2-4- فواید هنر همگانی  …………………………………………………………………………………. 30

 

2-4-1-   فرهنگی ………………………………………………………………………………………… 30

 

2-4-2- اقتصادی…………………………………………………………………………………………… 30

 

2- 4-3- آموزشی  ………………………………………………………………………………………… 30

 

2-5- انواع هنرهای همگانی………………………………………………………………………………. 31

 

2-6- شهر بستری برای آفرینش هنر  ………………………………………………………………….. 31

 

2-6-1- عناصر یا فضاهای میانی………………………………………………………………………… 33

 

2-6-2- شهرنشینی و شهرسازی ایران ………………………………………………………………… 35

 

2-6-3-  اصول طراحی ایرانی ………………………………………………………………………….. 36

 

2-6-4- شاخصهای زیبایی شناسی …………………………………………………………………….. 37

 

           2-6-5- برنامه زیباسازی شهر تورنتو  …………………………………………………… 38

 

2-6-6- نیاز امروز ما  …………………………………………………………………………………….. 38

 

2-6-7- مطالعات شهری …………………………………………………………………………………. 40

 

2-6-8- اهمیت و توجه به فضای پیرامون ……………………………………………………………. 41

 

2-6-9- هنر در فضای همگانی …………………………………………………………………………. 42

 

2-6-10- میادین شهری  ………………………………………………………………………………… 45

 

2-6-11- هویت در فضای شهری …………………………………………………………………….. 46

 

2-7- مجسمه شهری ………………………………………………………………………………………. 48

 

2-7-1- تعریف مجسمه شهری ……………………………………………………………………….. 50

 

2-7-2- ویژگی‌های آثار شهری   ………………………………………………………………………. 52

 

2-7-3-ایجاد حس مكان و هویت  ……………………………………………………………………. 53

 

2-7-4-  انواع مجسمه شهری …………………………………………………………………………… 54

 

2 – 7 – 5- مجسمه‌ی یادبود یا یادبود مجسمه  ……………………………………………………. 54

 

2-7-6- طاقهای یادمانی  ………………………………………………………………………………… 58

 

2-7-7- ستونهای یادمانی  ……………………………………………………………………………….. 58

 

2-7-8- ساعتهای تزئینی …………………………………………………………………………………. 59

 

2-7-9-نقشها و كاركردهای مجسمه  ………………………………………………………………….. 60

 

2-7-9-1- تقویت حس مكان ………………………………………………………………………….. 60

 

2-7-9-2- تعریف و هویت بخشی به فضاهای شهری …………………………………………… 61

 

2-7-9-3- ارتقای كیفیت و ایجاد سرزندگی فضاهای شهری …………………………………… 66

 

2-7-9-4-  ارتقای آگاهیهای عمومی و معرفی نمادها و ارزشهای فرهنگی ………………….. 74

 

2-7-9-5-  معرفی عملكرد و روحیه میدان یا محدوده پیرامون آن یا تداعی عملكرد تاریخی یا فرهنگی آن 75

 

2-7-9-6-  تعریف مركز ثقل و نقطه تمركز میدان ………………………………………………… 75

 

2-7-9-7-  ایجاد یك نشانه شهری …………………………………………………………………… 75

 

2-7-9-8- تناسب بخشی به نام میدان ………………………………………………………………… 76

 

2-7-9-9- معرفی سبكها و سنتهای هنری …………………………………………………………… 76

 

2-8- دیوار نگاری ………………………………………………………………………………………….. 77

 

2-9- معماری به عنوان یك هنر عملكردی هنری كه در آن زندگی می كنیم ………………….. 80

 

2 – 9– 1 – تأثیر معماری بر مجسمه‌سازی……………………………………………………………. 817

 

2-10- شهرشب ……………………………………………………………………………………………. 91

 

 

2-10-1- ساماندهی نور  ساماندهی فضا …………………………………………………………….. 91

 

  2-10-2- سیمای شبانه شهرها ………………………………………………………………………… 93

 

2-11- هنر همگانی ومبلمان شهری……………………………………………………………………… 95

 

2-11-1- اهمیت مبلمان در سیمای شهری …………………………………………………………… 98

 

2-11-2- جایابی بهینه مبلمان شهری …………………………………………………………………. 99

 

2-11-3- روابط نظام‌مند در بین عناصر مبلمان شهری ……………………………………………. 100

 

2-11-4- تبلیغات …………………………………………………………………………………………. 103

 

2-11-5- مواد و مصالح …………………………………………………………………………………. 103

 

2-11-6- تخریب‌گرایی وندلیسم……………………………………………………………………….. 104

 

2-11-7- عوامل سازنده سیمای هر شهر ………………………………………………………………. 105

 

2-11-8- پارک؛ از فضای سبز تا رویداد هنری …………………………………………………….. 106

 

2-11-8-1- فرهنگسراها؛ مدل‌ ایرانی………………………………………………………………….. 108

 

2 -11 – 8 – 2 – پارک هزاره ………………………………………………………………………….. 110

 

2-12- طراحی صنعتی و طراحی شهری ……………………………………………………………… 113

 

فصل سوم : هنر همگانی در ایران

 

3-1- برسی هنر همگانی در ایران ……………………………………………………………………….. 118

 

3-2- رابطه هنر با اقتصاد …………………………………………………………………………………. 121

 

3-3- ارتقاء ذائقه هنری مردم ……………………………………………………………………………. 123

 

3-4 گفتگوی مجید احمدی با حمید شانس  ………………………………………………………….. 126

 

3-5- تهران  ومیادین آن ………………………………………………………………………………….. 130

 

3-6- شهرستانها  ومیادین آنها  ………………………………………………………………………….. 135

 

3-7- برسی نقش نشانه‌های شهری در  تهران  ………………………………………………………. 135

 

3– 7 – 1 – سردر باغ ملی در تهران…………………………………………………………………… 137

 

3-7-2-  برج آزادی تهران ……………………………………………………………………………… 143

 

3-7-2-1- گفت و گو با حسین امانت طراح میدان آزادی………………………………………… 144

 

3-7-3- برج میلاد………………………………………………………………………………………….. 151

 

3-8- ارزش‌ها در طراحی مجسمه‌های شهری  ………………………………………………………. 155

 

فصل چهارم : معرفی هنر مندان مطرح در هنر همگانی

 

4-1- سیاوش ارمجانی……………………………………………………………………………………… 159

 

4-2- آنیش كاپور……………………………………………………………………………………………. 164

 

4-2-1- چند نمونه از آثار آنیش كاپور…………………………………………………………………. 167

 

4-2-2- گفت‌وگوی آنیش كاپور با «شرق» كه به مناسبت رونمایی از برج المپیك لندن انجام

 

شده……………………………………………………………………………………………………… 169

 

4-3- ماگدالنا آباکانوویکز………………………………………………………………………………….. 175

 

4-4- جاناتان بروفسکی……………………………………………………………………………………. 176

 

4-5- فرناندو بوترو ………………………………………………………………………………………… 176

 

4-6- مینگ فای …………………………………………………………………………………………….. 177

 

4-7ـ تتسو هارادا ……………………………………………………………………………………………. 177

 

4-8ـ گریس نولتون………………………………………………………………………………………….. 178

 

4-9-ـ کلمنت میدمور ……………………………………………………………………………………… 178

 

فصل پنجم  : پروژه عملی

 

 

• مقدمه …………………………………………………………………………………….. 181

 

5-1- پروژه عملی (هفت آسمان) ………………………………………………………………………. 182

 

فصل ششم :  نتیجه گیری وپیشنهاد

 

6-1- چه باید کرد  …………………………………………………………………………………………. 184

 

6- 2- نتیجه گیری ………………………………………………………………………………………….. 193

 

– تصاویر……………………………………………………………………………………………………….. 197

 

– مجسمه های من……………………………………………………………………………………………. 258

 

– نقاشی  های من …………………………………………………………………………………………… 275

 

منابع …………………………………………………………………………………………………………….. 283

 

– بیان مساله تحقیق :

 

در جوامع سنتی، گذار ازسنت به مدرنیته، نه در گذر زمان و بستر جامعه، بلکه از طریق فرهنگ وارداتی شکل می گیرد و در این میان پدیده هایی ظهور می نمایند که عدم توجه شایسته به آنها موجب نتایج جبران ناپذیر می گردد. از جمله نتایج حاصل از تغییر نگرش از سنت به مدرنیته در عرصه هنر، گسست میان مخاطب و هنرمند است. این جدایی در کلیه رشته های هنری، که با آکادمی غربی مرتبط اند، نمود داشته و فاصله هنرمند و مخاطب – به واسطه اثر هنری – فزونی می گیرد. با توجه به پیشینه مجسمه سازی در ایران و گسست طولانی در تاریخ و روند حضور آن در بستر اجتماعی، درک تاریخی جامعه ایرانی از مجسمه و مجسمه سازی با سایر ملل هم قدمت خود، کاملاً متفاوت است. لذا تعریف مجسمه سازی برای مخاطب عام ایرانی، با آموزش نوین مجسمه سازی و رویکردهای جدید آن در آموزه های دانشگاهی- که گاهی حتی توسط خواص نیز مشکل درک می شود تا حد بسیار زیادی متفاوت بوده و ارتباط عموم مردم را با اثر هنری غیرممکن می­نماید. بر این اساس، جدایی هنرمندان و مردم روز به روز بیشتر شده و آثار هنری در گوشه آتلیه ها، سالن نمایشگاه ها و موزه ها مهجور مانده؛ و آثای مبتذل و سطحی در منظر نگاه مردم قرار می گیرند. در این میان، مجسمه سازی شهری می­تواند نقشی موثر برای ارتقای ادراک مخاطب ایجاد کند و با ارتباط بین مخاطب و مجسمه ساز معاصر، عرصه را برای ارائه آثار ارزشمند فراهم آورد.(کردی،1389،2)

 

همانطور که در مطلب فوق آمده هنر عمومی به ویژه مجسمه های شهری علاوه بر ارتقای سطح آگاهی عموم مردم از هنر و تجربه شدن از طرف عموم مردم باعث نوعی آشتی میان مردم با تمام هنرها شده است. به نوعی میشود گفت هنر عمومی در کنار مردم است.مثل مردم در جغرافیا های مختلف در زمان های مختلف و در فرهنگ های مختلف تغییر می کند و قالب معینی ندارد.

 

 ومی کوشد مثل یک شهروند همسایه خوبی برای دیگر شهروندان باشد.برسی , شناخت و تعریف هنر همگانی و جایگاه آن درجوامع مختلف ونقش آن در ایران  مساله این تحقیق میباشد.

 

  1-2-  اهمیت موضوع تحقیق و  دلایل انتخاب آن :

 

مجسمه سازی در ابعاد بزرگ، که غالباً از اسب های برنزی پارک ها وپیکره های عمومی گذشته، بسیار دور است، اخیراً به جز همیشگی فرهنگ چشم اندازه های شهری تبدیل شده است. در واقع این نوزایی معاصر هنر همگانی نخستین تجدید حیات عمده هنر شهری در پنجاه سال گذشته است.

 

از پیش از جنگ جهانی اول، که مکتب هنری نئوکلاسیک چشم اندازها را با مجسمه های عمومی لبریز می­ساخت، فعالیت هنری تا بدین حد چشمگیر نبوده است. گذشته از تجربه ای اندک با مایه های اجتماعی در نقاشی دیواری، که در دهه چهل توسط برنامه هنر دولتی دبلیو پی ای رهبری شد مفهوم هنر همگانی تا حد زیادی خفته ماند.

 

محبوبیت امروزین مجسمه سازی همگانی در واقع ریشه در دهه پنجاه داشت. وقتی مجموعه چشمگیر مجسمه های بزرگ و جوش داده دیوید اسمیت به صحنه هنر پا گذاشت،(تصاویر صفحات198و199) مردم به قدرت هیجان انگیز اثر هنری  در ابعاد بزرگ و درهوای آزاد  آگاهی یافتند. عادت اسمیت در مورد گذاشتن آثار کامل شده و در محوطه های باز و وسیع اطراف استودیویش در بولتن لندینگ در ایالت نیویورک، برخی از روسای موزه ها وکارمندان عالی رتبه را متقاعد ساخت که این نوع هنر می تواند به صورتی موثردر بیرون از دیوارهای موزه عمل کند. در واقع این سازه های بزرگ و براق از فولاد ضدزنگ  همتای نقاشی پرتحرک و اکسپرسیونیستی انتزاعی آن دوران در مجسمه سازی  فقط می توانست در هوای آزاد متصور شود. در اواسط دهه شصت مجسمه سازی در ابعاد بزرگ به راه افتاده بود، بسیاری از هنرمندان اکنون دیگر با بسیاری از مواد صنعتی قطعات بزرگی می ساختند  اما استقبال عامه از این هنر و نظام پخش آنها همچنان ناقص بود. مردم برای تفکر و دریافت میزان و معنای احتمالی این آثار پر راز و رمز، نیاز به زمان داشتند.( هواردجی ، اسماگولا ، 1381 ،  20 ،21 )

 

در میان این یکنواختی و رکورد مدنی، هنر و به ویژه مجسمه سازی نقش بسزایی در طراحی و فضاسازی شهری دارند، که این چیزی ورای تزئین محض و زیبایی ظاهری است. مجسمه سازی با گیرایی درونی و تصدیق ارزشهای زیبایی شناختی، نقشی بیش از کاربردصرف خواهد داشت.

 

پیکره سازی، با ارتقای میزان حظ بصری در محیط، باعث عدم تسلیم ذهن به نظام های موجود

 

1-4- سامان‌دهی پایان‌نامه……………………….. 3
فصل دوم: الگوهای رشد ترک……………………… 6
2-1- پیش‌گفتار……………………………………… 6
2-2- الگوی کشسان خطی……………………….. 6
2-3- الگوی ترک چسبنده…………………………. 7
2-4- الگوی رفتاری خرابی………………………… 8
فصل سوم: شکست ماده‌ی مرکب……………… 9
3-1- پیش‌گفتار……………………………………..9
3-2- ماده‌ی مرکب……………………………….. 10
3-3- رفتار مکانیکی ماده‌ی مرکب………………. 10
3-4- وابستگی تنش و کرنش ماده……………… 10
3-5- شکست در ماده‌ی مرکب………………….. 16
3-6- شکل‌گیری ترک میان لایه‌ای………………. 18
3-6-1- جدایی لایه‌های ماده‌ی مرکب……………20
3-6-2- تنش‌های لبه‌ی آزاد ……………………….20
3-6-3- ضربه……………………………………….. 21
3-7- رشد ترک‌های میان لایه‌ای…………………. 21
فصل چهارم: رشد ترک در ماده‌ی مرکب………… 23
4-1- پیش‌گفتار…………………………………….. 23
4-2- معیار رشد ترک در ماده‌ی مرکب…………… 23
4-3- یافتن مقدار رهایی کارمایه‌ی کرنشی……. 24
4-3-1- نگره‌ی تیر…………………………………. 25
4-3-2- روش مساحت……………………………. 27
4-3-3- راه‌کار گسترش مجازی ترک…………….. 28
4-3-4- فن تابع اولیه‌ی مستقل از مسیر ……… 29
4-3-5- روش بسته شدن مجازی ترک…………. 32
فصل پنجم: جزء تماس چسبنده…………………35
5-1- پیش‌گفتار………………………………….. 35
5-2-  جزء چسبنده………………………………. 35
5-3- رابطه‎سازی الگو‎ی ترک چسبنده………… 38
5-3-1- رابطه‎سازی الگو‎ی چسبنده‌ی دو خطی…40
5-4- رابطه‌سازی تابع چسبنده …………………42
5-4-1- بررسی نمودار تنش- بازشدگی………..42

 

5-4-2- رابطه‌سازی تابع کشسان……………… 44
5-4-3- تابع کشسان خطی……………………… 45
5-4-4- تابع کشسان سهمی درجه دو………… 46
5-4-5- تابع کشسان توانی……………………. 46
5-4-6- تابع کشسان لگاریتمی……………….. 47
5-4-7- مقایسه‌ی تابع‌های کشسان پیشنهادی…47
5-5- روش جزء‌های محدود ناحیه‌ی چسبنده….49
فصل ششم: آزمایش‌های شکست میان لایه‌ای….51
6-1- پیش‌گفتار…………………………………… 51
6-2-  شیوه‌ی بسته شدن مجازی ترک…………51
6-3- شبیه‌سازی به روش جزء چسبنده………..52
6-4- نمونه‌های عددی…………………………… 53
6-4-1- تیر طره‌ی دوتایی………………………… 54
6-4-2- نمونه‌ی خمشی یک بخشی………….. 62
6-4-3- نمونه‌ی تیر خمشی ترک‌دار……………. 66
فصل هفتم: پایان سخن………………………… 76
1-1- پیش گفتار …………………………………..76
7-2- گزیده‌ی پایان‌نامه………………………….. 76
7-2- نتیجه‌گیری…………………………………. 77
7-3- پژوهش‌های آیندگان………………………. 77
دستمایه‌ها ……………………………………….78
واژه‌نامه‌ی فارسی به انگلیسی……………….. 84
نام‌نامه……………………………………………. 86
چکیده:
در سال‌های‌‌کنونی، بهره‌جویی از ماده‌ی مرکب در ساخت و تقویت سازه‌ها بسیار گسترش یافته است. ساختار این ماده به گونه‌ای می‌باشد که امکان شکل‌گیری ترک در میان لایه‌ها وجود دارد. بر اثر افزایش بار، این ترک‌ها رشد می‌نمایند و سبب افت شدید در استحکام و سختی سازه می‌شوند. به‌کارگیری شیوه‌های عددی در این زمینه و دستیابی به پاسخ‌ها، درتخمین رفتار ترک، نقش مهمی دارد. شروع و گسترش شکست میان ‌لایه‌ای در ماده‌ی مرکب را با فن‌های عددی انجام می‌دهند. در این روش، جزء‎های چسبنده را به همراه نمودار رفتاری ویژگی‎های ماده به کار می‌برند و رشد ترک را بررسی می‌کنند. خاطر نشان می‌سازد، یک نمودار رفتاری ماده‌ی مناسب در بهبود پاسخ‎ها اثرگذار است. ازاین رو، یک جزء پیشنهاد می‌گردد و در نمونه‌های عددی به کار می‌رود و ویژگی‌های آن ارزیابی می‌شود. درستی پاسخ‌ها در شکست میان لایه‌ای ماده‌ی مرکب با شیوه‌ی عددی راست آزمایی خواهد شد. نمونه‌های عددی آشکار می‌کنند که جزء‌ چسبنده‌ی پیشنهادی با شمار تحلیل کم، پاسخ‌های با دقت خوب را به دست می‌دهد.
فصل یکم: آغاز سخن
1-1- پیشگفتار
یکی از دلیل‌های مهم شکست و فروپاشی سازه‌ها، وجود ترک‌های نخستین و گسترش آن‌‌ها است. این ترک‌ها، بیشتر ناشی از عامل‌های گوناگون، و از آن میان، خطا در فرآیند ساخت سازه، بارهای بهره‌برداری و مانند این‌ها می‌باشند. وجود ترک‌ها در شکل‌ و اندازه‌های گوناگون، رفتارهای متفاوتی را در سازه پدید می‌آورد. پاره‌ای از این ترك‌ها بر کارکرد سازه اثر نمی‌گذارند، در حالی که برخی دیگر گسترش پیدا  می‌کنند و به شکست ناگهانی آن  می‌انجامند. تاکنون هزینه‌های بسیاری به دلیل شکست‌های ناشی از ترک پرداخت شده است. با انتخاب راه‌کار مناسب می‌توان هزینه‌ها را به مقدار زیاد کاهش داد. از سوی دیگر،  برآورد دقیق میزان خرابی و عمر سازه، در سازه‌ها با قابلیت اعتماد زیاد مورد نیاز است. بر پایه‌ی اهمیت هدف‌های ساخت، حساسیت خطرها و آسیب‌‌های ناشی از خرابی سازه‌، پیش‌بینی محل رخداد ترک و راستای گسترش آن از نکته‌های مهم در طرح و تحلیل سازه‌ها به شمار می‌رود.
در سال‌های اخیر، بهره‌جویی از مصالح نوین در ساخت و تقویت سازه‌ها بسیار چشم‌گیر بوده است. شناخت دقیق رفتار ماده‌ی مرکب، به یک طرح بهینه رهنمون می‌شود. افزون بر برتری‌های بسیار، برخی کاستی‌ها نیز در الگوسازی رفتار این ماده وجود دارد. از آن میان، می‌توان چگونگی شکست و گسترش ترک را نام برد. باید دانست، تحلیل شکست‌ سازه‌ها تنها در موردهای اندکی به صورت صریح امکان‌پذیر می‌باشد. از این رو، روش‌های عددی جایگاه ویژه‌ای در بررسی زمینه‌های ترک و شکست پیدا کرده‌اند. تاكنون دامنه‌ی گسترده‌ای از روش‌های عددی برای حل مساله‌ی شکست به‌کارگرفته شده‌اند.  در این پژوهش، به بررسی عددی شکست میان لایه‌ای در ماده‌ی مرکب پرداخته می‌شود.
2-1- الگوهای رشد ترک
در بررسی پدیده‌ی شکست و گسترش ترک، تحلیلگر با فرآیند‌های پیچیده‌ی رفتاری ماده روبرو است. این فرآیندها را می‌توان در سه گام رفتاری تقسیم بندی کرد: نخست ایجاد سوراخ‌ها و ترک‌های مویین در چندین نقطه از جسم، سپس رشد سوراخ‌ها و سر انجام، اندرکنش و به هم پیوستن آن‌ها. این کارها به شکل‌گیری ترک‌های درشت می‌انجامد. سپس، رشد و گسترش ترک‌ها سازه را خراب می‌کنند[G1].
با کمک یك روش عددی كارآمد، همراه با یک الگوی رفتاری مناسب که اثر ترک را در ماده شبیه‌سازی می‌کند، می‌توان پدیده شکست در ماده را بررسی کرد. ساده‌ترین الگوی مورد استفاده در تحلیل شکست، الگوی کشسان خطی می‌باشد. بر این پایه، رفتار ماده در لبه‌ی ترک را کشسان و خطی می‌پندارند. هر چند این پنداشت به نتیجه‌های غیرواقعی، همچون تنش بی‌پایان در لبه‌ی ترک می‌انجامد، ولی در بسیاری از پژوهش‌ها کاربرد زیادی داشته است[s1]. باوجود این، برای واقعی‌تر کردن پیش‌بینی رفتار شکست، الگوهای گوناگونی نیز در دسترسند. از میان آن‌ها، دو الگوی رفتاری چسبنده و خرابی توجه بیشتری را به خود جلب کرده‌اند. در راه‌کار چسبنده، اثر ترک تنها در یک منطقه‌ی مشخص شبیه‌سازی می‌شود. این فن به دلیل سادگی کاربرد در برنامه‌های روش جزء‌های محدود‌، بسیار مورد توجه است[B2]. در روش خرابی با معرفی عامل خرابی در یک محیط پیوسته، اثر ترک بر بخشی از دامنه وارد می‌شود.  اثر رویارویی میزان خرابی و تاثیر رفتار ماده، بخش اصلی این شیوه خرابی می‌باشد[K1].
3-1- ترک در ماده مرکب

2-2 سكوهای ستونی خرپایی(تراس اسپار)……………………………………………10
3-2  نیمه مغروق ها:…………………………………………………………………………..12
4-2 سکوی نیمه شناور خرپایی (Truss Pontoon Semi-submersibl )………………..17
فصل  سوم: نیروهای محیطی و تئوری امواج
1-3 نیروهای وارد بر سکو…………………………………………………………………20
1-1-3 نیروی ناشی ازموج……………………………………………………………………23
1-1-1-3 معادله موریسون …………………………………………………………………29
2-1-1-3 تئوری تفرق(diffraction theory) ………………………………37     
2-3 مقدمه ای بر امواج…………………………………………………………………………….41 
3-3 تئوری امواج……………………………………………………………………………………42 
1-3-3 امواج منظم…………………………………………………………………………………43 
2-3-3 امواج نامنظم………………………………………………………………………………..49
4-3 توصیف آماری امواج………………………………………………………………………..53
5-3 طیف دامنه و انرژی امواج………………………………………………………………53
1-5-3 طیف پیرسون موسکویچ…………………………………………………..58
2-5-3 طیف جانسوپ………………………………………………………………….59
3-5-3 طیف برت اشنایدر…………………………………………………………..61
4-5-3 طیف نیومن……………………………………………………………………..62
5-5-3 طیف نیومن……………………………………………………………………..62
فصل چهارم : سیستم های خطی یک در جه آزادی
1-4 ارتعاش آزاد نامیرا ……………………………………………………………………..63
2-4 ارتعاش آزاد میرا ………………………………………………………………………65
3-4 کاهش لگاریتمی…………………………………………………………………………70
فصل پنجم:اطلاعات مساله و تحلیل سکوی نیمه شناور خرپایی
1-5 معرفی مشخصات مساله…………………………………………………………………72
1-1-5- مدل تست……………………………………………………………………………….73
2-5 محاسبه نیروهای وارد بر سازه………………………………………………………76
1-2-5 محاسبه نیروی surge وارد بر سکو به روش موریسون…………………….76
2-2-5 محاسبه نیروی surge وارد بر سازه با استفاده از تئوری تفرق…………….79  
-32-5 نیروی heave وارد بر سکو با استفاده از معادلات موریسون………………..80
4-2-5 نیروی heave  وارد بر سکو با استفاده از تئوری تفرق………………83
5-2-5 لنگر pihtch وارد بر سکو با استفاده از معادلات موریسون………..85
1-5-2-5  لنگر ناشی از نیروی surge وارد بر یک استوانه……………85

 

2-5-2-5 لنگر ناشی از نیروی heave وارد بر ستون ها………………….86
3-5-2-5 لنگر ناشی از صفحات افقی(heave plate)…………………….86
6-2-5 محاسبه لنگر pitch با استفاده از تئوری تفرق……………………………87
1-6-2-5 لنگر ناشی از نیروی surge……………………………………………….
2-6-2-5 لنگر ناشی از نیروی heave………………………………………………
3-6-2-5 لنگر ناشی از صفحات افقی…………………………………………………88
3-5 محاسبه حرکت سازه(RAO) تحت موج تکی……………………………………..89
1-3-5 محاسبه پاسخ واحد سازه برای حرکت در جهتheave…………………
2-3-5 محاسبه پاسخ واحد سازه برای حرکت در جهت pitch…………………..
4-5 پاسخ سازه تحت موج های تصادفی(طیفی)…………………………………91
فصل ششم: ارائه نتایج و بحث در آنها
1-6 نیروی وارد بر سکو در جهت surge  …………………………………..
2-6 نیروی وارد بر سکو در جهت heave……………………………………
3-6 لنگر وارد بر سکو در جهت pitch ………………………………………
4-6 پاسخ حرکتی سازه در جهت heave به موج با دامنه واحد ………………96
5-6 پاسخ حرکتی سازه در جهت pitch به موج با دامنه واحد………………..98
6-6تحلیل سازه برای موج های تصادفی…………………………………….99
1-6-6طیف پاسخ سازه برای حرکت در جهت heave ………………………..
2-6-6طیف پاسخ سازه برای حرکت در جهت pitch…………………………
7-6 نتیجه گیری…………………………………………………………………….104
8-6پیشنهادات برای ادامه کار…………………………………………………105
چکیده:
سکوی نیمه شناور خرپایی یک سازه جدید در صنعت سازه های فراساحل است که از یک قسمت خرپایی برای ایجاد جرم اضافه با استفاده از صفحات افقی استفاده می کند. در این پایان نامه این سازه با استفاده از قسمت خطی معادله موریسون تحلیل می شود و نتایج با تحلیل سکو به روش تئوری تفرق خطی مقایسه می شود. هدف از این تحلیل معرفی یک روش محاسباتی ساده برای تحلیل سازه هایی با ابعاد بزرگ مانند سکوی حاضر است. نزدیکی قابل قبول نتایج تحلیل با نتایج مدل تست و نتایج تحلیل با روش تفرق نشان می دهد که استفاده از معادله موریسون می تواند برای محاسبه نیروهای وارد بر سازه های بزرگی مانند سکوی مورد مطالعه روش مناسبی باشد و تا مقدار زیادی باعث ساده تر شدن محاسبات شود بدون آن که از کیفیت نتایج چشم پوشی کند. نکته مهم در این خصوص، وابستگی نتایج به ضرائب هیدرودینامیکی انتخابی است که در صورت درست انتخاب شدن باعث ایجاد نتایج صحیح می شوند.
فصل اول: مقدمه 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

1-5- ابعاد رساله……………………………………………………………………………….. 8
فصل دوم- مرور ادبیات فنى و تاریخچه مطالعات پیشین…………………………………… 2
2-1- مقدمه…………………………………………………………………………………….. 10
2-2- شناسایی آسیب با استفاده از آنال‍یز تحل‍یل‍ی با فرایند معکوس…………………… 12
2-2-1- روش­های محاسبه سخت……………………………………………………………. 12
2-2-2- روش­های محاسبه نرم……………………………………………………………….. 13
2- 3- تغییر در خصوصیات مودى………………………………………………………………. 13
2- 3- 1- تغییر فركانس…………………………………………………………………………. 14
2- 3-2- تغییر میرائى………………………………………………………………………… 16
2- 3-3- تغییر اشكال مودی……………………………………………………………………. 16
2-4- كنترل پاسخ……………………………………………………………………………… 17
2-5- تغییرات تابع پاسخ فركانسى و تابع پاسخ ضربه…………………………………….. 17
2-6- روش­هاى احتمالاتی………………………………………………………………….. 17
2-6-1- مشخصه توابع چگالی احتمال…………………………………………………. 18
2-6- 2- آزمون همبستگى……………………………………………………………… 18
2-6-3- تابع وابستگى……………………………………………………………………. 19
2-7- مدل­هاى خانواده ARMA……………………………………………………………
2- 8- ماتریس نرمی………………………………………………………………… 19
2-9- اصلاح ماتریس­هاى مشخصه……………………………………………………. 20
2-10- تئورى انتشار امواج…………………………………………………………….. 20
2-11-  شناسای‍ی آسیب با استفاده از الگوریتم بهینهئ­یابی…………………….. 21
2-11-1- شناسایی آسیب با استفاده از الگوریتم ژنتیک………………………….. 21
2-11-2- تشخیص آسیب بر اساس سایر روش­های بهینه­ یابی…………………… 22
2- 12- تشخیص آسیب بر اساس پردازش سیگنال­ها……………………………. 23
2-12-1- پردازش در حوزه زمان…………………………………………………… 23
2- 12-2- پردازش در حوزه فركانس………………………………………………… 25
2-12-2-1- تحلیل فوریه…………………………………………………………………. 26
2-12-2-2- تبدیل فوریه با زمان کوتاه…………………………………………………. 26
2-12-2-3- تحلیل ویولت (موجک)………………………………………………………. 27
2-12-2-4- بسته ویولتی (ویولت پکت)………………………………………………… 28
2-12-2-5- تحلیل کرولت ( منحنیک)………………………………………………….. 30
2- 12-3- پردازش در حوزه زمان- فركانس……………………………………………… 30
2-12-3-1- ارائه ویگنر- ویل………………………………………………………………… 33
2-12-3-2- كلاس كوهن…………………………………………………………………. 34
2-13-تاریخچه مطالعات در زم‍ینه تشخ‍یص آسیب در سازه پل­ها……………………. 35
2-13-1- مقدمه……………………………………………………………………………. 35
2-13-2- تشخ‍یص آسیب در سازه پل­ها با استفاده از شبكه­ های عصب‍ی………….. 35
2-13-3- تشخ‍یص آسیب در سازه پل­ها با استفاده از الگوریتم ژنتیک………………. 38
2-13-4- تشخ‍یص آسیب در سازه پل­ها با استفاده از روش­های پردازش سیگنال……… 40
2-13-5- تشخیص آسیب در سازه پل با استفاده از داده­های ناقص…………………. 42
2-14- تاریخچه مطالعات در زمینه تشخیص آسیب با استفاده از داده­های استاتیکی…. 42
2-15- جمع­بندی…………………………………………………………………………… 44
فصل سوم- روش­ها و الگوریتم­های بیهنه ­یابی……………………………………………. 46
3-1- مقدمه………………………………………………………………………………… 47
3-2- انواع روشهای بهینه­یابی……………………………………………………………. 47
3-2-1- روش­های شمارشی……………………………………………………………….. 47
3-2-2- روش­های محاسباتی- عددی………………………………………………….. 48
3-2-3- روش­های تکاملی………………………………………………………………. 48
3-3- الگوریتم ژنتیک……………………………………………………………………… 48
3-3-1- مقدمه……………………………………………………………………………. 48
3-3-2-ساختار الگوریتم ژنتیک……………………………………………………. 50
3-3-3-اجزای الگوریتم ژنتیک………………………………………………………… 51
3-3-3-1- متغیرهای طراحی……………………………………………………………. 51
3-3-3-1-1- متغیرهای طراحی گسسته…………………………………………… 51
3-3-3-1-2- متغیرهای طراحی پیوسته………………………………………………. 52
3-3-3-2- تابع صلاحیت…………………………………………………………….. 52
3-3-3-2-1- درجه­بندی تابع صلاحیت………………………………………………. 53
3-3-4- عملگرهای ژنتیک……………………………………………………………. 55
3-3-4-1- عملگرتکث‍یر………………………………………………………………….. 56
3-3-4-2- عملگر پ‍یوند……………………………………………………………………. 57
3-3-4-3- عملگرجهش…………………………………………………………………… 59
3-3-5- شكاف نسل………………………………………………………………………… 60
3-3-6- مزایای الگوریتم ژنتیک…………………………………………………………… 61
3-4- الگوریتم بهینه یابی گروه ذرات (PSO)………………………………………………. 61
3-4-1- مقدمه…………………………………………………………………………….. 61
3-4-2- نحوه ارتباط بین اجزاء در فرآیند رسیدن به هدف……………………………….. 63
3-4-2-1- همسایگی جغرافیایی…………………………………………………………. 63
3-4-2-2- همسایگی به شیوه شبکه های اجتماعی……………………………. 63
3-4-3- تشریح روش گروه ذرات…………………………………………………………. 64
3-4-3-1- همگرایی الگوریتم PSO………………………………………………….
3-4-3-2- بهبودهای الگوریتم………………………………………………………….. 67
3-4-3-3- مواجهه با محدودیت­ها………………………………………………………. 68
3-4-4- الگوریتم گروه ذرات با گروه منفعل (PSOPC)……………………………………. 69
3-5- الگوریتم……………………………………………………………………………….. 70
3-5-1- مقدمه……………………………………………………………………………… 70
3-5-2- تشریح روش BB-BC…………………………………………………………..
3-6- الگوریتم جستجوی سیستم باردارشده (CSS)………………………………… 75

 

3-6-1- مقدمه…………………………………………………………………………….. 75
3-6-1-1- قوانین الکتریکی……………………………………………………………. 75
3-6-1-2- قوانین مکانیک نیوتنی……………………………………………………. 76
3-6-2- روش جستجوی سیستم ذرات باردار با متغیرهای پیوسته………………. 77
3-6-3- راندمان قوانین CSS…………………………………………………………..
3-7- سایر الگوریتم­ها……………………………………………………………………. 86
3-8- جمع­بندی………………………………………………………………………….. 86
فصل چهارم- روشهای پیشنهادی تشخیص آسیب در سازه با الگوریتم­های تکاملی….87
4-1- مقدمه………………………………………………………………………………. 88
4-2- روش پیشنهادی اول- استفاده از اطلاعات استاتیکی برای تشخیص آسیب….. 89
4-2-1- فرضیات در استفاده از داده­های استاتیکی………………………………… 89
4-2-2- تشخیص آسیب در سازه بر اساس پاسخ­های استاتیکی………………… 90
4-2-3- اعمال اثرات نوفه در تشخیص آسیب استاتیکی………………………….. 92
4-3- روش پیشنهادی دوم- استفاده از اطلاعات دینامیکی برای تشخیص آسیب…93
4-3-1-فرضیات در استفاده از دادههای دینامیکی…………………………………… 93
4-3-2- تشخیص آسیب در سازه بر اساس پاسخهای دینامیکی…………………. 93
4-3-2-1- روش اول تشخیص آسیب در سازه………………………………………… 93
4-3-2-2- روش دوم تشخیص آسیب در سازه………………………………………. 95
4-3- 3- اعمال اثرات نوفه در تشخیص آسیب دینامیکی…………………………….. 97
4-4- عدم قطعیت­ها در تشخیص آسیب……………………………………………………. 97
4-5- شیوه انجام تشخیص آسیب……………………………………………………….. 98
فصل پنجم- تجزیه وتحلیل نتایج تحقیق………………………………………………. 101
5-1- مقدمه……………………………………………………………………………….. 102
5-2- سازههای مورد بررسی برای تشخیص آسیب……………………………………. 102
5-2-1-مقدمه………………………………………………………………………… 102
5-2-2- تیر فولادی………………………………………………………………………… 104
5-2-3- پل خرپایی فولادی……………………………………………………………….. 104
5-2-3-1-پل خرپایی 1……………………………………………………………………. 104
5-2-3-2- پل خرپایی ( Belgian) شماره 2…………………………………………. 105
5-2-3-3- پل خرپایی ( Belgian) شماره 3………………………………………….. 106
5-2-4- پل قوسی فلزی…………………………………………………………………… 106
5-3- تشخیص آسیب با استفاده از داده­های استاتیکی……………………………….. 108
5-3-1- پل قوسی فولای دو بعدی……………………………………………………………. 109
5-3-2- پل خرپایی فولای دو بعدی……………………………………………………….. 112
5-3-3- بررسی مدل آزمایشگاهی……………………………………………………… 115
5-4- تشخیص آسیب با استفاده از داده­های دینامیکی………………………………….. 122
5-4-1- پل خرپایی فولای دو بعدی…………………………………………………………… 123
5-4-2- پل تیر شکل فولای دو بعدی………………………………………………………. 126
5-4-3- پل خرپایی فولای دو بعدی( Belgian)…………………………………………… 129
5-4-4- پل خرپایی فولای دو بعدی(Bowstring)………………………………………….. 133
5-4-5- پل خرپایی فولای……………………………………………………………………….. 136
5-4-6- بررسی مدل آزمایشگاهی…………………………………………………………. 139
فصل ششم- نتیجه­گیری و پیشنهادات………………………………………………………. 145
6-1- نتیجه­گیری……………………………………………………………………………….. 145
6-2- پیشنهادات…………………………………………………………………………………… 149
مراجع………………………………………………………………………………………… 150
پیوست 1- واژه نامه ( فارسی- انگلیسی)………………………………………………… 160
چکیده:
دوره بهره برداری از سازه­های ساخته شده به دست بشر محدود بوده و تحت ه‍یچ شرایط‍ی ابدی نیست. وجود عوامل مختلف داخل‍ی و خارج‍ی باعث م‍ی­شوند که اجزای سازه دچار آس‍یب شده و سازه تحت بارهای بهره­برداری دچار مشکل جدی و حت‍ی به طور کامل منهدم شود. شناسایی آسیب در یک سازه در دهه­های اخ‍یر توجه محققان زیادی را به خود جلب كرده است، زیرا کشف زود هنگام آسیب م‍ی­تواند از خراب‍ی فاجعه بار سازه­ها جلوگیری کند. همچن‍ین در صورت تشخ‍یص و رفع به موقع ع‍یوب و آسیب م‍ی­توان به عمر مف‍ید سازه­ها افزود و باعث استفاده به‍ینه از سرمایه مل‍ی و صرفه جویی در مصرف منابع گردید.
 در این میان سنجش سلامتی پل­ها و اطمینان از سطح ایمنی آنها از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. رخداد آسیب­های کوچک، گرچه کارایی پل­ها را مختل نمی­سازد، اما می­تواند رفتار سازه را در برابر بارهای ضربه­ای و ناگهانی تحت الشعاع قرار دهد و به انهدام ناگهانی ستون­ها یا عرشه­ی پل منجر شود. در این پایان­نامه، روش­هایی نوین، برای تشخیص آسیب در سازه پل­های فولادی با استفاده از اطلاعات استاتیکی و دینامیکی پیشنهاد گردیده است. برای این منظور، مسأله­ی تشخیص آسیب در پل­ها، بصورت یک مسأله­ی معکوس تعریف و توابع هدف مختلفی پیشنهاد شده است. سپس با کمک روش­های بهینه­یابی تکاملی به حل مسأله­ و یافتن پاسخ­های بهینه این توابع هدف پرداخته شده است. روش­های بهینه­یابی تکاملی، بر مبنای پدیده­های طبیعی استوار بوده و قابلیت جستجوی فضای پاسخ را با رویکردی آماری-احتمالاتی دارا می­باشد و لذا قادرند مسائل پیچیده را با سرعت بسیار بالایی مورد تجزیه و تحلیل قرار دهند. بنابراین از الگوریتم­های متعددی نظیر ژنتیک، اجتماع ذرات، انفجار بزرگ و گروه ذرات باردار در بهینه­یابی استفاده شده است. برای یافتن پاسخ مناسب، سعی و خطای بسیار صورت پذیرفته است. در ادامه به منظور بررسی کارایی روش­های ارائه شده، از مثال­های عددی مختلفی نظیر تیر، چهار نوع خرپا و پل قوسی شکل استفاده شده و تحت سناریوهای آسیب مختلفی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تاثیرات عواملی چون نوفه­ها، تعداد مودهای محدود، بررسی شده است. همچنین در مثالی نیز برای کاهش اثرات انتخاب نوع الگوریتم بر پاسخ­ها، سازه بزرگی با الگوریتم­های مختلف بررسی و مورد تشخیص آسیب قرار گرفته است. نتایج در مورد تمام سازه­های بررسی شده نشان دهنده کارایی و صحت روش­های پیشنهادی با حضور نوفه در سطح­های بالاست. برای حصول اطمینان از درستی روش پیشنهادی برای تشخیص آسیب در سازه­های واقعی، از نتایج آزمایشگاهی یا مثال­های شاهد موجود در این زمینه با هر دو روش پیشنهادی استفاده گردیده است. در نهایت ملاحظه گردید در تشخیص آسیب توسط روش پیشنهادی دوم در سازه­های با تعداد اعضای بیشتر و پیچیده­تر، الگوریتم گروه ذرات باردار در مقایسه با سه الگوریتم دیگر جواب­های دقیق­تری نتیجه داده است. همچنین این الگوریتم با جمعیت اندك و تعداد تكرار كمتر قادر به شناسایی مكان و مقدار آسیب در المان­های آسیب دیده با دقت بالایی بوده است. در مورد سازه­های با تعداد اعضا متوسط و تعداد آسیب­های کمتر، الگوریتمPSOPC  جواب­های بهتری ارائه داده است. همچنین لازم به ذکر است در سازه­های با تعداد متوسط اعضا و تعداد آسیب­های بیشتر، الگوریتمBB-BC دارای همخوانی بیشتری با روش پیشنهادی و در نتیجه دقت بالاتری بوده است. در انتها می­توان گفت نتایج بدست آمده، مؤید کارایی و دقت مناسب روش­های پیشنهادی در تشخیص آسیب در پل­ها با وجود نوفه بالا می­باشد.
فصل اول: کلیات
1-1- مقدمه
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.

1-4- جواب کلی معادلات حرکت…………………………………..26
فصل دوم: حالات خاص و توابع گرین در حالت کلی……………..33
2-1- مقدمه………………………………………………………… 34
2-2- نیروی متمرکز در جهت  دلخواه…………………………….. 34
2-3- نتایج برای محیط ایزوتروپ……………………………………35
2-4- نتایج برای حالت استاتیکی……………………………….. 37
2-5-تبدیل دستگاه مختصات قطبی به دستگاه ‌مختصات دکارتی و انتقال محورها…41
فصل سوم: تابع امپدانس شالوده صلب مستطیلی با استفاده از توابع گرین…….46
3-1- مقدمه………………………………………………………… 47
3-2- تحلیل شالوده صلب مستطیلی تحت تغییرمکان همزمان افقی و گهواره ای….47
3-3-1- توابع شکل مورد استفاده……………………………….. 48
3-3-1-1- توابع شکل المان‌های لبه‌ای 8 گره‌ای ()……………. 49
3-3-1-2- توابع شکل المان‌های میانی 8 گره‌ای ()…………… 52
3-3-1-3- توابع شکل المان‌های گوشه 8 گره‌ای () …………….52
3-4- فلوچارت برنامه‌نویسی برای تحلیل مسأله ……………….56
فصل چهارم: نتایج عددی………………………………………… 58
4-1- مقدمه……………………………………………………….. 59
فصل پنجم: نتیجه ­گیری و پیشنهادات…………………………. 84
5-1- مقدمه……………………………………………………….. 85
5-2- پیشنهادات…………………………………………………. 85
فهرست مراجع……………………………………………………. 86
چکیده:
در این پایان‌نامه توابع امپدانس[1] افقی، گهواره‌ای (خمشی) و توام افقی- گهواره‌ای شالوده‌های مربع مستطیلی مستقر بر سطح محیط خاکی با رفتار ایزوتروپ جانبی و ارتجاعی به‌روش تحلیلی در فضای فركانسی به‌دست می‌آیند به‌طوری که می‌توانند به صورت پارامترهای متمرکز جایگزین خاك زیر شالوده شوند. بدین منظور ابتدا معادلات حاكم بر سیستم مشترک شالوده و خاک زیر آن در دستگاه مختصات استوانه‌ای بیان شده و بر حسب مؤلفه‌های بردار تغییرمكان به‌صورت یك سری معادله دیفرانسیـل درگیر با مشتقات جزئی نوشته می‌شوند. برای مجزاسازی این معادلات از توابع پتانسیلی[2] كه توسط اسكندری قادی در سال 2005 ارائه شده، استفاده می‌شود. معادلات به‌دست آمده با استفاده از سری فوریه نسبت به ‌مختصه زاویه‌ای و تبدیل هنکل نسبت به ‌مختصه شعاعی در دستگاه مختصات استوانه‌ای برای بار متمرکز حل شده و توابع گرین تغییرمکان و تنش به‌دست می‌آیند. با تبدیل مختصات از دستگاه قطبی به ‌دستگاه دکارتی، نتایج در دستگاه مختصات دکارتی نوشته شده و با استفاده از انتقال دستگاه مختصات، توابع گرین برای محل اثر دلخواه نیروی متمرکز خارجی تعیین می‌شوند. سپس با بکارگیری اصل جمع آثار قوا (بر هم نهی)، تغییرمکان‌ها و تنش‌ها در محیط ناشی از بارگذاری سطحی با شکل دلخواه به‌صورت انتگرالی به‌دست می‌آیند. در حالت کلی این انتگرال‌ها به‌صورت تحلیلی قابل استحصال نبوده و باید به‌صورت عددی برآورد شوند. برای مدل‌سازی شالوده صلب، لازم است تغییرمکان نقاط مختلف شالوده چنان نوشته شوند که تغییر فاصله نقاط مختلف شالوده را غیر ممکن سازد. به‌منظور اعمال این شرط به ‌شکل عددی، تنش تماسی شالوده و خاک زیر آن به ‌فرمت اجزاء محدود با المان‌های جدید تحت نام المان گرادیانی پویا[3] نوشته شده و با ارضاء شرایط مرزی تغییرمکانی مسئله، توابع تنش، تغییرمکان و سختی افقی و خمشی (گهواره ای) شالوده صلب مستطیلی تعیین می‌شوند. بدین ترتیب تنش تماسی زیر شالوده صلب تعیین شده و از آن اندازه نیروی تماسی و یا گشتاور خمشی برای تغییرمكان افقی و گهواره ای هر یک با دامنه ثابت به‌دست می­آیند. ماتریس تبدیل بردار تغییر مکان- تغییر زاویه به بردار نیروی افقی- گشتاور خمشی را ماتریس توابع امپدانس می­نامیم. این ماتریس با داشتن دو بردار فوق تعیین می­شود. نشان داده می‌شود كه نتایج به‌دست آمده حاصل از این روش برای محیط ایزوتروپ بر نتایج قبلی ارائه شده توسط لوکو[4] ومیتا[5] وگوییزنا[6] منطبق است. همچنین نتایج برای حالت استاتیكی با حدگیری از نتایج اصلی برای زمانی که فرکانس تحریک به سمت صفر میل می­کند، به‌دست می‌آیند. در صورتی‌كه فركانس تحریك به ‌سمت صفر میل كند و رفتار محیط به‌طور حدی به‌سمت ایزوتروپ میل كند، نتایج ناشی از تغییر مکان استاتیکی برای محیط ایزوتروپ به‌صورت بسته به‌دست می‌آیند.
فصل اول: معادلات كلی حاکم بر انتشار امواج در محیط‌های ایزوتروپ جانبی و شرایط مرزی مسأله
1-1- مقدمه
به علت اثر گذاری سازه بر خاک و خاک بر سازه تحلیل دینامیکی سازه‌های سنگین مستقر بر سطح زمین (شکل 1-1) نیاز به در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه دارد، چه در غیر این صورت نتایج تحلیل سازه با دقت کم همراه خواهد بود. در این موارد همواره برای داشتن طرح مطمئن نیاز به ‌ساده‌سازی‌های محافظه کارانه و در نتیجه غیراقتصادی می‌باشد. یکی از راه‌های در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه، تحلیل مجموعه سازه و خاک با استفاده از روش اجزا محدود و در نتیجه با المان‌بندی زمین زیر ساختمان (شکل 1-2) می‌باشد. تحلیل سازه به‌همراه زمین مطابق این روش اولاً بسیار پرهزینه بوده و ثانیاً به‌علت عدم توانایی المان‌بندی زمین تا بی‌نهایت از دقت مناسب برخوردار نیست. به‌علاوه از آنجایی که سختی المان‌های خاک با ابعاد مختلف متفاوت می‌باشد، آنالیز انتشار امواج به ‌این روش، امواج انعکاسی و انکساری غیر واقعی در اختیار قرار می‌دهد که به‌نوبه ‌خود دقت محاسبات را کاهش می‌دهد. به‌همین علت با ارزش خواهد بود که توابع امپدانس شالوده‌ها به‌روش تحلیلی به‌دست آیند و جایگزین خاک زیر شالوده گردند (شکل 1-3). تعیین این توابع امپدانس نیاز به ‌تحلیل محیط نیم بی‌نهایت تحت بارگذاری دلخواه در محل استقرار شالوده دارد. از طرفی رفتار خاک زیر شالوده به‌علت پیش‌تحکیمی در طول زمان ایزوتروپ نبوده، بلکه بیشتر شبیه رفتار ایزوتروپ جانبی می‌باشد. در نتیجه به‌منظور واقعی‌تر کردن تحلیل فوق‌الذکر، در این پایان‌نامه محیط ایزوتروپ جانبی به‌عنوان محیط مبنا در نظر گرفته شده و تحت اثر ارتعاش توام افقی و گهواره ای یك شالوده سطحی صلب مربع مستطیل در فضای

 

فرکانسی مورد تحلیل قرار می‌گیرد.
انتشار امواج[1] در یک محیط ناشی از بارگذاری خارجی از جمله مباحثی بوده است که در قرن گذشته بسیاری از محققان و مهندسان در زمینه ریاضیات کاربردی و مکانیک مهندسی را به ‌‌خود جلب کرده است. انتشار امواج در یک محیط ارتجاعی به ‌معنی انتقال تغییر شکل از یک نقطه به ‌نقطه دیگر می‌باشد. بر اساس اصول مکانیک محیط‌های پیوسته، تغییرشکل‌ها مولد تنش‌ها می‌باشند. بنابراین به‌همراه انتقال تغییر شکل‌ها، تنش‌ها نیز از یک نقطه به ‌نقطه دیگر منتقل می‌شوند. به‌همین علت گاهی انتشار امواج در محیط ارتجاعی به‌نام انتشار امواج تنشی[2] نیز نامیده می‌شود. مقاله پایه‌ای در زمینه انتشار امواج مربوط به ‌لمب (Lamb) در سال 1904 می‌باشد [1]. او در این مقاله، انتشار امواج ناشی از یک بار هارمونیک وارد بر یک محیط ایزوتروپ و ارتجاعی نیمه بینهایت را در دو حالت دو بعدی و سه بعدی بررسی کرده و میدان تغییرمکان آنها را به‌دست آورده است. در این مقاله نیروی متمرکز بر حسب زمان  به‌صورت تک هارمونیکی در نظر گرفته شده است به‌طوری که  فرکانس تغییرات نیرو بر حسب زمان می‌باشد. به‌علت تغییرات هارمونیکی محرک (نیروی)، پاسخ سیستم شامل میدان‌های تغییرمکان، کرنش و تنش نیز به‌صورت هارمونیکی بر حسب زمان تغییر می‌کنند¹، به‌همین علت جمله  از معادلات حرکت در غیاب نیروهای حجمی حذف شده و معادلات حرکت به‌صورت مستقل از زمان و وابسته به‌  نوشته می‌شوند. در این حالت مسأله انتشار امواج در فضای فرکانسی حل می‌شود. به‌علت حذف متغیر زمان، معادلات حرکت به ‌دستگاه معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی نسبت به ‌مکان تبدیل شده و در صورتی‌كه محیط ایزوتروپ باشد تجزیه هلمهولتز همواره این دستگاه معادلات را به‌ معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی و مستقل از یکدیگر تبدیل می‌کند. معادلات حاکم بر توابع هلمهولتز، معادلات موج بوده که وابسته به دستگاه مختصات می­تواند با استفاده از روش فوریه (جداسازی متغیرها) و تبدیل هنکل3 و یا روش های دیگر حل شوند. لمب با استفاده از تبدیل انتگرالی هنکل معادلات حرکت را در حالت سه بعدی حل کرده است [1].
یکی از دلایل استفاده از تبدیلات در حل معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزیی کاهش متغیرهای مستقل معادله وتبدیل آن به ‌معادله دیفرانسیل معمولی می‌باشد [17]. در حل مسائل مربوط به ‌محیط‌های نا‌متناهی، معمولاً شرایط مرزی به‌صورت توابع قطعه‌ای پیوسته[1] وجود دارند و تبدیلات انتگرالی[2] این شرایط را به‌صورت توابع پیوسته در فضای تبدیل یافته[3] در می‌آورند. این موضوع یکی دیگر از دلایل استفاده از تبدیلات انتگرالی می‌باشد، چه در غیر این صورت شرایط مرزی به‌صورت مختلط و پیچیده در می‌آیند .
بعد از لمب محققان زیادی در زمینه انتشار امواج در محیط‌های ایزوتروپ تحقیق کرده‌اند و تحقیقات گسترده‌ای را ارائه کرده‌اند که از آن جمله می‌توان اشخاص زیر را برشمرد:

انتشار امواج در محیط‌های ناهمسان[4] در گذشته كمتر مورد توجه قرار گرفته است. در حال حاضر با توجه به ‌استفاده روز افزون از مواد ناهمسان نیاز به ‌تحقیقات در زمینه انتشار امواج در این محیط‌ها بیشتر احساس می‌شود. برای مثال مواد کامپوزیت که در سال‌های اخیر در زمینه علوم مهندسی کاربرد گسترده‌ای یافته‌اند دارای خاصیت نا‌همسانی می‌باشند. از سوی دیگر در زمین‌هایی که خاک تحت اثر نیروی ثقل رسوب کرده است و نهشته‌های طبیعی سربار شده روی هم تشکیل داده است، خاصیت ناهمـسانی وجود دارد.
اما با توجه به ‌ملاحظات کاربردی در زمینه مهندسی محیط‌های ناهمسان معمولاً به‌صورت ایزوتروپ جانبی[5] و یا ارتوتروپیك[6] مدل‌سازی می‌شوند. یکی از بررسی‌های اولیه در زمینه انتشار امواج در محیط‌های ایزوتروپ جانبی توسط Stoneley در سال 1949 انجام گرفته است [2]. او نشان داد که وجود مواد با خاصیت ایزوتروپ جانبی می‌تواند منجر به ‌تفاوت‌های قابل توجـهی در زمینه انــتشار امواج نسبت به ‌مواد ایزوتروپ گـردد.
Synge در سال 1957، انتشار امواج ریلی[7] در محیط‌های ایزوتروپ جانبی را بررسی کرده است و نتیجه گرفته که این امواج فقط در صورتی در این محیط‌ها منتشر می‌شوند که محور ایزوتروپی محیط یا عمود بر سطح آزاد و یا موازی این سطح باشد [3]. همچنین او بیان داشته است که امواج ریلی معمولی (در محیط‌های ایزوتروپ) موازی سطح آزاد محیط منتـشر می‌شوند در حالی‌که امواج ریلی کلی (در محیـط‌های نا‌ایزوتروپ) می‌توانند با شیب نسبت به ‌سطح آزاد منتشر شوند [3].
Rajapakse و Wang در سال1991 تغییرمکان‌ها و تنش‌های ناشی از ارتعاش هارمونیک یک جسم صلب در یک محیط ارتوتروپ دو بعدی را به‌دست آورده‌اند [4]. همچنین آنها تغییرمکان‌ها و تنش‌های ناشی از ارتعاش هارمونیک نیروی موثر بر پیرامون یک دایره مدفون در یک محیط ایزوتروپ جانبی را در حالت سه بعدی تعیین کرده‌اند [5]. در این مقاله، آنها دستگاه معادلات حرکت را با استفاده از سه تابع پتانسیل به ‌دو معادله درگیر[8] و یک معادله مستقل تبدیل کرده و بدون اثبات كامل بودن توابع پتانسیل اختیار شده معادلات به‌دست آمده را با استفاده از تبدیلات انتگرالی حل کرده‌اند.
رحیمیان و همكاران [16] مسأله لمب را برای محیط ایزوتروپ جانبی پیگیری كرده و معادلات حركت را با استفاده از توابع پتانسیل اسكندری قادی [7] به‌صورت مستقل در‌آوردند. معادلات به‌دست آمده از توابع پتانسیل را به ‌كمك سری فوریه در امتداد زاویه‌ای و تبدیل هنكل در امتداد شعاعی در یك دستگاه مختصات استوانه‌ای حل كردند. اسكندری قادی و همكاران [8] نیز یك نیم‌فضای ایزوتروپ جانبی متشكل از یك لایه فوقانی و یك محیط نیمه بی‌نهایت تحتانی با رفتار ایزوتروپ جانبی تحت اثر نیروهای سطحی هارمونیكی را تجزیه وتحلیل كرده و با استفاده از توابع پتانسیل ارائه شده توسط اسكندری قادی حل كرده­اند.