23525

CIV3 18

دكتري

مهندسي عمران - سازه

مهندسي عمران و حمل و نقل

1402/06/29

221 ص.

سيداميرمهرداد محمدحجازي

قوس‌هاي آجري ايراني , آزمون مودال عملياتي , پارامترهاي ديناميكي , تشخيص آسيب , شرايط محيطي , پارامترهاي هندسي

در اين رساله اثر تغيير در پارامترهاي هندسي و وقوع آسيب بر روي رفتار ديناميكي سه نوع قوس آجري ايراني به نام‌هاي نيم‌دايره‌اي، پنج او هفت معمولي و شاخ بزي معمولي مطالعه شد. با وجود تحقيقات انجام شده بر روي سازه‌هاي سنتي، تا كنون بر روي رفتار ديناميكي قوس‌هاي ايراني تحقيقي انجام نشده است. اين مطالعه به دو صورت آزمايشگاهي و عددي انجام گرفت. ابتدا اين قوس‌ها در آزمايشگاه ساخته شدند و با استفاده از آزمون مودال عملياتي، پارامترهاي ديناميكي آن‌ها اندازه‌گيري گرديد. همچنين يك قوس پنج او هفت معمولي در مقياس واقعي ساخته شد و ارتباط بين نتايج آن، با قوس پنج او هفت معمولي ساخته شده در آزمايشگاه مورد بررسي قرار گرفت. جهت بررسي اثر تغيير در شرايط محيطي بر روي رفتار ديناميكي قوس‌ها، اثر دما و رطوبت بر روي اين قوس‌ها بررسي شد. با استفاده از نتايج به‌دست آمده، رابطه‌اي تجربي براي تخمين فركانس‌هاي قوس نيم دايره‌اي در رطوبت‌هاي مختلف ارائه گرديد. در ادامه، اثر وقوع آسيب و پس از آن اثر تعمير آن‌ها بررسي شد. هم‌چنين توانايي روش‌هاي تشخيص آسيب در تشخيص وقوع آسيب ارزيابي گرديد. با استفاده از به‌روز رساني مدل المان محدود تغييرات مشخصات مصالح قوس‌ها در شرايط مختلف بررسي شد. در انتها اثر تغيير در پارامترهاي هندسي قوس‌ها شامل نوع قوس، ضخامت، شرايط تكيه‌گاهي و نوع چيدمان آجر به‌صورت عددي بررسي گرديد. قوس‌هاي بررسي شده در قسمت عددي از نوع نيم‌دايره‌اي، شاخ بزي كند، شاخ بزي معمولي، شاخ بزي تند، پنج او هفت كند، پنج او هفت معمولي و پنج او هفت تند بودند. نتايج آزمايش نشان داد از بين سه نوع قوس نيم دايره، پنج او هفت معمولي و شاخ بزي معمولي، قوس پنج او هفت معمولي، بيشترين و شاخ بزي معمولي كمترين فركانس طبيعي را داشت. نسبت ميرايي مودي مربوط به هشت مود اول سه نوع قوس ساخته شده در آزمايشگاه براي قوس نيم‌دايره‌اي، پنج او هفت معمولي و شاخ بزي معمولي به ترتيب برابر 47/1‌%، 30/2‌% و 04/2‌% بود. مشاهده ‌شد با استفاده از نمودارهاي تخمين مدول الاستيسيته مصالح ارائه شده در اين رساله، مي‌توان در سازه‌هاي سنتي، بدون ايجاد مداخلات مخرب، مدول الاستيسيته مصالح سازه را در شرايط استاتيكي و ديناميكي، با دقت قابل قبولي تخمين زد. وقوع آسيب و انجام تعميرات به ميزان قابل توجهي بر روي رفتار ديناميكي قوس‌هاي آجري اثرگذار بود. آسيب ناشي از جابجايي يكسان تكيه‌گاه در قوس‌هاي نيم دايره، شاخ بزي و پنج او هفت باعث ايجاد كاهش در فركانس‌هاي طبيعي و افزايش نسبت ميرايي مودي شد. بررسي‌ها نشان داد اثر آسيب بر روي مودشكل‌ها در مودهاي بالاتر بيشتر است. انجام تعمير رفتار ديناميكي قوس‌هاي آسيب ديده را بهبود بخشيد و پارامترهاي ديناميكي قوس‌ها را به حالت سالم نزديك‌تر نمود. مطالعه پارامتري نشان داد نوع قوس و هندسه در رفتار ديناميكي قوس‌ها تاثير قابل توجهي دارد. افزايش ضخامت قوس باعث افزايش فركانس‌هاي طبيعي به خصوص در مود اول شد. درنظر گرفتن تكيه‌گاه به‌صورت گيردار در مدل‌سازي، نتايج را به شرايط واقعي نزديك‌تر كرد. تاثير چيدمان آجر بر روي فركانس‌ها قابل صرف نظر كردن بود. رابطه تجربي براي محاسبه‌ي فركانس اصلي هفت نوع قوس ايراني ارائه گرديد

Persian brick masonry arches , Operational modal analysis , Dynamic parameters , Damage detection , Environmental conditions , Geometrical parameters

The Effect of Changes of Geometrical Parameters and Damage Occurrence on Dynamic Properties of Persian Brick Masonry Arches Using Operational Modal Analysis

مهندسي عمران

In this dissertation, the effect of changes in geometrical parameters and the occurrence of damage on the dynamic behaviour of three types of Persian brick arches called semi-circular, four-centred and pointed arches were studied. For this purpose, experimental tests and numerical analyses were performed. Also, an ordinary four-centred arch was constructed in real scale and the relationship between its dynamic properties with the laboratory constructed ordinary four-centred arch was investigated. First, the arches were constructed in the laboratory and their dynamic parameters were measured using the operational modal analysis. To investigate the effect of change in environmental conditions on the dynamic behaviour of arches, the effect of temperature and material moisture contents on the arches was investigated. An empirical equation for estimating the natural frequencies of the studied arch at different material moisture contents was proposed using the obtained results from experimental tests. Then, the effect of damage and thereafter the effect of repairing them were investigated. The ability of damage detection methods to detect the occurrence of damage was also assessed. Using the finite element model updating, changes in the material properties of arches in different conditions were investigated. Finally, the effect of changes in the geometrical parameters of the arches, including the type of arch, thickness, support conditions and the type of brick arrangement, was investigated numerically. The occurrence of damage and repair had a significant effect on the dynamic behaviour of the arches. Damage caused by the horizontal displacement of the support in the semi-circular, pointed and four-centred arches caused a decrease in natural frequencies and an increase in the modal damping ratio in most modes. Four cases of repairing the crack occurred in the gypsum bed joint, i.e., the repointing, surface repairing, incomplete repointing and incomplete repointing with the surface repairing, caused a reduction in frequency and mode shape difference between undamaged and damaged semi-circular arches. However, the differences were still detectable. Two methods of repointing and incomplete repointing with the surface repairing improved the dynamic behaviour of the damaged arch considerably and increased its frequencies close to those of the undamaged arch Performing repointing for ordinary four-centred and ordinary pointed arches improved the dynamic behaviour of the damaged arches and brought their dynamic behaviour closer to the undamaged state. All damage detection methods used were able to detect changes due to damage in all three arches. In contrast, these methods were not able to detect minor damage due to the presence of micro cracks in the repaired arches. Studies showed that dynamic modulus of elasticity should be used in dynamic analysis and in the absence of information, the value of modulus of elasticity obtained from static tests can be increased depending on the type of material. Parametric study showed that the type of arch and geometry have a significant effect on the dynamic behaviour of these arches. Considering the fixed support in modelling brings the results closer to the real situation and the effect of the brick arrangement on the frequencies can be neglected. Finally, an empirical equation for estimating the fundamental frequency of the studied arches was proposed using the obtained results from finite element models. The high accuracy of the empirical equation was tested through measurements on a real full-scale arch. Diagrams were generated to estimate the static moduli of brick and of gypsum mortar from the dynamic elastic modulus of the assemblage of brick and gypsum mortar

6

اليزابت وينتزيلئو

اندرونيكي ميلتيادو فزانس ، مارك اسكلودوسكي