب مطمئن و با کیفیت يكي از مهمترين چالش هاي دولت ها و ملت ها است. چرا كه با افزايش جمعيت و فعاليت انسانها مصرف آب نيز زيادتر مي شود. اين در حالي است كه مقدار آب موجود در كره زمين ثابت است و در نتيجه نياز و وابستگي انسان به آب بيشتر مي شود. از كل آب موجود در كره زمين حدود 97 درصد آن در درياها و اقيانوس ها مي باشد كه شوري آن ها بالا است و در شرايط عادي نمي تواند مورد استفاده بشر قرار گيرد. 2درصد دیگر نیز بصورت يخ هاي قطبي بوده كه آنها نيز در شرايط موجود قابل استفاده نمي باشند. قسمت اعظم 1 درصد باقی مانده را که شیرین می باشند، آب هاي زيرزميني تشكيل مي دهند. با گسترش سکونت در مناطقی که آب سطحی وجود ندارد یا مقدار آن کم است، استفاده از منابع آب زیرزمینی به عنوان جایگزینی مطمئن، مورد توجه قرار گرفت. به طوری که در برخی مناطق آب های زیرزمینی به عنوان تنها منبع تأمين آب محسوب می شوند(عسکری،1389). بخش وسیعی از کشور ما در مناطق خشک و نیمه خشک قرار گرفته است. میانگین بارندگی سالانه در سطح خشکی های کره زمین حدود 860 میلی متر تخمین زده می شود در حالی که متوسط بارندگی سالیانه ایران، که تقریباً رقمی معادل 240 میلی متر است، که کمتر از یک سوم متوسط خشکی های زمین می باشد (علیزاده، 1380). عمده و تنها منبع مطمئن و دائمي تأمين آب در مناطق خشك و نيمه خشك و كويري به خصوص در صورت وقوع خشكسالي ها، منابع آب زيرزميني مي باشد. اين منابع از مدتها پيش توسط قنوات و از سالهاي 1349 به بعد با رشد و توسعه تكنولوژي حفاري، از طريق چاههاي نيمه عميق و عمیق مورد بهره برداري و گاهي نوعي تهاجم قرار گرفته است. علاوه بر افت شديد سطح ...
ازمایشگاه مقاومت مصالح
تست پیچشهدف : محاسبة ضريب ارتجاعي برشاعضايي كه تحت پيچش قرار مي گيرند در كارهاي مهندسي زياد به چشم مي خورند . در اين آزمايش عضوي را كه تحت پيچش قرار دارد مورد بحث و بررسي قرار مي گيرد . اين پيچش در اثر اعمال يك گشتاور يا كوپل روي عضو صورت مي گيرد . هنگامی که بر یک قطعه مانند محور یا شافت یا قطعه ای نظیر اینها در حالتی که به یک سر قطعه مورد نظر نسبت به تکیه گاهی ثابت شده باشد به سر دیگر قطعه (سر آزاد) یک گشتاور پیچش معادل MT در جهت یا خلاف جهت عقربه های ساعت طوری وارد نماییم که امتداد بازوی گشتاور عمود بر محور طولی قطعه باشد چنانچه میزان یا مقدار این گشتاور در حد لازم و کافی باشد می تواند باعث جابجایی یا تغییر مکان سر آزاد قطعه نسبت به سر ثابت آن شود. که میان این جابجایی را با زاویه پیچش نشان می دهیم در واقع آن چرا که ما تحت عنوان زاویه پیچش مشاهده می کنیم. حاصل جابجایی کل صفحات برشی فرضی در طول مقطع قطعه مورد نظر می باشد که ما آن را به صورت زاویه پیچش قطعه مشاهده می کنیم. میزان این جابجایی به عوامل مختلف مانند: 1. مقدار گشتاور وارده 2. جنس قطعه 3. طول قطعه 4. فرم سطح مقطع 5. ...انجام تست های پیچش ساده در میله های گرد تحت بارگذاری، بسیار آسان است .زاویه پیچیدن که متناسب با کرنش برشی است، معمولا با یک نرخ ثابت افزایش می یابد.مقادیر استحکام شکست مانند تست های خمشی، تحت تاثیر وضعیت مشابهی قرار می گیرند، یعنی رفتار غیر خطی تنش – کرنش می تواند منجر به تنش هایی شود که بر پایه رفتار الاستیک خطی و دقیق محاسبه می شود. شفت مدوري را كه يك انتهايش به تكيه گاه ثابت محصول است در نظر بگيريد . اگر گشتاور (T) به انتهاي ديگر اين شفت يا ميله اعمال مي گردد . شفت پيچش خورده و انتهاي آزاد آن به اندازه (
خزش
خزش (Creep) تغییر فرم دائم با گذشت زمان در یک ماده که تحت تنش یا نیروی ثابت قرار دارد، می باشد و این امر در دمای بالا (بیش از دمای تبلور مجدد) اهمیت بیشتری دارد. برای تعیین منحنی خزش مهندسی یک فلز، نیروی ثابتی را به یک نمونه کششی در دمای ثابت اعمال می کنند و کرنش نمونه بر حسب تابعی از زمان تعیین می گردد. در شکل روبرو شماتیک منحنی خزش نشان داده شده است. همانگونه که در منحنی خزش مشاهده می شود، این منحنی از سه ناحیه مشخص تشکیل شده که عبارت است از:ناحیه I : خزش اولیه - Primary creep ناحیه II : خزش ثانویه یا خزش حالت پایدار - Secondary creep ناحیه III : خزش ثالث - Tertiary creep اگر شیب منحنی خزش بر حسب کرنش رسم شود، یک منحنی آهنگ خزش بر حسب کرنش کل بدست می آید که در شکل زیر نشان داده شده است. اولین مرحله خزش که خزش اولیه نام دارد، ناحیه ای است که کم شدن آهنگ خزش را نشان می دهد. مرحله دوم خزش موسوم به خزش ثانویه دوره ای با آهنگ خزش ثقریباً ثابت است که از ایجاد تعادل مابین فرآیند های کارسختی و بازیابی نتیجه می شود. مرحله سوم یا خزش ثالث عموتاً در آزمایش های خزش با نیروی ثابت و تنش های زیاد در دما های بالا رخ می دهد. خزش ثالث هنگامی رخ می دهد که کاهش موثر در سطح مقطع به علت گلویی شدن یا تشکیل حفره ها به وجود می آید. خزش ثالث اغلب با تغییرات متالورژیکی مانند درشت شدن ذرات یا تغییرات نفوذی در فاز های موجود همراه است. نمودارهای شکل زیر، اثر تنش اعمالی و دما را بر منحنی خزش نشان می دهد. مشخص است که منحنی خزش با سه مرحله کاملاً متمایز فقط برای ترکیبات ویژه ای از تنش و دما به دست می آید. برای خزش در تش ثابت و دماهای مختلف، مشاهده می شود که هر چه دما بیشتر شود، آهنگ خزش بیشتر می گردد. مکانیزم های خزش تغییر شکل ایجاد شده در خزش به چند مکانیزم بستگی دارد. این مکانیزم ها به مقدار تنش، درجه حرارت، ساختارهای متالورژیکی و غیره وابسته است. به طور کلی می توان این مکانیزم ها را به دو دسته تقسیم کرد: 1- مکانیزم های نفوذی شامل نفوذ از داخل دانه (مکانیزم نابارو) و نفوذ از مرزدانه (مکانیزم کبل) 2- مکانیزم های بازیابیمکانیزم کنترل کننده خزش در درجه حرارت بالا و تنش کم، اغلب نفوذ است. به طور کلی می توان گفت که در خزش نفوذی، نفوذ جاهای خالی اتمی بدین گونه اتفاق می افتد که تنش موجود در قطعه باعث تغییر پتانسیل شیمیایی اتم ها در سطوح دامنه ها می شود. این عمل منجر به افزایش تعداد جاهای خالی اتمی در مرزدانه های کششی و کاهش تعداد جاهای خالی اتمی در مرزدانه های فشاری می گردد. نهایتاً با ایجاد یک شیب از جاهای خالی اتمی یا از طریق دانه ها، جاهای خالی اتمی شروع به حرکت می کنند و یا از طریق ...
کامپوزیت‌های FRP در سازه‌های بتن آرمه
1 – مقدمه بسیاری از سازه‌های بتن آرمة موجود در دنیا در اثر تماس با سولفاتها، کلریدها و سایر عوامل خورنده، دچار آسیب‌های اساسی شده‌اند. این مساله هزینه‌های زیادی را برای تعمیر، بازسازی و یا تعویض سازه‌های آسیب دیده در سراسر دنیا موجب شده است. این مساله و عواقب آن گاهی نه تنها به عنوان یک مسالة مهندسی، بلکه به عنوان یک مسالة اجتماعی جدی تلقی شده است ]1[. تعمیر و جایگزینی سازه‌های بتنی آسیب‌دیده میلیون‌ها دلار خسارت در دنیا به دنبال داشته است. در امریکا، بیش از 40 درصد پلها در شاهراهها نیاز به تعویض و یا بازسازی دارند ]2[. هزینة بازسازی و یا تعمیر سازه‌های پارکینگ در کانادا، 4 تا 6 میلیارد دلار کانادا تخمین زده شده است ]3[. هزینة تعمیر پلهای شاهراهها در امریکا در حدود 50 میلیارد دلار برآورد شده است؛ در حالیکه برای بازسازی کلیة سازه‌های بتن آرمة آسیب‌دیده در امریکا در اثر مسالة خوردگی میلگردها، پیش‌بینی شده که به بودجة نجومی 1 تا 3 تریلیون دلار نیاز است ]3[ ! از مواردی که سازه‌های بتن آرمه به صورت سنتی مورد استفاده قرار می‌گرفته، کاربرد آن در مجاورت آب و نیز در محیط‌های دریایی بوده است. تاریخچه کاربرد بتن آرمه و بتن پیش‌تنیده در کارهای دریایی به سال 1896 بر می‌گردد ]4[. دلیل عمدة این مساله، خواص ذاتی بتن و منجمله مقاومت خوب و سهولت در قابلیت کاربرد آن چه در بتن‌ریزی در جا و چه در بتن پیش‌تنیده بوده است. با این وجود شرایط آب و هوایی و محیطی خشن و خورندة اطراف سازه‌های ساحلی و دریایی همواره به عنوان یک تهدید جدی برای اعضاء بتن آرمه محسوب گردیده است. در محیط‌های ساحلی و دریایی، خاک، آب زیرزمینی و هوا، اکثراً حاوی مقادیر زیادی از نمکها شامل ترکیبات سولفور و کلرید هستند. در یک محیط دریایی نظیر خلیج فارس، شرایط جغرافیایی و آب و هوایی نامناسب، که بسیاری از عوامل خورنده را به دنبال دارد، با درجة حرارت‌های بالا و نیز رطوبت‌های بالا همراه شده که نتیجتاً خوردگی در فولادهای به کار رفته در بتن آرمه کاملاً تشدید می‌شود. در مناطق ساحلی خلیج فارس، در تابستان درجة حرارت از 20 تا 50 درجة سانتیگراد تغییر می‌کند، در حالیکه گاه اختلاف دمای شب و روز، بیش از 30 درجة سانتیگراد متغیر است. این در حالی است که رطوبت نسبی اغلب بالای 60 درصد بوده و بعضاً نزدیک به 100 درصد است. به علاوه هوای مجاور تمرکز بالایی از دی‌اکسید گوگرد و ذرات نمک دارد [5]. به همین جهت است که از منطقة دریایی خلیج فارس به عنوان یکی از مخرب‌ترین محیط‌ها برای بتن در دنیا یاد شده است [6]. در چنین شرایط، ترکها و ریزترک‌های متعددی در اثر انقباض ...
تصور غلط در خصوص تاثیر W/C و عیار سیمان بر کیفیت آن
بنام خدا <?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" /> همانگونه که می دانید کاهش نسبت آب به سیمان در افزایش مقاومتهای بتن (فشاری،خمشی،کششی،برشی،سایشی) ، ویژگیهای مکانیکی (مدول ارتجاعی ، ضریب پواسون و ...) و پایایی آن به ویژه در کاهش نفوذپذیری در برابر آب ، نمکهای زیان آور و کلریدها موثر است . دوام بتن را در برابر تری و خشکی پی در پی ، یخبندان و آب شدگی پی در پی و موارد مشابه بهبود می بخشد و عامل مهمی است که همه خواص بتن را بهتر می کند . آنچه معمولا" برای برخی از مهندسین و دست اندرکاران روشن نیست ، تاثیر عیار سیمان در کیفیت بتن است . امروزه دانشمندان عرصه بتن ، اعتقاد راسخ دارند که به ازاء نسبت آب به سیمان یکسان و ثابت معمولا" با کاهش عیار سیمان مقاومت و دوام بتن افزایش می یابد و نفوذپذیری آن کم می شود . اگر فرض کنیم در نسبت آب به سیمان ثابت ، درصد فضای خالی در خمیر سیمان ثابت باشد بنابراین با افزایش خمیر سیمان با توجه به افزایش سیمان و آب ، حجم کل فضای خالی در بتن افزایش می یابد که به نوبه خود به افزایش نفوذپذیری و کاهش دوام منجر می شود . خمیر سیمان در مرحله گیرش و سخت شدن دچار جمع شدگی خمیری(خودزا و تبخیر و کاهش آب ) می شود در حالیکه سنگدانه حجم ثابتی را دارد بنابراین در حد فاصل خمیر سیمان و سنگدانه ها ، ترکهای مویینه پدید می آید و حتی این ترکها در خمیر سیمان نیز ایجاد می شود .هر قدر خمیر سیمان بیشتر شود و نقش پر کنندگی آن بیشتر گردد ، احتمال ایجاد ترکهای مویینه بیشتر می شود . بنابراین افزایش عیار سیمان بر مقاومت و دوام، تاثیر منفی باقی می گذارد و نفوذپذیری نیز زیاد می شود . مسلما" با افزایش خمیر سیمان ، حجم سنگدانه مصرفی به عنوان قید خمیر سیمان کم می گردد . پس به دلایل فوق، افزایش عیار سیمان با W/C ثابت به کاهش کیفیت بتن منجر می شود . این تصور که همواره با افزایش عیار سیمان شاهد افزایش مقاومت و دوام و کاهش نفوذپذیری خواهیم بود کاملا" غلط است . مسلما" اگر با فرض ثابت بودن آب ، عیار سیمان را افزایش دهیم ، با کاهش W/C روبرو خواهیم شد و افزایش در مقاومت و دوام را شاهد خواهیم بود که نتیجه کاهش W/C می باشد نه عیار سیمان . اگر با حفظ W/C بخواهیم کارآیی را زیاد نماییم ، آب و سیمان باید به همراه هم بیشتر شود که افزایش حجم خمیر سیمان را در پی دارد . بنابراین در برخی منابع تاثیر افزایش روانی را کاهش مقاومت و دوام دانسته اند که همان مفهوم فوق را با عباراتی دیگر در بر دارد . کاهش عیار سیمان به کاهش جمع شدگی بتن منجر می شود و همچنین کاهش خزش را نیز در پی دارد که در قطعات پیش تنیده اهمیت ...
سیل وسیلاب
پیش بینی سیل هدف از پیش بینی سیل برآورد دبی جریان و سطح سیلابی است که در یک دوره بازگشت مشخص (مثلا در یک دوره 25 ، 50 یا 100 ساله) احتمال وقوع آن وجود دارد. نتایج این پیش بینی که سیلاب طراحی نام دارد، به عنوان مبنایی برای انتخاب روشهای مقابله با سیل مورد استفاده قرار می‌گیرد. سیلاب طراحی معمولا بر مبنای هزینه لازم برای کنترل آن و میزان ریسک و خطری که تخریب سیستم کنترل سیلاب پیشنهادی برای جان انسانها دارد، انتخاب می‌شود.در مواردی که گسیختگی سازه آبی منجر به از دست رفتن جان انسانها و اموال زیادی بشود، طراحی بر مبنای سیلابها با احتمال رخداد کمتر و دوره بازگشت طولانی تر ، مثلا سیلاب 1000 ساله و حتی بیشتر ، انجام می‌شود. سطح گسترش و ارتفاع این سیلابها بیش از سیلابهایی است که از احتمال رخداد بیشتری برخور دارند. پیش بینی سیلاب طراحی به دو صورت تحلیلی و زمین شناسی انجام می‌شود که اغلب مکمل یکدیگرند. عواملی که برای پیش بینی تحلیلی سیلاب مورد توجه قرار می‌گیرند شامل موارد زیر است. بررسی توپوگرافی بخشی از حوضه آبریز که جریان آب را به منطقه مورد مطالعه تامین می‌کند. تعیین نوع پوشش سطح زمین (سنگ ، خاک ، گیاهان) ، جهت تخمین نسبت آب جاری شده به آب نفوذی و تبخیرشده. تعیین بزرگترین رگبار و بارندگی محتمل با توجه به داده‌های موجود. توجه به فصل ، زیرا شرایطی مثل اشباع بودن زمین از آب یا پوشیده بودن سطح آن ازبرف تاثیر مستقیمی بر جریان سطحی آب دارند. تعیین ظرفیت ذخیره بستر اصلی رود و دشت سیلابی اطراف آن ، تغییرات احتمالی در ظرفیت ذخیره بخشهای پائین رود در آینده نیز مورد توجه قرار گیرد. محاسبه حداکثر سیل محتمل بطور کلی محاسبه حداکثر سیل محتمل محتاج برآورد پتانسیل بارش و مقدار و نحوه توزیع بارش در داخل حوضه آبریز است. مقدار آبدهی یا سطح آب رودخانه بر حسب زمان ، معمولا توسط منحنیهای خاصی به نام هیدروگراف نشان می‌دهند. به این منظور اغلب از هیدروگراف واحد استفاده می‌شود. مقدار آبدهی رود در یک مدت زمان مشخص از روی هیدروگراف قابل محاسبه است.به منظور پیش بینی سیل معمولا مقادیر محاسبه شده برای جریان به تراز (ارتفاع) آب تبدیل می‌شود. مبنای پیش بینیهای زمین شناسی شامل تعیین مرزهای دشت سیلابی توسط تصاویر فضایی و عکسهای هوایی ، جهت تعیین پراکندگی آبرفتها و خاکهای جدید (کواترنر) در دره و شناسایی اشکالی که به وقوع سیل مربوط می‌شوند، ازجمله پادگانه‌ها ، گودالها و مانند آن است، می‌باشد. این بررسیها زمان دقیق وقوع یک سیل در گذشته را مشخص نمی‌سازد. بلکه ضمن تاثیر وقوع آن در زمانهای جدید زمین شناسی ...