زمین لرزه پدیده ای طبیعی و غیر قابل اجتناب است که به خودی خود سبب تلفات جانی و مالی نمی باشد، بلکه در کنش حرکات زمین با محیط های ساخته ی دست بشر است که عدم توانایی در مقاومت ساخته ها باعث خسارت جدی می شود. در پی زمین لرزه ها علاوه بر تلفات جانی، ثروت ملی نیز به هدر رفته و بار مالی زیادی بر اقتصاد کشورها بوجود می آید که این امر در مورد کشور هایی با اقتصاد زودشکن اثرات جدی و دراز مدت به جا می گذارد (ناطق الهی،1390).
كشور ایران از نظر لرزه خیزی در یكی از فعال ترین مناطق جهان قرار گرفته است. در سالهای اخیر به طور متوسط در هر پنج سال یك زمین لرزه شدید در نقطه ای ازكشور اتفاق افتاده كه باعث خسارات جانی و مالی بسیاری شده است (حمره، 1387)، پل ها به عنوان سازه های استراتژیک ومهم و به واسطه آن که یکی از عناصر مهم در شریان های حیاتی هستند، باید به گونه ای طراحی شوند که در مدت زلزله و بعد از آن هم بتواند عملکرد خود را داشته باشد، عدم تخریب پل و خارج نشدن از بهره برداری پس ازیک زمین لرزه شدید ازبسیاری تلفات جانی و اقتصادی پس از حادثه خواهد کاست (زارع برزشی، 1391).
در چند دهه گذشته بموازات توسعه راه های کشور حجم قابل توجهی از بودجه های مربوطه جهت پل ها اختصاص یافته است. متاسفانه علی رغم پیشرفت های فن آوری در مهندسی مواد هنوز این سازه ها با گذشت زمان به دلایل  مختلف از جمله شرایط محیطی نامناسب و ترافیک سنگین و حوادث طبیعی دچار خرابی های متعددی می شوند. این خرابی ها در صورت عدم توجه به موقع علاوه بر کاهش سطح بهره برداری و عمر مفید سازه هزینه های تعمیر و نگهداری را شدیدا افزایش خواهد داد. که اهمیت بکارگیری روشهای منطقی  و سینماتیک در مدیریت نگهداری پل ها به منظور حفظ ایمنی استفاده کنندگان از پل و جلوگیری از هدر رفتن سرمایه های کشور را نمایان می سازد (رهگذر،1387). بنابراین دست یابی به روش یا روش هایی جهت بهسازی لرزه ای پل هایی که در برابر زلزله به اندازه کافی مقاوم نیستند می تواند بسیار مهم باشد (مرادی، 1390).
برای بهسازی، روش های مختلفی مانند مرمت موضعی، استفاده از پوشش بتنی، استفاده از پوشش فولادی و غیره تحت عنوان “ روش های کلاسیک ” وجود دارد. یکی از روش های نوینی که در سال های اخیر مورد توجه صنعتگران قرار گرفته است، مقاوم سازی یا بهسازی ساختمان های موجود با استفاده از کامپوزیت ها می باشد. در این زمینه تحقیقات زیادی صورت گرفته و آیین نامه هایی مقدماتی نیز برای استفاده از آنها تهیه شده است (ناطق الهی، 1385). این مواد به دلیل داشتن مقاومت كششی بالا، ابزار مناسبی جهت افزایش ظرفیت اعضای بتنی و بنایی به شمار می آیند. امروزه دركشورهای پیشرفته حجم بالایی از بهسازی و تقویت سازه های بتنی و بنایی با استفاده از این مواد انجام می پذیرد (حمره، 1387).

2-1- بیان مسأله
در این پایان نامه به مقاوم سازی پایه پل های بتنی با ورقFRP  تحت بار دینامیکی زلزله پرداخته خواهد شد،  پایه های پل با ابعاد واقعی ومحصور شده با FRR درنرم افزار ABAQUS مدل سازی می شود، برای تحلیل پایه تحت بار زلزله از تحلیل دینامیکی غیر خطی استفاده شده است تا اثرFRP بر روی پایه های پلی که تحت شتاب نگاشت هستند مورد بررسی قرار گیرد.
3-1- پیشینه تحقیق
تكنولوژی استفاده از ورق هایFRP در مهندسی عمران اولین بار در سال 1984در سوئیس توسط پروفسورMeier  مطرح و مورد آزمایش قرار گرفت كه در آن ورق های Carbon FRP (CFRP) جهت مقاوم سازی تیرهای بتنی آزمایش شدند. بزرگ ترین مزیت  FRPنسبت به فولاد داشتن نسبت مقاومت به وزن بالای آن می باشد. كاتسوماتا و همكارانش در سال1987 و 1988 روش استفاده ازFRP  را جهت مقاوم سازی ستون های بتنی مسلح ارائه دادند.
یکی از روش های معمول جهت مقاوم سازی و افزایش ظرفیت باربری ستون های بتن آرمه، ایجاد روپوش پیرامونی، جهت محدود نمودن انبساط عرضی ستون بارگذاری شده است. این شیوه علاوه بر جلوگیری ازکمانش آرماتورهای طولی ستون، با به تعویق انداختن جداشدگی پوسته بتنی، انهدام ستون را نیز به تاخیر می اندازد.
مطالعات پیرامون روش مقاوم سازی ستون های بتن آرمه در ابتدای قرن بیستم و در مورد ستون های مقاوم شده با روپوش فولادی صورت پذیرفت. این مطالعات نشان داد که وجود دورپیچ پیرامون ستون، سبب افزایش مشخصه های باربری آن می گردد اثر نامطلوب شرایط محیطی بر روپوش های فولادی و مراحل دشوار و زمان بر ایجاد این روپوش ها، سبب گردید که صفحات کامپوزیتی از جنس پلیمرهای مسلح شده با الیاف موسوم به ورقه هایFRP از بدو پیدایش به تدریج به عنوان جایگزین روکش های فولادی مورد استفاده قرار گیرند.
تحقیقات آزمایشگاهی  و نرم افزاری زیادی در زمینه بهسازی ستون های بتنی با  FRPدر ایران نیزانجام شده است:
1- برقی، مصطفی و حداد، میثم، 1387، ارزیابی تقویت خمشی پایه پل بتن آرمه توسط GFRP تحت بارگذاری دوره ای، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر طوسی.
در این تحقیق مدل ابعاد واقعی پایه یك پل به مقطع دایره ایجاد شده و رفتار آن تحت بارگذاری دوره ای تك محوره (بارگذاری همزمان ثقلی وجانبی قرار گرفته كه بارگذاری جانبی آن به صورت دوره ای می باشد) بررسی شده که در این تحقیق ستون معرفی شده توسط ورقه GFRP به ضخامت 1 میلی متر) در طول كل ستون) دورپیچ شده است، پوش منحنی هیسترزیس برش پایه در دو حالت بدون محصور شدگی و با محصورشدگی توسطFRP  رسم شد نتایج بدین صورت می باشد:
آ. پوشش تقویتی GFRP(با ضخامت 1 میلی متر)باعث بالا بردن ظرفیت خمشی پایه پل های بتن آرمه به میزان 8% شده است.
ب. اصلی ترین خاصیت پوشش تقویتی GFRP، افزایش كرنش گسیختگی به میزان 50 % كه منجر به شكل پذیری و اتلاف انرژی بیشتر می شود و نیز عملكرد لرزه ای ستون را بهبود می بخشد.
2- صالحیان، حمید رضا و اصفهانی، محمد رضا “بررسی آزمایشگاهی مقاومت ستون بتنی محصورشده با GFRP تحت اثر توام نیروی محوری و لنگر خمشی و مقایسه با مدل های تئوری” ،1388.
در این تحقیق نمونه های آزمایشگاهی ستون با مقطعی مربعی شکل بررسی شده اند این تحقیق نشان می دهد که اعمال لنگر خمشی بر نمونه ستون های محصورشده با  FRP علاوه بر اندرکنش بار فشاری و لنگر خمشی، اثر کاهنده ای بر مقاومت فشاری بتن محصورشده می گذارد. اعمال لنگر خمشی بر مقطع ستون، سبب توزیع غیر یکنواخت تنش فشاری وارد بر مقطع و انبساط عرضی آن می گردد به همین دلیل استفاده از روابط تخمین مقاومت فشاری بتن محصور شده، با افزایش لنگر خمشی، به پاسخ های غیر واقعی و فاقد اطمینان می انجامد.
3- جلال، مصطفی” ارزیابی ظرفیت باربری پل های بهسازی شده با کامپوزیت FRP”1388.
در این مقاله، گزیده راهكارهای ارزیابی عملكرد یك پل بهسازی شده با استفاده از مصالح كمپوزیتی جدیدارائه گردیده است. به این منظور، ابتدا یك سیستم سنجش عملكرد ایجاد شده و اندازه گیری های سنجش عملكرد به منظور ارزیابی پارامترهای مختلف مشخص گردید، سپس یك الگوریتم نقص یابی و شناسایی سیستم به منظور كمی سازی مقادیر هدف، انتخاب شده و در نهایت نتایج فعالیت های بهسازی به منظورسنجش تغییرات عملكرد پل، مورد ارزیابی و تجزیه و تحلیل قرار گرفت. در نهایت پس از اتمام كار بهسازی، نتایج به منظور تعیین وقوع یا عدم وقوع هرگونه تغییر در عملكرد پل، مورد ارزیابی قرار گرفت، این روش افزایش در سختی سازه را در دوره زمانی سوم دسامبر 1999 تا می 2000 نشان می دهد.
4- عباسزاده ، مهدی “مقایسه دقت پیش بینی مدل های ارائه شده برای محصورشدگی ستون های بتنی دایروی محصور شده با الیاف FRP”1388.
این مطالعه بر پیش بینی حداكثر تنش و كرنش بتن محصور شده كه مهمترین پارامترها از دید طراحی بوده و تاثیر زیادی در تقریب منحنی های تنش – كرنش دارند متمركز شده است. به این منظور، مدل های محصور شدگی به دو گروه مدل های محصورشدگی پایه فولادی و مدل های محصورشدگی تجربی و تحلیلی طبقه بندی شده و روابط و ویژگی های منحصر به فرد هر مدل مرور شد سپس، مقایسه بین مدل های مختلف در پیش بینی حداكثر تنش و كرنش نهائی محصور شدگی صورت گرفت. نتایج حاصل از ارزیابی های صورت گرفته نشان داد كه مدل های موجود در پیش بینی رفتار واقعی محصورشدگی بتن به جواب های یكسان و قابل قبولی خصوصاٌ در پیش بینی كرنش نرسیده و تنها برای محدوده ای كه برای آن كالیبره شده اند جواب های مطلوبی ارائه می دهند .
5- عباس نیا، رضاو رستمیان، مهدی” بررسی رفتار تنش – کرنش ستون ها یا نمونه های بتنی مسلح و محصورشده با FRP”1389.
در این مقاله به بررسی تحقیقات انجام شده در مورد رفتار تنش – کرنش ستون های بتنی مسلح مقاوم سازی شده با FRP پرداخته شد و نتایجی مطابق زیر بدست آمد:
الف – اثر نسبت لاغری برروی ظرفیت باربری ستونهای بتنی محصور شده با ژاکت FRP چشم گیر تر از ستون های مسلح معمولی  می باشد.
ب – اثر مقاوم سازی با افزایش نسبت لاغری کاهش می یابد.
ت – در زمانی که نسبت لاغری کمتر از 5/87 باشد، ظرفیت باربری ستون مسلح شده با FRP هنوز 21 درصد بزرگتر از ستون بتن مسلح بدون ژاکت FRP (عادی) می باشد.
6- محمد کاظم، شربتدار و بهاری زاده، علی، سیوندی پور، عباس ” بررسی نرم شدگی و سخت شدگی کرنش بتن محصور شده با ورق های FRP بر مقاومت و شکل پذیری اعضاء فشاری “1388.
در این مقاله به بررسی مقاومت بتن محصور شده با انواع ورق های FRP در دو مرحله سخت شدگی کرنش و نرم شدگی کرنش و همچنین اثر محصور شدگی بر شکل پذیری اعضاء بتن مسلح پرداخته شده و این نتیجه حاصل شده که محصورشدگی اعضاء بتنی موجب افزایش مقاومت در هر دو مرحله سخت شدگی کرنش و نرم شدگی کرنشی و افزایش شکل پذیری و همچنین بهبود رفتار لرزه ای آن می شود.
7- دانش، فخر الدین بهشتی اول و سید بهرام، شاهرودی، مهناز” تخمین پارامترهای اثرگذار بر رفتار غیرخطی ستون های دورپیچ شده با CFRP به روش اجزاء محدود”1388.
در این تحقیق برای صحت سنجی نحوه مدل سازی، نمونه هایی از كارهای معتبر آزمایشگاهی با بار محوری ثابت و بار جانبی رفت و برگشتی cyclic)) با نرم افزار اجزاء محدود  ABAQUS مدل سازی شده اند. در این مرحله، بتن با المان حجمی هشت گرهی (C3D8)  و دورپیچ آن با المان های غشایی چهار گرهی  (M3D4)مدل شده اند و از معادل سازی و یكپارچه كردن مقطع استفاده نشده است. نتایج بدست آمده، تطابق قابل قبولی با كارهای آزمایشگاهی دارد همچنین در بررسی انجام شده بر روی پارامتر طول لایه های دورپیچ و تأثیر آن بر روی رفتار ستون ها مشاهده گردید با افزایش پارامتر طول لایه های دورپیچ، میزان ظرفیت ستون در تحمل تغییر مكان و برش پایه افزایش می یابد همچنین در این راستا مشخص گردید افزایش طول دورپیچ ها تأثیر چندانی بر بارتسلیم نداشته و فقط بار ماكزیمم سازه را افزایش داده است و به این ترتیب باعث افزایش انعطاف پذیری رفتار سازه می گردد. با استفاده از نتایج بدست آمده مشاهده شد در یك نگاه كلی گرچه تأثیر لایه ها بر روی برش پایه قابل تحمل توسط ستون چندان قابل توجه نبوده است لیكن تأثیر تعداد لایه ها بر روی نیروی قابل تحمل توسط ستون بیشتر از تأثیر طول لایه ها بوده است به عنوان مثال با افزودن یك لایه 20 سانتی متری دورپیچ FRP حدود 3 درصد و با افزودن یك لایه 30 سانتی متری دورپیچ FRP حدود 4 درصد افزایش می یابد. در حالی كه در حالت استفاده از دولایه دورپیچ این درصد افزایش نیروی قابل تحمل توسط ستون بترتیب حدود 4 و 6 در صد خواهد بود. همچنین نشان داده شد شكل پذیری ستون نیز با افزایش قابل توجهی همراه است لیكن استفاده از دو لایه دورپیچ بجای یك لایه دور پیچ افزایش نسبی زیادی در شكل پذیری ستون ایجاد نمی كند این نتیجه در مورد تغییر شكل بیشینه قبل از شكست نیز صادق است.

 استفاده از خاک به‌عنوان اصلی‌ترین مصالح در اکثر پرو‌ژه‌های عمرانی غیر قابل انکار است. توسعه چشمگیر در ایجاد فرودگاه‌ها، تونل‌ها و فضاهای زیرزمینی، احداث اسکله‌های عظیم، بزرگراه‌ها، احداث سدها و سازه‌های مربوط به آن‌ها، شبکه‌های عظیم آبیاری و زهکشی و غیره، نیاز به مصالح ساختمانی را افزایش داده است. بر این اساس امروزه استفاده از مصالح جایگزین که از نظر مهندسی کیفیتی بالاتر از مصالح مورد استفاده در گذشته را داشته و همچنین از نظر اقتصادی نیز مقرون به‌صرفه باشد، مورد توجه زیادی قرار گرفته است. از جمله مهمترین و پرهزینه‌ترین مصالحی که در پروژه‌های مختلف عمرانی مورد استفاده قرار می‌گیرد، خاک است. توجه به این نکته که خاک نمی‌تواند تمام خصوصیات ژئوتکنیکی مورد نیاز برای پروژه‌ها را در بر داشته باشد، اهمیت استفاده از روش‌های گوناگون برای بهبود و تثبیت خاک را روشن می‌سازد [14].
خاک را می‌توان تجمعی از ذرات جامد تولید شده به‌وسیله تجزیه مکانیکی و شیمیایی سنگ‌ها معرفی کرد. آگاهی از مشخصات فیزیکی ترکیبات خاک، برای درک عملکرد آن در حین عملیات ساختمانی ضروری است [2].
خاک‌ها توده‌هایی از ذرات کانی هستند که همراه با هوا یا آب موجود در فضاهای خالی، سیستم‌های سه‌فازی را تشکیل می‌دهد. خاک‌ها بخش وسیعی از سطح زمین را پوشانده‌اند و به گستردگی و فراوانی به‌صورت مصالح ساختمانی و زیرسازی مورد استفاده قرار می‌گیرند [11].
خاک‌های رسی، دامنه وسیعی از کانی‌های گوناگون را شامل می‌شود. این خاک‌ها شامل نسبت‌های متفاوتی از انواع کانی‌های رسی، عمدتاً شامل کائولینیت، ایلیت، کانی‌های چند‌گانه و مونت‌موریلونیت است. کانی‌های غیر رسی موجود در این خاک‌ها عمدتاً کوارتز، مواد آلی و

 اکسیدهای کلوئیدی است. مقدار کمی از کانی رسی معین، شاید بتواند تغییرات فیزیکی-شیمیایی زیادی در خاک ایجاد کند [95].

خاک‌های رسی از هوازدگی شیمیایی سنگ‌ها تشکیل می­شوند. نظر به تفاوت نحوه­ تشکیل خاک رس با دیگر انواع خاک‌ها از قبیل شن و ماسه و لای، که از هوازدگی فیزیکی سنگ مادر تشکیل شده‌اند، خاک‌های رسی از ویژگی‌های منحصر به‌فردی برخوردارند. بشر از دیرباز با خاک‌های رسی و مشکلات آن آشناست [10].
خاک‌های رسی از نظر ظرفیت باربری و نشست، همواره در گروه خاک‌های مسأله‌دار‌ هستند و معمولاً سازه‌هایی که بر روی این نوع خاک‌ها بنا می‌شوند، باید تمهیدات ویژه‌ای در مورد آن‌ها در نظر گرفته شود. به‌طور کلی روش‌های مختلفی برای اصلاح خواص اینگونه خاک‌ها ارائه شده است تا بتوان با اعمال این روش‌ها خصوصیات این نوع خاک‌ها را اصلاح نمود و به حد مطلوب رساند. یکی از این روش‌ها جهت اصلاح اینگونه خاک‌ها، به‌منظور افزایش ظرفیت باربری و کاهش تورم آن‌ها، تثبیت است. با توجه به گستردگی خاک‌های ریزدانه و اجبار در اجرای بسیاری از پروژه‌ها بر روی اینگونه خاک‌ها، اهمیت تثبیت خاک‌های ریزدانه، به‌ویژه خاک‌های رسی، روشن می‌شود [78].
خاک‌های رسی اغلب دارای مشکلاتی نظیر ضعف مقاومتی، تورم‌پذیری، ترک خوردن هنگام از دست دادن آب، نشست زیاد تحت سربار و حتی وزن خود، جذب رطوبت زیاد، چسبندگی زیاد هنگام کار با ماشین‌آلات ساختمانی، دوام کم در مقابل عوامل جوی نظیر دوره­های تر و خشک شدگی و یا یخ زدن و آب شدن است. خاک رس آب می­مکد، منبسط می­شود، خشک می­شود و ترک می­خورد [10].
تثبیت خاک برای بهبود خواص مهندسی خاک‌های نامرغوب، در احداث سازه‌های مهندسی عمران مثل راه‌ها، فرودگاه‌ها، خاکریزها، سدها و پی‌های کم عمق به‌کار می‌رود. نوع تثبیت انتخابی در هر پروژه، بستگی به ماهیت سازه و خواص ژئوتکنیکی و فیزیکی- شیمیایی خاک‌های مورد نظر دارد [27].
بنابر‌این شناخت کلی راجع به خاک رس و همچنین تثبیت آن، امر مهمی است که در این فصل کلیاتی در این مورد به‌اختصار ذکر شده است.
2-2- کانی های رس
1-2-2- ترکیب و ساختمان کانی‌های رس
کانی‌های رس مرکب از سیلیکات‌های مرکب آلومینیوم، منیزیم و آهن هستند. دو واحد کریستالی
بنیادی کانی‌های رس عبارتند از: 1) چهاروجهی سیلیسیم-اکسیژن و 2) هشت وجهی آلومینیوم یا منیزیم. واحدهای چهار وجهی سیلیسیم-اکسیژن از چهار اتم اکسیژن در اطراف یک اتم سیلسیم تشکیل شده است. از ترکیب واحدهای چهاروجهی، صفحه سیلیس تشکیل می‌شود. سه اتم اکسیژن واقع در قاعده هر چهار وجهی با چهار وجهی مجاور مشترک است. هر اتم سیلیسیم با ظرفیت مثبت 4 با چهار اتم اکسیژن با کل ظرفیت منفی 8 مرتبط شده است. از طرفی هر اتم اکسیژن در قاعده چهار­‌‌‌وجهی به دو اتم سیلیسیم اتصال پیدا کرده است این امر موجب می‌شود که یک بار با ظرفیت منفی هر اتم اکسیژن بالایی هر چهار­‌‌‌‌‌‌‌‌‌وجهی نامتعادل باقی بماند. ترکیب واحدهای هشت‌وجهی آلومینیوم، یک صفحه گیبسیت را تشکیل می‌دهد. اگر اتم‌های اصلی فلزی در واحدهای هشت‌‌وجهی منیزیم باشد، این صفحه‌ها به­نام صفحه بروسیت نامیده می‌شوند [12]. در اشکال 2-1 و 2-2 ورقه چهار‌­‌وجهی سیلیکا و هشت­وجهی آلومینا نشان داده شده است.
مهمترین کانی‌های رسی عبارتند از :
کائولینیت[1]
ایلیت[2]
مونت‌موریلونیت[3]
در کنار سه کانی معروف مذکور، سایر کانی‌های رس که معمولاً یافت می­شوند عبارتند از: کلریت[4]، هالوسیت[5]، ورمیکولیت[6] و آتاپولگیت[7].
2-2-2- کائولینیت
نام کائولینیت از لغت چینی kauling به معنی رشته کوه مرتفع یا تیغه کوه گرفته شده و نام تپه‌ای در چین است [95]. کائولینیت دارای لایه­های متناوب ورقه­های سیلیکا-گیبسیت است که به آن ساختار 1:1 گفته می‌شود. هر لایه در حدود 2/7 انگستروم ضخامت دارد. این لایه­ها توسط پیوندهای هیدروژنی به‌یکدیگر مربوط شده‌اند. کائولینیت مانند صفحات کوچکی دیده می‌شوند که بعد جانبی از 1000 تا 20000 انگستروم و ضخامت آن‌ها از 100 تا 1000 آنگستروم است. مساحت سطح ذرات کائولینیت در واحد جرم در حدود 15 مترمربع بر گرم است [12]. یک پولک کائولینیت از 70 تا 100 لایه پایه تشکیل شده‌ که اندازه پولک آن 1/0 تا 4 میکرومتر و ضخامت آن 05/0 تا 2 میکرومتر است. در کائولینیت پیوندهای هیدروژنی قوی برقرار است که سبب کاهش بار منفی می‌گردد و از آنجا که جدایی لایه‌ها در کائولینیت صورت نمی‌گیرد، کاتیون‌های متعادل کننده، باید قاعدتاً در سطح خارجی ذره جذب شوند. در کائولینیت به دلیل پیوندهای هیدروژنی قوی، pH،[1] CEC و SSA[2]  خاک دارای کمترین مقدار در بین کانی‌های رسی است [95]. در شکل‌های 2-3 تا 2-5 ساختمان اتمی کانی‌های رسی نمایش داده شده است.
[1] – Cation Exchangeable Capacity
[2] – Specific Surface Area
1 – Kaolinite
2 – Illite
3 – Montmorillonite
4 – Chlorite
5 – Halloysite
6 – Vermiculite
7 – Attapulgite
– Basic Oxigen Steel Slag               

1-1- پیشگفتار
برای اتصال دو قطعه، روش­های مختلفی وجود دارد. مهم‌ترین این روش­ها استفاده از جوش، پیچ و پرچ است. در این میان استفاده از جوش در ساختمان­سازی بسیار رایج است. قدمت استفاده از جوش در ساخت اسکلت­­های فولادی شاید به 100 سال برسد. طی این سال­ها، پیشرفت­های قابل‌توجهی در شناخت جوش و توسعه فن­آوری مربوط به آن صورت گرفته است.
مهم‌ترین دلایل استفاده از جوش را می‌توان به طور خلاصه به صورت زیر بیان نمود:
1- برای اتصال دو قطعه به هم محدودیتی در ضخامت وجود ندارد.
2- سرعت بالای تولید.
3- استحکام بالا (ساختار یکپارچه).
4- اقتصادی بودن اتصال.
5- انعطاف­پذیری در طراحی جوش (تنوع فرآیندهای جوشکاری و قابلیت انجام شدن دستی یا خودکار).
اما با در نظر گرفتن این مزایا فرآیند جوشکاری دارای معایب زیر است:
1- اتصال دایمی بوده و امکان جداسازی قطعات وجود ندارد.
2- نیاز به بازرسی.
3- نیاز به مهارت در روش­های دستی و تجهیزات گران­قیمت در روش­های خودکار.
اما مهم‌ترین عیب در یک قطعه جوشکاری شده، تولید تنش و تغییر شکل پسماند[1] در قطعه است. در عملیات جوشكاری، بعد از مرحله سرد شدن جسم، تنش‌هایی در آن باقی می‌ماند كه به آن‌ها تنش‌های پسماند می‌گویند. این تنش‌ها و همچنین تغییر شکل‌های ناخواسته ناشی از جوشكاری، مهم‌ترین عواملی هستند كه باعث ضعیف شدن اتصالات جوش و ناكارایی آن‌ها در تحمل طولانی مدت بارها، شده‌اند. از این رو، مهندسین علاقمند به دانش كاملی از توزیع تنش‌های پسماند در سرتاسر جوش، روش‌های تغییر دادن آن و نیز انتخاب روند

 جوشكاری مناسب كه بتواند تنش‌های پسماند را به حداقل ممكن كاهش دهد، هستند ]1[.

روش‌های تجربی اندازه‌گیری تنش‌های پسماند جوشكاری علاوه بر گران‌قیمت بودن در بعضی از موارد مستلزم عملیات سوراخ‌کاری و یا مقطع زنی در قطعه جوش داده‌شده بوده و فقط مقدار تنش را در سوراخ‌های ایجادشده و یا در بلوک‌های جداشده به دست می‌دهند. پیشرفت روش‌های تجربی نا­مخرب اگرچه توانست تا حدودی این کاستی‌ها را جبران كند، ولی نمی‌تواند جوابگوی تمامی مشكلات باشد. به همین دلیل نیاز بیش­تری به روش‌های تحلیلی احساس می‌شود.
با وجود این معضلات، جوشکاری هنوز به عنوان بهترین روش اتصال قطعات مورد استفاده قرار می‎گیرد. از همین ­رو، در زمینه رفتار جوش در موارد گوناگون مطالعه شده و استانداردهای مناسبی ارائه گردیده است و از این استانداردها به طور جدی در طراحی و اجرای اتصالات جوش استفاده می­شود و می‌توان از مشکلات به وجود آمده در قطعات جوشکاری شده پیشگیری نمود.
2-1- مبانی جوشکاری
1-2-1- تعریف جوش
بر اساس استاندارد ANSI/AWS A3.0-89 که مشتمل بر تعریف­ها و عبارت­های استاندارد جوشکاری است، جوشکاری عبارت است از یک فرآیند اتصال­دهی که یک ماده یکپارچه را به وسیله حرارت­دهی تا دمای جوش، با اعمال فشار و یا بدون آن و با استفاده از ماده پرکننده و یا بدون استفاده از آن، تولید می­کند.
یک قطعه جوشکاری شده شامل 3 ناحیه فلز پایه، فلز جوش و ناحیه متأثر از حرارت بوده که در شکل 1-1 نشان داده شده است.
2-2-1- انواع اتصالات جوشی
در شکل 1-2 انواع اتصالات جوشی نشان داده شده است. این اتصالات عبارتند از:
الف– اتصال لب به لب.
ب– اتصال پوششی (روی‌هم).
پ– اتصال گوشه.
ت– اتصال سپری.
ث– اتصال پیشانی.
3-2-1- انواع جوش
انواع اتصالات را می‌توان به روش‌های متفاوتی جوشکاری نمود. در شکل 1-3 انواع جوش نشان داده شده است که عبارت‌اند از:
الف– جوش شیاری [1].
ب– جوش گوشه[2].
پ–  جوش کام.
ث–  جوش انگشتانه.
 دو نوع جوش شیاری از نوع لب­به­لب[3] و جوش گوشه پر کاربردترین جوش­ها می­باشند. کاربرد جوش کام و انگشتانه به موارد خاص محدود می­شود.
4-2-1- جوش شیاری
 برای اتصال دو لبه به صورت لب­به­لب از جوش شیاری استفاده می­شود. در صفحات نازک (ضخامت کمتر از 3 میلی‌متر) احتیاجی به آماده­سازی لبه­ها نیست؛ اما در صفحات ضخیم برای نفوذ کامل جوش احتیاج به آماده­سازی لبه­های قطعه کار است. جوش شیاری می­تواند به دو صورت یک طرفه و دو طرفه انجام شود. در شکل 1-4 انواع آماده­سازی لبه نشان داده شده است.
3-1- جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود روکش‌دار
در این روش گرمای مورد نیاز برای جوشکاری از قوس الکتریکی به وجود آمده بین الکترود و قطعه کار حاصل می­شود. نوک الکترود، حوضچه­ی جوش مذاب، قوس و موضع جوش بر روی قطعه کار توسط گاز محافظ حاصل از تجزیه و احتراق پوشش الکترود محافظت می­شود؛ اما محافظت حاصل از این گاز، نسبت به روش‌های GTAW و GMAW به خاطر عدم جریان مناسب گاز محافظ، کامل نبوده و محافظت اضافی از حوضچه­ی مذاب توسط سرباره­ی مذاب انجام می­شود.
تجهیزات مورد استفاده در این روش منبع تغذیه، انبر جوشکاری، کابل­های اتصال و الکترود است. الکترود­های مورد استفاده در این روش دارای ترکیب­های شیمیایی بسیار متفاوت از مغزه­ی فولادی و هم­چنین انواع بسیار متنوعی از نظر وزن و جنس روکش می­باشند. ضخامت قطعه، وضعیت جوشکاری و نوع اتصال، تعیین‌کننده قطر الکترود می­باشند. فرم کلی نام­گذاری الکترودها به صورت EXX(X)XX است. حرف E نشان‌دهنده‌ی الکترود است، دو (یا سه) رقم اول نشان‌دهنده‌ی حداقل استحکام کششی فلز جوش بر حسب ksi (کیلوپوند بر اینچ­مربع)، رقم بعدی نشان‌دهنده‌ی وضعیت جوشکاری است، رقم 1 مناسب برای جوشکاری در تمام وضعیت­ها، 2 برای جوشکاری در وضعیت­های تخت و افقی و 4 برای کلیه حالت­ها به جز عمودی سر بالا است. رقم آخر به جنس پوشش و قابلیت به‌کارگیری آن بستگی دارد، هم­چنین نوع جریان قابل‌استفاده را مشخص می­کند. تجهیزات مورد استفاده در این روش در شکل 1-5 نشان داده شده است ]2[.
4-1- ساماندهی پایان نامه
در این پایان­نامه به فرآیند جوشکاری، تنش‌های پسماند ناشی از جوشکاری و بررسی اثر تنش­های پسماند در صفحات دارای بازشو و سخت­کننده پرداخته می­شود. فصل اول به معرفی جوش، اتصالات جوشی و روش‎های جوشکاری اختصاص دارد. در فصل دوم، نحوه استخراج معادلات حاکم بر رفتار حرارتی و مکانیکی جوش و علل شکل­گیری تنش‌ها و تغییرشکل­های پسماند در فرآیند جوشکاری تشریح می­گردد. در فصل سوم، پیشینه تحقیق در مورد جوشکاری، تنش­ها و تغییرشکل­های پسماند ناشی از آن مورد بررسی قرار می­گیرد. در فصل چهارم، چگونگی مدل­سازی فرآیند جوشکاری، راستی­آزمایی و نحوه استخراج تنش‌های پسماند با استفاده از نرم­افزار ANSYS شرح داده می­شود. در فصل پنجم، ابتدا به تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری در صفحات دارای بازشو پرداخته می­شود و در ادامه، اثر تنش­های پسماند بر رفتار این صفحات مورد تحلیل و بررسی قرار می­گیرد. در فصل ششم به تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری در صفحات دارای سخت­کننده پرداخته می­شود. در فصل هفتم، نتیجه­گیری و پیشنهاد برای پژوهش­های آینده آورده می­شود.
فصل دوم: تحلیل حرارتی و مكانیكی جوش
1-2- پیشگفتار
برای مدل‌سازی یك جوش دو روش وجود دارد. اولین روش، كوپل مستقیم است كه در آن برای مدل كردن جوش از یک جزء که توانایی تحلیل حرارتی و مكانیكی را به صورت توأم دارد، استفاده‌ می­شود. روش دوم روش غیر كوپل است که در آن دو تحلیل جداگانه صورت می‌پذیرد. ابتدا یك مدل حرارتی ایجاد شده و یك تحلیل انتقال حرارت انجام می‌شود. چون گرمایش در فرآیند جوشكاری موقتی است و محل و مقدار این گرما با توجه به زمان تغییر می‌کند، لذا این تحلیل حرارتی باید یك تحلیل گذرا باشد و چون مقادیر داده‌های مسئله با توجه به تغییرات حرارتی در قطعه تغییر می‌کنند، لذا تحلیل حرارتی مذكور یك تحلیل ناخطی است. از این تحلیل، تاریخچه دمایی تعیین می‌گردد. مدل دوم كه از نتایج تاریخچه دمایی به دست آمده از تحلیل اول به عنوان بار حرارتی استفاده می‌کند، یك تحلیل مكانیكی است كه تنش‌های پسماند و تغییرشکل‌های ناشی از جوش را به دست می‌دهد.
در این فصل به مبانی تحلیل حرارتی و مکانیکی پرداخته می‌شود.
2 Groove weld
3 Fillet weld
4 Butt weld
1 Residual

و معرفی
1-1- پیشگفتار
با توجه به اهمیت انرژی‏‏‏های فسیلی در دنیای امروز و نقش‏آفرینی این نوع انرژی در تمام مناسبات جهان، مساله استخراج آن یكی از موضوعات مهم تكنولوژی روز دنیا می باشد.همچنین پایان پذیری منابع فسیلی و محدود بودن ذخایر آن، باعث توجه به ذخایری شده است كه تاكنون بهره برداری از آنها صرفه اقتصادی نداشته است. یكی از مهم‏ترین این ذخایر، ذخایر انرژی مدفون در كف دریاهاست. لذا دانشمندان در طول قرن گذشته روش‏هایی را جهت استخراج از كف دریاها ارائه داده‏اند. حركت علمی كه در این راستا در غرب آغاز شده است اكنون دارای تاریخچه‏ای بیش از یک قرن است و با توجه به موقعیت حساس كشور ما در این برهه زمانی و برخورداری از منابع غنی انرژی های فسیلی در دریاهای شمال و جنوب كشور، كسب این تكنولوژی به یكی از رئوس برنامه علمی كشور تبدیل شده است. نكته قابل توجه در این باره، لزوم استفاده از روشهای اقتصادی و سیستم های بهینه استخراج می باشد كه در دنیای رقابتی امروز امری اجتناب ناپذیر می‏نماید.
جهت استخراج نفت و گاز از كف دریاها، كاربردی ترین روش شناخته شده، استفاده از سكو است. این نوع سازه طی عمر هفت دهه‏ای خود تحولات بسیاری را در سیستم سازه‏ای و قابلیت بهره برداری از سر گذرانده است.در ابتدا این نوع سازه در آب‏های كم عمق و به صورت خرپایی ساده مورد استفاده قرار گرفت و طی زمان، تكامل سازه در راستای استفاده در آب‏های عمیق و كاهش هزینه‏های ساخت مورد توجه قرار گرفت. به علت افزایش بسیار زیاد هزینه احداث سكو‏های ثابت با افزایش عمق، نوع جدیدی از سكو‏های دریایی با نام سكوی نیمه شناور مطرح شد كه دارای مزایای اقتصادی و كاربردی قابل توجه‏ای می باشد. سیر تكامل كلی سكو‏ها و به خصوص نوع خاصی از آنها را (سكوی نیمه شناور خرپایی) به صورت كامل در فصل یك شرح خواهیم داد.
سکوی نیمه شناور خرپایی نوع خاصی از سکوهای نیمه شناور است که دارای شش درجه آزادی می­باشد: حرکت افقی طولی (­­surge)،

 حرکت افقی عرضی (sway)، حرکت قائم (heave)، که به ترتیب جابجایی در امتداد محورهای x و y و z بوده و چرخش طول این محورها به ترتیب، غلتش عرضی (roll)، غلتش طولی(pitch) و چرخش در صفحه افقی (yaw) نامیده می شود.

با توجه به مقدمات بالا، در این پروژه سعی شده است اصول آنالیز یك سكوی نیمه شناور خرپایی مورد بررسی قرار گیرد و با شناسایی و مقایسه تئوری های موجود جهت محاسبه ی بارهای وارد بر سازه، برداشت جامعی از چگونگی آنالیز یك سكوی نیمه شناور خرپایی ارائه شود. در این راستا از تئوری های موریسون و دیفركشن خطی جهت محاسبه‏ی نیروی موج و از تئوری موج ایری برای توضیح طبیعت دریا استفاده شده است كه در فصل های ابتدایی توضیح كلی آنها خواهد آمد. نتایج محاسباتی پروژه با یك مدل تست نیز معتبر سازی شده است و در پایان شاهد بحث در نتایج و مقایسه آنها خواهیم بود.
1-2- روش تحقیق
در این تحقیق ابتدا نیرو‏های وارد بر سكوی نیمه شناور خرپایی ناشی از موج، توسط تئوری های موریسون و دیفركشن خطی برای درجات آزادی غیر وابسته‏ی surge ، heave و pitch به دست می‏آید. سپس با استفاده از حل معادله حركت دینامیكی سكوی نیمه شناور خرپایی در درجات آزادی heave و pitch ، پاسخ سازه به موج با دامنه واحد[1](RAO) به نیرو‏ها در این درجات به دست می‏آید.این نتایج با نتایج به دست آمده از مدل تست و با یكدیگر مقایسه خواهند شد. هم‏چنین طیف پاسخ سازه مورد نظر با استفاده از طیف های انرژی P-M و JONSWAP در درجات آزادی ذكر شده به دست می‏آید و مقایسه می‏شود.
1-3- پیشینه تحقیق
افراد زیادی رفتار هیدرو‏دینامیكی یك سیلندر شناور عمودی را مطالعه كرده‏اند. هاوس (1990) یك سیلندر را در بازه kc كوچكتر از 0.01 بررسی كرد. بررسی های او نشان می‏داد كه نیروی درگ به صورت خطی با سرعت نسبت دارد و ضریب درگ نیز فوق‏العاده كوچك بود. چاكرابارتی و هانا (1990) در بررسی‏هایی كه بر روی سیلندری با KC كمی بیستر از 0.01 انجام دادند، به نتایج مشابهی رسیدند. در آزمایشات آنها حركت نوسانی آزاد سیلندر در جهت عمودی در خلال یك آزمایش (Decay test) مورد بررسی قرار گرفت.
هاوس و یوتس (1994) یك سیلندر عمودی را درون یك جریان قرار دادند و نشان دادند كه جریان میرایی سیلندر را در kc های مشابه افزایش می‏دهد.
درگ هیدرودینامیك یك سیلندر از دو مولفه تشكیل شده است: درگ ناشی از اصطكاك و درگ ناشی از شكل. (تیاگاراجان و تروش 1994)
درگ ناشی از اصطكاك به علت نیروی ویسكوزیته سیال روی سیلندر می باشد در حالیكه درگ ناشی از شكل بر اثر جدا شدن جریان در لبه پایینی سیلندر بر اثر حركت heave ایجاد می‏شود. در kc های بسیار پایین، درگ در وحله اول از نوع اصطكاكی است كه به صورت خطی با سرعت تغییر می‏كند. همچنین درگ ناشی از شكل یك نسبت درجه دوم با سرعت دارد. آزمایشات هاوس و چاكرابارتی و هانا نشان داد كه درگ اصطكاكی قسمت كوچكی از درگ هیدرودینامیك بر روی سیلندر را تشكیل می‏دهد.
تیاگاراجان و راج آزمایش‏هایی با رنج kc بزرگتر از 1 انجام دادند كه در آنها درگ ناچیز و همینطور غیر خطی بود.در تمام این حالات دمپینگ ناشی از درگ كه در اثر حركت سیلندر ایجاد می‏شد بسیار كوچك می باشد.
توا و تیاگاراجان (2003) یك دیسك با kc بالای 0.75 را تست كردند و دمپینگ درگ بیشتری را یافتند.
هی(2003) نتایج عددی و آزمایشگاهی ارائه داده است كه به بررسی حركت heave صفحه‏های نازك استوانه‏ای پرداخته و مقادیر دمپینگ را نشان داده است. این مطالعات به حركت‏های كوچك اصلی محدود شده‏اند و برای سكوی پایه كششی به صورت موردی انجام شده است.
اطلاعات جرم اضافی بر اثر نوسان صفحات افقی در راستای عمود بر صفحه در این متون در دسترس نیست.آزمایش‏هایی روی سكوی نیمه شناور خرپایی با صفحات افقی انجام شده و بعضی گزارش‏ها تهیه شده‏اند كه در مورد كارآیی صفحات افقی در سكوی نیمه شناور خرپایی بحث می‏كنند.(مگی و همكاران 2003)
سكوی نیمه شناور خرپایی (TPS) یك سازه جدید شناور است كه از ادغام مزایای سكوهای نیمه شناور پانتونی و خرپا و پرهیز از بعضی اشكالات سكو‏های پانتونی ایجاد شده است. سكوی پانتونی نیمه شناور از چهار ستون شناور تشكیل شده است كه در قسمت پایین خود به پانتون های كف كه پایداری سازه را كنترل می‏كنند متصل می‏شوند. عرشه نیز در بالای ستون‏ها قرار می‏گیرد. این سازه در مكان‏های دور از ساحل جهت حفاری و تولید به كار می‏رود. مزایای آن شامل فضای عرشه زیاد و همینطور بار قابل تحمل بالا می‏باشد. در یك طراحی روتین، ستون‏ها عمیق و پانتون‏ها نیز دارای حجم زیاد می‏باشند. مركز جرم اعضا پایین تر از مركز شناوری آنها قرار می‏گیرد (حدود 4 تا 12 فوت). این طراحی باعث كنترل دوره تناوب حركات roll و pitch سازه می‏شود.
برای یك سكوی نیمه شناور پانتونی، تغییر مكان كلی بزرگ است و دور كردن پریود طبیعی سازه از پریود موج غالب كار مشكلی می‏باشد. در واقع چون دمپینگ كوچك است و به صورت شدیدی تناوبی، بنابراین برای سكوی نیمه شناور پانتونی نوسان در جهت heave زیاد است و توسط میرایی نیز كنترل نمی‏شود. به عبارت دیگر، میرایی ناشی از جریان منتشر شونده، به صورت موثری در طراحی سكوی نمیه شناور پانتونی برای حركت heave استفاده نشده است.
TPS (سرینیواسان 2004) جرم اضافی ناشی از صفحات افقی كه در پایین ستون‏های خرپایی استفاده شده‏اند را به كار می‏گیرد و بنا بر این از جریان منتشر شونده حول این صفحات استفاده می‏كند. 
1-4- خلاصه کار انجام شده
هنگام طراحی یك سازه دور از ساحل، یكی از اولین و مهم‏ترین مراحل، انتخاب روش محاسبه نیرو‏های موثر بر سازه می‏باشد.یكی از روش‏های محاسبه نیرو استفاده از تئوری دیفركشن موج است. استفاده از فرمول تجربی موریسون (موریسون و همكاران 1950) اغلب یك روش معمول برای به دست آوردن نیروهای وارد بر سازه‏های دور از ساحل است.فرمول موریسون اثرات ناشی از برگشت امواج از سطح مغروق سازه را در نظر نمی‏گیرد و ضرائب نیرو برای اعمال این آثار به كار می‏روند. نیروی موریسون می‏تواند یك روش بسیار موثر برای آنالیز سازه‏های كوچك باشد.زیرا اثرات ناشی از برگشت موج ناچیز است، اما تئوری دیفركشن برای سازه‏های بزرگ قابل استفاده تر است. یك جدول كمی برای تشخیص سازه های كوچك و بزرگ توسط چاكرابارتی ارائه شده است(1987).
در این تحقیق از هر دو این روش‏ها برای محاسبه‏ی نیرو‏ها استفاده شده است.تصویر كلی سازه TPS در شكل نمایش داده شده است.حركات این سازه در جهات Heave و Pitch به دو روش موج خطی و موج تصادفی آنالیز شده است(با استفاده از فرمول  موریسون و تئوری دیفركشن خطی). سپس این نتایج با نتایج  به دست آمده از مدل تست مقایسه شده‏اند. مدل تست طی مقاله‏ای توسط آقای سرینیواسان در سال 2005 تشریح شده است.
سازه حاضر برای امواج خطی در بازه تناوب 7-22 ثانیه آنالیز شده است.در مرحله محاسباتی پاسخ یكه سازه (RAO) برای نیروهای surge ، heave و pitch  به دست آمده است و هم چنین پاسخ یكه حركت سازه‏ها در جهات heave و pitch  نیز به دست آمده است. طیف JONSWAP برای موج‏های تصادفی نیز برای تحلیل سازه تحت اثر امواج تصادفی استفاده شده است.
Response Amplitude Operation-[1]

وقوع بارگذارى­هاى ناگهانى و ویژه نظیر باد و زلزله، آسیب­هاى مختلفى را در سازه­ها ایجاد مى­نماید و رخداد چنین خسارات و نواقصى در سازه سبب تغییر مشخصات و رفتار سازه مى­گردد. همچنین گذشت زمان و شرایط محیطى نیز سبب فرسایش و زوال مصالح سازه­ها و در نتیجه تغییر مشخصات آنها مى­گردد. موارد مذكور سبب شده است تا شناسایى خصوصیات سیستم، تشخیص آسیب موجود در آن (شدت، نوع، زمان و محل آسیب) و پایش سلامت سازه[1] به یكى از مسائل مهم در علوم مهندسى، از جمله مهندسى عمران بدل گردد.
به بیان دیگر بررسی رفتار ساز­ه­های مهم نظیر پلها، سدها تحت بارهای عادی و یا بارهای خاص مانند زلزله برای مهندسین ممکن گردیده که موجب تشخیص آسیب در سازه­ها به عنوان زیر مجموعه­ای در این بحث شده است. در این راستا با در اختیار داشتن پاسخهای سازه قبل و پس از آسیب می­توان شدت، نوع و محل آسیب را بدست آورد.
از آنجا كه آسیب ایجاد شده در سازه تاثیر مستقیمى بر خصوصیات و مشخصات سازه مى­گذارد، سلامت سازه به نوع، شدت و محل آسیب ایجاد شده در آن وابسته بوده و به همین سبب توانایى تشخیص آسیب ایجاد شده در سیستم­هاى مختلف سازه­ای از جمله ساختمانها یكى از موضوعات مهم و قابل توجه به شمار مى­رود. منظور از آسیب، ایجاد هرگونه تغییر در خصوصات سیستم بوده به گونه­اى كه رفتار آن نسبت به وضعیت اولیه تغییر نماید. این تعریف در سازه­ها، به تغییرات خصوصیات مصالح یا هندسه سازه كه كارایی سازه در حال و آینده را مختل مى­سازد، محدود می­گردد. با نظر به آنچه كه اشاره گردید، مباحث شناسایی خصوصیات سیستم، تشخیص آسیب ایجاد شده و پایش سلامت سازه­ها بصورت وابسته بوده و گاهی بطور همزمان مورد توجه قرار می­گیرند.
از آن جا كه كشور ما در یكى از مناطق لرزه­خیز جهان قرارگرفته است، علاوه بر سایر آسیب­ها بیشترین آسیبی كه در سازه­ها رخ می­دهد در

 اثر زلزله مى­باشد. اگرچه این آسیب­ها ممكن است چندان واضح نباشد كه قابلیت شناسایی توسط بازدیدهاى میدانى را داشته باشد، اما مى­تواند تغییراتى در خصوصیات سازه ایجاد نماید كه سبب كاهش سطح عملكردى سازه موجود در زلزله­هاى بعدى گردیده و حتى اسباب تخریب كلى سازه در زلزله­هاى آینده را فراهم آورد. لازم به ذکر است که عدم شناسایی به موقع آسیب موجب از حیز انتفاع افتادن سازه و تحمیل هزینه اقتصادی به لحاظ ساخت مجدد سازه خواهد شد. در خصوص سازه­های خاص و شریانهای حیاتی علاوه بر مشکلات اقتصادی، معضلات اجتماعی و یا حتی سیاسی را نیز می­تواند در بر داشته باشد. برای روشن شدن اهمیت پایش سلامت سازه می­توان آن را با آزمایشات تشخیصی پزشکی برای حصول اطمینان از سلامت انسان قیاس نمود.

در گذشته از روشهاى گوناگونى به منظور بررسى سلامت سازه­ها استفاده شده است كه عموماً شامل مشاهدات میدانى و آزمایشهای محدود شامل آزمایش­هاى مخرب و غیرمخرب بوده­اند. اما پیش شرط لازم براى انجام چنین آزمایشهایی حدس محدوده آسیب ایجاد شده سازه­ها و در دسترس بودن آن مى­باشد كه بنابراین نتایج ناشى از آنها كاملاً وابسته به حدس درست محل احتمالی آسیب هستند. علاوه بر این، انجام این آزمایشها نیاز به ابزارهایى دارد كه این امر سبب افزایش هزینه­هاى انجام آنها مى­گردد. بنابراین تعداد آزمایشهاى انجام شده جهت بررسى سازه مى­بایست به حداقل مقدار لازم كاهش داده شوند. از سوى دیگر، مهارت كاربر نیز در دقت نتایج بدست آمده، نقش مستقیم داشته و سبب ضعف بیشتر این آزمایشها در تشخیص آسیب و شناسایی مشخصات سازه مى­گردد. همچنین به دلیل کیفى بودن نتایج بدست آمده، این آزمایشها نمى­توانند تخمینى از تغییرات به وقوع پیوسته در خصوصات دینامیكى سازه آسیب دیده، بدست دهند.
با پیشرفت علم، با بهره­گیری از اطلاعات استاتیکی ثبت شده در سازه­ها و تغییرات آن به تعیین خواص سازه با اینگونه ثبت­ها قدم برداشته شد. همچنین پس از آنكه دانشمندان به سمت استفاده از داده­هاى ارتعاشى براى پیداكردن خواص دینامیكى سازه­ها پیش رفتند، با انجام آزمایشهاى ارتعاشات محیطى و یا تحریكات اجبارى تا حدود زیادى موفق به دست آوردن خواص دینامیکى سازه­ها گردیدند و بدین ترتیب پس از وقوع پدیده­های طبیعی همچون زلزله با این روشها خواص دینامیكى سازه را محاسبه كرده و از مقایسه نتایج آنها با نتایج بدست آمده از آزمایش­هاى صورت گرفته قبل از زلزله به میزان آسیبى كه در سازه اتفاق افتاده بود، پى مى­بردند. البته با استفاده از این روش­ها تنها تا حدودى امكان بررسی وضعیت سازه قبل و بعد از یك حادثه، مثلأ زلزله، قابل اندازه گیرى بود و هنوز امكان دستیابى به چگونگى تغییرات خواص سازه در طول رخداد زلزله ممكن نبود، امرى كه جهت حفظ سلامت سازه در حین زلزله بسیار حیاتى است. همچنین استفاده از آزمایشهای ارتعاشات اجبارى و محیطى هزینه­هاى زیادى را نیز طلب مى­كردند كه با این وجود از آن جا كه تحریک اعمال شده در این آزمایش­ها در مقایسه با تحریكات زلزله بسیار كوچک مى­باشند، لذا تصویر واضحى از تغییرات ایجاد شده در مشخصات سازه پس از زلزله بدست نخواهند داد.
بنابراین هدف از این پژوهش آن است كه با پیشنهاد رویکردی جهت شناسایى خصوصیات سازه، با بکارگیری الگوریتمهای تکاملی روشی برای تشخیص محل و شدت آسیب­هاى رخداده بر پایه اطلاعات (داده­های) استاتیکی یا دینامیکی ارائه گردد.
بنابراین دو روش پیشنهادی با استفاده از داده­های استاتیکی و دینامیکی سازه­هایی به شکل پلهای با قدمت بیشتر موجود انتخاب گردید. اشکال انتخابی شامل پل تیر شکل، چهار شکل متفاوت پل خرپایی و پل قوسی می­باشند. در نهایت روند تشخیص آسیب با تشکیل تابع هدف و بهینه سازی آن توسط چهار الگوریتم متفاوت( برای اطمینان به تابع هدف انتخابی و کاهش اثرات نوع الگوریتم) انجام گردید.
2-1- پایش سلامت سازه ها
اگر مراحل ثبت داده­ها به صورت دائم و یا دوره ای صحیح صورت گیرد نشانگر عملکرد سازه است. پایش سلامت سازه به سه حالت زیر صورت می پذیرد.
1- کوتاه مدت
2- میان مدت
3- بلند مدت
البته تمام این موارد می­تواند در کل سازه و یا به صورت محلی صورت پذیرد.
مهندسان سازه مدت طولانى است كه تلاش كرده­اند تا با استفاده از داده­هاى موجود و ابزارهای مناسب، آسیب را در سازه­ها شناسایى كنند.
پایش سلامت در سازه ها با جواب به سوالات زیر توص‍یف م‍ی شود:  
1ـ آیا آسیب در سازه وجود دارد؟
2ـ موقع‍یت آسیب در سازه کجاست؟
3ـ نوع آسیب موجود چ‍یست ؟
4ـ شدت آس‍یب چقدر است؟
بعد از شناسایی آسیب، سازه باید با درنظر گرفتن وضع‍یت موجود مورد تحل‍یل قرار گ‍یرد و م‍یزان کارایی سازه سنج‍یده شود و در صورت لزوم نسبت به تعم‍یر و تقویت سازه اقدام شود.
3-1- آسیب در پل ها
آسیب یكى از لغات بحث برانگیز در زمینه پایش سلامت سازه­ها مى­باشد. به طور كلى «آسیب»؛ ایجاد تغییر دائم در مشخصات سازه از جمله سختى، مقاومت، خصوصیات دینامیكى و یا كاهش سطح عملكرد سازه نسبت به حالت اولیه آن مى­باشد.
براى پل­ها آسیب می تواند مربوط به جابجایى نسبى بین عرشه و کوله و تغییر رفتار اعضاى سازه­اى مى­باشد. براى تشخیص آسیب روشهاى مختلفى ارائه شده است كه از بین آنها تغییرات در خصوصیات مودى نظیر فركانس­های مودى و اشكال مودى و همچنین به روز­­­رسانی ماتریس­هاى مشخصه سازه (ماتریس جرم، سختى و میرایی) و تغییرات در خصوصیات ماتریس سختی را مى­توان نام برد. در تمامى روش­هاى تشخیص آسیب نیاز است كه ابتدا خصوصیات سازه (فضاى فیزیكى، فضاى مودی، فضاى پاسخ) پیش از آسیب شناخته شود، سپس در گام بعدى با استفاده از داده­هاى بدست آمده از پاسخ سازه، مشخصات جدید شناسایى شده و با بررسى تغییرات این مشخصات تشخیص آسیب انجام گردد.
پاسخ لرزه­اى سازه وابسته به مشخصات دینامیكى سازه و تحریك زلزله مى­باشد، لذا پاسخ سازه با تغییر در مشخصات دینامیكى سازه، تغییر خواهد كرد. از آنجا كه تغییر در مشخصات دینامیكى سازه نتیجه تغییر در سختى، میرایی و سایر ویژگى­هاى سازه (كه در صورت ماندگار بودن این تغییرات از آنها به عنوان آسیب  یاد مى­شود) مى­باشد، بنابراین مى­توان نتیجه گرفت كه ایجاد تغییر در پاسخ لرزه­اى سازه مى­تواند به دلیل رخداد آسیب در سازه باشد. البته نباید فراموش نمود كه تغییرات ایجاد شده در پاسخ لرزه­اى سازه ممكن است علاوه بر رخداد آسیب­هاى ماندگار در سازه، مربوط به رفتار غیرخطى خاك و یا غیرخطى شدن سازه باشد، كه باید به طریقى اثرات این عوامل درنظر گرفته شده و تغییراتى كه در پاسخ به سبب این آسیب­­ها ایجاد مى­گردد از این عوامل مجزا گردد.
از آن جا كه رخداد آسیب در سازه سبب ایجاد تغییر ماندگار در فركانس سازه مى­شود، بنابراین بررسى فركانس­هاى طبیعى و سایر خواص مودى سازه در حین ارتعاشات محیطی ابزار مفیدى براى تشخیص آسیب مى­باشد. حال با توجه به اینکه در بسیارى از مناطق لرزه­خیز جهان زلزله از اصلی­ترین چالش­ها در طراحى سازه­ها مى­باشد و عمده خسارات وارد بر سازه­ها علاوه بر سایر عوامل محیطی ناشى از این پدیده طبیعى است، بهره­گیری از این موضوع می­تواند مفید باشد. با بررسى فركانس­ها و سایر مشخصات مودى سازه در حین زلزله، تعیین مكان و مقدار آسیب در سازه ممكن خواهد شد.
لازم به ذکر است در روش­های مبتنی بر داده­های استاتیکی با اطلاعات بسیار کمی می­توان آسیب را در سازه با دقت قابل قبولی تشخیص داد لذا اینگونه روشها مورد توجه مهندسان قرار گرفته است. به طور مثال در روش­های استاتیکی با داشتن تغییرمکان یا کرنش، شناسایی آسیب در سازه میسر است. در تحلیل استاتیکی تغییرات در ماتریس سختی می­تواند نشان دهنده رخداد آسیب در سازه باشد.
[1] Structural Health Monitoring(SHM)