–393

به نام خدا
منشور اخلاق پژوهش
با یاری از خداوند سبحان و اعتقاد به این که عالم محضر خداست و همواره ناظر بر اعمال انسان و به منظور پاس داشت مقام بلند دانش و پژوهش و نظر به اهمیت جایگاه دانشگاه در اعتلای فرهنگ و تمدن بشری، ما دانشجویان و اعضاء هیئت علمی واحدهای دانشگاه آزاد اسلامی متعهد می گردیم اصول زیر را در انجام فعالیت های پژوهشی مد نظر قرار داده و از آن تخطی نکنیم:
1. اصل برائت: التزام به برائت جویی از هرگونه رفتار غیرحرفه ای و اعلام موضع نسبت به کسانی که حوزه علم و پژوهش را به شائبه های غیرعلمی می آلایند.
2. اصل رعایت انصاف و امانت: تعهد به اجتناب از هرگونه جانب داری غیر علمی و حفاظت از اموال، تجهیزات و منابع در اختیار.
3. اصل ترویج: تعهد به رواج دانش و اشاعه نتایج تحقیقات و انتقال آن به همکاران علمی و دانشجویان به غیر از مواردی که منع قانونی دارد.
4. اصل احترام: تعهد به رعایت حریم ها و حرمت ها در انجام تحقیقات و رعایت جانب نقد و خودداری از هرگونه حرمت شکنی.
5. اصل رعایت حقوق: التزام به رعایت کامل حقوق پژوهشگران و پژوهیدگان (انسان،حیوان ونبات) و سایر صاحبان حق.
6. اصل رازداری: تعهد به صیانت از اسرار و اطلاعات محرمانه افراد، سازمان ها و کشور و کلیه افراد و نهادهای مرتبط با تحقیق.
7. اصل حقیقت جویی: تلاش در راستای پی جویی حقیقت و وفاداری به آن و دوری از هرگونه پنهان سازی حقیقت.
8. اصل مالکیت مادی و معنوی: تعهد به رعایت کامل حقوق مادی و معنوی دانشگاه و کلیه همکاران پژوهش.
225298014351000023666452006600009. اصل منافع ملی: تعهد به رعایت مصالح ملی و در نظر داشتن پیشبرد و توسعه کشور در کلیه مراحل پژوهش.
سپاسگزاری :
مراتب سپاس و قدردانی خود را به استاد ارجمند سرکار خانم دکتر محبوبه چین‌آوه که با همکاری فراوان و راهنمایی‌های ارزنده و خردمندانه خود مرا در به انجام رساندن این تحقیق یاری نمودند تقدیم می‌دارم.
از استاد مشاور محترم سرکار خانم نادره سهرابی به پاس زحمات بی دریغشان کمال تشکر و قدردانی را دارم.

تقدیم به:
پدر و مادر عزیزم و همسر مهربانم که در تمام مراحل پشتیبان من بودند.
فهرست مطالب
عنوانصفحه
چکیده1 TOC o "1-3" h z u فصل اول: کلیات پژوهش1-1 مقدمه31-2 بیان مسئله51-3 اهمیت و ضرورت پژوهش91-4 اهداف 101-5 تعاریف نظری و عملیاتی متغیر ها10فصل دوم: ادبیات پژوهش
2-1 چارچوب نظری 142-1-1 جهت گیری هدف 142-1-2 کمال گرایی 372-1-3 مسئولیت پذیری 452-2 پیشینه پژوهش 522-3 جمع بندی 542-4 فرضیه های پژوهش 56HYPERLINK l "_Toc293430815"فصل سوم: روش پژوهش
3-1 روش پژوهش 58
3-2 جامعه، نمونه و روش نمونه گیری583-3 ابزارهای اندازه گیری 593-4 روش اجرای پژوهش 633-5 روش تجزیه و تحلیل اطلاعات 633-6 ملاحظات اخلاقی 64فصل چهارم: یافته های پژوهش
4-1 یافته های توصیفی 664-2 یافته های استنباطی 67فصل پنجم: بحث و نتیجه گیری
5-1 خلاصه پژوهش 745-2 بحث و نتیجه گیری 745-3 محدودیت ها و پیشنهادات82منابع
منابع فارسی85منابع لاتین90پیوست‌ها
پرسشنامه ها ................................................................................................................................................94
چکیده لاتین 93فهرست جداول
عنوان جدولصفحهHYPERLINK l "_Toc293430815"
جدول 4-1 میانگین و انحراف معیار متغیر های پژوهش 66جدول 4-2 ماتریس همبستگی بین متغیر ها مورد بررسی 67
جدول 4-2: نتایج تحلیل رگرسیون و پیش بینی میزان جهت گیری یادگیری بر اساس مسئولیت پذیری68
جدول 4-3: تحلیل رگرسیون و پیش بینی جهت گیری هدف عملکرد- گرایشی بر اساس مسئولیت پذیری 68 جدول 4-4: تحلیل رگرسیون و پیش بینی جهت گیری هدف عملکرد گریزی بر اساس مسئولیت پذیری69 جدول 4-5: تحلیل رگرسیون و پیش بینی بلاتکلیفی در جهت گیری هدف بر اساس مسئولیت پذیری69 جدول 4-6: تحلیل رگرسیون و پیش بینی جهت گیری یادگیری بر اساس کمال گرایی70 جدول 4-7: تحلیل رگرسیون و پیش بینی جهت گیری هدف عملکرد گرایشی بر اساس کمال گرایی71 جدول 4-8: تحلیل رگرسیون و پیش بینی جهت گیری هدف عملکرد گریزی بر اساس کمال گرایی71 جدول 4-9: تحلیل رگرسیون و پیش بینی بلاتکلیفی در جهت گیری هدف بر اساس کمال گرایی72بررسی رابطه بین مسئولیت‌پذیری و کمال‌گرایی با جهت‌گیری هدف
در دانشجویان دانشگاه آزاد اسلامی واحد ارسنجان
به وسیله: مریم سیادتان
چکیده:
پژوهش حاضر با هدف بررسی رابطه بین کمال گرایی و مسئولیت پذیری با جهت گیری هدف در بین دانشجویان دانشگاه آزاد اسلامی واحد ارسنجان انجام شد جهت انجام پژوهش از بین این دانشجویان تعداد 358 نفر بصورت نمونه گیری دردسترس انتخاب شدند و سپس با استفاده از پرسشنامه های جهت گیری هدف وندی ویل( ١٩٩٧ )، مقیاس چند بعدی کمال گرایی(فلت و هویت،1991) و مسئولیت پذیری اجتماعی(عبدل و ابراهیم، 2002) مورد ارزیابی قرار گرفته و پس از تکمیل پرسشنامه ها، با استفاده از ابزار کامپیوتری SPSS یافته های مورد ارزیابی قرار گرفته و جهت تجزیه و تحلیل اطلاعات از روش های آماری همبستگی پیرسون، تحلیل رگرسیون خطی به شیوه همزمان استفاده شد و نتایج حاکی از این بود که مسئولیت پذیری قادر به پیش بینی بخشی از واریانس جهت گیری هدف می باشد، کمال گرایی قادر به پیش بینی بخشی از واریانس جهت گیری هدف می باشد.
کلمات کلیدی: کمال گرایی- مسئولیت پذیری- جهت گیری هدف

فصل اول
کلیات پژوهش
2501660663383
1-1 مقدمه:
جهت گیری هدف از متغیرهایی است که در ارتباط با پیشرفت و موفقیت در زندگی شخصی، تحصیلی و شغلی از اهمیت بسزایی برخوردار است و در این باره نظریات بسیاری مطرح شده است. نظریه جهت گیری هدف یکی از کاربردی ترین دیدگاه های انگیزش پیشرفت محسوب می شود(پینتریچ و شانک، 2002) که به جای پرداختن به اینکه فراگیر در موقعیت پیشرفت به تلاش در موقعیت های پیشرفت را محور "چرایی" چیزی که می خواهد برسد، ادراک فراگیر از" چه" بحث قرار داده اند(اردن و ماهر،1995) هرچند که جهت گیری های هدف بصورت های مختلفی مطرح شده اند، اما هسته مفهومی همه الگوها و نظریه ها این است که چه قصد و نیتی برای فعالیت و رفتارهای مرتبط با پیشرفت وجود دارد و مفهوم جهت گیری هدف بر قصد و نیت برای پیشرفت در تکالیف تأکید دارد(پینتریچ و شانک،2002؛ ایمز ،1992) با مروری بر پیشینه تحقیقات، در ارتباط با انواع جهت گیری هدف، دو نوع جهت گیری هدف، تبحری و عملکردی را شناسایی کرده که محور بیشترین توجه بوده است. برخی از محققان چارچوب جهت گیری هدف دو بخشی، تبحری و عملکردی، را مورد بازبینی و اصلاح قرار دادند و یک چارچوب سه بخشی را مطرح کردند که در آن جهت گیری هدف عملکردی به دو بخش گرایش- عملکردی(برای نشان دادن توانایی های شخصی) و اجتناب- عملکردی (برای اجتناب از نشان دادن ناتوانی ها) تقسیم می شوند(الیوت و شلدون، 1997؛ آتنویولر و مور،2006). دانش آموزانی که جهت گیری هدف رویکرد- عملکردی را انتخاب می نمایند بر عملکردشان در مقایسه با دیگران توجه می کنند و یادگیری را وسیله ای برای رسیدن به هدفشان تلقی می کنند و دانش آموزانی که جهت گیری هدف اجتناب عملکردی را انتخاب می کنند درصدد کسب قضاوت های مثبت از سوی دیگران و همچنین باهوش نشان دادن خود، جهت اجتناب از تنبیه هستند(ریان و پنتریچ، 1997).
پژوهش های زیادی وجود دارند که تأثیر جهت گیری هدف را بر پیشرفت تحصیلی دانش آموزان بررسی کرده اند. نتایج برخی از پژوهش ها نشان داده اند که جهت گیری تبحری و رویکرد- عملکردی رابطه مستقیم و مثبتی با پیشرفت تحصیلی دارند(حاجی یخچالی، حقیقی و شکرکن،1380؛ الیوت، مک گریگور و گیبل، 1999) و جهت گیری هدف اجتناب- عملکردی به صورت منفی(خادمی و نوشادی، 1385 ؛ الیوت و همکاران،1999) با پیشرفت تحصیلی مرتبط هستند. به همین دلیل بررسی عوامل تأثیرگذار و پیش بینی کننده بر جهت گیری هدف ضروری به نظر می رسد.
از جمله متغیرهای موثر بر جهت گیری هدف می توان به کمال گرایی اشاره نمود. نیومیستر(٢٠٠۴) در تحقیقی کیفی تئوری هدف سه بخشی الیوت و کمال گرایی را در دانشجویان سرآمد دانشگاهی بررسی و حمایت هایی برای این فرضیه ها فراهم کرده است. در این تحقیق کمال گرایان خودمدار اظهار داشته اند که اهداف تبحری و عملکرد گرایشی دارند در حالیکه کمال گرایان جامعه مدار اذعان داشته اند که اهداف عملکرد گریزی و عملکرد گرایشی دارند. اگر چه وجود کمال گرایی می تواند تا حدی فرد را به جلو براند، اما کمال گرایی بیش از حد و به شکل منفی می تواند زمینه ساز اختلال وسواس شود(هاشمیان و لطیفی،1388). از طرف دیگر مقوله مسئولیت پذیری نیز ارتباط نزدیکی با جهت گیری هدف می تواند داشته باشد.
مسئولیت پذیری یک الزام و تعهد درونی از سوی فرد برای انجام مطلوب همه فعالیت هایی که بر عهده اش گذاشته شده است، می باشد و از درون فرد سرچشمه می گیرد. فردی که مسئولتی کاری را بر عهده می گیرد قبول می کند یک سری فعالیت ها و کارها را انجام دهد و یا بر انجام این کارها توسط دیگران نظارت داشته باشد. به عبارت دیگر مسئولیت پذیری تعهدی است که انسان در قبال امری می پذیرد و کسی که کاری به او واگذار شده پیامد آن به عهده اوست( آکراتو،2004؛ به نقل ازجوکار،1384). بنابر این فرد در مقابل این تعهد، ملزم می شود که اهداف مناسبی را برگزیند تا بتواند به شایستگی از عهده فعالیت ها و اموراتی که به عهده اش واگذار شده است، بر آید.
با توجه به مطالبی که در فوق به آن ها اشاره شد، شایسته است پژوهشی انجام گیرد تا رابطه بین کمال گرایی و مسئولیت پذیری با جهت گیری هدف را روشن تر نماید.
1-2 بیان مسئله:
رفتار ما عموماً با میل رسیدن به هدفی ویژه برانگیخته می شود، در واقع هر رفتاری سلسله ای از فعالیت هاست و برای پیش بینی رفتار افراد انگیزه ها یا نیاز های آنان باید شناسایی گردد. لاک و لاتهام به نقل از ریو(1381) به چهار دلیل اصلی تعیین کردن هدف، را اساسی تلقی می کند، 1. هدف ها، توجه فرد را به سمت تکلیف در دست انجام، هدایت می کنند، 2. هدف ها تلاش را به خدمت می گیرند، 3. هدف ها، استقامت و پشتکار را بیشتر می کنند، زیرا تلاش تا دستیابی به هدف ادامه می یابد، 4. هدف ها، مشوقی برای گسترش استراتژی های تازه اند. به عبارت دیگر، هدف ها ایجاد تدبیر جدید برای بهبود عملکرد را تشویق می کنند. از طرفی نوع هدفی که ما انتخاب می کنیم، مقدار انگیزش ما را برای رسیدن به آن هدف تعیین می کند. ایمز(1992) جهت گیری هدف را بیانگر الگوی منسجمی از باور های فرد می داند که سبب می شود تا فرد به شیوه های مختلف به موقعیت ها گرایش پیدا کند، در آن زمینه به فعالیت بپردازد و نهایتا پاسخی را ارائه دهد. این جهت گیری در موقعیت تحصیلی، مبین انگیزه فرد از تحصیل است و به همین دلیل تمایلات، کنش ها و پاسخ های او را در موقعیت های یادگیری تحت تأثیر قرار می دهد. جهت گیری هدف را نباید با اهداف ویژه ای که در موقعیت های آموزشی برای فعالیت ها در نظر می گیرند، یکی دانست. این گونه اهداف صرفا محرک فرد، برای یادگیری یک تکلیف ویژه در شرایط ویژه هستند. از دیگر سوی بر خلاف اهداف آموزشی که مبنای تشابهات فردی، است جهت گیری هدف مبنای تفاوت های فردی در موقعیت های تحصیلی است و بر اساس آن ها می توان میزان موفقیت فرد را در این گونه موقعیت ها، پیش بینی کرد( دویک و لی گت 1988؛ پنتریچ و شانگ به نقل از والترز و یو، 1997؛ ایمز 1992، دویک 1973). در سالهای اخیر الیوت و مک گریگور(2001) با بررسی چارچوب جهت گیری هدفی سه بخشی، دیدگاه جدیدی را ارئه کردند که در آن بازبینی بیشتری در دیدگاه دو بخشی صورت گرفته است. در این رویکرد یک آمیختگی کامل در تمایز بین رویکرد و اجتناب پیشنهاد کرده اند و جهت گیری تبحری را به دو بخش رویکرد-تبحری و اجتناب-تبحری تقسیم کرده اند. این الگوی جدید از ترکیب نظریه شناختی-اجتماعی هدف و نظریه انگیزش پیشرفت بر اساس یک الگوی چهار وجهی، چهار نوع جهت گیری هدفی را پیشنهاد می دهد.
الگوی جهت گیری هدف شامل جهت گیری هدف یادگیری، جهت گیری هدف عملکرد و جهت گیری هدف پرهیز از شکست می باشد. مطابق با این الگو در جهت گیری هدف تسلط یا یادگیری، دانشجویان در صدد افزایش تسلط بر موضوعات جدیدند و بر فهم موضوعات تأکید دارند. آن ها حتی زمانی که عملکردشان ضعیف است نیز می خواهند یاد بگیرند و بنابراین در کارهای دشوار پشتکار دارند و به استراتژی های خود تنظیمی یادگیری گرایش دارند. آن ها همچنین به دنبال وظایف چالشی هستند. هدف اولیه این گونه دانشجویان کسب دانش و مهارت هایشان است و خطاها به عنوان بخشی از فرایند یادگیری جهت کوشش بیشتر در نظر گرفته می شود و از سویی بیشتر به موضوعاتی گرایش دارند که ذاتاً برای آن ها رضایت بخش است( دویک و لی گت، 1988)، همچنین آن ها بیان مثبتی از خود دارند(داینر و دویک، 1978). این گونه افراد مسئولیت پذیرند و چنان چه در انجام کاری شکست بخورند، مسئولیت خودشان را انکار نمی کنند( سیفرت، 1996) و احساس رضایت از تحصیل بیشتری دارند( جاکاسینی و نیکولز 1984). از طرفی علاقه درونی به فعالیت های یادگیری داشته و به همین دلیل وقت بیشتری برای یادگیری صرف می کنند(باتلر 1987). در جهت گیری هدف عملکردی دانشجویان تلاش می کنند تا توانایی هایشان را با دیگران مقایسه کنند و بر این نکته تأکید دارند که دیگران درباره آن چگونه داوری می کنند. آن ها تلاش می کنند که خود را باهوش جلوه دهند و نه بی کفایت و نالایق. همچنین آن ها بوسیله اجتناب و گریز از موقعیت و شرایط چالش برانگیز مانع از آشکار شدن بی کفایتی فکری و عقلانی خود می شوند و در اینجا موضوع کمال گرایی به میان می آید.
به عبارت دیگر، از جمله مواردی که در افراد کمال گرا به وفور دیده می شود ترس از بی کفایت و نامناسب بودن است که آن ها را مجبور به تلاش های زیاد و اغلب بی نتیجه می کند. کمال گرایی منفی، درواقع باوری غیرمنطقی است که اشخاص نسبت به خود و محیط اطراف خود دارند.افرادی که کمال گرا هستند، معتقدند که خود و محیط اطرافشان باید کامل بوده و هرگونه تلاشی در زندگی باید بدون اشتباه و خطا باشد. کمال گرایی منفی به عنوان یک مشکل در افراد و بویژه در دانشجویان موجب مشکلات زیادی می شود که می توان به برخی از این مشکلات اشاره نمود، از جمله این مشکلات این مورد است که دانشجویان کمال گرا به خاطر ترس از اینکه مبادا کار آن ها بصورت صددرصد مناسب انجام نداده اند از تکمیل و تحویل آن خودداری می کنند و یا اینکه به خاطر اینکه کار بهتری را تحویل دهند، در انجام آن تعلل نموده تا بالاخره زمان تحویل آن پایان می یابد و وی مجبور می شود که کار های خود را ناتمام تحویل نموده و در زمینه تحصیلی دچار مشکل شود.
از طرف دیگر مسئولیت پذیری فرد را وادار می سازد که کارها را به اتمام رسانده و به شکلی قابل قبول ارائه نماید. مسئولیت پذیری متغیر مهمی در ایجاد عملکرد مثبت در افراد بویژه دانشجویان محسوب می گردد و می توان با ایجاد مسئولتی پذیری لازم و به موقع در دانشجویان، به بهبود جهت گیری هدف در آنها کمک کرد و از این رو به بهبود وضعیت تحصیلی و موفقیت آن ها در حیطه تحصیلی، شغلی، خانوادگی، اجتماعی و ... یاری رساند.
در رابطه با کمال گرایی و ارتباط آن با جهت گیری هدف پژوهش های اندکی صورت گرفته که از آن جمله می توان به پژوهش های هاشمی و لطیفیان (1388)، نیومیستر(٢٠٠۴)، نیومیستر و فینچ(٢٠٠۶)،زاهد بابلیان، پوربهرام، رحمانی(1389) اشاره نمود که حاکی از ارتباط بین کمال گرایی و مولفه های ان با انواع جهت گیری هدف می باشد و اما در رابطه با مسئولیت پذیری و جهت گیری هدف پژوهش های علمی یافت نشد و لذا پژوهش حاضر با توجه به کمبود های پژوهش در این زمنیه به دنبال بررسی این مسئله می باشد که کدامیک از مولفه های کمال گرایی و مسئولیت پذیری پیش بینی کننده قوی تری برای جهت گیری هدف می باشد؟
1-3 اهمیت و ضرورت تحقیق:
داشتن هدف در زندگی یکی از جمله مسائلی است که می تواند فرد را در پیشبرد اهداف و دستیابی به موفقیت یاری نماید. جهت گیری هدف بهتر نه تنها در حیطه تحصیل که در زندگی شخصی دانشجویان نیز می تواند باعث تغییرات مثبتی گردد که در عملکرد های آتی این قشر از جامعه اثرگذار می باشد، و می تواند در آینده شغلی، زندگی خانوادگی، و ... مهم و ضروری باشد. لذا شناختن و رفع موانع موجود بر سر راه جهت گیری هدف باید به عنوان یکی از مهم ترین مسائل توسعه هر جامعه ای مورد توجه واقع شود.
جهت گیری هدف متغیری است چند بعدی که تحت تأثیر عوامل فردی-اجتماعی و انگیزشی بسیاری قرار می گیرد و از سوی دیگر قادر به تحت تأثیر قرار دادن متغیر های درونی و روانشناختی بسیاری در افراد نیز میباشد، که می تواند در موفقیت یا شکست فرد دخیل باشد. پیشرفت هر فرد در جامعه در گرو داشتن هدف مشخص و واضع و همچنین داشتن معیار ها و ملاک های صحیح برای دستیابی به این اهداف می باشد. افرادی که دارای اهداف روشن و مشخصی هستند و بر اساس توانمندی ها و نقایص خود برنامه ریزی های واقع بینانه ای برای دستیابی به اهداف خود دارند اغلب از جمله افرادی هستند که در زندگی شخصی و دستیابی به موفقیت، عملکرد مناسبی دارند و از جمله افراد موفق و سرآمد جامعه محسوب می گردند و همچنین احساسات مناسبی در رابطه با خود و عملکرد های خود دارند. علاوه بر این، چنین افرادی می توانند جامعه را در دستیابی به اهداف توسعه و رسیدن به اوج پیشرفت یاری نمایند. بنابراین پرداختن به متغیر های تأثیر گذار بر میزان و نوع جهت گیری هدف از جمله مسائلی است که به افراد و همچنین جامعه کمک می کند در مسیر صحیح پیشرفت قرار گرفته و از اتلاف انرژی و زمان بویژه در دوران مهم تحصیل پیشگیری نماید. لذا به نظر می رسد از بین متغیر های موثر بر آن پرداختن به تأثیر و پیش بینی کنندگی کمال گرایی و مسئولیت پذیری به عنوان دو متغیر مهم در دستیابی به اهداف ضروری می نماید.
1-4 اهداف و فرضیه ها:
اهدافی که پژوهش حاضر به دنبال دستیابی به آن می باشد عبارتند از:
پیش بینی جهت گیری هدف بر اساس مسئولیت پذیری
پیش بینی جهت گیری هدف بر اساس کمال گرایی
سوال تحقیقاتی:
کدامیک از مولفه های کمال گرایی و مسئولیت پذیری بهترین پیش بینی را از جهت گیری هدف به عمل می آورند؟
1-5 تعریف نظری و عملیاتی متغیرها:
تعاریف نظری:
کمال گرایی: کمال گرایان افرادی با عقاید محکم و ثابت اند و سختی عقاید و انعطاف ناپذیری یکی از اولین خصوصیاتی است که درباره کمالگرایی مطرح شد. برنز و فدرا(2005) کمال گرایی به عنوان مجموعه ای از معیارهای بسیار بالا برای عملکرد است که با خودارزیابی های منفی، انتقادات و سرزنش خود همراه است(فراست، مارتن، لهارت، و روزن بلات، 1999).
مسئولیت پذیری: مسئولیت پذیری یک الزام و تعهد درونی از سوی فرد برای انجام مطلوب همه فعالیت هایی که بر عهده اش گذاشته شده است، می باشد و از درون فرد سرچشمه می گیرد. فردی که مسئولیت کاری را بر عهده می گیرد قبول می کند یک سری فعالیت ها وکارها را انجام دهد و یا بر انجام کاهار توسط دیگران نظارت داشته باشد. به عبارت دیگر مسئولیت تعهدی است که فرد در قبال امری می پذیرد و کسی که کاری به او واگذار شده پیامد آن به عهده اوست(کرتو، 2004).
جهت گیری هدف: در نظریات موجود در رابطه با جهت گیری هدف و تعاریف موجود در این باره هسته مفهومی همه الگوها و نظریه ها این است که چه قصد و نیتی برای فعالیت و رفتارهای مرتبط با پیشرفت وجود دارد و مفهوم جهت گیری هدف بر قصد و نیت برای پیشرفت در تکالیف تأکید دارد(پینتریچ و شانک،2002؛ ایمز ،1992) با مروری بر پیشینه تحقیقات، در ارتباط با انواع جهت گیری هدف، دو نوع جهت گیری هدف، تبحری و عملکردی را شناسایی کرده که محور بیشترین توجه بوده است.
تعاریف عملیاتی:
کمال گرایی: منظور از کمال گرایی نمره ای است که فرد در پرسشنامه مقیاس چند بعدی کمال گرایی، ام پی اس، (فلت و هویت، ١٩٩١) کسب می کند.
مسئولیت پذیری: منظور از مسئولیت پذیری نمره ای است که فرد در مقیاس مسئولیت پذیری اجتماعی عبدل و ابراهیم (2002) کسب می کند.
جهت گیری هدف: منظور از جهت گیری هدف نمره ای است که از پرسشنامه جهت گزینی هدف از وندی ویل (١٩٩٧) کسب می کند.
فصل دوم
چارچوب نظری و پیشینه پژوهش
26368741084949
در این قسمت از پژوهش سعی بر آن است تا در نظریات موجود در رابطه با متغیر های پژوهش از جمله کمال گرایی، مسئولیت پذیری و جهت گیری هدف به تفصیل بحث و گفتگو شود و ارتباط نظری موجود بین این متغیر ها بیان شده و در نهایت به بررسی ادبیات پژوهشی پیشین در این باره پرداخته شود.
2-1چارچوب نظری:
2-1-1 جهت گیری هدف:
بیش از دو دهه است که اکثر کارهای نظری و تجربی جهت گیری های انگیزشیبر انگیزش پیشرفت تمرکز یافته است. پیشینه پژوهش بر روی انگیزش پیشرفت در سال های اخیر به سمت چارچوب مفهومی گسترده تری برای سازماندهی مولفه های شناختی و عاطفی انگیزش جهت یافته است (ایمز،1992). تئوری جهت گیری هدف از جمله نظریه های انگیزش پیشرفت و اهداف پیشرفت آمده است یا جهت گیری های دو بخشی هستند و یا بصورت سه بخشی مطرح شده است. خاستگاه جهت گیری های انگیزشی به میزان زیادی برخاسته از کارهای دینر و دوک (1978، 1980)، ایمز و آرچر (1987، 1988)، نیکولز (1984)، دودا و نیکولز(1992)، ایمز(1992)، تورکیدسن و نیکولز(1998)، دوک و لگت(1998) و همچنین روبرتز، تریشر و کاواسانیو(1997) و مارش(1994) است.
الف: مفاهیم و تنوع جهت گیری های هدف
تئوری ها و مدل های متعددی در بحث از جهت گیری هدف مطرح شده است. اما هسته مفهومی همه آنها این است که چه قصد و نیتی برای فعالیت و رفتارهای مرتبط با پیشرفت وجود دارد. مفهوم جهت گیری هدف را باید از مفاهیمی مانند هدف گذاریو رویکرد هدف- محتویتفکیک نمود. تئوری های هدف گذاری مانند تئوری لوکی و لاتم(1990) بر دستیابی به اهداف خاص و نهایی مانند حل ده مساله بصورت صحیح تاکید دارد. لیکن تئوری جهت گیری هدف این بحث را مطرح می سازد که چرا فرد می خواهد ده مساله را صحیح حل نماید و چگونه به حل این مسایل مبادرت می ورزد. تفاوت این دو با رویکرد هدف- محتوی مانند تئوری فورد(1992) در این است که رویکرد هدف-محتوی تاکید بر اهدافی دارد که منجر به هدایت رفتار می شود. در حالی که جهت گیری هدف بر مقصد و نیت برای پیشرفت در تکالیف تاکید دارد (پنتریچ و شانک، 2002).
جهت گیری هدف الگوی یکپارچه ای از عقاید است که به گزینش روش های مختلف روی آوری و پاسخ دهی به موقعیت های پیشرفت منجر می شود (ایمز، b1992). از نظر یوردن(1997) جهت گیری هدف استدلال فرد درباره این موضوع است که چرا تکالیف پیشرفت را دنبال و پیگیری می نماید. پنتریچ (a2000، b2000،c2000) معتقد است که جهت گیری هدف تنها اهداف و استدلال های فرد برای پیشرفت را پوشش نمی دهد بلکه نوعی معیار (درونی و بیرونی) را نیز نشان می دهد که فرد بر اساس آن موفقیت یا شکست خویش را در دستیابی به آن هدف مورد قضاوت قرار می دهد. الیوت(1997) نیز جهت گیری هدف را روشی می داند که فرد بر اساس معیارهای برجسته شایستگی خویش را مورد قضاوت قرار می دهد. تعریفی که تاکید بر ماهیت استدلال ها و مقاصد برای انجام تکلیف دارد، وقتی با معیارهای ارزشیابی عملکرد تلفیق می شود- که این موضوع در تعریف جهت گیری هدف مورد استفاده قرار گرفته است- بیش از باور اهداف به تنهایی می تواند نیروزا باشد (پنتریچ و شانک،2002).
جهت گیری های هدف متنوع هستند، لیکن دو جهت گیری که اغلب در تئوری های جهت گیری اهداف مورد اشاره قرار می گیرد با عناوین اهداف یادگیری و اهداف عملکردی مشهورگشته اند (دوک و لگت،1985، الیوت و دوک،1988). این دو جهت گیری هدف با نام هایی مانند اهداف تکلیف مشغولی و من مشغولی (نیکولز،1984) یا اهداف تبحری و عملکردی(ایمز،b1992، ایمز و آرچر،1987، 1988)، اهداف تکلیف محور و توانایی محور (میهر و میگلی،1991) هم آمده است. در میان محققین در این باره که آیا سازه های مختلف مطرح در مدل های جهت گیری اهداف مشابه هستند، توافق نظر وجود ندارد (نیکولز،1990). لیکن همپوشی مفهومی بین این سازه ها به حد کافی وجود دارد تا برخی از محققین آن ها را به گونه ای مشابه مورد توجه قرار دهند (پنتریچ و شانک،2002).
در مطالعات ایمز (1992)، بونگ(1996)، دوک (1986)، لپر(1988)، مورفی و الکساندر(2000)، پنتریچ (1994)، اسنو، کورنو و جکسون(1996) نیز کم و بیش بر سازه هایی تاکید شده است که به موازات و مشابه یکدیگر هستند. این سازه ها همچنین مشابه با انگیزش درونی و انگیزش بیرونی است که بوسیله دی سی و ریان(1985) مطرح شده است. بعنوان مثال جهت گیری تکلیف مشغولی مشابه با انگیزش درونی است، این جهت گیری مشابه با اهداف یادگیری است که بوسیله دوک و لگت (1985) مطرح شده است. همچنین جهت گیری من مشغولی مشابه انگیزش بیرونی است که بوسیله دی سی و ریان (1985) و ریان و دی سی (2000) مطرح شده است. این جهت گیری ها همچنین با اصطلاح اهداف عملکردی مشابهت دارد که بوسیله دوک (1975، 1986) عنوان شده است. ریان و دی سی (2000) به این موضوع اشاره می کنند که جهت گیری من مشغولی مثالی کلاسیک از انگیزشی بیرونی است.
جهت گیری یادگیری و سازه های مشابه مانند جهت گیری تبحری با واژه ها و اصطلاحاتی مانند تمرکز بر یادگیری، تبحریابی در تکلیف بوسیله معیارهای تدوین شده بوسیله خود، افزایش مهارت های نو، رشد دهی و فزون بخشی شایستگی، کوشش برای مواجهه با مسائل چالش برانگیز و کوشش برای کسب بینش و بصیرت معرفی شده است (ایمز، b1992، دوک و لگت، 1988، میهر و میگلی،1991، میگلی و همکارانف 1998، نیکولز، 1984، هارتر، b 1981).
اهداف عملکردی معمولا در مقابل اهداف یادگیری و تبحری قرار می گیرد. این جهت گیری بر اثبات شایستگی یا توانایی تاکید دارد. محور جهت گیری عملکردی این است که چگونه توانایی فرد بوسیله دیگران مورد قضاوت قرار خواهد گرفت. برای مثال کوشش برای بهتر از دیگران بودن، کوشش برای تفوق در تناسب با معیارهای هنجاری، بکارگیری معیارهای اجتماعی برای مقایسه خود با دیگران، سعی برای برجسته بودن در گروه یا کوشش برای برتری در انجام تکالیف کلاسی، اجتناب از مورد قضاوت واقع شدن بعنوان فردی با توانایی ضعیف و یا اجتناب از مشخص شدن بعنوان فردی کند فهم و جستجوی این موضوع که فرد بعنوان شخصی دارای توانایی بالا مورد قضاوت قرار گیرد (ایمز،b1992، دوک و لگت،1988، میگلی و همکاران،1998). در برخی پژوهش ها بجای استفاده از واژه جهت گیری عملکردی یا جهت گیری من از واژه جهت گیری توانایی مرتبط استفاده شده است (نگاه شود به یوردن،1997). جهت گیری من و جهت گیری عملکردی همپوشی دارند. ذکر این نکته لازم است که در مدل ها و مطالعات آغازین تمایزی بین اهداف عملکرد گرایشی و عملکرد گریزی وجود نداشته است (برای مثال میگلی و همکاران،1998).
انواع دیگر جهت گیری هدف که همسو با جهت گیری عملکردی هستند در پژوهش های مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. برای مثال پنتریچ و همکاران (پنتریچ،1989، پنتریچ و دی گروت، a1990، پنتریچ و گارسیا،1991) جهت گیری هدف بیرونی را مورد ارزیابی قرار می دهند. در این جهت گیری تاکید بر کسب نمره خوب، انجام تکلیف مدرسه، کسب پاداش و دوری گزینی از شکست مطرح است. همچنین یوردن (1997) نقش جهت گیری هدف بیرونی در یادگیری و پیشرفت را مورد بحث قرار می دهد. جهت گیری هدف بیرونی مشابه با انگیزش بیرونی در تئوری دی سی و رایان (1978) است. نیکولز و همکاران (نیکولز،1989 و نیکولز و همکاران،1989) دو جهت گیری هدف دیگر با عناوین کارگریزی و بیگانگی تحصیلی را نیز مطرح می کنند. اهداف کارگریزی با احساس موفقیتی همراه است که در ان کار و تکلیف بسیار آسان است، در حالی که اهداف بیگانگی تحصیلی احساس موفقیتی است که در ان یاد گیرنده احساس می کند که می تواند اطرافیان خویش را فریب دهد و تکالیف کلاسی را انجام ندهد. بعبارتی از زیر کار در برود. میس و همکاران(1988) اهداف کار گریزی را بعنوان خواسته و میل فرد برای انجام تکالیف بدون صرف کوشش و تلاش مورد توصیف قرار می دهند.
مدل های متعددی در تئوری جهت گیری هدف مطرح شده است. لیکن این مدل ها به لحاظ مفهومی و واژگانی مشابهت هایی دارند. در برخی از پژوهش های مرتبط با این مدل ها تنها به پیامدهای جهت گیری هدف توجه شده است و در برخی دیگر هم پیش آیندها و هم پیامدهای این جهت گیری ها مورد توجه بوده است. در این مدل ها جهت گیری هدف یا بصورت دوبخشی و یا سه بخشی مطرح شده است. در ادامه به اختصار برخی از این مدل ها مورد توجه قرار خواهند گرفت. در انتخاب این مدل ها کوشش شده است که از ذکر مدل های همپوش با یکدیگر خودداری شود و به مدل هایی توجه شود که پیش زمینه ای برای طرح مدل مطرح در این پژوهش هستند.
ب: مدل نیکولز(1984)
در مدل نیکولز(1984) دو نوع جهت گیری هدف تحت عناوین جهت گیری تکلیف مشغولی و جهت گیری من مشغولی مطرح شده است. در این مدل فرض بر این است که جهت گیری هدف فرد با عقاید و باورهای وی درباره علل موفقیت رابطه تنگاتنگ دارد. نیکولز(1984) معتقد است که جهت گیری هدف فرد معیاری کلی برای داوری و قضاوت نسبت به علل موفقیت خواهد بود. بنابراین جهت گیری هدف عقاید فرد را نسبت به علل موفقیت بوسیله توجه به اسنادهای وی پیش بینی خواهد کرد. بعنوان مثال یادگیرنده ای با جهت گیری تکلیف مشغولی بر یادگیری بعنوان علت موفقیت تاکید خواهد داشت. این یادگیرنده بجای حفظ موضوع سعی در فهم مطلب خواهد داشت. اما یادگیرنده با جهت گیری من مشغولی بر توانایی و بهتر از دیگران بودن بعنوان علت موفقیت تاکید خواهد داشت. استدلال این فرد رد مورد موفقیت در مدرسه این است که در امتحان سعی داشته است، بهتر از دیگران باشد و کوشش کرده است، دیگران را پشت سر گذارد (نگاه شود به دودا و نیکولز،1992).
ت: مدل میس و همکاران (1988)
میس و همکاران (1988) در مدل خود سه نوع جهت گیری هدف با عناوین جهت گیری و تبحری، جهت گیری من اجتماعی و جهت گیری کار گریزی را مطرح می کنند. در جهت گیری تبحری پیشرفت در شکل تبحریابی و فهمیدن موضوع متجلی می شود. تاکید بر خودآموزی هسته محوری در جهت گیری تبحری در این مدل است. این جهت گیری مشابه با جهت گیری تکلیف در مدل نیکولز(1984) است. اهداف یادگیری در مدل دوک (1999)، جهت گیری تبحری در مدل ایمز (b1992)، جهت گیری تکلیف محور در مدل میگلی و همکاران (1998)، جهت گیری تبحری در مدل الیوت و چرچ (1997) با این جهت گیری تشابه دارند. در جهت گیری من اجتماعی تاکید بر کسب امتیازات بالا و بدست آوردن تایید اجتماعی است، این جهت گیری مشابه با جهت گیری من مشغولی در مدل نیکولز(1984) است. جهت گیری عملکرد گرایشی در مدل میگلی و همکاران (1998) و الیوت و چرچ(1997) با این جهت گیری تشابه دارند. هسته محوری در جهت گیری کارگریزی اجتناب از شکست است. در این جهت گیری انجام تکلیف با کمترین تلاش بعنوان پیشرفت تلقی می شود. تشابهاتی بین این جهت گیری عملکرد گریزی در مدل های میگلی و همکاران (1998) و لیوت و چرچ (1997) و الیوت و مک گریگور(2001) وجود دارد.
ث: مدل دوک (1999)
در مدل دوک (1999) دو نوع جهت گیری هدف با عناوین اهداف یادگیری و اهداف عملکردی مطرح شده است. دوک و همکاران (دوک1999، دوک و الیوت،1983) مدلی را مطرح می کنند (جدول2-1) که در آن فرض بر این است که جهت گیری هدف نتیجه دیدگاه های مختلف درباره ماهیت هوش است. در این مدل تئوری های هوشی بعنوان ادراک یادگیرنده درباره چگونگی تغییر توانایی و هوش در طول زمان تعریف می شود. در مدل دوک(1999) اعتقاد نسبت به ثبات هوش و توانایی طرحواره ای را برای تفسیر و ارزیابی اطلاعات درباره خود بوجود می آورد و این طرحواره معیار و ملاکی است که بوسیله ان اهداف، پیامدها و رفتار مورد قضاوت قرار می گیرد.
دوک (1999) فرض می کند که دیدگاه در مورد هوش موجب نوعی جهت گیری هدف می شود که یادگیرنده با آن انطباق می یابد. شواهد تجربی نیز این دیدگاه را مورد حمایت قرار داده است (دوک،1999، دوک و لگت ،1988). به نظر می رسد که پیوستگی علی بین تئوری هوش و جهت گیری هدف ان چنان که در مدل دوک آمده است، در مقابل آن چیزی قرار می گیرد که در مدل نیکولز(1984) پیشنهاد شده است.
جدول (1-1) مدل جهت گیری هدف دوک (1999، به نقل از پنتریچ و شانک ،2002)
تئوری هوش جهت گیری هدف باور نسبت به هوش الگوهای رفتار ی
-تئوری ذاتی نگر
(هوش ثابت است)
-تئوری فزونی نگر اهداف عملکردی
(کسب قضاوت مثبت)
اهداف یادگیری
(افزایش شایستگی) اگر بالا باشد
اگر پایین باشد
چه بالا و چه پایین باشد -جهت گیری تبحری
-جستجوی چالش
-پایداری بالا
-ناامیدی
-گریز از چالش
-پایداری ضعیف
-جهت گیری تبحری
-جستجوی چالش
-پایداری بالا
نیکولز(1984) معتقد است که جهت گیری هدف عقاید و اسنادهای فرد را درباره علل موفقیت تحت تاثیر قرار می دهد. در حالی که در مدل دوک فرض بر این است که اگر یادگیرنده یک تئوری ذاتی از هوش داشته باشد و این باور را داشته باشد که توانایی ثابت است، وی احتمالا در هنگام انجام تکلیف اهداف عملکردی را برخواهد گزید. این فراگیر به دلیل درک ثابت از توانایی با این موضوع مشغولیت خواهد داشت که عملکرد وی چگونه ارزیابی خواهد شد و این که چگونه با دیگران مقایسه خواهد شد. این فراگیر سعی خواهد کرد، بهتر از دیگران باشد.
تئوری فزونی نگر در مقابل تئوری ذاتی نگر قرار می گیرد. در تئوری فزونی نگر فرض بر این است که توانایی می تواند، فزونی یابد. فرد دارای این دیدگاه به احتمال زیاد بر اهداف تبحری اصرار خواهد ورزید و برای افزایش شایستگی و کفایت خویش کوشش خواهد کرد. لذا دستیابی به اهداف تبحری را ملاک قضاوت در باره خود قرار خواهد داد. معیارهای این فرد برای قضاوت مبتنی بر پیشرفت و نه مقایسه اجتماعی با دیگران است. هر چند که دوک و نیکولز واژه های مشابه ای مانند جهت گیری تکلیف/ اهداف یادگیری و جهت گیری من/اهداف عملکردی را مورد استفاده قرار می دهند. لیکن مدل های دوک و نیکولز در این باره که رابطه علی بین باورها در باره توانایی/ هوش و جهت گیری هدف چگونه است از یکدیگر متفاوت است (پنتریچ و شانک، 2002).
ج: مدل اسکالویک(1997)
جهت گیری تکلیف در مدل اسکالویک (1997) با جهت گیری تکلیف در مدل نیکولز(1984)، اهداف یادگیری در مدل دوک (1999)، جهت گیری تبحری در مدل ایمز(b1992)، جهت گیری تکلیف محور در مدل میگلی و همکاران (1998) و جهت گیری تبحری در مدل الیوت و چرچ (1997) تشابه دارد. تفاوت مدل اسکالویک و سایر مدل ها در تفکیک اهداف عملکردی است. اسکالویک و همکاران (اسکالویک،1997، اسکالویک،والاس و اس لتا،1994) دو بعد در اهداف عملکردی یا من را مورد توجه قرار می دهند. اول جهت گیری من خودافزایی است که در این جهت گیری تاکید بر برتر از دیگران بودن و اثبات برتری خود مطرح است. جهت گیری من خودافزایی مشابه با مفهومی است که از جهت گیری عملکرد گرایشی در مدل های میگلی و همکاران (1998) و الیوت و چرچ (1997)آمده است.
چ: مدل الیوت و همکاران (الیوت و چرچ،1997، الیوت و مک گریگور،2001)


یکی از رویکردهای مطرح در سال های اخیر رویکرد سه بخشی الیوت و همکاران (الیوت،1997، الیوت و چرچ،1997، الیوت و هاراکی ویکز،1996) است. این محققین چارچوب هدف دوبخشی عملکردی-تبحری را مورد بازبینی و اصلاح قرار دادند و یک چارچوب هدف سه بخشی را ارائه کردند. در این قالب جدید سازه هدفی عملکردی به دو بخش عملکرد گرایشی و عملکرد گریزی تقسیم می شود. در این مدل سه جهت گیری هدف مستقل ترسیم می شود. 1-هدف عملکرد گرایشی که تاکید بر کسب شایستگی و تایید در نزد دیگران دارد. 2-هدف عملکرد گریزی که تاکید بر دوری جویی از عدم شایستگی در نزد دیگران دارد و 3- هدف تبحری که تاکید بر افزایش کفایت و کسب مهارت در تکلیف دارد. این هدف اشاره بر یادگیری، پیشرفت و مهارت های تبحری دارد و مشابه با اهداف یادگیری و اهداف تکلیف است که بوسیله پژوهشگرانی مانند اندرمن(1997)، دوک (1986) و نیکولز(1989) مطرح شده است. در پژوهش های تحلیل عاملی استقلال این سه سازه و روایی ان ها مورد تایید قرار گرفته است (الیوت و چرچ،1997، میدلتون و میگلی،1997، اسکالویک،1997، وندی ویل،1997) و این اهداف با الگوهای متفاوتی از پی آیندها و پیامدها پیوند داده شده است (نگاه شود به الیوت،1999). استقلال این سه سازه در پژوهش های تحلیل عاملی در ایران بوسیله جوکار (1381) مورد تایید قرار گرفته است.
الیوت و مک گریگور (2001) با بررسی چارچوب هدف سه بخشی دیدگاه جدیدی را تشریح کردند که در ان بازبینی بیشتری در دیدگاه دوبخشی تبحری-عملکردی صورت می گیرد و چارچوب سه بخشی گسترش داده می شود. در چارچوب پیشین تمایز بین گرایش و گریز تنها در اهداف عملکردی صورت گرفت و اهداف تبحری دست نخورده باقی می ماند. در چارجوب جدید الیوت و مک گریگور (2001) یک آمیختگی کامل در تمایز گرایش و گریز پیشنهاد کردند و اهداف تبحری را به دو بخش اهداف تبحر گرایشیو تبحرگریزی تقسیم کردند (نگاه شود به الیوت،1999، پنتریچ، a2000، b2000).
هسته مفهومی سازه هدفی پیشرفت در نظریه الیوت و مک گری گور (2001) شایستگی است. در نظریه چارچوب هدفی پیشرفت 2×2 اهداف پیشرفت بر اساس دو بعد اصلی از یکدیگر متمایز می شود. یکی بر این پایه که چگونه شایستگی تعریف می شود و دیگر بر این اساس که شایستگی چگونه ارزش داده می شود (الیوت و مک گریگور،2001). در این مدل شایستگی بر اساس معیارهای مطلقو درون فردی و یا بر اساس معیارهای هنجاری تعریف می شود. هنگامی که شایستگی بر اساس معیارهای مطلق و درون فردی تعریف شود، فرد بدنبال فهم تکلیف یا مهارت یابی در کار است و یا در پی کسب دانش برای رشد مهارت های شخصی خویش است. الیوت و مک گریگور (2001) تعریف شایستگی بر اساس معیارهای مطلق و درون فردی را در یک مقوله مطرح می کنند. شایستگی بر پایه هنجاری نیز تعریف می شود. بدین صورت که عملکرد فرد با دیگران مورد مقایسه قرار می گیرد. در اینجا فرد بدنبال کسب تایید برای اثبات شایستگی خویش و یا دوری جویی از عدم تایید نزد دیگران خواهد بود.
بعد دیگر شایستگی ارزش است. شایستگی هم در اصطلاح مثبت (مثل موفقیت) یا منفی (مثل شکست؟) ارزش داده می شود. شواهد نشان می دهد که افراد محرک ها را در رابطه با رازش آن پردازش مکی کنند و بدون درنگ، توجه و یا آگاهی پاسخ می دهند (برق،1997، زاژنک،1998). بنابراین پردازش بر پایه ارزش بطور خودکار فرض می شود و بلادرنگ پیش نیازهای رفتاری گرایش و گریز را فرا می خواند (کاسیوپو،پریستر و برنتسون،1993، فورستر، هیگینز و آیدسون،1998). بنابراین هر دو بعد تعریف و ارزش برای سازه شایستگی بنیادی است و باید به عنوان مولفه ای الزامی هر شکل مبتنی بر شایستگی در اهداف پیشرفت مورد نظر قرار گیرد. لذا به نظر غیرممکن می آید که شکلی از نظریه جهت گیری هدف ساختاربندی شود، بدون این که به صورت تلویحی و به طور روشن اطلاعات مربوط به اینکه چگونه شایستگی تعریف می شود و چگونه ارزش داده می شود، مورد توجه قرار گیرد (الیوت و مک گریگور،2001). چهارخانه چارچوب هدفی پیشرفت 2×2 در شکل (2-1) امده است.

شکل(5-1) چارچوب هدفی پیشرفت 2×2
در این شکل تعریف و ارزش دو بعد شایستگی را نشان می دهد. معیارهای مطلق/درون فردی و هنجاری دو روشی است که شایستگی بوسیله آن تعریف می شود و منفی و مثبت دو روشی است که شایستگی بر آن اساس ارزش داده می شود.
در نظریه الیوت و مک گریگور (2001) چارچوب هدفی سه بخشی سه خانه از چهار خانه چارچوب 2×2 را شامل می شود. این سه نوع جهت گیری هدف عبارت هستند از 1-اهداف تبحر گرایشی که در آن شایستگی در اصطلاح مطلق/ درون فردی تعریف می شود و بصورت مثبت ارزش داده می شود. 2-اهداف عملکرد گرایشی که در آن شایستگی در اصطلاح هنجاری تعریف می شود و بصورت مثبت ارزش داده می شود. 3-اهداف عملکرد گریزی که در آن شایستگی در اصطلاح هنجاری تعریف می شود و بصورت منفی ارزش داده می شود. در دیدگاه سه بخشی اهداف تبحری بعنوان یک سازه واحد مفهوم سازی می شود. لیکن در دیدگاه 2×2 آن سازه بعنوان اهداف تبحر گرایشی نامیده می شود، زیرا هم در دیدگاه دو بخشی و هم در دیدگاه سه بخشی این سازه بصورت مثبت ارزش داده شده است. خانه باقیمانده از چارچوب 2×2 در برگیرنده اهداف تبحر گریزی است که در آن شایستگی در اصطلاح مطلق/ درون فردی تعریف می شود و بصورت منفی ارزش داده می شود. در این جهت گیری بر گریز از عدم فهم یا اجتناب از مهارت نیابی و گریز از عدم موفقیت در یادگیری دروس تاکید می شود (الیوت و مک گریگور، 2001، الیوت، 1999، پنتریچ، a2000،d2000). هدف تبحر گریزی چندان ملموس نیست لیکن به نظر می رسد که در برخی موقعیت های آموزشی خودش را اعمال می کند. برای مثال یادگیرندگانی که کمال گرا هستند، معیارهایی را بکار می گیرند تا از ارتکاب اشتباه و خطا و عدم انجام صحیح تکالیف اجتناب ورزند. این فراگیران از ارتکاب اشتباه پرهیز می نمایند نه به این دلیل که به مانند هدف عملکرد گریزی با دیگران مورد مقایسه قرار می گیرند بلکه معیارهای درونی خودشان در این زمینه ملاک عمل است.
ح: مدل مارش و همکاران (2000)
در بین جهت گیری های دو بخشی با نظریه هایی مواجه می شویم که سعی بر ارائه رویکردی تلفیقی به جهت گیری های انگیزشی دارند. از جمله این رویکردها نظریه مارضش و همکاران (2000) است. این پژوهشگران باور دارند که انواع جهت گیری های هدف را می توان علی رغم تفاوت میان آن ها بصورت دو جهت گیری بزرگ انگیزشی- جهت گیری یادگیری و جهت گیری عملکردی- مورد توجه قرار داد. فر این محققان این است که این دو جهت گیری انگیزشی بطور بنیادی با سازه های مشابه همپوشی دارند و شاید این موضوع ناشن دهنده این است که عوامل متفاوت در واقع دو عامل مرتبه بالاتر هستند. منطق فرضی این محققان بر پایه ارزیابی نظریه های انگیزشی و دیگری بر پایه تمثیلی از تئوری پنج عامل بزرگ شخصیت است.
این پژوهشگران با استدلال ویگینز و تراپنل(1997) توافق دارند که مدل پنج عامل بزرگ شخصیت تحولی شگرف در سازمان دهی و طبقه بندی آرایه های ناهمگون سازه های شخصیتی ایجاد نمود و اهمیت بارز این نظریه ایجاد همگرایی در بررسی مطالعه سازه های شخصیتی است که ارتباط بین محققان با رویکردهای نظری مختلف در ضخصیت را فراهم می آورد. مارش و همکاران (2000) معتقدند که تئوری دو عامل بزرگ جهت گیری های انگیزشی به گونه ای مشابه می تواند سازه هخای مختلف در جهت گیری های انگیزشی را پوشش دهد. بعبارتی بسیاری از سازه های انگیزشی در مرتبه بالاتر در این دو جهت گیری بزرگ قرار می گیرند.
مارس و همکاران (2000) مدعی نیستند که جهت گیری یادگیری و جهت گیری عملکردی کلیه سازه های مطرح در جهت گیری های انگیزشی را پوشش می دهند و بر این موضوع صحه می گذارند که جهت گیری هایی نیز وجود دارد که بطور کامل به این دو سازه ملحق نمی شوند. لیکن تاکید دارند که سازه های کلیدی در رویکردهای انگیزشی در این دو سازه متجلی می شوند. این پژوهشگران هشت نوع جهت گیری انگیزشی که در پیشینه پژوهش ها بیشتر مورد تاکید بوده است در پرسشنامه انگیزش مدرسه (SMQ) مدون می سازند. جهت گیری های تبحری، درونی، مشارکتی، فردی، من، رقابتی، کسب موفقیت و اجتناب از شکست سازه هایی مورد مطالعه در مدل مارش و همکاران (2000) بوده است. این پژوهشگران بر اساس یافت های تحلیل عوامل تصدیقی(CFA) شواهدی مبنی بر استقلال هر یک از این هشت سازه می یابند. علاوه بر این نتایج تحلیل عاملی مرتبه بالاتر نظریه دو عامل بزرگ جهت گیری انگیزشی را مورد حمایت قرار می دهد. بر اساس این دیدگاه جهت گیری های تبحری، درونی، مشارکتی و فردی بوسیله جهت گیری یادگیری و جهت گیری های من، رقابتی، کسب موفقیت و اجتناب از شکست بوسیله جهت گیری عملکردی توصیف می شوند.
خ: روند تحول مدل های جهت گیری هدف
به نظر می رسد روند تحول مدل های جهت گیری هدف دو رویکرد همسو را دنبال می نماید. در رویکرد اول سعی در ارائه طرحی کلی برای طبقه بندی جهت گیری های هدف می شود. این خط فکری در مدل هایی مانند مدل الیوت و مک گریگور (2001) و دیدگاه نظریه پردازانی مانند پنتریچ و شانک (2002) قابل مشاهده است. در این رویکرد مدل های سه بخشی که در روند تحول سازه های جهت گیری هدف از تفکیک جهت گیری عملکردی به دو سازه عملکرد گرایشی و عملکرد گریزی یا سازه های مشابه مانند من خودافزایی و من خود کاستی بوجود امده بودند، مجددا در شکلی جدید و با تغییر و تحولاتی به دیدگاه های دو بخشی تبدیل می شوند. در این طرح کلی امکان طبقه بندی دو نوع جهت گیری هدف با توجه به تمایز گرایش و گریز فراهم شده است. مدل الیوت و مک گریگور (2001) که پیش از این تشریح گردید، نوعی از این طبقه بندی است. پنتریچ (a2000، b2000) برای نشان دهی این طبقه بندی ماتریسی دو بعدی فرض می نمایند (جدول3-1). ستون جدول تمایز کلی گرایش و گریز مطرح در دیگر تئوری ها (مثل اتکینسون، 1957، الیوت،1997، مک للندف اتکینسون، کلارک و لاول، 1953) را نشان می دهد. گرایش و گریز در سال های اخیر در دیدگاه های شناختی- اجتماعی (برای مثال کاوینگتون و روبرتز،1994، هاراکی ویکز و همکاران ،1998 و هیگینز،1997) به وضوح تمایز بین گرایش و گریز یا به اصطلاح ویگینز جلو روی-ممانعت در فرایند خود تنظیمی مورد بحث قرار گرفته است. گرایش حرکت به سمت مثبت است، بعبارتی کوششی برای اینکه واقعه ای رخ دهد. در حالی که گریز حرکت به سمت منفی است، بعبارتی ممانعت از این که واقعه ای به وقوع پیوندد (هگینز ،1997).
تمایز بین گرایش و گریز در اهداف تاثیرات مهمی در یادگیرندگان باقی می گذارد. برای مثال انتظار می رود که جهت گیری گرایشی بطور کلی با شناخت، انگیزش و رفتار رابطه ای مثبت داشته باشد. در حالی که انتظار می رود جهت گیری گریز با سازه های مرطح رابطه ای منفی داشته باشد. ردیف جدول (3-1) دو هدف کلی تبحری و عملکردی را نشان می دهد. همان گونه که پیش از این اشاره شد این دو نوع جهت گیری در اکثر مدل های جهت گیری هدف مورد بحث قرار گرفته است. عناوین دیگر مدل ها برای این جهت گیری ها در پرانتزهای خانه8 های جدول آمده است. همه مدل ها بر این موضوع اتفاق نظر دارند که اهداف تبحری و نام های مشابه مانند اهداف یادگیری، تکلیف و تکلیف مشغولی بر پیشرفت در شایستگی، دانش، مهارت و یادگیری تاکید دارند، معیار قضاوت در این نوع جهت گیری نیز خود گزیده است. در همه مدل های مطرح به جز مدل الیوت و مک گریگور (2001) تنها سمت و سوی گرایشی در اهداف تبحری مورد بحث و پژوهش قرار گرفته است و بعد گریز آن مورد نظر نبوده است و این موضوع مشخص نیست که ایا از لحاظ نظری اهداف تبحر گریزی نیز وجود دارد. پژوهش های تجربی اندکی در این زمینه انجام شده است (نگاه شود به الیوت و مک گریگور،2001).

جدول (2-1) دو نوع جهت گیری هدف و شکل های گرایش و گریز این اهداف (گرفته شده از پنتریچ و شانک،2002)
اهداف گرایش گریز
-جهت گیری تبحری
-جهت گیری عملکردی -تاکید بر تبحریابی در انجام تکلیف، یادگیری، فهمیدن، کاربرد ،معیارهای خود گزیده پیشرفت و یادگیری عمیق (عناوین دیگر مدل ها، اهداف یادگیری، هدف تکلیف، تکلیف مشغولی)
-تاکید بر برتر بودن، بهتر از دیگران بودن، برجسته بودن، بهتر انجام دادن تکلیف در مقایسه با دیگران، کاربرد معیارهای هنجاری مانند کسب بهترین و بالاترین نمره، داشتن بهترین عملکرد در کلاس (عناوین دیگر مدل ها: هدف عملکردی، هدف من مشغولی، جهت گیری خود افزایی من، هدف توانایی مرتبط) -تاکید بر گریز از نفهمیدن و گریز از عدم یادگیری، کاربرد معیارهای خود گزیده برای اجتناب از خطا و اجتناب از نادرست حل کردن تکلیف (عناوین دیگر مدل ها: تبحر گریزی)
-تاکید بر گریز از حقارت و نگریسته شدن بعنوان فردی کندآموز در مقایسه با دیگران، کاربرد معیارهای هنجاری مانند عدم کسب بدترین نمره در کلاس، اجتناب از نشان دهی پایین ترین عملکرد در کلاس (عناوین دیگر مدل ها: هدف عملکردی، هدف من مشغولی، جهت گیر خود کاستی من)
دومین ردیف جدول (2-1) جهت گیری عملکردی را نشان می دهد که همه مدل ها بر وجود آن اتفاق نظر دارند. اما دو سمت گیری گرایش و گریز که در ستون های جدول امده است، امکان تمایز و جدا سازی هدف از چرایی کوشش و تلاش در اهداف عملکردی را فراهم می سازد. این تمایز بصورت متداول در کارهای هاراکی ویکز، الیوت، میگلی، اسکالویک و همکاران آن ها نشان داده شده است. مطالعات تجربی نیز نشان می دهد که بین جهت گیری عملکرد گریزی و جهت گیری عملکرد گرایشی و پیامدهای شناختی،انگیزشی و رفتاری همراه آن ها رابطه های متفاوتی وجود دارد (هاراکی ویکز و همکاران،1998، میدلتون و میگلی،1997، اسکالویک،1997).
رویکرد دوم سعی بر تلفیق مفاهیم مختلف لیکن همپوش در جهت گیری های هدف دارد. مدل مارش (2000) نمونه ای از این تلاش ها است. عموما پژوهش های جهت گیری هدف با ابزارهای ارزیابی که شامل گویه های مشابه و یا متفاوت و با نام ها و برچشب های مختلف، لیکن با مفاهیم همپوش احاطه شده است (مورفی و الکساندر،2000، پنتریچ،2000). این مساله بویژه برای پژوهشگرانی که مروری اجمالی بر تحقیقات این قلمرو انگیزشی داشته اند واضح و گاه مشکل آفرین بوده است (لپر، 1988، مورفی و الکساندر،2000، اسنو و همکاران،1996). لذا این محققین نتیجه گیری می کنند که به نظر می رسد جهت گیری های هدف با نام های مختلف بواقع سازه های مشابهی را اندازه گیری می کنند. در این میان ابهامی که وجود دارد چگونگی ارتباط دهی این سازه های متفاوت است. لذا به نظر می رسد روش هایی مانند تحلیل خوشه ای اساس این تلفیق باشد. ضرورت پژوهش در مورد چگونگی رشد مدل های مبتنی بر این رویکرد بخوبی احساس می شود بدیهی است که به سبب تعدد جهت گیری های هدف، تشکیل طبقات این مدل ها با روش هایی مانند تحلیل خوشه‌ای بیشتر مورد توجه قرار خواهد گرفت. مدل هایی که در ان هر طبقه در برگیرنده مولفه های مختلف در جهت گیری هدف باشد. از سوی دیگر این مولفه ها باید بصورت تجربی و منطقی بوسیله پیش آیند های خود توضیح داده شوند. چنین سازه هایی باید بتواند رابطه و توضیح گویایی برای بسیاری از پیامدهای شناختی، عاطفی و رفتاری فراهم آورد. در این پژوهش سعی بر ارائه مدلی در جهت گیری هدف می شود که در راستای این خط فکری باشد.
همان گونه که پیش از این مطرح شد دیدگاه های سه بخشی مانند مدل الیوت و چرچ (1999) در واقع شکلی از دیدگاه های دو بخشی هستند که در ان ها جهت گیری عملکردی به دو مولفه جهت گیری عملکرد گریزی و عملکرد گرایشی تفکیک شده است. در این مدل ها جهت گیری هایی مانند اهداف یادگیری، تبحری و تکلیف به لحاظ ماهیتی با جهت گیری عملکردی و با من متفاوت دارند. لیکن جهت گیری هایی مانند عملکرد گرایشی و عملکرد گریزی در مدل الیوت و چرچ (1999) و میگلی و همکاران (1998) و سازه هایی مانند من خودافزایی و من خودکاستی در مدل اسکالویک (1997) به لحاظ ماهیتی با یکدیگر متفاوت نیستند. در واقع به لحاظ نظری این دو جهت گیری دو مولفه از یک سازه واحد محسوب می شود که هسته اصلی آن نگرانی از قضاوت دیگران نسبت به شخص است. گاه فرد بدنبال کسب قضاوت مثبت دیگران نسبت به خود است و گاه فرد بدنبال اجتناب از قضاوت منفی دیگران نسبت به خود است.
د: جهت گیری یادگیری
جهت گیری یادگیری در مطالعات مختلف بصورت مکرر مورد تاکید قرار گرفته است (دوک،1986، ریان و دی سی،2000، هیمن و دوک،1992، باتون، ماتیو و زاجک،1996، فار و همکاران،1993، مارش و همکاران، 2000ف وندی وال، 1997). «جهت گیری یادگیری تمایل به رشد خود بوسیله کسب دانش و مهارت جدید، تسلط بر موقعیت های جدید و پیشرفت در شایستگی های فردی تعریف می شود. محوریت جهت گیری یادگیری توجه به فرآیندهایی است که به مهارت و تبحر فرد در انجام تکلیف و افزایش دانش و توجه او منجر می شود».
این سازه مشابه اهداف تبحری در مدل ایمز (a1992)، جهت گیری تکلیف محور در مدل میگلی و همکاران (1998)، جهت گیری تکلیف در مدل نیکولز (1984)، اهداف یادگیری در مدل دوک (1999)، جهت گیری تبحری در مدل میس و همکاران (1988)، جهت گیری تکلیف در مدل اسکالویک (1997؟)، جهت گیری تبحری در مدل الیوت و چرچ (1997) و جهت گیری تبحر گرایشی در مدل الیوت و مک گریگور(2001) است.
ذ: جهت گیری عملکردی
سازه دوم جهت گیری عملکردی با دو مولفه عملکرد گرایشی و عملکرد گریزی است. پژوهشگران حوزه انگیزش پیشرفت این سازه ها را مهم ترین سازه های جهت گیری اهداف معرفی کرده اند (الیوت و هاراکی ویکز، 1996، میدلتون و میگلی،1997، اسکالویک،1997، وندی وال،1997، الیوت،1977، الیوت و چرچ،1997، الیوت و مک گریگور،2001).
1- جهت گیری عملکرد گرایشی
«جهت گیری عملکرد گرایشی به تایید عملکرد و کسب قضاوت مطلوب دیگران درباره عملکردهای شخصی تعریف می شود. محوریت این جهت گیری کسب قضاوت مثبت دیگران نسبت به شخص است. هسته اصلی این جهت گیری توجه به مقایسه های اجتماعی است که در آن فرد باید از دیگری بهتر باشد و دیگران را پشت سر گذارد». جهت گیری عملکرد گرایشی مشابه جهت گیری خود افزایی در مدل اسکالویک (1997) و من اجتماعی در مدل میس و همکاران (1988) است. این جهت گیری هدف در مدل های میگلی و همکاران (1998)، الیوت و چرچ (1997) و الیوت و مک گریگور(2001) با همین عنوان مطرح شده است.
2: جهت گیری عملکرد گریزی
«جهت گیری عملکرد گریزی تمایل به اجتناب و دوری از قضاوت منفی دیگران نسبت به شخص تعریف می شود. در این جهت گیری نیز هسته اصلی توجه به مقایسه های اجتماعی است، لیکن تاکید بر گریز از حقارت و نگریسته شدن بعنوان فردی کند آموز محوریت این جهت گیری هدف است». جهت گیری عملکرد گریزی مشابه با جهت گیری خودکاستی در مدل اسکالویک (1997) و کار گریزی در مدل میس و همکاران (1988) است. این جهت گیری هدف در مدل های میگلی و همکاران (1998)، الیوت و چرچ (1997) و الیوت و مک گریگور (2001) با همین عنوان مطرح شده است.
ر: بلاتکلیفی در جهت گیری هدف
سازه سوم در پیشینه مدل های جهت گیری هدف کمتر مورد توجه بوده است. این سازه که از ان با عنوان بلاتکلیفی در جهت گیری هدف نام برده می شود در سه مطالعه مقدماتی این پژوهش در دانش اموزان و دانشجویان بخوبی قابل تشخیص بوده است شواهد تجربی حاصل از این مطالعات وجود این سازه را مورد تایید قرار داده است. «بلاتکلیفی در جهت گیری هدف به شک و تردید نسبت به ارزش فعالیت و تکلیف در فراگیران تعریف می شود. محوریت این جهت گیری تردید نسبت به این موضوع است که آیا یادگیری تکلیف منجر به دستیابی به شایستگی درونی و یا بیرونی خواهد شد». توجه به ابعادی از این سازه در کارهای سلیگمن (1975)، ورمونت (1992، 1996، 1998)، پرینس و همکاران(1998) مشاهده می شود. این سازه با سازه بی انگیزشی در مدل ریان و دی سی (2000) نزدیکی دارد. ریان و دی سی (2000) بی انگیزشی را حالت فقدان خواست برای فعالیت تعریف می کنند. از نظر این پژوهشگران هنگام بی انگیزشی رفتار فرد فاقد دلایل شخصی است. بی انگیزشی ناشی از ارزش نداشتن فعالیت (ریان، 1995) و عدم احساس شایستگی در انجام آن است و بلاتکلیفی در جهت گیری هدف تردید نسبت به ارزش فعالیت و شک در کسب شایستگی با انجام آن فعالیت است.
2-1-2 کمال گرایی:
سازه کما ل گرایی در گذشته مورد توجه نظر یه پردازان بزر گی همچون فرو ید، آدلر و مازلو بوده است (نورد بی و هال،1974) و در دهه های اخیر نیز مورد اقبال پژوهشگران بسیاری قرارگرفته است و هرکدام به فراخور دیدگاه خود تعر یف متفاوتی از آن ارائه داد ه اند. با این حال اکثر پژوهشگران، برا ین امر که معیارهای بلند مرتبه برای عملکرد، مفهوم محوری کمال گرایی است، توافق دارند.
هورنای(1950) کمال گرایی را شیوه ای از زندگی می داند که افراد برا ی رهایی از اضطراب اساسی آن را به کار می بندند و کمال گرایی را گرا یش روان رنجورانه به بی عیب و نقص بودن، کوچک ترین اشتباه خود را گناهی نابخشودنی پنداشتن و مضطربانه انتظار پیامد های شوم داشتن، تعریف می کند. هانلند (1978) بر این باور است که کمال گرایی نشان دهنده گرایش و علاقه فرد به درک محیط پیرامون خود به گونه قانون همه یا هیچ است که به موجب آن، نتا یج به شکل موفقیت ها یا شکست ها حاصل می شوند. گرچه مفهوم کمال گرایی به طور گسترده ای توجه روان شناسان را به خود جلب کرده است، اما هنوز به عنوان پدیده ای تقر یباً ناشناخته و ناسازگار تعریف شده است. سازه کمال گرایی مثبت و منفی، می تواند به صورت های به هنجار و نابه هنجار باشد(هماچک،2006).
به عقیده تری شوت و همکاران(2005) کسانی که کمال گرایی مثبت(به هنجار) دارند، معیارهایی را برای خود در نظر می گیرند، اما به جای این که ر سیدن و یا نرسیدن به آن معیارها برایشان مهم باشد، نفس تلاش کردن برا ی رسیدن به هدف در نظرشان اهمیت دارد. در واقع ا ین افراد از کار و تلاش زیاد لذت می برند و وقتی در انجام دادن یا ندادن کاری آزادند ، سعی می کنند آن را به بهترین نحوی که می توانند انجام د هند .
کمال گرایی مثبت به هنجار(نه تنها موجب مشکلی نمی شود، بلکه باعث می شود که فرد استعدادهای خویش را شکوفا سازد و به احساس رضایت شخصی بالایی دست یابد.
در مقابل، افراد کمال گرای منفی(نابه هنجار) یا روا ن رنجور، بیشتر در فکر آنند که مبادا اشتباهی از آ ن ها سر بزند؛ آن ها هیچ وقت احساس پیروزی نمی کنند. کسا نی که کمال گرایی منفی دارند ، حتی اگر از دیگران بهتر کار می کنند، بازهم احساس رضا یت نمی کنند، آن ها خود را سرزنش می کنند، هدف بالاتری را در نظر می گیرند و مدام در این زنجیره بی انتها گیر می کنند، همیشه با خودشان درگیرند و در نتیجه دچار انواع افسردگی و روان رنجورخویی می شوند.
کمالگرایی نقش مهمی در سبب شناسی، حفظ و مسیر آسیب های روانی بازی میکند؛ و با مکانیزم هایی از جمله معیارهای افراطی که باعث ایجاد قوانین انعطاف ناپذیر برای عملکرد می شود و نیز رفتارهایی همچون اجتناب و ارزیابی مکرر عملکرد، سوگیریهای شناختی همچون افکار دومقوله ای(اگان، پیک، دایک و ریز، 2007 ؛ واتسون، الفیک، دهر، استیل و ویلکچ،2010) توجه انتخابی به شکست و افزایش معیارها درمورد دستاوردها برجسته می شود(گلور، برون، فیربرن و شافران، 2007)
اروزکان، کاراکاس، آتا و آیبرک ( 2011 ) بیان میکنند کمالگرا کسی است که مجموعهای از استاندارهای سخت، غیرواقعی و بالا ایجاد میکند و هنگام ارزیابی عملکرد خود درگیر تفکر همه یا هیچ میشود. بنابراین، موفقیت تنها زمانی رخ میدهد که یک معیار بالا به دست آید و عملکرد فقط در چارچوب آن معیار بی عیب و نقص است. افراد کمالگرا تجارب شکست را بیش از حد تعمیم میدهند. بنابراین دور از انتظار نیست که پژوهشها حاکی از آن باشند که کمالگرایی با افسردگی، اضطراب، عزت نفس پایین، خودکشی، بیماری کرونری قلب و الکلیسم ارتباط داشته باشد. چرا که وقتی فرد پذیرش خود را مشروط به کسب موفقیتها و معیارها میداند، احتمالاً روند پیگیری اهداف به طورمؤثر، دچار مشکل خواهد شد و به دنبال آن، شکست و ناکامی در تحقق اهداف رخ خواهد داد، که این خود باعث ناکامی فرد در دستیابی به سایر اهداف و ایجاد شناختهای معیوب در فرد خواهد شد. بنابراین در طی این فرایند کمالگرایی مستوجب مشکلات و مسائل بسیار در فرد میشود. براساس پژوهشهایی که تاکنون در زمینه کمالگرایی انجام شده است ازجمله پژوهش استوبر، کمپ و کاف ( 2008 ) کمالگرایی پیامدهایی همچون افسردگی، اختلالهای روده ای و احساس گناه را به دنبال دارد. بنابراین به نظر میرسد لازم است این پیامدها در افراد تعدیل شوند. برخی از پژوهشگران بیان میکنند انواعی از کمالگرایی بهنجار، سازگارانه و سالم اند و این نوع کمالگرایی را میتوان از انواع روان آزرده، ناسالم و ناسازگارانه آن متمایز کرد(وینتر،2006) از نظر لی، اسکپسالیوان و کمپداش ( 2012 )، بین کمالگرایی بهنجار و روان آزرده تمایز وجود دارد . کمالگرایی بهنجار به عنوان تلاش برای معیار های معقول و واقعی تعریف شده است؛ کمالگرایی روان آزرده تمایل به تلاش برای معیارهای بسیار بالا است که با ترس از شکست و تمرکز بر مأیوس کردن دیگران ، همراه است. رویکرد دیگر برای تعریف و اندازه گیری کمالگرایی به وسیله هویت و فلت (1991) نقل از اروزکان و همکاران،2011) پایه گذاری شد. آنها نشان دادند که کمالگرایی از سه بعد جداگانه تشکیل شده است. کمالگرایی خودمدار، دیگرمدار و اجتماع مدار.
اگر کمالگرایی را به صورت یک طیف درنظر بگیریم در یک انتهای آن کمالگرایی روان آزرده، در انتهای دیگر افراد غیرکمال گرا و در جایی در این بین، کمالگرایی بهنجار و سالم قرار دارد که با معیارهای بالا، سطح بالای سازمان یافتگی و تلاش برای برتری مشخص میشود. افراد کمالگرا مستعد تجربه احساس گناه هستند. این حالت تنها در کمالگرایی ناسازگار دیده میشود، درحالیکه کمالگرایی سازگار، با تجربه احساس غرور همراه است(لی و همکاران،2012). همچنین شواهد نشان می دهد که کمالگرایی خودمدار و دیگرمدار با سطوح بالای احساس گناه آن هم به دنبال شکست در وظایف، همراه است(اگان، وید و شافران، 2011).
کمالگرایی اجتماع مدار، افراد را از تجربه احساس رضایت و غرور به هنگام دستیابی به نتایج عالی باز می دارد (استوبر و یانگ، 2010).
فروست و همکاران(1990) از شش بعد کمالگرایی یاد می کنند که عبارتند از اهداف و معیارهای شخصی، اهمیت دادن بیش از اندازه به اشتباه، انتظارات والدین، انتقادات والدین، تردید در اعمال و سازماندهی . از این میان، معیارهای شخصی و سازماندهی، تبیین کننده کمالگرایی مثبت یا سازگارانه و دیگر ابعاد تبیین کننده کمالگرایی منفی یا ناسازگارانه است.
فلت و هویت(1991) هم بر این باورند که کمالگرایی از سه بعد جداگانه که شامل کمالگرایی خودمدار، کمال گرایی دیگر مدار و کمال گرایی جامعه مدار تشکیل می شود. کمال گرایی خودمدار، یک مؤلفه انگیزشی شامل کوشش های فرد برای دستیابی به خویشتن کامل است و در این بعد افراد انگیزه قوی برای کمال، معیارهای بالای غیرواقعی و تفکر همه یا هیچ دارند. کمال گرایی دیگرمدار، یک بعد میان فردی و دربردارنده گرایش به داشتن معیارهای کمالگرایانه برای اشخاصی است که برای فرد اهمیت زیادی دارند، مانند گرایش های کمالگرایانه والدین برای فرزندانشان، در نهایت کمالگرایی جامعه مدار برداشتی شامل معیارهای کمالگرایانه یا غیرواقع بینانه تحمیلی از سوی دیگران بر فرد است و دسترسی به این معیارهای تحمیل شده اگر محال نباشد، حداقل دشوار است.
الف: کمال گرایی به عنوان سازه ای چند بعدی:
در آغاز دهه 1990 تغییری در تعریف و مفهوم بندی کمال گرایی از سازه ای تک بعدی به سازه ای چند بعدی دیده می شود.
دو گروه از محققان(فراست و همکاران،1990، هویت و فلت، 1991، 1991) کمال گرایی را به عنوان سازه ای چند بعدی تعریف کرده و به طور مستقل از هم دو مقیاس چند بعدی برای اندازه گیری آن طراحی کرده اند(ام پی سی). این دو دیدگاه در زیر مورد بررسی قرار گرفته است.
دیدگاه فراست و همکاران:
بر اساس بحث های نظری مطرح شده در زمینه کمال گرایی(هولندر،1965؛ هاماچک،1978، برنز، 1980، پاچت، 1984)، فراست و همکاران(1990) سازه ای را مطرح کرده اند که شش بعد دارد و ابزاری به نام مقیاس چند بعدی کمال گرایی برای اندازه گیری آن طراحی کردند که در بر گیرنده شش بعد می باشد: دو بعد بین فردی و چهار بعد درون فردی می باشد، این ابعاد عبارتنداز، معیار های شخصی، نگرانی درباره اشتباهات، شک درباره اعمال، انتظارات والدین، انتقادگری والدین و سازمان.
ب: معیار های شخصی:
منعکس کننده حدودی است که افراد معیار های بالایی برای خودشان بر می گزینند و خودشان را بر اساس دست یافتن به این معیار ها ارزیابی می کنند.
نگرانی درباره اشتباهات:
به حدودی گفته می شود که فرد اشتباهات را به عنوان شاخصی از شکست تعبیر می کند، به طوری منفی به اشتباهات واکنش نشان داده و فرض می کنند که دیگران نیز اشتباهات آن ها را به شکلی منفی ارزیابی می کنند.
شک درباره اعمال:

–6

1-3- تحلیل پوش آور مرسوم9
1-3-1- مطالعه مقایسه ای آنالیز استاتیکی غیرخطی با آنالیز دینامیکی غیرخطی9
1-3-2- اساس تحلیل استاتیکی فزاینده غیر خطی10
1-3-3- مزایا و نتایج قابل حصول از آنالیز پوش آور12
1-3-4- روش انجام تحلیل پوش آور مرسوم 13
1-3-5- ارکان اصلی در انجام آنالیز استاتیکی غیر خطی15
1-4- پوش آور مودی15
1-5- مقدمه ای بر آنالیز پوش آور تطبیقی 15
1-6- نتیجه گیری16
فصل دوم « بررسی ضریب رفتار و اجزاء تشکیل دهنده آن »
2-1- مقدمه18
2-2- تاریخچه مطالعاتی ضریب رفتار20
2-3- روشهای محاسبه ضریب رفتار20
2-3-1- روشهای آمریکایی22
2-3-1-1- روش طیف ظرفیت فریمن22
2-3-1-2- روش شکل پذیری یوانگ24
2-3-2- روشهای اروپایی27
2-3-2-1- روش تئوری شکل پذیری27
2-3-2-2- روش انرژی29
2-4- تشریح اجزای ضریب رفتار30
2-4-1- شکل پذیری30
2-4-1-1- ضریب شکل پذیری کلی سازه30
2-4-1-2- ضریب کاهش نیرو توسط شکل پذیری30
2-4-2- مقاومت افزون32
2-4-2-1- عوامل مؤثر در مقاومت افزون33
2-4-2-2- چگونگی محاسبه مقاومت افزون35
2-4-2-3- استفاده از ضریب مقاومت افزون در ترکیبهای بارگذاری آیین نامهها36
2-4-2-3- تاریخچه اعدادی محاسبه شده برای مقاومت افزون37
2-4-3- درجه نامعینی38
2-4-3-1- تئوری قابلیت اعتماد در سیستم های سازه ای 39
2-4-3-2- اثر نامعینی سازه ای در آیین نامه های مختلف42
2-4-3-3- آثار درجه نامعینی بر پاسخ لرزه ای سازه ها44
2-5- محاسبه ضریب رفتار توسط آنالیز تاریخچه زمانی44
2-5-1- معیار های عملکرد در آنالیز دینامیکی تاریخچه زمانی45
2-5-1-1- معیار تغییر مکان نسبی بین طبقات46
2-5-1-2- معیار پایداری46
2-6-روش بررسی ضریب رفتار با روند fema p695 47
2-7- نتیجه گیری56
فصل سوم « مدلسازی مسئله »
3-1-مقدمه58
3-2-فرضیات58
3-3-تحلیل استاتیکی خطی59
3-4-تحلیل پوش آور64
3-5-تحلیل دینامیکی غیر خطی(incremental dynamic analysis)68
فصل چهارم « ارزیابی ضرایب رفتار قاب ها »
4-1-مشخصات دینامیکی مدل ها74
4-2- ضریب بیش مقاومت74
4-3-محاسبه ظرفیت خرابی بوسیله آنالیز IDA76
4-4- بررسی خرابی83
فصل پنجم « نتیجه گیری »
5-1 نتیجه گیری85
منابع87

فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 2-1- مقادیر ضرایب نامعینی در ATC-19 و مقادیر محاسبه شده از پیشنهاد موسز42
جدول2-2- نسبت دقت برای نیاز طراحی48
جدول2-3- نسبت دقت برای آزمایش مصالح49
جدول2-4 جهت محاسبه SSF53
جدول2-554
جدول2-655
جدول 3-1 مشخصات مصالح59
جدول 3-2 انواع قاب ها60
جدول 3-3 نتایج تحلیل استاتیکی خطی62
جدول3-4 خروجی پوش آور68
جدول 3-5 انواع شتاب نگاشت و ضریب نرمال سازی شتاب نگاشت ها69
جدول4-174
جدول4-275
جدول4-3 خروجی پوش آور75
جدول4-476
جدول 4-577
جدول4-678
جدول4-778
جدول 4-8 خروجی IDA79
جدول 4-980
جدول 4-1081
جدول 4-1181
جدول 4-1281
جدول4-13 نهایی82

فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل 1-1 مراحل اعمال بار جانبی به سازه، از ایجاد تغییرشکلهای ارتجاعی تا آستانه فرو ریزش در آنالیز پوش آور11
شکل 1-2 منحنی پوش آور14
شکل 2-1 نمودار منحنی ظرفیت یک سازه متعارف25
شکل 2-2 مدل رفتاری ساده شده برای سیستم یک درجه آزاد28
شکل 2-3 طیف ارتجاعی و غیر ارتجاعی با شکل پذیری ثابت 32
شکل 2-4 حالت های کلی ناپایداری.47
شکل2-5نمودار پوش آور50
شکل 2-6 نمودار IDA52
شکل 3-1 مقدار و نحوه بار گذاری بار مرده برای مدل پنج سقف با پنج دهانه60
شکل 3-2 ابعاد تیر و ستون مدل پنج سقف با پنج دهانه63
شکل 3-3 مقدار آرماتور طولی برای مدل پنج سقف با پنج دهانه63
شکل 3-4 منحنی رفتار فولاد مورد استفاده65
شکل 3-5 نمودار پوش اور مدل پنج دهانه پنج سقف67
شکل 3-6 نمودار IDA پنج دهانه سه سقف72
شکل 4-1 نمودار IDA پنج دهانه پنج سقف76
شکل 4-2 نمودار ADI سه دهانه سه سقف77
شکل 4-3 پوش اور نمودار مدل 3x380
شکل 4-4نمودار جابجایی نسبی طبقات83
چکیده
در حال حاضر به نظر می رسد که در اغلب آیین نامه های طراحی لرزه ای مقادیر ضریب رفتار ارائه شده بر مبناء قضاوت مهندسی، تجربه و مشاهده عملکرد سازه در زلزله های گذشته و چشم پوشی از تراز مقاومت افزون استوار می باشد، به همین دلیل نیاز است که ضریب رفتار با استفاده از روش های معتبر مورد نقد قرار گیرد. بدین منظور در این پایان نامه بر آن شدیم که با استفاده از روند آیین نامه FEMA p695 این ضریب را برای قاب های متداول ایران مورد بحث قرار دهیم.که روال انجام آن مختصرا به شرح زیر است. ما از نه قاب بتن آرمه با تنوع یک و سه و پنج طبقه و تعداد دهانه یک و سه و پنج دهانه استفاده کردیم که طراحی مدلهای سازه ای متنوع از یک سیستم سازه ای با توجه به آیین نامه های طراحی و بارگذاری مربوط، تشخیص میزان اطمینان از رفتار لرزه ای سیستم سازه ای مورد نظر، انجام آنالیز استاتیکی غیر خطی برای محاسبه ضریب اضافه مقاومت سازه ها و ضریب شکل پذیری بر مبنای پریود، محاسبه نسبت مرز خرابی بوسیله آنالیز دینامیکی غیر خطی و مقایسه این نسبت با نسبتهای پیشنهادی آیین نامه با توجه به اصلاحات شکل طیفی و غیره. به این منظور از نرم افزار های ETABS, Seismostruct استفاده می شود.و در پایان به بررسی خرابی یک نمونه از مدل ها می پردازیم.و از جداول و نمودارها نتایج لازم استخراج می نماییم.
کلید واژه ها : ضریب رفتار ،ضریب اضافه مقاومت ،FEMA p695 ،قاب های خمشی بتن آرمه
فصل اول
« بررسی آنالیز استاتیکی غیر خطی »
در حال حاضر به نظر می رسد بهترین روش انجام آنالیزهای لرزه ای، آنالیز دینامیکی غیرخطی باشد ولی به دلیل پیچیدگی و زمان بر بودن آن محققین را بر آن داشته است تا طیف وسیعی از مطالعات در مورد آنالیز های استاتیکی غیرخطی موسوم به پوش آور مرسوم داشته باشند.با توسعه کاربرد تحلیل پوش آور در سالهای اخیر روشهای پوش آور پیشرفته متعددی برای لحاظ کردن اثر مود های بالاتر و همچنین اثر تغییرات مشخصات مودال سازه در طول تحلیل ناشی از تسلیم اعضاء پیشنهاد شده است. روشهای پیشنهادی عموماً برای لحاظ کردن اثرات مود های بالاتر از چندین تحلیل پوش آور با الگوی بارهای متناسب با اشکال مودی سازه استفاده می نماید و نتایج حاصل از این تحلیل ها با یکدیگر ترکیب می شوند. در این فصل فرایند توسعه روشهای پوش آور به طور کامل شرح داده می شود و در انتها آخرین نتایج به دست آمده توسط محققین ارائه می گردد.
1-1- مقدمه
در سالهای گذشته آنالیز ارتجاعی، بیشترین کاربرد را جهت تحلیل و بررسی رفتار سازه ها در مقابل زلزله داشته است، اما عملکرد سازه ها در زلزله ها نشان داده است که صرفاً تحلیلهای ارتجاعی برای این منظور کافی نیستند. آنالیز دینامیکی تاریخچه زمانی غیر خطی، دقیق ترین روش جهت بررسی رفتار سازه ها هنگام زلزله است، اما این روش بسیار وقت گیر و پیچیده است. در این شیوه برای آنالیز سازه نیاز به مجموعه ای از شتابنگاشتهای مختلف می باشد تا بتوان بر اساس نتایج بدست آمده از آنالیزهای انجام شده تصمیم مقتضی گرفت، ضمن اینکه تصمیم گیری در مورد نتایج بدست آمده نیاز به دانش و تخصص کافی در این زمینه دارد.
در پی مشکلات عنوان شده پژوهشگران پیوسته به دنبال روشی بوده اند که بتواند با سرعت بالاتری سازه ها را در ناﺣﯿﮥ غیر خطی تحلیل کند. در این راستا ایدﮤ تحلیل استاتیکی فزایندﮤ غیر خطی در سال 1975 توسط محققین مطرح گردید و گامهای اولیه در این زمینه برداشته شد.
در روش مذکور، موسوم به آنالیز پوش آور متداول، سازه تحت الگوی بارگذاری ثابت تا تغییر مکان معینی موسوم به تغییر مکان هدف جلو برده می شود، مگر اینکه فروریزش سازه زودتر از رسیدن به تغییر مکان هدف رخ دهد. بعد از انجام آنالیز قادر به استخراج نتایجی از قبیل منحنی ظرفیت سازه، تغییر مکان نسبی طبقات، نیروهای داخلی اعضاء و دیگر پاسخهای لرزه ای سازه خواهیم بود .
لازم به ذکر است در طی سالهای اخیر تحلیل پوش آور به عنوان یک فرایند کاربردی نقش موثری در جهت پیشرفت و توسعه آنالیز های لرزه ای بر مبنای عملکرد داشته است و به طور گسترده ای در آیین نامه ها و دستوالعمل های بهسازی لرزه ای سازه ها مورد استفاده قرار گرفته است. در طی فرایند تحقیقات به عمل آمده در مورد روشهای پوش آور از سوی محققین و در جهت رفع معایب پوش آور مرسوم که قادر نمی باشد اثر مودهای بالاتر و اثر تغییر مشخصات مودال سازه در طول تحلیل ناشی از تسلیم اعضاء در نظر بگیرد روشهای پوش‌آور جدیدی براساس مفاهیم ترکیب مودال سازه ارائه گردیده است. در سال 2002 روش MPAتوسط چوپرا وگوئل پیشنهاد شد. در این روش چندین تحلیل پوش‌آور با الگوی بار متناسب با اشکال مودی الاستیک چند مود اول انجام گرفته سپس پاسخ لرزه‌ای سازه از ترکیب پاسخ‌های حاصل از هر مود با استفاده از روش ترکیب مجموع مربعات (SRSS) بدست می‌آمد. از آنجایی که در مودهای بالاتر افزایش جابجایی بام متناسب با افزایش جابجایی سایر طبقات نمی‌باشد و حتی در برخی موارد با افزایش برش پایه طبقه بام در جهت عکس حرکت می‌کند لذا استفاده از جابجایی بام به عنوان نقطه کنترل تغییر مکان در مودهای بالاتر با ابهاماتی روبه‌رو بوده است. در سال 2004 چوپرا وگوئل برای رفع این نقیصه روش MMPA ارائه کردند. در تمام این تحلیل‌ها به علت آنکه الگوی بارگذاری ثابت است و باتوجه به کاهش سختی در طی تحلیل الگوی بار بهنگام نمی شود همچنان این آنالیز ها ازنتایج خوبی برخوردار نبود.
پس از چوپرا وگوئل با انجام مطالعات‌و بررسی‌ها در جهت رفع نواقص روش های قبلی، روشهایی ابداع شد که در هرمرحله با کاهش سختی ناشی از تسلیم اعضاء بارگذاری بهنگام می شود و در سالهای اخیر توسط آنتونیو و پینهو جدیدترین روشهای پوش‌آور تطبیقی APA که به صورت یک مدل تحلیل فیبری (Fiber)تحت عنوان روشهای FAPوDAPتوسعه یافته است. در ادامه پس از مروری بر آنالیز های لرزه ای مورد استفاده در آئین نامه ها به شرح کامل آنالیز استاتیکی غیر خطی خواهیم پرداخت.
1-2- مروری بر روشهای تحلیل لرزهای سازه ها
به منظور بررسی رفتار سازه در مقابل زلزله و همچنین طراحی لرزه‌ای، نیاز به تحلیل لرزه‌ای میباشد. انتخاب نوع تحلیل بستگی به عواملی همچون دقت مورد انتظار و توصیه آیین نامهها دارد. آنالیز لرزه‌ای سازهها به چهار روش استاتیکی و دینامیکیِ خطی و غیرخطی انجام می‌شود که در ادامه به آنها پرداخته خواهد شد.
1-2-1- تحلیل استاتیکی معادل
این روش از متداولترین شیوه‌های تحلیل لرزه‌ای است که در تمام آیین نامه‌های زلزله دنیا با اختلافاتی جزئی نسبت به یکدیگر از آن استفاده شده است. روش کار بدین گونه است که برش پایه طرح که درصدی از وزن سازه است و توسط ضریبی به نام ضریب زلزله بدست می آید، بر اساس یک الگوی بارگذاری مشخص در امتداد قائم سازه توزیع و به آن وارد میگردد. پس از این مرحله با استفاده از ترکیبات بارگذاری توصیه شده توسط آیین نامهها، تحلیل سازه با فرضیات و تئوری های حاکم بر رفتار ارتجاعی و خطی، انجام می گیرد و نیروهای داخلی اعضا استخراج و سپس طراحی صورت می پذیرد.
الگوی بارگذاری در آیین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله (استاندارد 2800 ایران) به شکل مثلثی و برگرفته از شکل مود اول الاستیک سازه است. در استاندارد 2800 ایران، نیروی برشی پایه ، مطابق رابطه زیر در ارتفاع ساختمان توزیع می گردد:
(1-1)
در رابطه (1-1):
: نیروی جانبی در تراز طبقهام، : ارتفاع طبقهام از تر از پایه،: ارتفاع طبقهام از تراز پایه، : وزن موثر طبقهام، : وزن موثر طبقهام و نیروی جانبی اضافی در تراز سقف که بوسیله رابطه زیر تعیین می شود:
(1-2)
نیروی نباید بیشتر از در نظر گرفته شود و چنانچه برابر یا کوچکتر از ثانیه باشد، می توان آن را برابر صفر اختیار نمود.
1-2-2- تحلیل دینامیکی خطی
از دیگر روشهای تحلیل لرزه‌ای سازهها که به طور کاربردی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد، تحلیل دینامیکی خطی است که به دو روش طیفی و تاریخچه زمانی صورت می‌پذیرد.
1-2-2-1- تحلیل دینامیکی طیفی یا تحلیل مودال
در این روش نیز مانند تحلیل استاتیکی معادل، رفتار اعضای سازه در طی تحلیل سازه ارتجاعی فرض می‌گردد. مشخصات دینامیکی سازه که در طی تحلیل از آن استفاده می‌گردد، مانند زمان تناوب مود‌ها و اشکال مودی، بر رفتار ارتجاعی استوار است. در این روش ابتدا مشخصات دینامیکی سازه در هر مود محاسبه می‌گردد (که امروزه این کار بوسیله نرم‌افزارهای تخصصی انجام می گیرد)، سپس شتاب پاسخ هر مود با توجه به زمان تناوب آن بر اساس طیف پاسخ زلزله مورد نظر یا طیف طرح آیین نامه محاسبه و به دنبال آن هر گونه پاسخ لرزه‌ای سازه در آن مود مانند برش پایه، نیروی طبقات، تغییرمکان نسبی طبقات، نیروی اعضا و ... طبق مشخصات دینامیکی آن مود بدست خواهد آمد. پس از آن با استفاده از روشهای آماری معتبر مانند جذر مجموع مربعات(SRSS) یا ترکیب مربعی کامل(CQC) پاسخ مودها با یکدیگر ترکیب و به این ترتیب پاسخ کلی حاصل می‌گردد.
1-2-2-2- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی خطی
فرضیات این تحلیل نیز مانند تحلیل طیفی خطی بر اساس رفتار ارتجاعی اعضا و سازه استوار است. شیوه تحلیل بدین گونه است که پی سازه تحت اثر شتابنگاشت زلزله مورد نظر با به کارگیری روابط دینامیک سازه تحلیل می‌شود و پاسخهای سازه در هر گام زمانی ثبت می گردد و مجموعهای موسوم به تاریخچه پاسخ حاصل می گردد. در نهایت مهندس طراح بر اساس تاریخچه های پاسخ سازه در مقابل شتابنگاشتها و اتکا بر دانش و قضاوت مهندسی، در مورد چگونگی کاربرد پاسخ ها جهت طراحی سازه تصمیم خواهد گرفت.
خصوصیات شتابنگاشتهای انتخاب شده جهت تحلیل به شرح زیر است.
الف- حداقل باید سه زوج شتاب نگاشت انتخاب گردد که در این صورت حداکثر بازتاب در هر لحظه زمانی از این سه زوج به عنوان بازتاب نهایی تلقی می‌گردد. از هفت زوج شتابنگاشت نیز جهت تحلیل می‌توان استفاده کرد که در این حالت، بازتاب نهایی مورد نظر، میانگین بازتاب‌های بدست آمده خواهد بود.
ب- ساختگاههای شتابنگاشتها باید به لحاظ ویژگیهای زمین شناسی، تکتونیکی، لرزه شناسی و خصوصیات لایه‌های خاک با زمین محل ساختمان، تا حد امکان مشابهت داشته باشند.
ج- مدت زمان حرکت شدید زمین در شتابنگاشتها، حداقل برابر با 10 ثانیه یا سه برابر زمان تناوب اصلی سازه، هرکدام که بیشتر است باشد .
1-2-3- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی
در تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی رفتار سازه در حوزه غیرارتجاعی تحت شتابنگاشت زلزله مورد نظر بررسی می‌گردد. جهت حصول نتایج مطلوب لازم است مشخصات غیرخطی اجزا از قبیل مقاومت، سختی، میزان شکل‌پذیری و همچنین رفتار چرخه‌ای کامل آنها که در نرم افزار مدلسازی می‌گردد، با مشخصات رفتار واقعی آنها مطابقت داشته باشد. این مشخصات معمولاً بوسیله مدلهای ساخته شده در آزمایشگاهها تعیین می شوند . محاسبه تحلیلی پاسخ دینامیکی سازهها در حوزه غیرخطی، حتی اگر تغییرات زمانی تابع تحریک، تابع سادهای باشد، معمولاً امکان پذیر نیست، در نتیجه روش اصلی برای تحلیل سیستم های غیرخطی، روشهای عددی است که از آن جمله می توان به دو روش تفاضل مرکزی و روش نیومارک اشاره نمود. امروزه این کار به عهده رایانه هاست و اساس تحلیل در آنها به روشهای عددی استوار است. در این روش در هر گام زمانی از تحلیل، سختی سازه اصلاح می گردد و پاسخ سازه در آن گام بر اساس سختی اصلاح شده محاسبه می گردد که ثبت پاسخ ها در گامهای زمانی مربوطه منجر به تهیه تاریخچه پاسخ واقعی سازه خواهد شد .
لازم بذکر است که تحلیل سازه به روش تاریخچه زمانی غیرخطی تا حدودی مشکل و وقت گیر است، ضمن اینکه مدلسازی اعضای آن و از طرف دیگر بررسی نتایج تحلیل نیاز به تخصص کافی در این زمینه دارد. این روش معمولاً جهت کارهای تحقیقاتی و تحلیل سازههای خاص و حساس بکار می رود.
بکارگیری روشهای دینامیکی در تحلیل لرزه‌ای کلیه سازه ها مناسب و اختیاری است، اما بر اساس استاندارد 2800 ایران برای ساختمانهای منظم با ارتفاع بیش از 50 متر از تراز پایه و ساختمانهای نامنظم بیش از 5 طبقه و یا ارتفاع بیش از 18 متر اجباری است.
با توجه به مسائل فوق و مشکل بودن این روش از تحلیل لرزه‌ای، محققین بدنبال روشی بوده اند که ضمن دارا بودن سرعت و دقت لازم در تحلیل، عملاً از سادگی نیز برخوردار باشد. حاصل تحقیقات، ارائه روش تحلیل استاتیکی غیرخطی (پوشآور) در چند دهه گذشته و روند تکاملی آن در سالهای اخیر بوده است. در ادامه به این موضوع پرداخته می‌شود.
1-3- تحلیل پوش آور مرسوم
1-3-1- مطالعه مقایسه ای آنالیز استاتیکی غیرخطی با آنالیز دینامیکی غیرخطی
درسالهای اخیرتحلیل استاتیکی غیرخطی درمقایسه با تحلیل های دینامیکی غیرخطی موردتوجه بیشتری قرارگرفته است.علت این مسأله توانایی تحلیل های استاتیکی غیرخطی درمحاسبه پارامترهای سازهای بدون نیازبه مدلسازی و محاسبات پیچیده خاص تحلیل های دینامیکی غیرخطی است .
توضیح اینکه هرچند از روش های دینامیکی غیرخطی به دلیل درنظرگرفتن توأم اثرات دینامیکی نیرو و رفتارغیرخطی اعضابه عنوان کاملترین روش یاد می شود،امابه دلیل مشکلاتی ازقبیل پیچیدگی،پرهزینه بودن وهمچنین حساسیت زیاد نتایج آن به دقت مدل وفرضیات حرکت زمین،که عدم توجه به آنها باعث کاهش شدید دقت نتایج خواهدشد،باعث می شود به سختی بتوان از این روش برای مسائل کاربردی ومهندسی استفاده کرد.
عامل مهم دیگر یکه باعث تمایل بیشتر به استفاده ازروش تحلیل استاتیک غیرخطی شده است، توانایی این روش دردنبال کردن گام به گام رفتارسازه درطول عملکردغیرارتجاعی آن وتعقیب مکانیزم شکست دراعضاءمی باشد،که این مسأله درتحلیل دینامیکی غیرخطی به سادگی میسرنمیشود. البته باید توجه داشت که دربکارگیری این روش های ساده شده بایدعدم قطعیتهاراموردتوجه قرارداد تا بتوان روش مذکوررابه عنوان ابزاری در روش های طراحی براساس عملکردگنجاند.
این روش به نحو مناسبی در سالهای اخیر مورد توجه مهندسین و محققین قرار گرفته و به عنوان ابزاری مناسب جهت تحلیل و تخمین نیاز لرزه‌ای سازه ها در محدوده غیر خطی مورد استفاده قرار گرفته است. روش مذکور جای خود را در بین روشهای آنالیز غیر خطی به خوبی باز نموده تا جائیکه در سالهای گذشته آیین نامه ها مباحث آنرا در سرفصل های خود جای داده اند، تاکنون گزارشها و دستورالعمل های متعددی از جمله سری آیین نامه های FEMA، ATC و همچنین دستورالعمل بهسازی لرزه ای ایران در این زمینه منتشر شده اند .
1-3-2- اساس تحلیل استاتیکی فزاینده غیر خطی
اساس کلی روش مذکور موسوم به آنالیز پوش آور مرسوم بدینگونه است که یک بار جانبی مطابق با الگوی بارگذاری ثابت و مشخصی به صورت فزاینده و گام به گام تا رسیدن به یک تغییر مکان از پیش تعیین شده به نام تغییر مکان هدف و یا فرو ریزش و خرابی نهایی سازه به آن اعمال می‌شود. سپس در آن تغییر مکان نیازهای لرزه‌ای سازه مورد مطالعه قرار می‌گیرد. در شکل (1-1) مراحل اعمال بار جانبی به سازه و تغییر شکل آن از حالت ارتجاعی تا فروریزش نشان داده شده است .

شکل (1-1): مراحل اعمال بار جانبی به سازه، از ایجاد تغییرشکلهای ارتجاعی تا آستانه فرو ریزش در آنالیز پوش آور
در این روش رفتار یک سیستم چند درجه آزاد از طریق یک سیستم یک درجه آزاد معادل مورد مطالعه قرار می گیرد. سیستم یک درجه آزاد معادل نماینده یک سیستم چند درجه آزادی در یک مود مشخص است که دارای خصوصیات مشابهی از جمله پریود و رفتار خطی و یا غیر خطی اجزاء می‌باشد. این مفهوم در مهندسی زلزله جایگاه و کاربرد ویژه ای دارد که می توان به تهیه طیف پاسخ زلزله بوسیله آن اشاره نمود.
ارتباط اصلی بین این دو سیستم در آنالیز استاتیکی غیر خطی بوسیله ضریب مشارکت مودی، مود اصلی سیستم چند درجه آزاد، ایجاد می گردد. این ضریب از رابطه (1-3) قابل محاسبه است.
(1-3)
که و به ترتیب بردار شکل مود اصلی و بردار جرم سیستم چند درجه آزاد می‌باشند.
حال با داشتن ضریب انتقال و نتایج تحلیل پوش آور سیستم چند درجه آزاد و بکارگیری رابطه (1-4) مشخصه های نیرو- تغییر شکل سیستم یک درجه آزاد تعیین می‌گردند.
(1-4)
در روابط فوقو به ترتیب تغییر مکان (بام) و برش پایه نظیر آن در سیستم چند درجه آزادی می باشند.
بدین ترتیب منحنی ظرفیت سیستم یک درجه آزاد معادل قابل ترسیم است.
اگر چه این روش از تئوری قوی برخوردار نیست اما مطالعات پژوهشگران نشان داده است که اگر مود اصلی در رفتار سازه حاکم باشد در نظر گرفتن ضریب انتقال به صورت ثابت در مقابل تغییرات کوچک تا متوسط بردار شکل هنوز می تواند تخمین خوبی جهت تبدیل سیستم چند درجه آزاد به یک درجه آزاد باشد.
حداکثر تغییر مکان سیستم یک درجه آزاد معادل، که در معرض حرکات زمین ناشی از زلزله قرار گرفته است را می توان بوسیله طیف های ارتجاعی، غیر ارتجاعی و یا آنالیز تاریخچه زمانی بدست آورد. پس از تعیین تغییر مکان در سیستم یک درجه آزاد، حداکثر تغییر مکان سیستم چند درجه آزاد با استفاده از رابطه (1-4) تخمین زده خواهد شد.
لازم به توضیح است که تخمین و محاسبه تغییر مکان حداکثر یک سیستم یک درجه آزاد در مقابل حرکات زمین، موسوم به تغییر مکان هدف از طریق طیف پاسخ و یا آنالیز تاریخچه زمانی گستردهای همچون تحلیل طیف ظرفیت را در بر می‌گیرد.
1-3-3- مزایا و نتایج قابل حصول از آنالیز پوش آور
با توجه به اینکه این روش از تحلیل، رفتار سازه را در حالت غیر ارتجاعی نیز بررسی می کند بسیاری از خصوصیات رفتاری سازه که در روشهای خطی قابل دستیابی و مشاهده نیست و از نظر پنهان می‌ماند را هر چند همراه خطا و دارای تقریب، نمایان می کند با چنین اطلاعاتی دقت و میزان صحت تصمیم گیری مهندس و یا محقق جهت اقدامات بعدی افزایش می یابد از جمله موارد کلی استفاده از نتایج تحلیل پوش آور می توان به تهیه منحنی ظرفیت سازه (برش پایه در مقابل تغییر مکان بام) در مقابل بار جانبی اعمال شده تخمین تغییر مکان نسبی طبقات، برآورد میزان چرخش مفاصل پلاستیک ایجاد شده، تخمین تغییر مکان جانبی سازه و هرگونه پاسخ سازه نسبت به حرکات زمین و بار جانبی که جهت بررسی رفتار لرزه ای سازه بدان نیاز داریم اشاره نمود.


نتایج قابل مشاهده و دریافت از آنالیز استاتیکی غیر خطی که توسط کراوینکلر و سنویراتنا (1988) ارائه شده به قرار زیر است .
1- برآورد نیروهای واقعی در اعضای ترد و غیر شکل پذیر از قبیل نیروی محوری در ستونها و لنگر ایجاد شده در اتصالات تیر به ستون و برش در اعضای کوتاه که رفتار برشی در آنها حاکم است.
2- تخمین تغییر شکل مورد نیاز اجزاء سازه که جهت اتلاف انرژی ناشی از زلزله باید در ناحیه غیر ارتجاعی تحمل نمایند.
3- اثرات کاهش مقاومت اجزای خاص بر پایداری سازه.
4- تعیین محل های بحرانی در سازه مانند مکانهایی که دچار تغییر شکل های زیاد می شوند.
5- تعیین نامنظمی های در پلان یا ارتفاع که باعث تغییر در مشخصات دینامیکی سازه در ناحیه غیر ارتجاعی می گردند.
6- تخمین تغییر مکانهای داخلی طبقات با در نظر گیری ناپیوستگی سختی و مقاومت (مانند طبقه نرم) و جلوگیری از این نوع خرابی ها در سازه.
7- ترتیب جاری شدن و شکست اعضاء و بررسی پیشرفت منحنی ظرفیت سازه.
8- بررسی کفایت مسیر بار با در نظر گیری تمام اجزاء سازه ای و غیر سازه ای سیستم به عبارت دیگر بررسی کفایت مسیر انتقال بار جانبی با توجه به ترکیب هندسی موجود سازه.
9- پارامترهای رفتار لرزه ای سازه (مثل شکل پذیری، ضریب رفتار، ...)
1-3-4- روش انجام تحلیل پوش آور مرسوم
منحنی ظرفیت سازه به عنوان نموداری که محورافقی آن تغییرمکان افقی نقطه کنترل سازه می باشدومحورقائم آن برش پایه اعمالی بهسازهاست،ازتحلیل استاتیکی فزاینده غیرخطی حاصل میشود. نمونهای از منحنی ظرفیت سازه در شکل (1-2) نشان داده شده است.تحلیل استاتیکی فزاینده غیر خطی سازهبا استفاده از نرمافزارهایینظیر ETABS،SAP2000 و .. .به راحتی قابل انجام است.
نامهای انجام یک تحلیل استاتیکی فزاینده غیرخطی به صورت زیرفهرست میشود.

شکل(1-2): منحنی پوش آور[10].
1- ایجادیک مدل ریاضی از سازه.
2-اعمال بارجانبی به سازه،پس ازتعیین الگوی بارگذاری جانبی.
3-افزایش بارجانبی اعمالی به سازه تاجاییکه بعضی ازاعضای سازه به حدتسلیم برسند.
4-ثبت برش پایه اعمالی درآن مرحله وتعیین تغییرمکان نقطه کنترل برای کنترل رفتار و استفاده درمراحل بعد،ثبت نیروهای سایراعضا نیزلازم است.
5-بازسازی مدل با فرض سختی جانبی صفر برای اعضای جاری شده سازه.
6-افزایش بارجانبی بهسازه تاجاییکه عضوهای دیگری ازسازه جاری شوند.
7-ثبت برش پایه وتغییرمکان نقطه کنترل.
8- روند 3 تا 7 تاجائی تکرارمیشوندتا اینکه سازه یا براثرعواملی مانند ناپایدار شود و یا اینکه به تغییر مکان مشخص ازپیش تعیین شدهای برسد.
9-رسم برش پایه بدست آمده درمراحل مختلف درمقابل تغییرمکان نقطه کنترل سازه.
1-3-5- ارکان اصلی در انجام آنالیز استاتیکی غیر خطی
در آنالیز استاتیکی فزاینده غیر خطی سه مطلب اساسی باید مورد توجه قرار گیرد که عبارتند از مشخصات غیر خطی اجزاء، الگوی بارگذاری جانبی و تعیین تغییر مکان هدف. عدم شناخت کافی نسبت به موارد مذکور باعث ایجاد خطا در نتایج و تشدید آن در مراحل بعدی خواهد شد .
استفاده از الگوی بارگذاری متناسب با واقعیت، مدلسازی دقیق رفتار غیر خطی اجزاء سازه و تعیین تغییر مکان هدف صحیح، منجر به کسب نتایج با دقت بیشتر و تخمین مناسب نیازهای لرزه ای در آنالیز سازه خواهد شد. در ادامه به آنها پرداخته می شود.
1-4- پوش آور مودی
استفاده از روشهای تحلیل استاتیکی غیرخطی درتخمین عملکردسازههادرهنگام زلزله بسیار مورد توجه متخصصین قرارگرفته است. از فرضیات این روش این است که، رفتارسازه توسط موداول کنترل می گردد وشکل این مود درتمامی مدت تحلیل ثابت می ماند،که هر دوی این فرضیات غلط می باشند.امانتایج نشان دهندهتقریب مناسب اینروش می باشد. درجهت بهبود هرچه بیشترروش تحلیل استاتیکی فرایندهغیرخطی، روش تحلیل استاتیکی فزاینده غیرخطی مودی(MPA) باتوجه به اصول دینامیک سازههاارائه شده است که امکان در نظرگیری تمامی مودهای مؤثردرپاسخ سازه رابه کاربرمی دهد.
1-5- مقدمه ای بر آنالیز پوش آور تطبیقی
با محاسبه سختی لحظه ای اعضاء و در نتیجه ماتریس سختی کل در هر گام از آنالیز در هنگام اعمال بار جانبی به سازه، شاهد کاهش سختی سازه خواهیم بود. این موضوع نه تنها باعث تغییر پاسخ سازه به حرکات زمین می گردد، بلکه همچنین باعث تغییر توزیع نیروهای اینرسی در ارتفاع سازه خواهد شد. برای تحقق این فرضیات باید از آنالیز پوش آور تطبیقی استفاده گردد و همچنین در هرگام با توجه به کاهش سختی المانهای سازه باید الگوی بارگذاری اصطلاحاً به هنگام گردد. همانطور که در قسمت نواقص و معایب آنالیز پوش آور متداول بیان گردید، تغییرات فوق در خلال آنالیز منظور نمی گردد و الگوی بارگذاری با یک توزیع ثابت به سازه وارد می شود و این یک منبع خطای مهم در ارزیابی لرزه ای سازه محسوب می گردد. اساس روش پوش آور تطبیقی به دو گونه انجام می شود؛ پوش آور تطبیقی مبتنی بر نیرو و مبتنی بر جابجایی.
1-6- نتیجه گیری
در این فصل با توجه به نتایج مشاهده شده توسط روش های تحلیل پوش آور به هنگام شونده و مقایسه روش پوش آور تطبیقی مبتنی بر نیرو با نتایج آنالیز دینامیکی غیر خطی و پوش آورهای متداول، طبق نتایج بدست آمده از این روش در سازه های کوتاه به علت تاثیر کمتر اثر مود های بالاتر می توان گفت نتایج این آنالیز معتبر است ولی مطابق با بررسی های که توسط پاپینکولار و النشای در سال 2006 انجام داده اند و ثابت نمودند به دلیل اینکه در روش FAP به علت استفاده از قوانین ترکیب مودال درجه دوم مثل SRSS تغیر علامت نیرو های مودال در طبقات مختلف مود های بالا تر از بین رفته و علامت مولفه های بردار الگوی بار اعمالی در تمام طبقات یکسان است، می توان گفت نتایج تحلیلیFAP در سازه های بلند که اثر مود های بالاتر تاثیر گذاری بیشتری دارند، نه تنها بهبودی در نتایج حاصل نکرده است، بلکه نتایج به سمت مسیر گمراه کننده پیش می رود. در مقابل، نتایج بدست آمده از آنالیز پوش آور تطبیقی بر اساس جابجایی در سازه های بلند دارای نتایج قابل قبول تری نسبت به آنالیز مبتنی بر نیرو و پوش آورهای دیگر می باشد.
فصل دوم
« بررسی ضریب رفتار و اجزاء تشکیل دهنده آن »
آیین نامه های طراحی لرزه ای، نیرو های لرزه ای برای طراحی ارتجاعی سازه را از یک طیف خطی که وابسته به زمان تناوب طبیعی سازه و شرائط خاک محل احداث سازه می باشد، به دست میآورند و جهت در نظر گرفتن اثر رفتار غیر ارتجاعی و اتلاف انرژی بر اثر رفتار هیسترتیک ، میرائی و اثر مقاومت افزون سازه، این نیروی ارتجاعی را به وسیله ضریب کاهش مقاومت یا به عبارت دیگر ضریب رفتار سازه به نیروی طراحی مبدل می نماید. در حال حاضر به نظر می رسد که در اغلب آیین نامه های طراحی لرزه ای مقادیر ضریب رفتار ارائه شده بر مبناء قضاوت مهندسی، تجربه و مشاهده عملکرد سازه در زلزله های گذشته و چشم پوشی از تراز مقاومت افزون استوار می باشد، به همین دلیل محققین روش های تئوریکی جهت محاسبه ضریب رفنار ارائه نموده اند که در این فصل به طور کامل تشریح گردیده است.
2-1- مقدمه
به طور کلی می توان گفت طراحی سازه ها بر اساس آنالیز های لرزه ای بر این مبناء است که رفتار ساختمان در مقابل نیرو های ناشی از زلزله های کوچک، بدون خسارت در محدوده ارتجاعی باقی بماند و در هنگام وقوع زلزله های شدید که رفتار سازه وارد ناحیه غیر خطی می شود ضمن حفظ پایداری کلی خود، خسارتهای سازه ای و غیر سازه ای را تحمل کند، به همین منظور طراحی لرزه ای سازه در هنگام ورود به ناحیه غیر خطی مستلزم آنالیز های غیر خطی می باشد.
می توان گفت یک تحلیل دینامیکی غیر خطی بیانگر رفتار صحیح و واقعی سازه به هنگام وقوع زلزله می باشد امّا با توجه به پیچیده بودن و پر هزینه بودن آنالیز های غیر خطی و زمان بر بودن این نوع تحلیل ها، روشهای تحلیلی بر مبناء آنالیز در محدوده رفتار خطی سازه با نیروی کاهش یافته زلزله صورت می گیرد.
از طرفی تحلیل و طراحی سازه ها صرفا بر اساس رفتار ارتجاعی اعضاء و عدم توجه به رفتار غیر خطی در هنگام وقوع زلزله باعث ایجاد شدن طرحی غیر اقتصادی که شامل مقاطع سنگین برای طرح خواهد بود می شود.
از اینرو آیین نامه های لرزه ای، نیرو های برای طراحی ارتجاعی سازه را از یک طیف خطی که وابسته به زمان تناوب طبیعی سازه و شرائط خاک محل احداث سازه می باشد، به دست می آورند و جهت در نظر گرفتن اثر رفتار غیر ازتجاعی و اتلاف انرژی بز اثر رفتار هیسترتیک، میرایی و اثر مقاومت افزون سازه این نیروی ارتجاعی را به وسیله ضریب کاهش مقاومت یا به عبارت دیگر ضریب رفتار سازه به نیروی طراحی مبدل می نمایند.
با توجه به اینکه ضرائب رفتار تعین شده توسط آیین نامه های لرزه ای بر پایه مشاهدات عملکردی سیستم های سازه ای مختلف در زلزله های اتفاق افتاده و بر اساس قضاوت مهندسی استوار است در جهت رفع نگرانی پژوهشگران بابت فقدان ضرائب رفتار معقول و مبتنی بر مطالعات تحقیقاتی و پشتوانه محاسباتی در سالهای اخیر آیین نامه ها لرزه ای بر این اساس مدون گردیده اند که رفتار های هیستر تیک، شکل پذیری، مقاومت افزون، میرایی و ظرفیت سازه در هنگام استهلاک انرژی را جهت محاسبه ضریب رفتار در نظر بگیرند.
در این فصل به طور کلی تمام اجزاء ضریب رفتار شرح داده می شود.
2-2- تاریخچه مطالعاتی ضریب رفتار
در اغلب آیین نامه های طراحی لرزه ای مقادیر ضریب رفتار ارائه شده بر مبناء قضاوت مهندسی، تجربه و مشاهده عملکرد سازه در زلزله های گذشته و چشم پوشی از تراز مقاومت افزون استوار می باشد. به همین دلیل مقادیر عددی ضرائب رفتار به کار برده در آیین نامه ها مختلف متفاوت می باشد به طوری که می توان گفت محدوده عددی ضریب رفتار برای سازه های بتن مسلح با سیستم قاب خمشی در آیین نامه های اروپایی مانند EC8 بین عدد های 5/1 تا 5 است در صورتیکه برای همین نوع سیستم سازه ای در آیین نامه های آمریکایی مقادیر ضریب رفتار تا عدد 8 هم بیان گردیده است، از اینرو می توان گفت سازه هایی که مطابق آیین نامه های EC8 طراحی شده اند دارای طراحی های سنگین تری نسبت به طراحی های که مطابق آیین نامه های آمریکایی انجام گرفته است می باشند. اگر به طور خاص آیین نامه طراحی لرزه ای ایران را مورد مطالعه قرار دهیم، می توان گفت به دلیل آنکه ضرائب رفتار تعین شده بر مبناء قضاوت مهندسی است دارای کاستی هایی به شرح زیر می باشد:
1- برای سیستم های سازه ای، از یک نوع با ارتفاع ها و زمان تناوب ارتعاش متفاوت از ضرائب رفتار یکسانی استفاده میشود.
2- در R تاثیر شکل پذیری و مقاومت افزون و درجه نامعینی به صراحت نیامده است.
3- اثر لرزه خیزی منطقه در Rلحاظ نشده است.
4- اثر شرائط خاک در R لحاظ نشده است.
2-3- روشهای محاسبه ضریب رفتار
همانطور که از پیش ذکر شد روشهای سنتی چگونگی محاسبه ضریب رفتار برای سیستم های سازه ای بر اساس قضاوت مهندسی انجام می شده است، در طی سالهای اخیر روشهای علمی قابل اعتماد و جدیدی توسط تحقیقات نیومارک ارائه گردیده است.
می توان گفت جدید ترین رابطه های ارائه شده برای ضریب رفتار رابطه ای است که سه عامل شکل پذیری، مقاومت افزون و در جه نامعینی را در بر دارد. دو عامل شکل شکل پذیری و مقاومت افزون برای کشور های مختلف می تواند متفاوت می باشد، زیرا به متغیر های کیفی و کمی متعددی مانند فرهنگ ساخت و ساز و روشهای اجرائی، ناحیه لرزه خیزی و آیین نامه بارگذاری و طراحی بستگی دارد.
از اوائل دهه 1980 در انجمن فن آوری کاربردی (ATC) در طی پژوهشهای فریمن و یوانگ تلاش محققین به سمت تجزیه ضریب رفتار به عوامل تشکیل دهنده آن سوق پیدا نمود.
قابل توجه است که عامل نامعینی ابتدا در آیین نامه های ATC-19 و ATC-40 و سپس در آیین نامه UBC-1997 مطرح گردید.
در سال 1995 محققین برای محاسبه ضریب رفتار رابطه (2-1) را پیش نهاد نمودند.
(2-1)
که در رابطه فوق ضریب کاهش نیرو ناشی از مقاومت افزون و ضریب کاهش نیرو ناشی از شکل پذیری و کاهش نیرو ناشی از نامعینی یا به عبارت دیگر ضریب درجه نامعینی سازه می باشد.
به طور کلی تقسیم بندی که در مورد روشهای محاسبه ضریب رفتار می توان گفت به صورت زیر می باشد:
1- روش های آمریکایی
2- روشهای اروپایی
در طی مطالعات پزوهشگران گذشته روشهای آمریکایی نسبت به روشها اروپایی از ابتکار عمل ساده تری برخوردار بوده اند، به همین جهت در این رساله برای به دست آوردن نتایج ضریب رفتار صرفا" از روش های آمریکایی استفاده گردیده است.
2-3-1- روشهای آمریکایی
از بین روشهای آمریکایی دو روش طیف ظرفیت فریمن و روش یوانگ معتبر تر می باشند از اینرو در ادامه به صورت جزئی به شرح کامل این دو روش می پردازیم.
2-3-1-1- روش طیف ظرفیت فریمن
در سال 1990 فریمن یک روش تحلیلی جهت محاسبه ضریب رفتار تحت تاثیر پارامتر هایی مطابق با رابطه زیر ارائه نموده است.
(2-2)
به طور کلی هر کدام از پارامتر های رابطه فوق به عوامی زیر وابسته می باشد.
1- سیستم سازه ای
2- آرایش قابها
3- ترکیب بار ها
4- درجه نامعینی
5- میرایی سازه
6- ویژیگی های رفتار غیر خطی سازه
7- خصوصیات مصالح
8- نسبت ابعاد ساختمان
9- چگونگی مکانیزم خرابی و عوامل دیگر.
با توجه به گستردگی دامنه تاثیر گذاری عوامل مختلف بر پارمتر های اجزاء ضریب رفتار به ندرت می توان گفت که دو سازه ضریب رفتار یکسانی خواهند داشت.
در ادامه تحقیقات از بین عوامل تاثیر گذار بر ضریب رفتار یک سازه دو عامل ظرفیت سازه و نیرو های ناشی از زلزه را می توان از عوامل اصلی نام برد، که فریمن تمام عوامل فوق را به دو عامل اصلی ظرفیت افزایش یافته سازه و احتیاجات لرزه ای بسط داده است.
در این روش ظرفیت افزایش یافته به اصطلاح مقاومت افزون نام دارد و با نمایش داده می شود. ضریب مقاومت افزون را می توان از یک تحلیل استاتیکی غیر خطی با رسم منحنی ظرفیت سازه (برش پایه- تغیر مکان نقطه بام) از نسبت ضریب برش تسلیم کلی سازه به ضریب برش پایه متناظر با تشکیل اولین مفصل پلاستیک در سازه به دست آورد. عوامل موثری که در محاسبه این ضریب نقش دارند به شرح زیر می باشند.
1- ضرائب بار و ضرائب کاهش مقاومت مصالح
2- طراحی دست بالای اعضاء
3- سختی کرنشی
4- نامعینی سازه
5- شکل پذیری سازه
احتیاجات لرزه ای یا به عبارت دیگر ضریب کاهش نیرو در اثر شکل پذیری که با نمایش داده می شود، می توان گفت از رفتار غیر خطی سازه که منجر به میرایی و استهلاک انرژی می شود، به وجود آمده است. فریمن جهت محاسبه ضریب کاهش نیرو روش زیر را ارائه گردیده است:
در هنگام وقوع زلزله هر چه رفتار سازه از حد ارتجاعی فراتر رود سختی آن کاهش یافته و میرایی افزایش می یابد، در واقع در هنگام زلزله با ایجاد مفاصل پلاستیک در اعضاء سازه، سازه شکل پذیر تر می شود و به تبع افزایش شکل پذیری زمان پریود ارتعاشی سازه و همچنین میرایی سازه افزایش پیدا خواهد کرد و در نتیجه ی تمام این فرایند ها، کاهش نیرو های وارد بر سازه را خواهیم داشت.
در صورتیکه زمان پریود اولیه سازه که می تواند زمان پریود محاسباتی یا زمان پریود به دست آمده از آیین نامه باشد را بنامیم و زمان پریود ناشی از تغیر سختی که سازه وارد مرحله غیر خطی شده است را بنامیم، مقدار از نسبت مقدار نیروی مورد نیاز برای سازه با طیف ظرفیت 5% میرایی با زمان پریود ارتعاش اولیه به مقدار نیروی مورد نیاز در میرایی غیر خطی 20% سازه به دست خواهد آمد.
طبق مطالب فوق توسط روش فریمن ضریب رفتار از رابطه (2-3) محاسبه خواهد شد.
(2-3)
که در رابطه فوق ضریب مقاومت افزون و ضریب کاهش نیرو می باشد.
2-3-1-2- روش شکل پذیری یوانگ
در سال 1991 توسط محقق آمریکایی یوانگ با استفاده از نمودار منحنی ظرفیت سازه برای محاسبه ضریب رفتار رابطه ای به صورت زیر معرفی نمود.
(2-4)
که در رابطه (2-4) کاهش نیرو در اثر شکل پذیری سازه که تسبت به و ضریب مقاومت افزون می باشد، در ادمه پارامتر های معرفی شده را به طور کامل تشریح می نماییم.
می توان با در نظر گرفتن رفتار کلی یک سازه متعارف طبق شکل(2-1) مقدار مقاومت ارتجاعی مورد نیاز، در صورتیکه سازه کلا" در محدوده ارتجاعی باقی بماند پارامتر تعریف کنیم.

شکل (2-1): نمودار منحنی ظرفیت یک سازه متعارف
به طور کلی می توان گفت طراحی صحیح سازه منجر به شکل پذیر تر شدن سازه خواهد شد، در این وضعیت سازه می تواند به حداکثر مقاومت خود که با پارامتر معرفی می شود، برسد. در نتیجه می توان گفت هرچه از مقاومت حداکثر اعضاء در هنگام آنالیز های لرزه ای استفاده شود طرحی بهینه تر حادث می شود.
در شکل(2-1) حداکثر تغیر شکل نسبی ایجاد شده در طبقه می باشد که می توان گفت محاسبه مقدار با مقاومت حد خمیری سازه یا مقاومت نهایی به هنگام ایجاد مکانیزم گسیختگی متناظر بوده و احتیاج به تحلیل غیر خطی دارد به همین علت برای مقدار به صورت مستقیم رابطه ای مشخص نگردیده است از اینرو جهت مقاصد طراحی در برخی از آیین نامه ها مقدار را به مقدار کاهش می دهند.
نمایشگر تشکیل اولین مفصل پلاستیک در کل سازه می باشد و مقدار آن ترازی است که در آن پاسخ کلی سازه به گونه قابل توجهی از محدوده ارتجاعی سازه خارج شده است.
اختلاف مقدار نیرو های و را اصطلاحا مقاومت افزون () تعریف می نمایند، طبق رابطه (2-5).
(2-5)
لازم به ذکر است به علّت اینکه در بعضی از آیین نامه های طراحی بتنی یا فولادی از روشهای بار مجاز استفاده می نمایند، از اینرو آیین نامه های طراحی لرزه ای مانند آیین نامه های 2800 ایران، UBC-1994 و SEAOC-1988 مقدار را به کاهش می دهد. نسبت ضریب رفتار به دست آمده در آیین نامه های UBC-1994 و SEAOC-1988 (که با نمایش داده می شود) و 2800 ایران (که با R نمایش داده می شود) به ضریب رفتار به دست آمده در مقررات UBC-1997 یا NEHRP-2000 حدودا" عددی بین 4/1 تا 5/1 می باشد.
مزیت استفاده روش فوق این است که طراح، تنها یک تحلیل ارتجاعی انجام میدهد و سپس با استفاده از آیین نامه های جاری، ابعاد المانهای سازه ای را تعین مینماید.
طی تحقیقات به عمل آمده به علّت استفاده ازبه جای دو مشکل ایجاد می شود که عبارتند از:
1- محاسب قادر نخواهد بود مقاومت سازه را تعیین کند، لذا در صورتی که مقدار مقاومتی که به صورت ضمنی در آیین نامه های زلزله برای مقدار ضریب کاهش فرض شده است (مقاومت افزون) تامین نشود، رفتار سازه در زلزله های شدید رضایت بخش نخواهد بود.
2- مقادیر تغیر مکانهای غیر ارتجاعی را نمی توان باتحلیل ارتجاعی خطی محاسبه نمود که آیین نامه ها معمولا" از ضرائب تشدید تغیر مکانهای ارتجاعی () استفاده می نمایند.
محاسبه رابطه (2-4) در بعضی از آیین نامه ها مثل UBC-1997 ، IBC-2000 ، NEHRP-2000 مطابق با تنش های در حالت حد نهایی است ولی مطابق بعضی از آئین نامه هایی چون 2800 ایران، UBC-1988 یا UBC-1994 و.... باید ضریبی به نام Y برای طراحی بر اساس تنش های مجاز در رابطه (2-4) ضرب شود.
ضریب Y بر اساس برخورد آیین نامه های مصالح با تنش های طراحی (بار مجاز یا بار نهایی) تعین می شود و مقدار آن نسبت نیرو در هنگام تشکیل اولین مفصل پلاستیک () به نیروی پایه سازه دز هنگام ایجاد تنش های مجاز () می باشد.
(2-6)
طبق نتایج به دست آمده ضریب Y در محدوده 1.4تا 1.5 می باشد و برای مثال نتایج آیین نامه AISC-ASD1989 مطابق رابطه (2-7) برابر با1.44 می باشد.
(2-7)
در رابطه (2-7): Z مدول خمیری و S مدول ارتجاعی می باشد و اضافه تنش مجاز به هنگام اثر نیرو های زلزله است. می توان گفت مقدار 4/1 برای در نظر گرفتن ضریب بار مرده در آیین نامه بتن ACI-318 مشابه ضریب Y در رابطه (2-7) می باشد.
طبق پارامتر های تعریف شده فوق رابطه (2-8) برای محاسبه ضریب رفتار توسط روش یوانگ معرفی گردیده است.
(2-8)
2-3-2- روشهای اروپایی
در سالهای اخیر، پژوهشگران اروپایی نیز همگام با محققان آمریکایی به تحقیق در مورد برآورد ضرایب رفتار سازهها پرداخته اند. عمدتاً روشهایی که توسط اروپاییها مورد استفاده قرار گرفته به دو گروه تقسیم می شود: روشهای متکی بر تئوری شکل پذیری و روشهای انرژی. در ادامه این روشها به اختصار معرفی می شوند.
2-3-2-1- روش تئوری شکل پذیری
این روش که بر مبنای تئوری شکل پذیری استوار است اولین بار توسط کاسنزا و همکاران در سال 1986 معرفی شده است. در این روش، ضریب رفتار () با توجه به شکل (2-2)، از رابطه (2-9) بدست می آید:
(2-9)
در رابطه (2-9): : ضریب ارتجاعی بحرانی برای بارهای قائم و : پارامتر وابسته به زمان تناوب ارتعاش سازه است و از رابطه (2-10) بدست می آید:
(2-10)
با توجه به دو رابطه اخیر میتوان را از رابطه (2-11) بدست آورد:
(2-11)
جهت تکمیل روش فوق، در سال 1996، مازولانی با استفاده از نتایج حاصل از پاسخ سیستمهای یک درجه آزاد، رابطه (2-12) را برای پیشنهاد کرده است.
(2-12)
از این رو برای زمانهای تناوب بزرگتر از ثانیه، دارای مقدار ثابت و برای یک تابع خطی از زمان تناوب است.

شکل (2-2): مدل رفتاری ساده شده برای سیستم یک درجه آزاد [25]
2-3-2-2- روش انرژی
روش انرژی بر این فرض استوار است که حداکثر انرژی جنبشی ناشی از یک زلزله شدید با حداکثر انرژی که یک سازه قادر است جذب نماید، برابر است. معادله تعادل انرژی در یک سازه بصورت رابطه (2-13) است.
(2-13)
در رابطه (2-13): : حداکثر انرژی جنبشی قابل جذب و استهلاک در سازه، : انرژی ذخیره شده در سازه در مرحله تغییر شکل ارتجاعی، : انرژی ذخیره شده طی تغییر شکلهای غیرارتجاعی در سازه و کار انجام شده توسط نیروهای قائم در کل روند تغییر شکل سازه می باشد.
اگر طیف پاسخ شتاب زمین، در زلزله طراحی و انرژی جنبشی ناشی از آن نامیده شود، معمولاً می توان با اعمال یک ضریب آن را به شدیدترین زلزله طراحی، مرتبط کرد. با توجه به این موضوع، انرژی جنبشی ناشی از این زلزله مخرب که با استفاده از حداکثر شبه سرعت برآورده شده از طیف مشخص می گردد، توسط رابطه (2-14) به مرتبط می شود:
(2-14)
در نتیجه بنابر اصل تعادل انرژی ها، لازم است رابطه (2-15) برقرار باشد:
(2-15)
روشهای تحلیلی مفصل و پیچیده ای برای حل معادله فوق و استخراج ضرایب رفتار از آن وجود دارد که معروفترین آنها توسط کومو و لانی ارائه شده است. در اینجا به دلیل پیچیده و وقت گیر بودن این روشها از ذکر جزئیات آنها پرهیز می شود.
2-4- تشریح اجزای ضریب رفتار
2-4-1- شکل پذیری
2-4-1-1- ضریب شکل پذیری کلی سازه
در صورتیکه منحنی رفتار کلی سازه را اصطلاحا" به صورت منحنی الاستیک – پلاستیک (دو خطی) ایده آل نمائیم، طبق رابطه (2-16) ضریب شکل پذیری کلی سازه که با نمایش داده میشود محاسبه میشود:
(2-16)
بهتر است مقدار ضریب شکل پذیری کلی سازه ، که نماینگر ظرفیت استهلاک انرژی اجزا یا کل سازه است، از روشهای آزمایشگاهی تعیین نمود. رفتار کلی سازه که در شکل (2-1) نشان داده شده است، تنها مربوط به سیستم هایی است که می توانند انرژی را با یک رفتار پایدار مستهلک کنند، مانند قابهای مقاوم خمشی شکل پذیر ویژه، و برای سیستم های دیگر که کاهش شدید سختی و مقاومت دارند، تعریف تغییر مکان تسلیم و تغییر مکان حداکثر در رابطه (2-16) می تواند نادرست باشد. می توان گفت تعیین ضریب QUOTEμs به خصوص برای سازه های بلندتر از یک طبقه کار پیچیده ای است. برای محاسبه این ضریب غالباً از تغییر مکان نسبی طبقه به عنوان معیار تغییر مکان استفاده می‎شود (شکل 2-1).
2-4-1-2- ضریب کاهش نیرو توسط شکل پذیری
سازه ها توسط رفتار شکل پذیر مقدار قابل توجهی از انرژی زلزله را با رفتار هیسترتیک مستهلک می‎کنند، که مقدار این استهلاک انرژی، بستگی به مقدار شکل پذیری کلی سازه دارد. مقدار شکل پذیری کلی سازه نباید از شکل پذیری المانهای سازه فراتر رود. بدین منظور، هنگام طراحی لازم است حداقل مقاومت لازم سازه که شکل پذیری کلی آن را به حد شکل پذیری مشخص شده از قبل، محدود می‎کند، مشخص شود .
همان گونه که در قسمتهای قبل، توضیح داده شد، ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری (QUOTERμ ) طبق رابطه (2-17)، با نسبت مقاومت ارتجاعی مورد نیاز به مقاومت غیر ارتجاعی مورد نیاز تعریف می شود.
(2-17)
که در این رابطهQUOTEFy مقاومت جانبی مورد نیاز، برای جلوگیری از تسلیم سیستم بر اثر یک زلزله مشخص و مقاومت جانبی تسلیم مورد نیاز برای محدود کردن ضریب شکل پذیری کلی سازه به مقداری کمتر و یا برابر با ضریب شکل پذیری کلی از پیش تعیین شده (هدف یا QUOTEμi) وقتی که سیستم در معرض همان زلزله قرار گیرد، می باشد. به طور کلی، در سازه هایی که در هنگام وقوع زلزله رفتار غیر ارتجاعی دارند، تغییر شکلهای غیر ارتجاعی با کاهش مقاومت جانبی تسلیم سازه (یا با افزایش ضریب )، افزایش مییابند.
برای یک زلزله مشخص و یک ضریب معین، مشکل اساسی محاسبه حداقل ظرفیت مقاومت جانبی است که باید در سازه به منظور جلوگیری از به وجود آمدن نیازهای شکل پذیری بزرگتر از QUOTEμi، تأمین گردد. در نتیجه محاسبه برای هر زمان تناوب و هر شکل پذیری هدف، شامل عملیاتی تکراری است. بدین صورت که، مقاومت جانبی تسلیم () برای سیستم در نظرگرفته و سیستم تحلیل می‎شود، این ‎کار، تا زمانی ادامه می یابد که ضریب شکل پذیری کلی محاسبه شده ()با یک تولرانس مشخص، برابر ضریب شکل پذیری کلی هدف گردد و آنگاه مقاومت جانبی متناظر با این ضریب شکل پذیری، QUOTE μ=μiنامیده می‎شود.
برای تعیین ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری، روش کار بدین صورت است که مقاومت جانبی ارتجاعی QUOTE μ=μi و غیر ارتجاعی QUOTEμ=که برای یک سیستم با زمان تناوب مشخص به دست آمده، این مقادیر به وزن سیستم، نرمال می‎شوند. این نیرو ها برای زمانهای تناوب مختلف سازه به دست می آید و با توجه به آن، طیف خطی و طیف غیر خطی با ضریب شکل پذیری محاسبه می‎شود. از از تقسیم طیف خطی به طیف غیر خطی، مقدار ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری برای آن زلزله بخصوص و ضریب شکل پذیری هدف، به دست می آید (شکل 2-3 )

شکل (2-3): طیف ارتجاعی و غیر ارتجاعی با شکل پذیری ثابت
یافتن رابطه بین وQUOTERμو μs برای سیستم های یک درجه آزادی موضوع پژوهشهای فراوانی در سالهای اخیر بوده است. از جمله کسانی که در این مورد تحقیق کرده اند، عبارتند از: کراوینکلرو نصر، میراندو و برترو، نیومارک و هال، لای و بیگز، ریدل و نیومارک، القادمسی و محرز، ریدل، هیدالگو و کروز، آریاس و هیدالگو، تسو و نائوموسکی، ویدیک، فایفر و فیشینگر، فیشینگر و فایفر، تسنیمی و محمودی، لی، هان و اوه، ال سلیمانی و روست، پنگ و همکاران و نهایتاً تاکدا و همکاران.
2-4-2- مقاومت افزون
هنگامی که یکی از اعضای سازه به حد تسلیم رسیده و اصطلاحاً در آن لولای خمیری تشکیل شود، مقاومت سازه از دیدگاه طراحی در حالت بهره برداری به پایان می رسد، ولی در حالت طراحی انهدام، پدیده فوق به عنوان پایان مقاومت سازه به حساب نمی آید، زیرا عضو مورد نظر همچنان می تواند با تغییر شکل غیر ارتجاعی، انرژی ورودی را جذب کند تا به مرحله گسیختگی و انهدام برسد. با تشکیل لولاهای خمیری، به تدریج سختی سازه با کاهش درجه نامعینی استاتیکی کاهش می یابد، و لی سازه همچنان پایدار است و قادر خواهد بود در مقابل نیروهای خارجی از خود مقاومت نشان دهد. وقتی که نیروی خارجی باز هم افزایش یابد، روند تشکیل لولاهای خمیری نیز ادامه یافته و لولاهای بیشتری در سازه پدید می آید تا جایی که سازه از نظر استاتیکی ناپایدار شده و دیگر توان تحمل بار جانبی اضافی را نداشته باشد.
مقاومتی که سازه بعد از تشکیل اولین لولای خمیری تا مرحله مکانیزم (ناپایداری) از خود بروز می دهد، مقاوت افزون نامیده می شود، در طراحی لرزه ای سازه ها مقاومت ارتجاعی مورد نیاز سازه را متناسب با مقاومت افزون آنها کاهش می دهند. برای این منظور، مقدار ضریب رفتار سازه ها متناسب با مقاومت افزون افزایش داده می شود تا مقاومت مورد نیاز کاهش یافته، محاسبه گردد.
سالهاست که پژوهشگران اهمیت مقاومت افزون را در جلوگیری از خراب شدن برخی سازه ها به هنگام رخداد زلزله های شدید شناخته اند. برای مثال، در زلزله سال 1985 مکزیک، وجود مقاومت افزون عامل بسیار مؤثری در جلوگیری از خرابی برخی ساختمانها بوده است. همچنین زلزله سال 1369 (ه.ش) رودبار و منجیل بسیاری از ساختمانهای 7-8 طبقه در شهر رشت که دارای اتصالات خُرجینی و شکل پذیری ناچیز بودند، بر اثر وجود مقاومت افزون (که عمدتاً به دلیل وجود عناصر غیر سازه ای، پارتیشن ها و نما ایجاد شده بود) از فرو ریختن کامل جان سالم به در بردند.
در مطالعات انجام شده بر روی میز لرزان برای ساختمانهای چند طبقه بتن مسلح و فولادی به وسیله پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا در برکلی در سالهای 1984 تا 1989 نیز بر اهمیت ضریب مقاومت افزون تأکید شده است.
2-4-2-1- عوامل مؤثر در مقاومت افزون
مقاومت افزون یک سازه در واقع مقدار مقاومتی است که بر اثر عوامل مختلف در سازه ذخیره شده و انهدام سازه را به تأخیر می اندازد. ذیلاً به پاره ای از عوامل مؤثر در مقاومت افزون اشاره می شود.
1- بیشتر بودن مقاومت واقعی مصالح از مقاومت اسمی آنها
2- بزرگتر بودن ابعاد اعضا و مقادیر میلگرد از مقادیر مورد نیاز در طراحی
3- استفاده از مدلهای ریاضی ساده شده و محافظه کارانه در تحلیل ها
4- ترکیب های مختلف بار
5- مقاومت اعضای غیر سازه ای(نظیر دیوارهای میانقاب) و اعضای سازه ای (نظیر دالها) که در برآورده ظرفیت مقاومت جانبی به حساب نمی آیند.
6- افزایش مقاومت ناشی از محصور شدگی بتن
7- رعایت حداقل الزامات آیین نامه های طراحی در مورد محدود کردن تغییر مکانهای جانبی، تغییر شکلهای اعضاء، ابعاد مقاطع، عناصر تسلیح و فاصله خاموتها
8- استفاده از روش معادل استاتیکی در تحلیل لرزه ای سازه ها
9- باز توزیع نیروهای داخلی در محدوده غیر ارتجاعی بر اثر نامعینی سازه
10- صرف نظر از اثر بعد سوم در تحلیل های دو بعدی
11- افزایش مقاومت اعضای بتنی بر اثر سرعت بارگذاری (اثر نرخ کرنش)
12- نوع سیستم سازه ای
13- هندسه سازه و آرایش پلان
14- ارتفاع سازه (زمان تناوب ارتعاش)
15- آیین نامه طراحی
16- لرزه خیزی منطقه (نسبت بارهای جانبی به بارهای قائم)
17- ملاحظات معماری
18- سطح فرهنگ و تکنولوژی ساخت
2-4-2-2- چگونگی محاسبه مقاومت افزون
به دست آوردن مقادیر مقاومت افزون با در نظر گرفتن سهم تمام عوامل یاد شده، بسیار پیچیده بوده و نمی تواند در طراحی سازه ای، قابل اعتماد باشد. از این رو لازم است پاره ای از عوامل کیفی ثابت در نظر گرفته شود و عوامل کمی نیز دسته بندی شده و به عوامل مهم تر توجه گردد، سهم سایر عوامل نیز در ظرفیت سازه لحاظ شود.
برای تعیین مقدار ضریب مقاومت افزون می توان علاوه بر روشهای آزمایشگاهی، از روشهای تحلیلی نیز استفاده نمود. بدین منظور می توان از روشهای تحلیل استاتیکی غیر خطی(مانند روش تحلیل پوش آور، یا روش طیف ظرفیت)، استفاده کرد.
برای تعیین مقاومت افزون یک سازه، به این صورت عمل می شود که نیروهای ثقلی بر سازه اعمال شده و مقدار نیروی جانبی سازه با یک الگوی خاص (مثلاً الگوی مثلثی آیین نامه) به طور یکنواخت افزایش داده می شود و مقادیر برش پایه و تغییر مکان بام به طور مداوم ثبت می گردد. این عمل تا آنجا که اولین عضو سازه، جاری شده و در آن لولای خمیری به وجود آید، ادامه می یابد. افزایش نیرو بعد از این مرحله باعث باز توزیع نیروها در بقیه اعضا شده و سازه قادر به تحمل نیروی جانبی بیشتر می شود. نیروی جانبی مجدداً افزایش داده می شود تا در بقیه اعضا نیز لولای خمیری تشکیل شود و در صورتی تحلیل متوقف می گردد که سازه ناپایدار (مکانیزم) شود یا شکل پذیری محلی یکی از اعضا از حد مجاز تجاوز نماید(عضو گسیخته شود)، یا معیارهای تعریف شده دیگری حاکم گردد. در این حالت، از تقسیم حداکثر نیروی جانبی تحمل شده توسط سازه به نیروی حد جاری شدن اولین عضو در سازه (تشکیل اولین لولای خمیری)، ضریب مقاومت افزون به دست می آید (شکل 2-1 ).
2-4-2-3- استفاده از ضریب مقاومت افزون در ترکیبهای بارگذاری آیین نامهها
مقررات NEHRP مربوط به سالهای 1997 و 2000، در یکی از ترکیبهای بار ویژه خود از ضریب مقاومت افزون استفاده میکند. در این مورد قید شده است که هرگاه در این مقررات تصریح شود که نیروهای طراحی لرزهای در اجزای سازه به آثار مقاومت افزون سازه حساس هستند، باید ترکیب بار به شرح رابطه های (2-18) و (2-19) به ترتیب برای حالتهایی که این آثار افزاینده یا کاهنده آثار، مورد استفاده قرار گیرد.
(2-18)
(2-19)
در رابطه های (2-18) و (2-19):
: اثر نیروهای افقی و قائم زلزله،: شتاب طیفی طراحی در زمانهای تناوب کوتاه که از مقررات NEHRP محاسبه میشود،: اثر بارهای مرده،: اثر نیروهای افقی زلزله و: ضریب مقاومت افزون سیستم است. همچنین جمله در رابطههای فوق، لازم نیست که از حداکثر نیروی به وجود آمده در عضو تحت تحلیل خمیری یا پاسخ غیر خطی، بیشتر باشد. ضمناً استفاده از این ترکیبات بار ویژه برای طراحی اجزای سازهای در گروه لرزهای A، لازم نمیباشد.
آیین نامه UBC-1997، در یکی از ترکیب های بارگذاری لرزهای خود، اثر ضریب مقاومت افزون را وارد کرده است. این ترکیب بار که در هر یک از جهت های افقی بارگذاری لرزهای باید اعمال شود، بصورت رابطه (2-20) است :
(2-20)
در رابطه (2-32): برابر حداکثر نیروی زلزله برآورد شده که در سازه به وجود خواهد آمد، ضریب افزایش نیروی زلزله ناشی از اثر مقاومت افزون و بار زلزله به واسطه برش پایه V است.
پآیین نامه IBC-2000 نیز در یکی از ترکیب های بارگذاری لرزهای خود، اثر ضریب مقاومت افزون را به صورت رابطه (2-33) وارد کرده است:
(2-33)
در رابطه فوق تعریف و مانند تعریف فوق برای آیین نامه UBC بوده، : اثر نیروهای افقی زلزله، : شتاب طیفی طراحی و: اثر بارهای مرده است.
2-4-2-3- تاریخچه اعدادی محاسبه شده برای مقاومت افزون
فریمن،ضرایب تقریبی مقاومت افزون را برای قابهای خمشی بتن مسلح چهار و هفت طبقه به ترتیب برابر با 8/2 و 8/4 برآورد کرده بودند.
یوانگ و معروف در سال 1993، دو ساختمانی را که زلزله سال 1989 لوما پریتا تجربه کرده بودند، مورد تحلیل قرار دادند: یک ساختمان 13 طبقه با قاب فولادی و یک ساختمان 6 طبقه بتن مسلح با قابهای خمشی پیرامونی. ضرایب مقاومت افزون برای این دو ساختمان پس از اعمال اصلاحات به منظور منعکس کردن اثر طراحی بر اساس مقاومت، به ترتیب 4 و 9/1 گزارش شد.
هوانگ و شینوزوکا در سال 1994، یک ساختمان بتن مسلح چهار طبقه با قاب خمشی میانی را که در ناحیه لرزه خیزی 2 آیین نامه UBC قرار داشت، مورد مطالعه قرار دادند. برش پایه طراحی برای این ساختمان W0.09 بود. حداکثر مقاومت جانبی ساختمان W0.62 محاسبه شد که در صورت عدم محدودیت برای آسیب سیستم، ضریب مقاومت افزون 2/2 به دست آمده بود. (اگر سطح عملکرد در طراحی «بدون آسیب» انتخاب شده بود، ضریب مقاومت افزون تقریباً 6/1 می شد).
برترو و تیلمو در سال 1999 اثر نامعینی و باز توزیع نیرو های داخلی را در طراحی مقاوم لرزه ای مورد مطالعه قرار دادند، نتیجه این مطالعات آن شد که باز توزیع نیرو های داخلی می تواند اثرات مفیدی بر پاسخ سازه در هنگام وقوع زلزه داشته باشد و مسئله مقاومت افزون کاملا وابسته به شکل پذیری می باشد.
با مقایسه مقادیر به دست آمده توسط پژوهشگران مختلف برای سازه های متفاوت چنین به نظر می رسد که پراکندگی در مقادیر گزارش شده برای ضریب مقاومت افزون قابل توجه و برای استفاده در طراحی حرفه ای زیاد است. بدیهی است که برای توسعه ضرایب مقاومت افزون با قابلیت اعتماد کافی که بتواند در آیین نامه های طراحی لرزه ای به کار رود، به مطالعات ویژه در مورد هر یک از سیستم های سازه ای با شرایط مختلف، نیاز است.
2-4-3- درجه نامعینی
نامعینی سیستم های سازه ای مفهوم مهمی است که از دیرباز مورد توجه مهندسان بوده است. پس از مشاهده تخریب تعداد زیادی از سیستم های سازه ای با درجات نامعینی کم، در زلزله های 1994 نورتریج و 1995 کوبه، موضوع نامعینی سازه ای، به شکل جدی تری مطرح شد. تاکنون تعریفها و تفسیرهای متفاوتی از نامعینی سازه ای، که وابسته به عدم قطعیت نیز و ظرفیت سازه هاست، ارائه شده است. از این رو، استفاده از مفاهیم عدم قطعیت، مبنای یکی از روشهای مطالعه نا معینی سیستم های سازه ای تحت بارهای لرزه ای است.
در سال 1978، کرنل برای در نظرگرفتن عدم قطعیت در سیستم های سازه ای، ضریبی بنام ضریب نامعینی پیشنهاد کرد. این ضریب به عنوان احتمال شرطی گسیختگی سیستم معرفی و اولین گسیختگی را که ممکن بود در هر یک از اعضای سازه های سکوی دریایی رخ دهد، مشخص می‎کرد.
هنداوی و فرانگوپل در سال 1994، یک ضریب نامعینی احتمالاتی را پیشنهاد کردند. ضریب پیشنهادی این پژوهشگران به صورت نسبت احتمال تسلیم اولین عضو منهای احتمال انهدام، به احتمال انهدام سیستم تعریف می‎شد.
برترو پدر و پسر در سال 1999 برای اندازه اندگیزی نامعینی سازه‎های قابی تحت اثر حرکتهای زمین ناشی از زلزله، از مهفوم «درجه نامعینی» استفاده کردند. درجه نامعینی که این پژوهشگران مورد استفاده قرار دادند به عنوان تعداد نواحی بحرانی یا لولاهای خمیری در سیستم سازه‎ای تعریف می ‎شود که مقدار قابل توجهی از انرژی هیسترتیک خمیری را قبل از انهدام سازه مستهلک می‎نمایند. در پژوهش های شده، اثرهای مقاومت افزون، ضرائب تغییرات نیاز و ظرفیت و دیگر عوامل، بررسی شده و چنین نتیجه گیری شده است، که جدا کردن نامعینی از عوامل دیگر دشوار است.
در ATC-19 و ATC-34 به منظورکمّی کردن قابلیت اعتماد سیستم های قاب لرزه ای، ضرایبی به عنوان ضرایب نامعینی پیشنهاد شده است.
آیین نامه ساختمانی متحدالشکل (UBC)و مقررات NEHRP، از سال 1997 یک ضریب QUOTEρ با عنوان ضریب قابلیت اعتماد / نامعینی معرفی کرده اند که در نیروی جانبی زلزله برای طراحی ضرب می شود. در آیین نامه ساختمانی بین المللی (IBC) سال 2000 نیز چنین ضریبی آورده شده است. در پی این بررسی ها گفته شده است که برای رسیدن به ضریب نامعینی کمی و قابل قبول که بتواند در ارزیابی سازه ها و نیز طراحی مورد استفاده قرار گیرد، به تحقیقات و تجربیات گسترده ای نیاز است.
2-4-3-1- تئوری قابلیت اعتماد در سیستم های سازه ای
نتایج نخستین پژوهشی که در رابطه با استفاده از مفهوم قابلیت اعتماد در سیستم های سازه ای و ارتباط آن با درجه نا معینی این سیستم ها انجام شد، طی پروژه - ریسرچای در سال 1974، توسط موسز(موسی) منتشر گردید. گر چه مبنای این تحقیقات و یافته های آن بر اساس بارگذاری لرزه ای بررسی کرده اند از نتایج کارهای موسز استفاده شده و دستاوردهای این محقق برای بارگذاری لرزه ای نیز تعمیم یافته است.
برای یک طراحی ایمن، موضوع قابلیت اعتماد، غالباً متوجه عضوهایی نظیر تیرها و ستونها می باشد.ضرایب اطمینان طراحی که به این ترتیب به دست می آیند، این تضمین را می دهند که احتمال خرابی عضو در برش، خمش، و نیروی محوری کوچک باشد. این در حالی است که این اجزا عموماً بخشی از یک سیستم سازه ای را تشکیل می دهند و اندر کنش بین عضو و سیستم سازه ای از قابلیت اغتماد یک عضو سازه ای بیشتر است یا کمتر؟ پاسخ به این سؤال به عواملی مانند، درجات نامعینی استاتیکی، شکل پذیری، خصوصیات مودهای خرابی و پیکربندی سیستم سازه ای وابسته است.
تا کنون از دو مدل قابلیت اعتماد سازه ای، که در شناسایی و تحلیل سیستم های واقعی سازه ای می توانند مفید باشند، استفاده شده است. در ادامه دو مدل قابلیت اعتماد سازه ای که در شناسایی و تحلیل سیستم های واقعی مفید باشند، مطرح خواهد شد. یک سیستم سازه ای ممکن است دارای اعضای موازی، سِری یا ترکیبی از این دو باشد. در سیستم های سری با خرابی هر عضو،کل سیستم دچار خرابی می گردد و بدین لحاظ به آن، سیستم ضعیف ترین اتصال گفته می شود. سازه های معین استاتیکی مثالهایی از این نوع سیستم ها هستند.
در سیستمهای موازی پس از خرابی عضوی خاص، توزیع مجدد نیرو در اعضای انجام می پذیرد و این عمل آنقدر ادامه می یابد تا سیستم دچار انهدام شود. بدین لحاظ به سیستم موازی، سیستم ایمن- زوال نیز گفته می شود. این سیستم در تحلیل انهدام سازه های نامعین استاتیکی که خرابی در آنها هنگامی رخ می دهدکه چندین عضو به ظرفیت مقاومت خود برسند، مورد استفاده قرار می گیرد.
اینکه چندین عضو به ظرفیت مقاومتی خود برسند، حاکی از آن است که سیستم به نوعی دارای مقاومت همبسته است، این موضوع را نشان می دهند که متغیرهای تصادفی مقاومت، به گونه ای به یکدیگر مرتبط اند که اگر مقاومت یک عضو، مثلاً بیشتر از مقدار میانگین خود، بیشتر باشند. این همبستگی ممکن است بر اثر وجود منابع مشترک مصالح، تشابه روش ساخت، روشهای کنترل و بازرسی، و شاید تعبیر یکنواختی مقاومتها توسط طراح پدید آید. فرض استقلال مقاومتها به مفهوم عدم همبستگی بین آنهاست.
در سیستم های موازی، استقلال مقاومتها، ایمنی را به واسطه کاهش عدم قطعیت مقاومت کلی افزایش می‎دهد. خلاف این موضوع برای سیستم های سری صادق است. در سیستم های سرس استقلال مقاومتها، ایمنی را به واسطه افزایش احتمال آنکه با خرابی یک عضو خاص، کل سیستم خراب شود، کاهش می دهد.
مدلهای موازی و سری، تنها الگوهای ایده آل هستند و اکثر سازه ها ترکیبی از این مدلها می باشند. برای مثال، در یک ساختمان چند طبقه، هرستون واقع در یک طبقه ساختمان چند طبقه، هر ستون واقع در یک طبقه در برابر بار جانبی، مانند قسمتی از یک سیستم موازی عمل می‎کند، در حالی که هر طبقه ساختمان قسمتی از یک سیستم سری را تشکیل می‎دهد.
هنگامی که عدم قطعیت در بارگذاری مطرح باشد، مقایسه مدلها تا حدی مخدوش می شود. یعنی چنانچه عدم قطعیت در بار خارجی (مثلاً بیان شده بر حسب ضریب تغیرات بار، VR خیلی بیشتر از عدم قطعیت در مقاومت (VR) باشد)، احتمال خرابی توسط VL کنترل می‎شود و رفتار سیستم خواه سری باشد یا موازی و خواه همبسته باشد یا مستقل، تأثیر کمی بر روی احتمال خرابی خواهد داشت. به عنوان مثال، اگر گرد بادی که احتمال وقوع آن خیلی کم است بر ساختمانی که برای بارهای معمولی باد طرح شده است اثر کند، سازه صرف نظر از نوع پیکر بندیش خراب خواهد شد. در حالت متداول تر بارگذاری که در آن، طراح به طور ویژه استراتژی حفاظتی در برابر بارهای نهایی از قبیل طوفان یا زلزله را مد نظر قرار داده باشد، پیکر بندی سازه و نوع سیستم در ارزیابی قابلیت اعتماد مؤثر خواهد بود. از دیگر نکاتی که روی اندر کنش عضو و سیستم سازه اثر می‎گذارد، رفتار عضو پس از رسیدن به ظرفیت اسمی اوست. یک عضو شکل پذیر، تراز نیروی خود را در صورت ادامه تغیر مکان، کاهش می‎یابد. از این رو، در اکثر سازه هایی که اعضای ترد دارند، رفتار سازه صرف نظر از هندسه پیکربندی، همانند سیستم های سری می‎باشد. به عبارت دیگر، خرابی هر عضو باعث خرابی سیستم خواهد شد. تنها سازه های با درجه نامعینی استاتیکی بالا که دارای ضریب اطمینان اسمی بزرگی نیز باشند، به اندازه کافی طرفیت مقاومتی ذخیره خواهند داشت تا پس از خرابی عضوی ترد بتوانند توزیع مجدد نیرو کرده و به انتقال بار ادامه دهند.
2-4-3-2- اثر نامعینی سازه ای در آیین نامه های مختلف
همانگونه که در جدول (2-2) اشاره شد، موسز ضریب کاهش مقاومت میانگین را متناسب با عکس جذر تعداد شرطهای مقاومتی مستقل (لوله های خمیری در یک سیستم با امکان حرکت جانبی) برای قابهای نامعین مقاوم، پیشنهاد کرده بود. در 19-ATC، فرض شده است که برای تأمین نامعینی کافی در هر یک از جهت های اصلی سازه یک ساختمان، حداقل چهار ردیف قابهای لرزه ای قائم که از نظر مقاومت و تغییر شکل سازگار باشند، لازم است. از این رو، با در نظر گرفتن هر یک از ردیفهای قاب لرزه ای قائم به عنوان یک شرط مقاومتی در حرکت جانبی، مقادیر جدول(2-2) به دست خواهد آمد. این آیین نامه، ضریب نامعینی را به عنوان بخشی از فرمولاسیون ضریب رفتار پیشنهادی خود قلمداد کرده و آن را در ردیف ضریب کاهش ناشی از شکل پذیری و ضریب مقاومت افزوم قرار داده است.
جدول (2-1): مقادیر ضرایب نامعینی در ATC-19 و مقادیر محاسبه شده از پیشنهاد موسزتعداد ردیفهای قاب لرزه بر ضریب نامعینی ATC-19 ضریب محاسباتی از پیشنهاد موسز
2 71/0 707/0
3 86/0 866/0
4 00/1 00/1
در مورد نامعینی سازه ها ذکر این نکته ضروری است که اگر طراحی سازه ای برای نیروهای وارد بر آن به صورت کاملاً بهینه صورت گرفته باشد، ممکن است لولاهای خمیری به صورت متوالی تشکیل نشده و تعداد زیادی از لولاها همزمان تشکیل گردند، در چنین حالتی درجات نامعینی شازه به یکباره کاهش قابل ملاحظه ای یافته و از اعتماد به پایداری آن کاسته می‎شود. در تفسیر مقرراتNEHRP سال 2000 نیز قید شده است که عدم تشکیل لولاهای خمیری به صورت متوالی و مناسب در سازه هایی که بهینه سازی می‎شوند، موجب می‎گردد که مقادیر، پارامترهای طراحی برای تأمین عملکرد مناسب در این سازه ها کافی نباشد. گرچه روشهای برخورد با نامعینی سازه ها متفاوت است، ولی نکته قابل توجه درتمام روشها گستردگی دامنه تغییرات ضریب درجه نامعینی سازه ها است. بدین معنی که، در یک نوع سیستم سازه ای بدون تغییر در مصالح و اجرای آن، تنها عامل نامعینی می تواند اعتماد به پایداری سازه در برابر بارهای جانبی ناشی از زلزله، و به تبع آن ضریب رفتار سازه را به شدت تحت تأثیر قرار دهد.
این مسئله هشداری است برای سازه هایی که با وجود نامعینی کم، با استفاده ا زضرایب رفتار توصیه شده در آیین نامه، طراحی و اجرا می‎شوند.
در سه آیین نامه NEHRP، UBC،IBC، اثر نامعینی به طور غیر مستقیم وارد شده است، زیرا در صورتی که تعداد اعضای مقاوم در برابر زلزله(اعضایی که برش طبقه بین آنها توزیع می‎شود) زیاد بوده و اختلاف ظرفیت باربری آنها کم باشد، ضمن اینکه برش طبقه بین تعداد بیشتری از اعضا تقسیم می‎شود، نسبت برش عضو به طبقه نیز کاهش می‎یابد. در این صورت، مقدار ضریب قابلیت اعتماد/ نامعینی کاهش خواهد یافت، در حالی که اگر تعداد اعضای مقاوم در برابر زلزله، کم بوده یا ظرفیت باربری آنها اختلاف زیادی با هم داشته باشد، سهم تعدادی از اعضا(که مقاومت بیشتری دارند) از برش طبقه زیاد شده و متناسب با آن مقدار ضریب قابلیت اعتماد یا نامعینی افزایش خواهد یافت. از این رو، طرح به گونه ای غیر مستقیم وادار می‎شود تا از تعداد اعضای مقاوم بیشتر و یکنواخت تری در سازه و بویژه در دو سوم پایانی ارتفاع سازه استفاده کند. در آیین نامه ها، ضریب نامعینی، در ترکیبات بارگذاری لرزه ای دخالت داده شده است. مبنای این ضریب، تقسیم برش طبقه به صورت نسبتاً یکنواخت بین تعداد زیادی از اعضای بابر است. این تعداد به مساحت طبقه بستگی دارد و با افزایش مساحت، طراح ملزم می‎شود از اعضای باربر بیشتری برای مقابله با بارهای جانبی زلزله استفاده کند، یا درغیر این صورت، جریمه آن را که تحمل ضرایب بزرگتری در ترکیبات بار است، بپذیرد. در روش موسز، تنها یک ضریب برای کاهش مقاومت متناسب با جذر تعداد شرطهای مقاومتی یا لولاهای خمیری دریک سیستم نامعین پیشنهاد شده است.
2-4-3-3- آثار درجه نامعینی بر پاسخ لرزه ای سازه ها
مطابق مطالعات برترو، در نظر گرفتن نامعینی آثار سودمندی در پاسخ سازه ها به حرکتهای زلزله دارد. به هر حال، هر یک از اثرها می تواند و باید در جای مناسب خود در فرآیند طراحی لحاظ شود و نبایستی با ضریب کاهنده Rs ناشی از مقاومت افزون یا اثر احتمالاتی نامعینی بر قابیت اعتماد سیستم، غلط شود. برخی از اثرهای نامعینی بر پاسخ لرزه ای به صورت زیر است.
الف- کاهش تأثیر اندازه در اجزای سازه ای این بدان معنی است که استفاده از تعداد عناصر کمتر برای مقاومت در برابر بارهای جانبی، به استفاده از اعضا، گره ها و اتصالات با ابعاد بزرگتر منجر می‎شود و این امر به کاهش دوران خمیری و ظرفیت اتلاف انرژی می‎انجامد.
ب- کاهش نیاز شکل پذیری و تغییر مکان ناشی از پیچش غیر ارتجاعی.
ج- گسترش اتلاف انرژی بین عناصر متعدد و اجتناب از تمرکز آسیب.
برای بهره گیری از سودمندیهای نامعینی در سازه، لازم است به موارد زیر توجه شود:
الف- ضرایب تغییرات نیازهای سازه های نسبت به ضرایب تغییرات ظرفیتها کاهش یابد.
ب- مقاومت افزون افزایش یابد.
ج- ظرفیت دوران لولاهای خمیری(شکل پذیری) افزایش یابد.
د- یک ظرفیت دوران حداقل (ظرفیت دورانی بیش از نیاز دوران ضربدر یک ضریب اطمینان)
در تمام اعضای سیستم سازه ای تضمین شود. در این صورت، اعضا بدون خرابی می توانند از تغیر مکانها تبعیت کرده و به اجزای دیگر اجازه بدهند که انرژی ورودی را مستهلک نمایند.
2-5- محاسبه ضریب رفتار توسط آنالیز تاریخچه زمانی

–15

تقدیم به:
زیبا ترین واژه های هستی ام پـدر و مـادرم
و خواهر مهربانم

با تشکر از اساتید گرامی
دکتر محمد علی رهگذر
دکتر محسن ابوطالبی
مهندس کیوان مصیبی
فهرست مطالب
عنوان صفحه
چکیده1
فصل اول « کلیات »
1-1 مقدمه3
1-2 بیان مسئله4
1-3 هدف از تحقیق5
1-4- متدلوژی تحقیق5
فصل دوم « ادبیات تاریخچه »
2-1 مقدمه 7
2-1-1 پایداری 7
2-1-2 جا به جایی های زمین و اثرات آن 9
2-1-3 کارائی سیستم نگهدارنده و پوشش دائمی 9
2-2 روش های تحلیل پوشش9
2-2-1 بارهای وارد بر پوشش تونل 9
2-2-1-1 فشار زمین 10
2-2-1-2 فشار آب 13
2-2-1-3 بار مرده 13
2-2-1-4 سربار 14
2-2-1-5 واکنش بستر 14
2-2-1-6 اثر زلزله15
2-3 تئوریهای تخمین مقدار بار وارد بر پوشش 17
2-3-1 تئوری ترزاقی 18
2-2-2 تئوری بلا (balla-1961) 21
فصل سوم « معادلات تعادل و حل آنها »
3-1 معادله اساسی رفتار دینامیکی25
3-2 حل معادلات دینامیکی تعادل27
3-2-1- بکار بستن طرح انتگرال در Plaxis28
فصل چهارم « مدل‌سازی عددی، ارائه نتایج، نتیجه گیری و طراحی»
4-1 مشخصات هندسی مدل33
4-2 مشخصات مصالح34
4-3 مشبندی مدل34
4-4 فازبندی و محاسبات36
4-4-1 فاز اول: محاسبه تنشهای برجا37
4-4-2 فاز دوم: حفاری تونل و نصب همزمان پوششها38
4-4-3 فاز سوم: محاسبه نیروی ایجاد شده در پوشش در اثر فشار خاک اطراف تونل39
4-4-4 فاز دوم: اعمال شتاب زلزله به سنگ بستر و محاسبه نیروها و تغییرشکل های ایجاد شده در تونل و خاک اطراف40
فصل پنجم « بحث و نتیجه‌گیری »
5-1 ارائه نتایج و مقایسه43
5-2 نیروهای ایجاد شده در پوشش تونل44
5-2-1بررسی نوع خاک و نوع زلزله و فاصله سنگ بستر تاتونل در نیروهای داخلی پوشش‌ها46
5-2-2 طراحی پوشش های تونل48
5-2-3 جابه جایی ایجاد شده در سطح خاک و المان های پوشش تونل51
5-2-4 بررسی تراکم خاک ماسه‌ای و نوع زلزله و فاصله سنگ بستر تاتونل در تاریخچه جا‌به‌جایی 52
5-2-4-1 بررسی میزان تحکیم خاک رسی و نوع زلزله و فاصله سنگ بستر تاتونل در تاریخچه جا‌به‌جایی 60
منابع69

فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 2-1) مقادیر FH و FB و FC براساس Ф 22
جدول 4-1) مشخصات هندسی مدل33
جدول 4-2) مشخصات کامل مصالح خاکی34
جدول 4-3) مقادیر nc جهت مش بندی35
جدول 5-1) مشخصات تونل های مدل سازی شده44
جدول 5-2) حداکثر نیروی برشی و لنگر خمشی ایجاد شده در مدلها46
جدول 5-3) طراحی برشی پوشش های بتنی تونل49
جدول 5-4) طراحی خمشی پوشش های بتنی تونل50
جدول 5-5) حداکثر جابه جایی قائم در سطح خاک و جداره تونل را در فاز سوم (اعمال انقباض) بیان می کند.51

فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
شکل 2-1) مقطعی از یک تونل و زمین اطراف آن11
شکل 2-2 عملکرد فشار زمین بر روی پوشش ( λ ضریب فشار جانبی زمین، t و R0 ضخامت و شعاع خارجی پوشش ) (3)12
شکل 2-3) فشار هیدرواستاتیک(Pw1فشار آب در تاج تونل و Re شعاع تا مرکز پوشش)13
شکل 2-4) عکسالعمل بستر مستقل از جابهجایی15
شکل 2-5) فرضیات تئوری فشار خاک ترزاقی 19
شکل 2-6) فشار خاک در عمق های بیشتر 20
شکل2-7 اصول تئوری بلا 22
شکل 3-1) تغییر نسبت میرایی بحرانی نرمال شده با فرکانس زاویه ای26
شکل 4-1) مدلهای هندسی تونل در نرمافزار PLAXIS33
شکل 4-2) شکل کلی المان 15 گرهای مثلثی35
شکل 4-3) نمای کلی مشبندی تونل و محیط اطراف36
شکل 4-4) نمای تنش‌های برجای محاسبه شده توسط نرم افزار (سنگ بستر در عمق 10 متری)37
شکل 4-5) نمای تنش‌های برجای محاسبه شده توسط نرم افزار (سنگ بستر در عمق 100 متری)38
شکل 4-6) تونل حفاری شده و پوشش ها پس از نصب38
شکل 4-7) تغییر شکل های تونل پس از اعمال انقباض39
شکل 4-8) شتاب نگاشت زلزله Northridge40
شکل 4-9) شتاب نگاشت زلزله Chi Chi –Taiwan41
شکل 4-10) نمونه ای از تغییر شکل های تونل و خاک اطراف در اثر زلزله41
شکل 5-1) نمونه‌ی نمودار برش ایجاد شده در پوشش تونل تحت بار زلزله برای مدل T1045
شکل 5-2) نمونه‌ی نمودار خمش ایجاد شده در پوشش تونل تحت بار زلزله برای مدل T1045
شکل 5-3) دامنه فوریه زلزله های اعمالی الف- زلزله Northridge ب- زلزله Chi Chi47
شکل 5-4) دامنه فوریه زلزله های اعمالی الف- زلزله Northridge ب- زلزله Chi Chi50
شکل 5-5) محل قرارگیری نقاط کنترل جابه جایی51
شکل 5-6) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T152
شکل 5-7) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T152
شکل 5-8) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T253
شکل 5-9) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T253
شکل 5-10) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T354
شکل 5-11) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T354
شکل 5-12) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T455
شکل 5-13) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T455
شکل 5-14) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T556
شکل 5-15) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T556
شکل 5-16) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T657
شکل 5-17) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T657
شکل 5-18) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T758
شکل 5-19) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T758
شکل 5-20) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T859
شکل 5-21) تاریخچه جابه جایی افقی قائم کنترلی در مدل T859
شکل 5-22) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T960
شکل 5-23) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T960
شکل 5-24) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T1061
شکل 5-25) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T1061
شکل 5-26) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T1162
شکل 5-27) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T1162
شکل 5-28) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T1263
شکل 5-29) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T1263
شکل 5-30) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T1364
شکل 5-31) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T1364
شکل 5-32) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T1465
شکل 5-33) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T1465
شکل 5-34) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T1566
شکل 5-35) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T1566
شکل 5-36) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T1667
شکل 5-37) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T1667
چکیدهتونل ها و سازه های زیرزمینی از جمله سازه های پر اهمیت و رو به رشد در شرایط توسعه سازندگی کشورمان می باشند.اهمیت پرداختن به ضوابط و دستورالعمل های طراحی لرزه ای تونل ها با توجه به رشد چشمگیر ساخت و بهره برداری متروهای شهری نظیر متروی تهران، اصفهان، شیراز و... مشهود است. سازه تونل ها و ایستگاه های مترو که جزء سازه های زیرزمینی پر اهمیت محسوب می شوند، به خاطر حجم سنگین و وسعت مدل هندسی و همچنین تنوع بسیار زیاد در تکنیک های طراحی و اجرا، جزء دشوارترین طراحی های لرزه ای سازه ها محسوب می گردد. اثرات مدفونی سازه ها، فشار سرباره خاک، اندرکنش محیط خاک جداره ای با تونل، بارگذاری فشار آب منفذی و جریان آب، بارگذاری دینامیکی قطارها و واگن ها به دشواری این مدل سازی دینامیکی می افزاید. در این پژوهش از دیدگاه مهندسی زلزله به مدل سازی این سازه ها با رویکرد اندرکنش دینامیکی خاک وسازه می پردازیم. اندرکنش خاک وتونل به صورت مستقیم و در نرم افزار Plaxis مدل سازی شده است. مدل سازی تماما در فضای دوبعدی بوده است. پوشش تونل به صورت المان های بتنی لولا شده در نظر گرفته شده و مصالح خاکی در چهار نوع ماسه معمولی، ماسه متراکم، رس معمولی و رس پیش تحکیم یافته منظور شده است. همچنین سنگ بستر در دو عمق متفاوت 10 و 100 متر در نظر گرفته شد. در تحلیل دینامیکی نیز از دو نوع زلزله با محتوای فرکانسی متفاوت استفاده شده است. در پایان نیز به بررسی هر حالت در شرایط لرزه ای مختلف پرداخته شده است.
کلمات کلیدی: تونل، پوشش‌های تونل، اندرکنش خاک و سازه، مدلسازی اجزا محدود

فصل اول
« کلیات »

1-1 مقدمهکشور ایران به عنوان یکی از مناطق زلزله خیز جهان همواره در طی سالیان گذشته در معرض زلزله های ویران کننده ای قرار داشته است. شرایط طبیعی و زمین شناسی ایران از نقطه نظر وقوع زلزله به طورجدی در دستورکار مهندسین و برنامه ریزان قرار گرفته است. با توجه به اینکه تونل های بسیاری در مناطق زلزله خیز احداث شده و یا در دست ساخت قرار دارند، طراحی ایمن آنها در برابر زلزله از اهمیت و جایگاه ویژه ای برخورداراست. بررسی دقیق پایداری لرزه ای تونلها از مسائل پیچیده در حوزه سازه ها است. تنوع خواص دینامیکی بدنه تونل و گوناگونی جنس و ضخامت خاک که می توانند در انتقال، تضعیف و تقویت امواج زلزله نقش اساسی داشته باشند، وجود یا عدم وجود گسل فعال در محدوده محور تونل، ویژگی های زلزله مانند فاصله مرکز زلزله تا تونل، شدت و طول زمان وقوع زلزله، نوع و امتداد امواج رسیده به تونل و محتوی فرکانسی امواج، همه از عواملی هستند که درپاسخ دینامیکی تونل نقش به سزایی دارند.
به طور کلی تونلها، سازه هایی سه بعدی، عظیم، نا همگن، غیرایزوتروپ و غیر ارتجاعی هستند که در اندر کنش با شالوده و آب مخزن می باشند. مدلهای عددی که بتوانند تمام عوامل فوق را در نظر بگیرند از پیچیدگی زیادی برخوردار خواهند بود. بسته به اینکه کدام یک از شرایط فوق به طور مشخص حاکم بر مسئله باشد مدل می تواند آن پارامتر را ملحوظ نموده و به منظور یافتن رفتار واقعی تر تونل آنها را در نظر بگیرد. در سالهای اخیر پیشرفتهای صورت گرفته در هر دو زمینه نرم افزار و سخت افزار کامپیوتر بسیاری از این مشکلات را خصوصا در زمینه مدل کردن هندسه سه بعدی بدنه تونلها و رفتار غیر خطی و غیر ارتجاعی خاک قابل حل نموده است. به همین نسبت پیشرفتهای صورت گرفته در زمینه روشهای آزمایشگاهی و صحرایی در ارزیابی خواص دینامیکی مصالح تونل و نتایج حاصل از آزمایش های ارتعاش اجباری تونلها و ثبت پاسخ تونلها در برابر زلزله های واقعی در جهت تصحیح و اعتبار بخشیدن به روشهای عددی و تحلیلی بسیار موثر بوده است.1-2 بیان مسئلهبا توجه به دامنه کاربرد تونلها در کشور لرزه خیز ایران، تحلیل دینامیکی این گونه تونلها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. روشهای مختلفی تاکنون برای پیش بینی رفتار انواع مختلف تونلها توصیه و بکار رفته است. روش شبه استاتیکی که بر مبنای تحلیلهای تعادل حدی قرار گرفته است، هر چند با کاربرد آسان و فرضیات ساده ایمنی تونل را ارائه می دهد، اما در کنار این مزایا روش شبه استاتیکی، بعضاً می تواند به نتایج بسیار بدبینانه نسبت به پایداری لرزه ای سازه منجر شود که خود به ارائه طرحی غیراقتصادی ختم می گردد.
امروزه با پیشرفت روزافزون و فراگیرشدن کامپیوتر، استفاده از روشهای عددی در تحلیل و طراحی تونلها در مقابل زلزله بمراتب از گذشته بیشتر شده است. انتخاب مدل رفتاری مناسب مهمترین فاکتور در آنالیز با روشهای اجزای محدود یا تفاضل محدود تونلها، برای مدل کردن رفتار تنش کرنش پوشش می باشد. به دلیل اینکه رفتار خاک الاستیک خطی نیست، استفاده از چنین مدلهایی می تواند به نتایج غیرایمن و غیر اقتصادی منجر شود. همچنین در حین ساخت تونل و بعد از آن مسیرهای مختلفی از تنش همراه با دوران جهت تنشهای اصلی در خاکریز رخ می دهند که در نتیجه مدلهای الاستیک غیرخطی نیز قادر به در نظر گرفتن وابستگی رفتار به مسیر تنش که در اثر رفتار غیرارتجاعی خاک حادث می شود، نمی باشند. در همین راستا سعی می شود در این تحقیق پاسخ دینامیکی تونلها با استفاده از مدلهای الاستوپلاستیک تحلیل شود. نرم افزار اصلی مورد استفاده PLAXIS V8.5 می باشد که در حال حاضر بصورت گسترده ای در مسائل مکانیک خاک مورد استفاده قرار می گیرد.1-3 هدف از تحقیقتونلها از جمله سازه های ژئوتکنیکی هستند که گسیختگی در آنها می تواند منجر به خسارات جبران ناپذیری گردد، از اینرو در طراحی آنها لازم است تمام کنترلها و حساسیتهای لازم بعمل آید. یکی از این موارد، کنترل پایداری تونل در طول زلزله و بعد از آن میباشد. بررسی دقیق پایداری تونلها در برابر زلزله از پیچیده ترین مسایل در حوزه سازه ها است. علت این مسئله این است که مجموعه معلومات و روابط بین آنها در تحلیل این مسئله بسیار متنوع و متفاوت است. با توجه به وسعت کاربرد تونلها و همچنین لرزه خیزی کشور ایران، برآورد ایمنی لرزه ای تونلها نقش ارزنده ای دارد.
1-4- متدلوژی تحقیق
در این تحقیق پاسخ غیر خطی پوشش تونل های حفاری شده با دستگاه TBM در برابر زلزله با استفاده از مدل موهر-کلمب که یک مدل الاستوپلاستیک می باشد، بدست می آید. با استفاده از این روش پاسخ دو بعدی تونل در حالت کرنشهای صفحهای در برابر زلزله محاسبه می شود. برای انجام تحلیل ها از روش اجزاء محدود (F.E.M) و با استفاده از نرم افزار PLAXIS 8.5 Professional استفاده خواهد شد. در این نرم افزار معادلات دینامیکی حرکت با انتگرال گیری به روش نیومارک حل می شود. برای انجام مطالعات موردی از اطلاعات موجود در راهنمای نرمافزار برای هندسه تونل و نوع و مشخصات مصالح آن استفاده می شود.

فصل دوم
« ادبیات تاریخچه »

2-1 مقدمه
تونلسازی دارای سابقه بسیار طولانی است. سابقه ای که از ساخت غارها توسط انسانهای نخستین برای محافظت در برابر عوامل محیطی (سرما و گرما و...) شروع و در چند دهه اخیر همراه با توسعه صنعتی جوامع، رشد روز افزونی به خود گرفته است. در این بین لزوم بهینه سازی پوشش تونلها که ناشی از افزایش دانش مربوط به علوم زمین و اطلاعات آزمایشگاهی است بر هیچ کس پوشیده نیست. این موضوع از نقد پوشش تونلهای ساخته شده که عموماً عملکرد رضایت بخشی داشتند ولی طراحی جدار آنها کم و بیش محافظه کارانه بوده توسط پک و همکارانش (1969) و با توجه به نتایج اندازه گیریهای انجام شده شروع شد و امروزه با پیشرفت تکنولوژی ادامه دارد.[1]
از آنجا که اکثر تونلهای شهری در زمینهای نرم حفاری می‌شوند، سه نیاز اصلی طراحی و اجرای موفق یک تونل در خاک نرم را می توان به صورت زیر بیان نمود :
2-1-1 پایداری
اولین مسئله پیش از حفر تونل، بررسی پایداری آن می باشد. بررسی پایداری از این جهت که بتوان پیش بینی کرد قسمت های مختلف تونل از نظر پایداری در کدام یک از رده های زیر قرار می گیرد(2):
الف ـ برای همیشه پایدار است.
ب ـ تا مرحله نصب سیستم نگهداری دائم پایدار است.
ج ـ اصولاً پایدار نیست.
در صورتی که تمام یا قسمت هایی از تونل نیاز به سیستم نگهداری داشته باشد، باید این سیستم را تحلیل، طراحی و اجرا کرد.
در برخی از روشهای تحلیل مانند روشهای کرش و کرش اصلاح شده، فقط توده زمین به صورت یک محیط پیوسته در نظر گرفته می شود و میزان تغییر شکل ها و تنها در اطراف حفره مورد بررسی قرار می گیرد. به این گونه روشها، روشهای مبتنی بر بارگذاری خارجی گفته می شود. در نوع دیگر روشهای مبتنی بر بارگذاری خارجی، پوشش تونل به عنوان سازه ای که توسط فنرهای شعاعی و مماسی در اندرکنش با توده زمین هستند، در نظر گرفته می شوند. روشهای Metrogiprotrans و تیر بر بستر الاستیک از این نوعند.
در مقابل روشهای مبتنی بر بارگذاری خارجی، روشهایی وجود دارند که بر اساس تغییر شکلها و تنشهای ایجاد شده در اثر حفاری به وجود آمده اند. از جمله این روشها، روش همگرائی محصور شدگی می باشد که در آن بر خلاف روشهای گذشته به جای بارگذاری، تغییر شکلهای به وجود آمده در نتیجه باربرداری مورد بررسی قرار می گیرند(8).
با پیشرفت روشهای عددی و استفاده از کامپیوتر های با سرعت و قابلیت ذخیره سازی اطلاعات با حجم زیاد، تحلیل عددی تونلها با در نظر گرفتن مسئله سه بعدی حفاری، نحوه اجرای پوشش و با در نظر گرفتن مدلهای رفتاری مختلف توده زمین امکانپذیر شد، که البته جوابهای بدست آمده تفاوتهایی نیز با نتایج رفتار واقعی تونلها دارند. علت این امر تقریبهای اجتناب ناپذیر در پارامتر های مکانیکی توده زمین، نحوه تعامل توده زمین و پوشش از لحاظ میزان لغزش در مدلسازی تا واقعیت و... می باشند. بنابر این تنها اطلاعاتی که می تواند در این زمینه به ما کمک کنند. نتایج اندازه گیری هایی هستند که از رفتار واقعی تونل بدست می آیند.
2-1-2 جا به جایی های زمین و اثرات آن
احداث تونل در مناطق شهری نباید آسیبهای زیاد و غیر قابل قبولی به سازه های اطراف و بالای تونل برساند. قبل از ساخت، این جابه‌جایی‌ها باید تخمین زده شود و اثرات آنها بر روی سازه ها ارزیابی شود(15 و 16).
2-1-3 کارائی سیستم نگهدارنده و پوشش دائمی
پوشش تونل چه اولیه و چه نهایی، باید قابلیت تحمل نیروهای وارد بر آن را در طول عمر خود داشته باشد. بدین منظور می بایستی بارهای وارد بر پوشش تخمین زده شود.
حفاری در توده زمین باعث تغییرات تنش و ایجاد تغییر شکلها در محیط اطراف تونل می شود که رفتار تونل را تحت تأثیر قرار می دهد. با گذشت زمان روشهای زیادی برای تخمین تاثیز تونلسازی در خاک های نرم به وجود آمده است که می توان آنها را به روشهای تحلیلی، فرمولهای تجربی و مدلهای عددی پرداخته و محدودیت روشها معرفی شده اند.2-2 روش های تحلیل پوششوقتی یک مهندس محاسب با مسئله تحلیل و طراحی جدار تونل مواجه می شود، ابتدا مقدار بارهای وارد بر تونل را جستجو می کند بارهای وارد بر پوشش تونل به دو دسته تقسیم می شوند.
یک قسمت بارهایی هستند که همواره می بایستی در نظر گرفته شوند و قسمت دیگر که به شرایط تونل و محیطی که در آن قرار گرفته است بستگی دارند.2-2-1 بارهای وارد بر پوشش تونل
بارهای زیر را باید در طراحی پوشش تونل در نظر بگیریم.
الف ـ این بارها همواره باید در نظر گرفته شود:
1- فشار زمین
2- فشار آب
3- بار مرده
4- سربار
5- واکنش بستر
6- اثر زلزله
ب ـ اگر لازم است، بارهای زیر را نیز باید در نظر گرفت:
1- بارهای داخلی
2- بارهای در مرحله ساخت
3- بارهای ویژه
4- اثر تونل های مجاور
5- اثرات نشست
6- دیگر بارها
2-2-1-1 فشار زمین
شکل 2-1 مقطعی از یک تونل و زمین اطراف آن را نشان می دهد. فشار زمین باید مطابق با تحلیل مناسب تخمین زده شود. این تحلیل مناسب از نظر صاحب نظران مختلف، متفاوت است و دیدگاههای مختلفی ارائه شده که به روش های تحلیلی مختلف انجامیده است. برای مثال، فشار زمین باید به صورت شعاعی بر روی پوشش عمل کند و یا به فشارهای عمودی و افقی تقسیم شود. اگر تونل طراحی شده کم عمق باشد، فشار عمودی بر روی تاج تونل باید به صورت بار یکنواخت باشد و می تواند معادل فشار سربار باشد. اگر تونل عمیق باشد، فشار کاهش یافته، می تواند با فرمول ترزاقی بدست آید(3).
فشار افقی زمین نیز باید به صورت متغیر یکنواخت وارد بر مرکز پوشش از تاج تا کف باشد. مقدار آن نیز از ضرب فشار عمودی در ضریب فشار جانبی خاک بدست می آید. (شکل 2-2 (الف)). همچنین آن را می توان از فرمول پنتاگون نیز بدست آورد. (شکل 2-2 (ب)). مقدار ضریب فشار جانبی خاک مورد استفاده در طراحی باید بین فشار جانبی خاک در حالت سکون و فشار اکتیو خاک باشد. طراح باید بر اساس شرایط ساخت درباره مقدار آن تصمیم بگیرد.

شکل 2-1) مقطعی از یک تونل و زمین اطراف آن [3]

شکل 2-2 عملکرد فشار زمین بر روی پوشش ( λ ضریب فشار جانبی زمین، t و R0 ضخامت و شعاع خارجی پوشش ) (3)
qe=(qe1+qe2)/2 (2-1)
اگر تونل بالای سطح آب قرار داشته باشد:
qe1=λ(pe1+γt/2) (2-2)
qe2=λ(pe1+γ(2R0-t/2)) (2-3)
و در صورتیکه سطح آب بالای تونل قرار داشته باشد:
qe1=λ(pe1+γ't/2) (2-4)
qe2=λ(pe1+γ'(2R0-t/2)) (2-5)
2-2-1-2 فشار آب
به عنوان یک قانون، فشار آب وارد بر پوشش باید به صورت فشار هیدرواستاتیک باشد (شکل 2-3). نتیجه فشار آب وارد بر پوشش نیروی شناوری است. اگر برآیند فشار عمودی خاک در تاج و بار مرده بزرگتر از نیروی شناوری باشد. تفاوت بین آنها به صورت فشار قائم در کف عمل می کند (واکنش بستر) و اگر نیروی شناوری بزرگتر از برآیند بار مرده و فشار قائم باشد، تونل شناور خواهد شد.

شکل 2-3) فشار هیدرواستاتیک(Pw1فشار آب در تاج تونل و Re شعاع تا مرکز پوشش)(3)
Pw1=γwHw(2-6)
Pw=Pw1+γwRc(1-cosθ) (2-7)
2-2-1-3 بار مرده
بار مرده، بار قائم وارد بر مرکز ثقل مقطع عرضی تونل است و برای تونل دایروی از رابطه زیر بدست می آید:
Pg=W/2πRc (2-8)


حال اگر مقطع مستطیلی باشد.
Pg=γct (2-9)
که در آن W وزن پوشش در واحد متر در جهت طول تونل، Rc شعاع تا مرکز پوشش وγc وزن مخصوص بتن می باشد.
2-2-1-4 سربار
سربار باعث افزایش فشار خاک وارد بر پوشش می شود سربارها عبارتند از :
بار ترافیک جاده
بار ترافیک راه آهن
وزن ساختمان
2-2-1-5 واکنش بستر
واکنش بستر به موارد زیر تقسیم می شود.
1ـ عکس العمل مستقل از جا به جائی زمین مثل Pe2 در شکل (2-4).
2ـ عکس العمل وابسته به جا به جایی زمین
در مورد دوم، ضریب واکنش بستر به سختی زمین و ابعاد (شعاع) پوشش بستگی دارد. واکنش بستر محصول ضریب واکنش بستر و جا به جایی پوشش است که بر اساس سختی زمین و صلبیت پوشش تعیین می شود. در مدل کردن قابها عکس العمل بستر توسط فنرهای خطی در نظر گرفته می شود.

شکل 2-4) عکسالعمل بستر مستقل از جابهجایی (3)
2-2-1-6 اثر زلزله
وقوع زلزله به صورت پیامدهای مختلفی نظیر گسلش، رونگرایی، انتشار امواج زلزله، چگالش، تسونامی، زمین لغزش، اندرکنش سازههای مجاور و اندرکنش آب و سازه های هیدرولیکی در طبیعت ظاهر می شود. در این میان به طور عام پدیده هایی مانند گسلش، رونگرایی، انتشار امواج زلزله و حرکات تحت الارضی تهدید جدی تری برای سازه های مدفون به شمار می روند.
در هنگام زلزله به دلیل ناگهانی بودن تغییرمکان زیاد دو صفحه گسل نسبت به یکدیگر، تقاطع سازه های مدفون با صفحه گسل به عنوان یک منبع مهم انتقال نیرو تلقی می شود، لیکن تاکنون مطالعات گسترده ای در این خصوص صورت نگرفته است. در خصوص روانگرایی مطالعات Wang(1979) با استفاده از مدل ساده تیر-ستون بر بستر الاستیک با دو مقاومت متفاوت حاکی از وقوع کرنش های بسیار زیاد در سازه تونل در مجاورت خاک روانگرا انجام شده و در این خصوص مطالعات گسترده ای انجام نگرفته است(4).
در هنگام وقوع زلزله، امواج منتشره لرزش هایی به مدت چند ثانیه تا چند دقیقه ایجاد می کنند. در این خصوص لایه های خاک نظیر فیلتر عمل کرده، در فرکانس خاصی ارتعاشات را مستهلک و در فرکانس دیگری آنها را تشدید می کنند، لذا از جمله مشخصه های مهم لرزش زمین در طول یک سازه مدفون، غیر هم فاز بودن آنها در نقاط مختلف مسیر انتشار امواج می باشد که منجر به وقوع کرنش ها و انحناهای قابل توجهی در طول سازه می گردد. در این راستا لزوم توجه به پدیده اندرکنش خاک و سازه و به عبارتی میزان تبعیت سازه از خاک اطراف به عوامل متعددی نظیر نوع و جنس خاک، نوع موج منتشره و مشخصات هندسی و مکانیکی مقطع مدفون بستگی خواهد داشت(17).
شبیه سازی های آزمایشگاهی برای مطالعه و ارزیابی رفتار تونل های مدفون تحت اثر انتشار امواج زلزله، توسط He و Koizomi (2000) حاکی از انعطاف پذیری پوشش های بتن مسلح پیش ساخته و تبعیت رفتار آنها از رفتار خاک اطراف در جهت عرضی می باشد، لیکن در جهت طولی رفتار خاک به شدت متاثر از رفتار تونل می باشد.
نتایج مطالعات عددی نیز نشان می دهد که اندرکنش امواج منتشره در راستای عمود بر محور تونل سبب انحنای مقطع تونل و تمرکز تنش در جداره ها، سقف و کف مقطع می گردد. Kuesel(1968) با فرض عملکرد خاک به صورت تکیه گاه، عکس العمل ها را در قالب تعدادی فنر ارتجاعی خطی مدل نموده و معادله دیفرانسیل سازه تیر را به صورت زیر استخراج کرده است:
(2-10) EI∂4ut∂x4+Khut=Khuyکه در آن :
ut جابه جایی افقی سازه
uy : جابه جایی فائم سازه
Kh : مدول بستر افقی محیط اطراف
EI : صلبیت مقطع تونل
باحل معادله فوق حداکثر نیروهای داخلی بدست خواهند آمد. در حالت دقیق تری با مدلسازی سازه تونل و محیط اطراف و اعمال مدل رفتاری مناسب و لحاظ پدیده اندرکنش در تحلیل دینامیکی، می توان درک بهتری از رفتار متقابل سازه و خاک نسبت به یکدیگر به دست آورد که هدف این پژوهش نیز همین امر است.
ز ـ بارهای وارده از داخل
بارهای ایجاد شده توسط تأسیسات موجود در سقف تونل یا بارهای وارد بر اثر فشار داخلی آب باید در اینجا محاسبه شوند.2-3 تئوریهای تخمین مقدار بار وارد بر پوشش
برای تخمین بارهای وارد بر پوشش تونل جهت طراحی دو راه وجود دارد. یکی روش هایی هستند که عمق پوشش را در نظر نمی گیرند و دیگری نظریه هایی که شامل تعیین بار وارد بر پوشش با لحاظ کردن عمق می باشند. انتخاب یکی از این دو روش بستگی به سخت و یکپارچه بودن و یا شل بودن توده زمین دارد. در توده های سنگی یکپارچه و در مواردی که تنش از حد الاستیک تجاوز نمی کند، میزان بار وارد بر پوشش تحت تأثیر عمق سربار قرار نمی گیرد. بنابراین استفاده از تئوریهایی که از اثر عمق صرف نظر می کنند، کاملاً توجیه شده می باشد. بر عکس زمانی که تنش ها به محدوده پلاستیک وارد می شوند، اثر عمق نه تنها در تعیین بزرگی فشار توده بلکه در زمان مورد نیاز برای گسترش منطقه محافظ نیز فاکتور مناسبی است(2).
از آنجایی که در اکثر حفاری های تونل های شهری (کم عمق)، شاهد نشست زمین در اثر گسترش منطقه پلاستیک و رسیدن آن به سطح زمین هستیم(5)، لذا نظریه های تعیین بار وارد بر پوشش با در نظر گرفتن عمق سربار ملاک عمل خواهد بود با این وجود برخی از نظریه هایی که وابسته به عمق سربار نیستند نیز در عمق کم جوابهای نزدیک به واقعیت می دهند. به همین دلیل در قسمت های بعدی به بررسی برخی از آنها نیز پرداخته ایم.2-3-1 تئوری ترزاقی
این تئوری به طور کلی برای خاک های دانه ای، خشک و بدون چسبندگی به وجود آمد ولی در مورد خاک های چسبنده نیز به خوبی می تواند تعمیم داده شود. با توجه به شرایط واقعی ترزاقی مقداری رطوبت را در خاک ماسه ای در نظر گرفت طوری که چسبندگی لازم را برای نگهداری قسمت قائم سینه کار در هنگام پیشروی به وجود آورد. طی حفاری و نصب پوشش اولیه، توده ماسه اطراف حفره دچار جا به جایی می شود که این جا به جایی ها برای به وجود آمدن صفحات لغزش که گسیختگی حتمی در آنها رخ می دهد، کافی است. بنابر این پهنای قسمتی از توده زمین که جا به جایی با زاویه 45+Ф/2 در صفحه گسیختگی رخ می دهد برابر است با. (شکل 2-5 )(3)
B=2[b2+mtan45-Ф2] (2-11)
جا به جایی توده زمین به وسیله اصطکاک به وجود آمده در صفحات برشی قائم خنثی می شود. این صفحات مرزی در انتهای المان با پهنای B ترسیم شده اند. (شکل 2-5)
مقاومت برشی در امتداد این صفحات که در برابر جا به جایی ها مقاومت می کند، برابر است با:
τ=c+σ tanϕ=c+σh tanϕ (2-12)
با نوشتن رابطه تعادل نیروهای وارده بر نواری به پهنای B و ارتفاع dz در عمق z خواهیم داشت:
Bγdz=Bσv+dσv-Bσv+2τdz (2-13)
با جایگذاری خواهیم داشت.
σh=Kσv (2-14)
τ=c+σhtanϕ=c+Kσv tanϕ (2-15)
Bγdz=Bσv+dσv-Bσv+2cdz+2Kσvdz tanϕ (2-15)
dσvdz=γ-2cB-2Kσvtanϕv (2-15)
با فرض شرایط مرزی σv=q در عمق z=0 جواب معادله دیفرانسیل برابر خواهد شد با :
σv=Bγ-2cB2K tanϕ1-e-K tanϕ 2cB+qe-K tanϕ 2cB (2-16)
برای c=q=0 داریم:
σv=Bγ2K tanϕ1-e-K tanϕ 2cB (2-17)
با جایگذاری عمق برابر با عمق سرباره، فشار توده زمین برابر می شود با :
σv=Bγ2K tanϕ1-e-K tanϕ 2HB (2-18)
که در آن γ وزن مخصوص کل خاک، K ضریب فشار افقی در حالت سکون و ϕ زاویه اصطکاک داخلی خاک می باشند.

شکل 2-5) فرضیات تئوری فشار خاک ترزاقی (3)

شکل 2-6) فشار خاک در عمق های بیشتر (3)
برای عمق های بیشتر (H>2.5B)، عمل طاق شدگی به سطح زمین گسترش نمی یابد. در آزمایشات ترزاقی مقدار ضریب K به تدریج از 1 به 5/1 متناظر با ارتفاع معادل B افزایش می یابد و فشار توده از ترکیب دو پارامتر H1 و H2 به دست می آید. (شکل 2-6)
H2 مربوط به ارتفاع منطقه طاق شدگی است و H1 ارتفاع پس از آن تا سطح زمین می باشد در این مورد فشار خاک برابر بار خارجی معادل با q=γH1 به اضافه بار ناشی از منطقه محافظ در نظر گرفته می شود.بنابراین :
pv=Bγ2K tanϕ1-e-K tanϕ 2H2B+γH1e-K tanϕ 2H2B (2-19)
ارتفاع H2 با پایین آمدن سطح حفره افزایش می یابد تا نهایتاً به 5/1 عمق سرباره می رسد. در این حالت اثر ترم دوم به اندازه ای کوچک می شود که قابل صرف نظر کردن است. ضمن آنکه عبارت داخل پرانتز هم به سمت واحد میل می کند. بنابراین در عمق خیلی زیاد خواهیم داشت.
pv=Bγ2K tanϕ (2-20)
همان طور که دیده می شود وابستگی فرمول (2-11) به عمق سربار از بین می رود. ترزاقی بر اساس تجربیات و آزمایشات به این نتیجه رسید که مقدار K در این حالت تقریباً برابر واحد است. نکته دیگری که در این رابطه وجود دارد رابطه مستقیم فشار توده و پهنای حفاری می باشد و یک شباهت اساسی با فرمول به دست آمده از نظریه پرتودیاکونوف (فرمول 2-24) می دهد که یک توزیع فشار یکنواخت را به جای توزیع فشار سهمی در سطح مقطع تونل نشان می دهد.
2-2-2 تئوری بلا (balla-1961) (6)
بلا در تئوریش فرض می کند که توده زمین بالای حفره دچار رها شدگی خواهد شد و به سمت پایین حرکت می کند این جا به جایی جهت بر انگیختن مقاومت برشی مصالح و حرکت در جهت صفحات لغزش کافی می باشد. او به صورت دلخواه سطوح لغزش را دایروی فرض کرد که از گوشه های بالای حفره مستطیلی شروع می شوند. شعاع دایره طوری در نظر گرفته می شود که مماس بر آن از نقطه تماس با محور تقارن و سطح لغزش استوانه ای دیگر زاویه 45-Ф/2 متناظر با صفحات لغزش فشار مقاوم توده زمین به وجود آید. (شکل 2-7)
به وسیله توزیع تنش در امتداد صفحات لغزش که توسط معادله دیفرانسیل کوئر تعیین می شود فشار زمین از تعادل قائم نیروها با جرم زمین لغزش یافته به دست خواهد آمد، یعنی :
G+Qv+Kv+P=0 (2-21)
جائی که G نشان دهنده جرم زمین لغزیده که توسط صفحات لغزش به وجود می آید، Qv و Kv برآیند تنش های برشی و چسبندگی در امتداد صفحات لغزش و P برآیند فشار در بالای سقف حفره می باشد.

شکل2-7 اصول تئوری بلا (6)
بعد از تعیین این مقادیر که تابعی از ابعاد، عمق حفره و مشخصات مقاومتی توده زمین بالای حفره می باشند و فرض کردن توزیع یکنواخت فشار Pa او به رابطه زیر رسید:
Pa=Hγ[FH+bHFB-cHγFC] (2-22)
در این عبارت FH و FB و FC فاکتورهایی هستند که به زاویه اصطکاک داخلی توده زمین بستگی دارند و مقادیر آنها از جدول 2-1 بدست می آیند:
جدول 2-1) مقادیر FH و FB و FC براساس Ф [9]
FCFBFHФ
81/1 15/0 68/0 10
61/1 26/0 41/0 20
37/1 33/0 21/0 30
1/1 37/0 076/0 40
97/0 38/0 033/0 45
عیب اصلی این تئوری، صرف نظر کردن از سست شدگی بخشهای جانبی و فشار افقی ناشی از آن است. ضمن آن که اثر عمق پوشش (عامل FH ) اثری همیشگی و بسیار آهسته (نسبت به افزایش عمق ) دارد.
فصل سوم
« معادلات تعادل و حل آنها »

3-1 معادله اساسی رفتار دینامیکیمعادله برای حرکت وابسته به زمان یک جسم تحت تاثیر بار دینامیکی بصورت زیر می باشد:
(3-1) Mu+Cu+Ku=Fدر اینجا M ماتریس جرم، u بردار تغییر مکان، C ماتریس میرایی، K ماتریس سختی و F بردار نیرو میباشد. تغییرمکان u، سرعت u و شتاب u با زمان تغییر می نمایند. در ماتریس M، جرم مصالح (خاک + آب + دیگر سازه ها) به حساب آورده می شود. ماتریس C میرایی مصالح را نشان می دهد. در اصل میرایی مصالح از اصطکاک و تغییرشکلهای برگشت ناپذیر (پلاستیسیته و ویسکوزیته) ناشی می شود. با پلاستیسیته و ویسکوزیته بیشتر، انرژی ارتعاش بیشتری از بین می رود. برای محاسبه ماتریس میرایی، پارامترهای اضافی که تعیین کردن آن با آزمایش ممکن می باشد، لازم می شود. در المان محدود، C اغلب به صورت تابعی از جرم و ماتریس های سختی میرایی رایلی فرموله بندی می شود(7).
(3-2) C=αRM+βRKبطوریکه αR و βR ضرایب رایلی را نشان می دهند.
برای یک سیستم چند درجه آزادی، نسبت میرایی بحرانی ξi، برای هر فرکانس زاویه ای سیستم ωi از رابطه زیر حاصل می شود(8):
(3-3) α+βωi2=2ωiξi(3-4) ξi=12(αωi+βωi)
شکل 3-1) تغییر نسبت میرایی بحرانی نرمال شده با فرکانس زاویه ای
در شکل (3-1) تغییرات نسبت میرایی مود iام با فرکانس زاویهای ωi نشان داده شده است. سه خم ارایه شده شامل مولفه های مربوط به جرم و سختی بطور مجزا و جمع آنها می باشد. بطوری که مشاهده می شود، میرایی متناسب با جرم در محدوده فرکانس های زاویه ای پایین، و میرایی متناسب با سختی در محدوده فرکانس های زاویه ای بالا غالب است.
در مسائل از نوع تک منشا مانند کوبیدن شمع و ژنراتور روی فونداسیون ( که از مدل تقارن محوری استفاده شده است)، ممکن است نیاز به میرایی رایلی نباشد، چون بسیاری از میرایی ها به علت توزیع شدن شعاعی موج ها می باشد (میرایی هندسی) و میرایی هندسی مهمترین کمک رابه میرایی سیستم می کند. با این وجود در مدلهای کرنش صفحه ای مانند مسائل زلزله، میرای رایلی برای بدست آوردن نتایج واقع بینانه لازم می باشد.
پارامتر متداول استفاده شده، نسبت میرایی ξ می باشد. در روش المان محدود، میرایی رایلی یکی از اندازه گیریهای مناسب است که اثرات میرایی را در ماتریس سختی و جرم لحاظ می کند. αR رایلی پارامتری است که اثر جرم در میرایی سیستم تعیین می نماید. در مقادیر بالاتر αR بیشتر فرکانسهای پایین مستهلک می‌شوند. βR رایلی پارامتری است که اثر سختی در میرایی سیستم را تعیین می نماید. در مقادیر بالاتر βR،
بیشتر فرکانسهای بالا مستهلک می شوند.
از رابطه زیر می توان مقادیر α و β را برای هر لایه خاک بدست آورد:
(3-5) α=ξeω1 و β=ξeω1که ξ نسبت میرایی برای المان و ω1 فرکانس طبیعی مود اول سیستم است.3-2 حل معادلات دینامیکی تعادلدو راه حل برای حل معادلات دینامیکی حرکت وجود دارد. یکی انتگرال گیری به روش تفاضل پیش رونده (Forward difference time integration) و دیگری انتگرال گیری به روش نیومارک (Newmark time integration) می باشد. روش پیش رونده یک روش صریح (explicit) است و روش نیومارک به صورت غیر صریح (implicit) مسئله را حل می کند.
طرح انتگرال زمان نیومارک روشی است که مکررا از آن استفاده می شود. با این روش، تغییرمکان و سرعت در نقطه ای در زمان t+Δt به ترتیب به صورت زیر بیان می شود:
(3-6) ut+Δt=ut+utΔt+(12-αut+αut+Δt)Δt2(3-7) ut+Δt=ut+(1-βut+βut+Δt)Δtدر معادلات بالا، Δt مرحله زمانی می باشد، ضرایب α و β دقت انتگرال گیری زمانی عددی را تعیین می نمایند. این ضرایب با α و β میرایی رایلی فرق دارند. به منظور بدست آوردن جواب ثابت، شرایط زیر باید اعمال شود:
(3-8) β≥0.5 α≥14(12+β)2توصیه می شود که از تنظیمات استاندارد که طرح نیومارک میرا با α=0.3025 و β=0.6 بکار برده شده است استفاده نمود(7).
3-2-1- بکار بستن طرح انتگرال در Plaxis ut+Δt=C0∆u-C1ut-C2ut(3-9) ut+Δt=ut+C0ut+C7ut+Δt(3-10)
(3-11)
(3-12)
(3-13)
بطوریکه ضرایب C0…C7 می توانند در مرحله زمانی و در پارامترهای انتگرال گیری α و β بیان شوند.
در این روش، تغییرمکان، سرعت و شتاب در انتهای مرحله زمان به وسیله آنها در ابتدا مرحله زمانی و افزایش تغییرمکان بیان می شوند. با انتگرال گیری زمانی منحنی معادله (4-1) باید در انتهای مرحله t+∆t بدست آورده شود.
(3-14)
این معادله، در ترکیب با عبارتهای (9-4) و (10-4) برای تغییرمکانها، سرعتها و شتابها در انتهای مرحله زمانی عبارت زیر بدست آورد:
(3-15)
در این فرم، سیستم معادلات برای آنالیز دینامیکی نسبتا مشابه با آنالیز استاتیکی می باشد. تفاوت آنها ماتریس سختی می باشد که شامل جمله های اضافی برای جرم و میرایی می باشد و نیز جمله های سمت راست شامل جمله های اضافی مشخص کننده سرعت و شتاب در شروع مرحله زمانی می باشد.(زمان ∆t).
سرعتهای موج
سرعت موج تراکمی (فشاری) VP در خاک یک بعدی محصور شده تابع سختی Eoed، و جرم ρ می باشد.
(3-16)
که در آن E مدول یانگ، v ضریب پوآسون، γ واحد وزن کل و g شتاب ثقل زمین می باشد. عبارت مشابه را می توان برای سرعت برشی، Vs یافت.
(3-17)
مرحله زمانی بحرانی
اگر مرحله زمانی خیلی بزرگ باشد، جواب انحراف اساسی را نشان خواهد داد و پاسخ محاسبه شده غیر حقیقی خواهد بود. مرحله زمانی به فرکانس ماکزیمم و درشتی المان محدود بستگی دارد. عموما رابطه زیر برای المان منفرد استفاده می شود.
(3-18)
جمله ریشه نخست سرعت موج تراکمی را نشان می دهد (معادله 4-12). فاکتور α به نوع المان بستگی دارد. برای المان 6 گرهی α=16C6 با C6≈5.1282 و برای المان 15 گرهی α=119C15 با C15≈4.9479 می باشد. سایر فاکتورهای تعیین شده ضریب پواسون v، طول میانگین B و المان سطح S می باشد. در مدل المان محدود مرحله زمانی بحرانی برابر مقدار مینیمم ∆t مطابق با معادله (4-14) روی تمام المان ها می باشد. مرحله زمانی برای مطمئن شدن به اینکه موج در مدت مرحله منفرد در فاصله بزرگتر از اندازه مینیمم المان حرکت نکند، می باشد(18).
مرزهای مدل
برای محاسبات دینامیک، مرزها باید دورتر از آنالیز استاتیک باشند چون در غیر اینصورت موج های تنش بازتاب خواهد شد و در نتایج محاسبه شده تحریف خواهد شد. با این وجود، قرارگیری مرزها در فاصله دور به المانهای اضافی زیاد و نیز به زمان محاسباتی و حافظه بیشتر نیاز دارد. در این قسمت ما از مرزهای جاذب یا خاموش صحبت خواهیم نمود.
روشهای مختلفی برای ایجاد چنین مرزهایی وجود دارد:
-استفاده از المانهای نیمه محدود (المانهای مرزی)
-سازگاری مشخصات مصالح المانها در مرزها (سختی کم، ویسکوزیته بالا)
-استفاده از مرزهای ویسکوز (میراگرها)
برای ایجاد اثرات دینامیکی در Plaxis مرزهای جاذب با آخرین روش ایجاد می شود[7].
مرزهای جاذب
در برگزیدن مرزهای جاذب، میراگرها به جای بکاربردن گیرداریها در جهت معین استفاده می شود. میراگر تضمین می کند که افزایش در تنش روی مرز جذب می شود. مرز سپس شروع به حرکت می نماید. مولفه های تنش برشی و عمودی جذب شده به وسیله میراگر در جهت X بصورت زیر می باشند.
(3-19)
(3-20)
در اینجا ρ دانسیته مصالح می باشد. Vp و Ps سرعت موج تراکمی و برشی می باشند.
تنش های اولیه و افزایش های تنش
با برداشتن گیرداریهای مرزی در حین انتقال از آنالیز استاتیکی به آنالیز دینامیکی تنشها بر روی مرز نیز از بین خواهند رفت. این بدان معنی است که مرز در اثر تنشهای اولیه شروع به حرکت خواهد کرد. برای جلوگیری از این امر، تنش مرزی واقعی به سرعت مرزی اولیه (مجازی) تبدیل می شود. در هنگام محاسبه تنش، سرعت مرزی اولیه باید از سرعت واقعی کاسته شود.
(3-21)
این سرعت اولیه در شروع آنالیز دینامیکی محاسبه می شود و بنابراین کاملا بر اساس تنش مرز واقعی می باشد (محاسبات قبلی یا حالت تنش اولیه).
حال، حالاتی ممکن است رخ دهد که در آن یک بار جدید در یک مکان مشخص بر روی مدل اعمال شده و از آن پس بطور پیوسته باقی بماند. این بار باعث افزایش تنش مرزی میانگین خواهد شد. اگر در مسئله با یک مرز جاذب روبرو باشیم تنش جزئی میانگین نمی تواند جذب شود، بجای آن مرز شروع به حرکت می کند. با این وجود در اکثر مواقع در قسمتهایی از شبکه بطور مثال در پایین آن، مرزهای ثابت (غیر جاذب) وجود دارد که بطور معمول در انتهای شبکه در محل انتقال از یک لایه خاک غیر صلب به خاک سخت استفاده می شود. البته در اینجا نیز در حقیقت مسئله انعکاس رخ می دهد. بنابراین این مرز ثابت را می توان براحتی در یک آنالیز دینامیکی با شرایط محیطی استاندارد (گیردار) ایجاد کرد. در مورد حالت اشاره شده در بالا که درآن یک بار اضافه به مدل اعمال شده، این افزایش باید در نهایت بوسیله مرزهای انتهایی (گیردار) جذب شود حتی اگر لازم باشد یک بازتوزیع تنش درمدل بوجود آید(7).
فصل چهارم
« مدل‌سازی عددی، ارائه نتایج،
نتیجه گیری و طراحی»

4-1 مشخصات هندسی مدلجهت مدلسازی اندرکنش تونل و خاک اطراف هندسه مدل در نرمافزار PLAXIS مطابق با جدول 4-1 تعریف گردید.
جدول 4-1) مشخصات هندسی مدل
شکل هندسی قطر تونل ارتفاع روباره فاصله تا سنگ بستر تعداد سگمنت
دایرهای 20 متر 20 متر 10 متر 6 عدد با اتصال مفصلی
دایرهای 20متر 20 متر 100 متر 6 عدد با اتصال مفصلی
مدلهای ساخته شده در نرمافزار در شکلهای 4-1 نشان داده شده است.

شکل 4-1) مدلهای هندسی تونل در نرمافزار PLAXIS
4-2 مشخصات مصالحدر مدلسازی عددی به طور کلی از دو نوع مصالح استفاده شده. 1- مصالح خاک 2- بتن (مصالح پوششهای تونل) جهت مدلسازی پوشش تونل المان Plate با مصالح الاستیک و از المان دوبعدی با کرنش صفحهای به ضخامت 40 سانتیمتر و مدل رفتاری موهر کلمب جهت توصیف رفتار خاک اطراف تونل استفاده شده است.
چهار نوع خاک ماسه معمولی، ماسه متراکم، رس عادی تحکیمیافته و رس پیشتحکیمیافته در حالت عدم حضور آب زیر زمینی جهت مدلسازی خاک اطراف پی مورد استفاده قرار گرفته است. پوششهای تونل از جنس مصالح بتنی در نظر گرفته شدند. مشخصات کامل مصالح خاکی استفاده شده در مدلسازی در جدول 4-2 بیان شده است.
جدول 4-2) مشخصات کامل مصالح خاکی
ویژگی نماد ماسه ماسه متراکم رس عادی تحکیمیافته رس پیش تحکیمیافته واحد
وضعیت زهکشی - زهکشی شده زهکشی شده زهکشی شده زهکشی شده -
وزن مخصوص γ5/16 17 15 16 kNm3مدول یانگ E 50000 120000 30000 80000 kNm2ضریب پواسون v33/0 33/0 30/0 30/0 1
چسبندگی C 1 1 5/5 4 kNm2زاویه اصطکاک داخلی φ31 33 24 25 °زاویه اتساع Ψ1 3 0 0 °مقاومت مرزی Rinterصلب صلب صلب صلب -
4-3 مشبندی مدلدر مدلسازی عددی تونل‌ها از المان های مثلثی 15 گره ای استفاده شده است. با توجه به دقت مورد نیاز در سمت های مخلف مدل از مشبندی با اندازه های متفاوت استفاده شد. در قسمت های داخلی تونل از مش ریزتر و برای خاک قسمت های خارجی از مش درشت تر در مدلسازی استفاده شده است. پارامتر le در رابطه شماره (4-1) به عنوان معیاری برای درشتی و ریزی المان در نظر گرفته شد. شکل کلی المان مورد استفاده در شکل 4-2 نمایش داده شده است. همچنین در شکل (4-3) نمایی کلی از مشبندی تونل و محیط اطراف ارائه شده است.
(4-1) le=Xmax-Xmin*(Ymax-Ymin)ncدر این رابطه :
Xmax وXmin و Ymax و Ymin مشخصات هندسی مدل و مقادیر nc طبق جدول شماره 4-3 تعیین می شود.
جدول 4-3) مقادیر nc جهت مش بندی
اندازه المان ncخیلی درشت 25
درشت 50
متوسط 100
ریز 200
خیلی ریز 400

شکل 4-2) شکل کلی المان 15 گرهای مثلثی

شکل 4-3) نمای کلی مشبندی تونل و محیط اطراف
4-4 فازبندی و محاسباتجهت انجام محاسبات مدلهای مورد نظر 4 فاز کلی به شرح زیر در نظر گرفته شده است.
فاز اول: محاسبه تنشهای برجا
فاز دوم: حفاری تونل و فعالسازی پوشش تونل
فاز سوم: محاسبه نیروی ایجاد شده در پوشش در اثر فشار خاک اطراف تونل
فاز چهارم: اعمال شتاب زلزله به سنگ بستر و محاسبه نیروها و تغییرشکل های ایجاد شده در تونل و خاک اطراف
در ادامه به تفصیل چهار فاز بیان شده در فوق میپردازیم.
4-4-1 فاز اول: محاسبه تنشهای برجاهدف از این فاز محاسبه تنش های موجود در خاک پیش از حفاری تونل است. جهت محاسبه تنش های قائم از رابطه (4-2) و جهت محاسبه تنش های افقی از رابطه (4-3) استفاده شده است. نمای تنش های برجای محاسبه شده توسط نرم افزار در شکل 4-3 و 4-4 نشان داده شده است.
(4-2) σv=γh
σv تنش قائم موجود در خاک
γ وزن مخصوص خاک
h عمق نقطه مورد نظر
(4-3) σh=K0σvσh تنش افقی موجود در خاک
K0 ضریب رانش سکون که با استفاده از فرمول gacky محاسبه شده است.
K0=1-Sin∅ (4-3)

شکل 4-4) نمای تنش‌های برجای محاسبه شده توسط نرم افزار (سنگ بستر در عمق 10 متری)

شکل 4-5) نمای تنش‌های برجای محاسبه شده توسط نرم افزار (سنگ بستر در عمق 100 متری)
4-4-2 فاز دوم: حفاری تونل و نصب همزمان پوششها
در این مرحله به مدلسازی حفاری تونل توسط دستگاه TBM و نصب همزمان پوشش های تونل می پردازیم. شکل 4-4 شکل کلی تونل حفاری شده و پوشش ها پس از نصب را نشان می دهد.

شکل 4-6) تونل حفاری شده و پوشش ها پس از نصب
4-4-3 فاز سوم: محاسبه نیروی ایجاد شده در پوشش در اثر فشار خاک اطراف تونل
در این مرحله به منظور شبیه سازی افت زمین در اجرای تونل روش انقباض (Contraction Method) مورد استفاده قرار گرفته است. در اصل با تعریف پارامتر انقباض همگرایی تونل و کاهش سطح مقطع حفاری شده مدلسازی می گردد. منابع مختلف مقادیر 5/0 تا 5/2 درصد را با توجه به وضعیت ژئوتکنیکی زمین، دقت اجرای تونل و مهارت اپراتور پیشنهاد می کنند در این مدلسازی به طور محافظه کارانه از مقدار 2 درصد استفاده شده است. تغییر شکل های تونل در فاز سوم در شکل 4-5 نشان داده شده است.

شکل 4-7) تغییر شکل های تونل پس از اعمال انقباض
4-4-4 فاز دوم: اعمال شتاب زلزله به سنگ بستر و محاسبه نیروها و تغییرشکل های ایجاد شده در تونل و خاک اطراف
در این مرحله مجموعه تونل و خاک اطراف تحت بارگذاری زلزله قرار می دهیم. بارگذاری زلزله در نرم افزار PLAXIS به صورت وارد کردن نمودار شتاب-زمان مربوط به هر زلزله به سنگ بستر قابل مدل سازی است. در این پژوهش زلزله Northridge به عنوان زلزله ای با محتوای فرکانسی بالا و زلزله Chi Chi –Taiwan به عنوان زلزله ای با محتوای فرکانسی پایین انتخاب شد و به سنگ بستر اعمال گردیدند. شتاب نگاشت های مربوط به این دو زلزله در شکل 4-8 و شکل 4-9 نشان داده شده است. همچنین نمونه ای از تغییر شکل های تونل و خاک اطراف در شکل 4-10 نشان داده شده است.

شکل 4-8) شتاب نگاشت زلزله Northridge

شکل 4-9) شتاب نگاشت زلزله Chi Chi –Taiwan

شکل 4-10) نمونه ای از تغییر شکل های تونل و خاک اطراف در اثر زلزله

فصل پنجم
« بحث و نتیجه‌گیری »

5-1 ارائه نتایج و مقایسههمان طور که پیش از این بیان گردید چهار نوع خاک با دو عمق قرارگیری سنگ بستر نسبت به تونل مدل سازی گردید. هر یک از مدل ها تحت دو نوع زلزله بارگذاری گردید و در مجموع 16 مدل ساخته و تحلیل شد که طبق جدول 5-1 نامگذاری شدند. در این فصل نتایج حاصل از تحیل این مدل ها در دو بخش ارائه میگردد. بخش اول شامل جابه جایی ایجاد شده در سطح خاک و المان های پوشش تونل و بخش دوم مشتمل بر نیروهای داخلی ایجاد شده بر اثر اندرکنش پوشش تونل با خاک اطراف تحت بارگذاری های اعمالی است.

جدول 5-1) مشخصات تونل های مدل سازی شده
مدل نوع خاک عمق سنگ بستر زلزله
T1 ماسه معمولی 10 Northridge
T2 ماسه معمولی 10 Chi Chi-Taiwan
T3 ماسه معمولی 100 Northridge
T4 ماسه معمولی 100 Chi Chi-Taiwan
T5 ماسه متراکم 10 Northridge
T6 ماسه متراکم 10 Chi Chi-Taiwan
T7 ماسه متراکم 100 Northridge
T8 ماسه متراکم 100 Chi Chi-Taiwan
T9 رس عادی تحکیم یافته 10 Northridge
T10 رس عادی تحکیم یافته 10 Chi Chi-Taiwan
T11 رس عادی تحکیم یافته 100 Northridge
T12 رس عادی تحکیم یافته 100 Chi Chi-Taiwan
T13 رس پیش تحکیم یافته 10 Northridge
T14 رس پیش تحکیم یافته 10 Chi Chi-Taiwan
T15 رس پیش تحکیم یافته 100 Northridge
T16 رس پیش تحکیم یافته 100 Chi Chi-Taiwan
5-2 نیروهای ایجاد شده در پوشش تونلدر این قسمت ضمن بیان نیروهای ایجاد شده در پوشش تونل در مدلهای مختلف به مقایسه آنها میپردازیم. در شکل شماره 5-1 و 5-2 نمونه‌ای از نمودار برش و لنگر مربوط به پوشش های تونل تحت بار زلزله ارانه گردیده است. حداکثر نیروهای ایجاد شده شامل نیروهای برشی و لنگر خمشی برای هرمدل به طور جداگانه در جدول 5-1 بیان شده است.

شکل 5-1) نمونه‌ی نمودار برش ایجاد شده در پوشش تونل تحت بار زلزله برای مدل T10

شکل 5-2) نمونه‌ی نمودار خمش ایجاد شده در پوشش تونل تحت بار زلزله برای مدل T10
5-2-1-بررسی نوع خاک و نوع زلزله و فاصله سنگ بستر تاتونل در نیروهای داخلی پوشش ها
در این حالت با مقایسه نیروهای داخلی پوشش ها در مدل های مختلف (T1 تا T16) به بررسی اثر نوع خاک، میزان تراکم، نوع زلزله و فاصله سنگ بستر تا تونل می پردازیم. حداکثر نیروی برشی و لنگر خمشی ایجاد شده در پوشش ها در جدول 5-2 ارائه شده است.
جدول 5-2) حداکثر نیروی برشی و لنگر خمشی ایجاد شده در مدلها
مدل نوع خاک عمق سنگ بستر زلزله حداکثر نیروی برشی (kN/m) حداکثر لنگر خمشی (kN.m/m)
T1 ماسه معمولی 10 Northridge 6/192 6/414
T2 ماسه معمولی 10 Chi Chi-Taiwan 0/113 8/326
T3 ماسه معمولی 100 Northridge 7/115 7/353
T4 ماسه معمولی 100 Chi Chi-Taiwan 9/106 8/334
T5 ماسه متراکم 10 Northridge 0/318 2/609
T6 ماسه متراکم 10 Chi Chi-Taiwan 5/93 6/219
T7 ماسه متراکم 100 Northridge 0/124 8/348
T8 ماسه متراکم 100 Chi Chi-Taiwan 4/123 1/336
T9 رس عادی تحکیم یافته 10 Northridge 192 6/515
T10 رس عادی تحکیم یافته 10 Chi Chi-Taiwan 113 8/326
T11 رس عادی تحکیم یافته 100 Northridge 8/161 4/517
T12 رس عادی تحکیم یافته 100 Chi Chi-Taiwan 9/106 8/334
T13 رس پیش تحکیم یافته 10 Northridge 6/188 0/647
T14 رس پیش تحکیم یافته 10 Chi Chi-Taiwan 0/113 8/326
T15 رس پیش تحکیم یافته 100 Northridge 7/159 1/513
T16 رس پیش تحکیم یافته 100 Chi Chi-Taiwan 5/109 9/341
با بررسی و مطالعه نیروهای حداکثر ایجاد شده در پوشش ها موارد زیر قابل استحصال است:
الف- شتاب نگاشت زلزله Northridge که در این مدلسازی مورد استفاده قرار گرفت. نسبت به شتاب نگاشت زلزله Chi Chiدر فاصله نزدیک ‌تری از گسل ثبت شده است. با مقایسه دامنه فوریه مربوط به هریک از زلزله‌ها مشخص می‌گردد که شتاب نگاشت مربوط به زلزله Northridge محتوای فرکانسی بیشتری را شامل می‌شود. به همین دلیل بر اثر زلزله Northridge نیروی بیشتری در المان‌های پوششی تونل ایجاد می‌شود. به عنوان مثال می‌توان نتایج حاصل از مدل‌های T11 و T12 را مشاهده نمود. در شکل 5-3 طیف فوریه مربوط به شتاب نگاشت هریک از زلزله‌ها نشان داده شده است. همچنین تاثیر نوع زلزله در خاک‌های رسی بیشتر از خاک‌های ماسه‌ای است.
الف
ب
شکل 5-3) دامنه فوریه زلزله های اعمالی الف- زلزله Northridge ب- زلزله Chi Chi
ب- به طورکلی با مقایسه نتایج تحلیل‌ها می‌توان دریافت که در صورت ثابت بودن تمام شرایط، در زلزله Northridge با محتوای فرکانسی بیشتر، هرچه فاصله‌ی سنگ بستر تا تونل کمتر باشد برش و خمش بیشتری در اثر زلزله به المان‌های پوششی اعمال می‌گردد. این در حالی است که در زلزله‌ی Chi Chi تاثیر فاصله از سنگ بستر محسوس نخواهد بود. به عنوان مثال می‌توان به نتایج مدل‌های T5 و T7 برای زلزله Northridge، T14 و T16 برای زلزله (Chi Chi) اشاره کرد.
ج- با اعمال زلزله‌ی( Chi Chi ) در حالتی که فاصله‌ی تونل از سنگ بستر زیاد باشد(100 متر) نوع خاک تاثیری در مقادیر برش و خمش ایجاد شده در پوشش تونل ‌ها نخواهد داشت.به عنوان مثال می‌توان به نتایج مدل‌های T4، T12 اشاره کرد.
د- در صورت ثابت بودن شرایط مدل از نظر نوع زلزله و عمق سنگ بستر زیاد(100 متر)، در رس ها تفاوتی در نیروهای ایجاد شده در المان‌های پوشش بتن، مشاهده نمی‌شود.‌به عنوان مثال می‌توان به نتایج مدل‌های T11، T15 اشاره کرد.
5-2-2 طراحی پوشش های تونل
در این قسمت برای نشان دادن نحوه طراحی پوشش ها مدل T6 به عنوان نمونه انتخاب شد. پوشش تونل در این مدل براساس حداکثر مقدار لنگر خمشی و نیروی برشی نهایی ایجاد شده در اثر بارهای استاتیکی و دینامیکی و با ضریب بار 2/1 طراحی گردید. مقدار حداکثر لنگر خمشی این مدل برابر است با 219.6kN.mm وحداکثر نیروی برشی برابر با 93.5kNm است.
نیروهای طراحی عبارت است از : Mu=264kN.mm و Vu=112kNm-طراحی و کنترل بر مبنای مبحث نهم مقررات ملی ساختمان
کنترل برش:
(5-1) Vc=υcbwd (5-2) υc=0.2ϕcfc'جدول 5-3) طراحی برشی پوشش های بتنی تونل
پارامتر نماد واحد مقادیر پیش فرض طراحی
عرض مقطع bwmm1000
عمق مؤثر مقطع dmm370
ضریب کاهش مقاومت بتن ϕc- 6/0
مقاومت مشخصه بتن fc'N/mm225
تنش مقاوم برشی بتن υcN/mm26/0
نیروی مقاوم برشی بتن VcKN222
⟸ Vc>Vu طراحی آرماتور برشی لازم نیست.
طراحی خمشی:
Mr=∅sfyAs(d-a2) (5-3)
a=∅sfyAs∝1∅cfc'b (5-4)
∝1=0.85-0.0015fc'≥0.67 (5-5) β1=0.97-0.0025fc'≥0.67 (5-6) ρb=∝1β1∅cfc'∅sfy700700+fy (5-7)

matn asli

1- اصل حقیقت جویی: تلاش در راستای پی جویی حقیقت و وفاداری به آن و دوری از هرگونه پنهان سازی حقیقت.
2- اصل رعایت حقوق: التزام به رعایت کامل حقوق پژوهشگران و پژوهیدگان (انسان، حیوان و نبات) و سایر صاحبان حق
3- اصل مالکیت مادی و معنوی: تعهد به رعایت کامل حقوق مادی و معنوی دانشگاه و کلیه همکاران پژوهش
4- اصل منافع ملی: تعهد به رعایت مصالح ملی و در نظر داشتن پیشبرد و توسعه کشور در کلیه مراحل پژوهش
5- اصل رعایت انصاف و امانت: تعهد به اجتناب از هرگونه جانب داری غیر علمی و حفاظت از اموال، تجهیزات و منابع در اختیار
6- اصل رازداری: تعهد به صیانت از اسرار و اطلاعات محرمانه افراد، سازمان‌ها و کشور و کلیه افراد و نهادهای مرتبط با تحقیق
7- اصل احترام: تعهد به رعایت حریم‌ها و حرمت‌ها در انجام تحقیقات و رعایت جانب نقد و خودداری از هرگونه حرمت شکنی
8- اصل ترویج : تعهد به رواج دانش و اشاعه نتایج تحقیقات و انتقال آن به همکاران علمی و دانشجویان به غیر از مواردی که منع قانونی دارد.
9- اصل برائت: التزام به برائت جویی از هرگونه رفتار غیرحرفه‌ای و اعلام موضع نسبت به کسانی که حوزه علم و پژوهش را به شائبه‌های غیرعلمی می‌آلایند.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
چکیده1
فصل اول « بررسی آنالیز استاتیکی غیر خطی »
1-1- مقدمه3
1-2- مروری بر روشهای تحلیل لرزهای سازه ها5
1-2-1- تحلیل استاتیکی معادل5
1-2-2- تحلیل دینامیکی خطی6
1-2-2-1- تحلیل دینامیکی طیفی یا تحلیل مودال7
1-2-2-2- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی خطی7
1-2-3- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی8
1-3- تحلیل پوش آور مرسوم9
1-3-1- مطالعه مقایسه ای آنالیز استاتیکی غیرخطی با آنالیز دینامیکی غیرخطی9
1-3-2- اساس تحلیل استاتیکی فزاینده غیر خطی10
1-3-3- مزایا و نتایج قابل حصول از آنالیز پوش آور12
1-3-4- روش انجام تحلیل پوش آور مرسوم 13
1-3-5- ارکان اصلی در انجام آنالیز استاتیکی غیر خطی15
1-4- پوش آور مودی15
1-5- مقدمه ای بر آنالیز پوش آور تطبیقی 15
1-6- نتیجه گیری16
فصل دوم « بررسی ضریب رفتار و اجزاء تشکیل دهنده آن »
2-1- مقدمه18
2-2- تاریخچه مطالعاتی ضریب رفتار20
2-3- روشهای محاسبه ضریب رفتار20
2-3-1- روشهای آمریکایی22
2-3-1-1- روش طیف ظرفیت فریمن22
2-3-1-2- روش شکل پذیری یوانگ24
2-3-2- روشهای اروپایی27
2-3-2-1- روش تئوری شکل پذیری27
2-3-2-2- روش انرژی29
2-4- تشریح اجزای ضریب رفتار30
2-4-1- شکل پذیری30
2-4-1-1- ضریب شکل پذیری کلی سازه30
2-4-1-2- ضریب کاهش نیرو توسط شکل پذیری30
2-4-2- مقاومت افزون32
2-4-2-1- عوامل مؤثر در مقاومت افزون33
2-4-2-2- چگونگی محاسبه مقاومت افزون35
2-4-2-3- استفاده از ضریب مقاومت افزون در ترکیبهای بارگذاری آیین نامهها36
2-4-2-3- تاریخچه اعدادی محاسبه شده برای مقاومت افزون37
2-4-3- درجه نامعینی38
2-4-3-1- تئوری قابلیت اعتماد در سیستم های سازه ای 39
2-4-3-2- اثر نامعینی سازه ای در آیین نامه های مختلف42
2-4-3-3- آثار درجه نامعینی بر پاسخ لرزه ای سازه ها44
2-5- محاسبه ضریب رفتار توسط آنالیز تاریخچه زمانی44
2-5-1- معیار های عملکرد در آنالیز دینامیکی تاریخچه زمانی45
2-5-1-1- معیار تغییر مکان نسبی بین طبقات46
2-5-1-2- معیار پایداری46
2-6-روش بررسی ضریب رفتار با روند fema p695 47
2-7- نتیجه گیری56
فصل سوم « مدلسازی مسئله »
3-1-مقدمه58
3-2-فرضیات58
3-3-تحلیل استاتیکی خطی59
3-4-تحلیل پوش آور64
3-5-تحلیل دینامیکی غیر خطی(incremental dynamic analysis)68
فصل چهارم « ارزیابی ضرایب رفتار قاب ها »
4-1-مشخصات دینامیکی مدل ها74
4-2- ضریب بیش مقاومت74
4-3-محاسبه ظرفیت خرابی بوسیله آنالیز IDA76
4-4- بررسی خرابی83
فصل پنجم « نتیجه گیری »
5-1 نتیجه گیری85
منابع87

فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 2-1- مقادیر ضرایب نامعینی در ATC-19 و مقادیر محاسبه شده از پیشنهاد موسز42
جدول2-2- نسبت دقت برای نیاز طراحی48
جدول2-3- نسبت دقت برای آزمایش مصالح49
جدول2-4 جهت محاسبه SSF53
جدول2-554
جدول2-655


جدول 3-1 مشخصات مصالح59
جدول 3-2 انواع قاب ها60
جدول 3-3 نتایج تحلیل استاتیکی خطی62
جدول3-4 خروجی پوش آور68
جدول 3-5 انواع شتاب نگاشت و ضریب نرمال سازی شتاب نگاشت ها69
جدول4-174
جدول4-275
جدول4-3 خروجی پوش آور75
جدول4-476
جدول 4-577
جدول4-678
جدول4-778
جدول 4-8 خروجی IDA79
جدول 4-980
جدول 4-1081
جدول 4-1181
جدول 4-1281
جدول4-13 نهایی82

فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل 1-1 مراحل اعمال بار جانبی به سازه، از ایجاد تغییرشکلهای ارتجاعی تا آستانه فرو ریزش در آنالیز پوش آور11
شکل 1-2 منحنی پوش آور14
شکل 2-1 نمودار منحنی ظرفیت یک سازه متعارف25
شکل 2-2 مدل رفتاری ساده شده برای سیستم یک درجه آزاد28
شکل 2-3 طیف ارتجاعی و غیر ارتجاعی با شکل پذیری ثابت 32
شکل 2-4 حالت های کلی ناپایداری.47
شکل2-5نمودار پوش آور50
شکل 2-6 نمودار IDA52
شکل 3-1 مقدار و نحوه بار گذاری بار مرده برای مدل پنج سقف با پنج دهانه60
شکل 3-2 ابعاد تیر و ستون مدل پنج سقف با پنج دهانه63
شکل 3-3 مقدار آرماتور طولی برای مدل پنج سقف با پنج دهانه63
شکل 3-4 منحنی رفتار فولاد مورد استفاده65
شکل 3-5 نمودار پوش اور مدل پنج دهانه پنج سقف67
شکل 3-6 نمودار IDA پنج دهانه سه سقف72
شکل 4-1 نمودار IDA پنج دهانه پنج سقف76
شکل 4-2 نمودار ADI سه دهانه سه سقف77
شکل 4-3 پوش اور نمودار مدل 3x380
شکل 4-4نمودار جابجایی نسبی طبقات83
چکیده
در حال حاضر به نظر می رسد که در اغلب آیین نامه های طراحی لرزه ای مقادیر ضریب رفتار ارائه شده بر مبناء قضاوت مهندسی، تجربه و مشاهده عملکرد سازه در زلزله های گذشته و چشم پوشی از تراز مقاومت افزون استوار می باشد، به همین دلیل نیاز است که ضریب رفتار با استفاده از روش های معتبر مورد نقد قرار گیرد. بدین منظور در این پایان نامه بر آن شدیم که با استفاده از روند آیین نامه FEMA p695 این ضریب را برای قاب های متداول ایران مورد بحث قرار دهیم.که روال انجام آن مختصرا به شرح زیر است. ما از نه قاب بتن آرمه با تنوع یک و سه و پنج طبقه و تعداد دهانه یک و سه و پنج دهانه استفاده کردیم که طراحی مدلهای سازه ای متنوع از یک سیستم سازه ای با توجه به آیین نامه های طراحی و بارگذاری مربوط، تشخیص میزان اطمینان از رفتار لرزه ای سیستم سازه ای مورد نظر، انجام آنالیز استاتیکی غیر خطی برای محاسبه ضریب اضافه مقاومت سازه ها و ضریب شکل پذیری بر مبنای پریود، محاسبه نسبت مرز خرابی بوسیله آنالیز دینامیکی غیر خطی و مقایسه این نسبت با نسبتهای پیشنهادی آیین نامه با توجه به اصلاحات شکل طیفی و غیره. به این منظور از نرم افزار های ETABS, Seismostruct استفاده می شود.و در پایان به بررسی خرابی یک نمونه از مدل ها می پردازیم.و از جداول و نمودارها نتایج لازم استخراج می نماییم.
کلید واژه ها : ضریب رفتار ،ضریب اضافه مقاومت ،FEMA p695 ،قاب های خمشی بتن آرمه
فصل اول
« بررسی آنالیز استاتیکی غیر خطی »
در حال حاضر به نظر می رسد بهترین روش انجام آنالیزهای لرزه ای، آنالیز دینامیکی غیرخطی باشد ولی به دلیل پیچیدگی و زمان بر بودن آن محققین را بر آن داشته است تا طیف وسیعی از مطالعات در مورد آنالیز های استاتیکی غیرخطی موسوم به پوش آور مرسوم داشته باشند.با توسعه کاربرد تحلیل پوش آور در سالهای اخیر روشهای پوش آور پیشرفته متعددی برای لحاظ کردن اثر مود های بالاتر و همچنین اثر تغییرات مشخصات مودال سازه در طول تحلیل ناشی از تسلیم اعضاء پیشنهاد شده است. روشهای پیشنهادی عموماً برای لحاظ کردن اثرات مود های بالاتر از چندین تحلیل پوش آور با الگوی بارهای متناسب با اشکال مودی سازه استفاده می نماید و نتایج حاصل از این تحلیل ها با یکدیگر ترکیب می شوند. در این فصل فرایند توسعه روشهای پوش آور به طور کامل شرح داده می شود و در انتها آخرین نتایج به دست آمده توسط محققین ارائه می گردد.
1-1- مقدمه
در سالهای گذشته آنالیز ارتجاعی، بیشترین کاربرد را جهت تحلیل و بررسی رفتار سازه ها در مقابل زلزله داشته است، اما عملکرد سازه ها در زلزله ها نشان داده است که صرفاً تحلیلهای ارتجاعی برای این منظور کافی نیستند. آنالیز دینامیکی تاریخچه زمانی غیر خطی، دقیق ترین روش جهت بررسی رفتار سازه ها هنگام زلزله است، اما این روش بسیار وقت گیر و پیچیده است. در این شیوه برای آنالیز سازه نیاز به مجموعه ای از شتابنگاشتهای مختلف می باشد تا بتوان بر اساس نتایج بدست آمده از آنالیزهای انجام شده تصمیم مقتضی گرفت، ضمن اینکه تصمیم گیری در مورد نتایج بدست آمده نیاز به دانش و تخصص کافی در این زمینه دارد.
در پی مشکلات عنوان شده پژوهشگران پیوسته به دنبال روشی بوده اند که بتواند با سرعت بالاتری سازه ها را در ناﺣﯿﮥ غیر خطی تحلیل کند. در این راستا ایدﮤ تحلیل استاتیکی فزایندﮤ غیر خطی در سال 1975 توسط محققین مطرح گردید و گامهای اولیه در این زمینه برداشته شد.
در روش مذکور، موسوم به آنالیز پوش آور متداول، سازه تحت الگوی بارگذاری ثابت تا تغییر مکان معینی موسوم به تغییر مکان هدف جلو برده می شود، مگر اینکه فروریزش سازه زودتر از رسیدن به تغییر مکان هدف رخ دهد. بعد از انجام آنالیز قادر به استخراج نتایجی از قبیل منحنی ظرفیت سازه، تغییر مکان نسبی طبقات، نیروهای داخلی اعضاء و دیگر پاسخهای لرزه ای سازه خواهیم بود .
لازم به ذکر است در طی سالهای اخیر تحلیل پوش آور به عنوان یک فرایند کاربردی نقش موثری در جهت پیشرفت و توسعه آنالیز های لرزه ای بر مبنای عملکرد داشته است و به طور گسترده ای در آیین نامه ها و دستوالعمل های بهسازی لرزه ای سازه ها مورد استفاده قرار گرفته است. در طی فرایند تحقیقات به عمل آمده در مورد روشهای پوش آور از سوی محققین و در جهت رفع معایب پوش آور مرسوم که قادر نمی باشد اثر مودهای بالاتر و اثر تغییر مشخصات مودال سازه در طول تحلیل ناشی از تسلیم اعضاء در نظر بگیرد روشهای پوش‌آور جدیدی براساس مفاهیم ترکیب مودال سازه ارائه گردیده است. در سال 2002 روش MPAتوسط چوپرا وگوئل پیشنهاد شد. در این روش چندین تحلیل پوش‌آور با الگوی بار متناسب با اشکال مودی الاستیک چند مود اول انجام گرفته سپس پاسخ لرزه‌ای سازه از ترکیب پاسخ‌های حاصل از هر مود با استفاده از روش ترکیب مجموع مربعات (SRSS) بدست می‌آمد. از آنجایی که در مودهای بالاتر افزایش جابجایی بام متناسب با افزایش جابجایی سایر طبقات نمی‌باشد و حتی در برخی موارد با افزایش برش پایه طبقه بام در جهت عکس حرکت می‌کند لذا استفاده از جابجایی بام به عنوان نقطه کنترل تغییر مکان در مودهای بالاتر با ابهاماتی روبه‌رو بوده است. در سال 2004 چوپرا وگوئل برای رفع این نقیصه روش MMPA ارائه کردند. در تمام این تحلیل‌ها به علت آنکه الگوی بارگذاری ثابت است و باتوجه به کاهش سختی در طی تحلیل الگوی بار بهنگام نمی شود همچنان این آنالیز ها ازنتایج خوبی برخوردار نبود.
پس از چوپرا وگوئل با انجام مطالعات‌و بررسی‌ها در جهت رفع نواقص روش های قبلی، روشهایی ابداع شد که در هرمرحله با کاهش سختی ناشی از تسلیم اعضاء بارگذاری بهنگام می شود و در سالهای اخیر توسط آنتونیو و پینهو جدیدترین روشهای پوش‌آور تطبیقی APA که به صورت یک مدل تحلیل فیبری (Fiber)تحت عنوان روشهای FAPوDAPتوسعه یافته است. در ادامه پس از مروری بر آنالیز های لرزه ای مورد استفاده در آئین نامه ها به شرح کامل آنالیز استاتیکی غیر خطی خواهیم پرداخت.
1-2- مروری بر روشهای تحلیل لرزهای سازه ها
به منظور بررسی رفتار سازه در مقابل زلزله و همچنین طراحی لرزه‌ای، نیاز به تحلیل لرزه‌ای میباشد. انتخاب نوع تحلیل بستگی به عواملی همچون دقت مورد انتظار و توصیه آیین نامهها دارد. آنالیز لرزه‌ای سازهها به چهار روش استاتیکی و دینامیکیِ خطی و غیرخطی انجام می‌شود که در ادامه به آنها پرداخته خواهد شد.
1-2-1- تحلیل استاتیکی معادل
این روش از متداولترین شیوه‌های تحلیل لرزه‌ای است که در تمام آیین نامه‌های زلزله دنیا با اختلافاتی جزئی نسبت به یکدیگر از آن استفاده شده است. روش کار بدین گونه است که برش پایه طرح که درصدی از وزن سازه است و توسط ضریبی به نام ضریب زلزله بدست می آید، بر اساس یک الگوی بارگذاری مشخص در امتداد قائم سازه توزیع و به آن وارد میگردد. پس از این مرحله با استفاده از ترکیبات بارگذاری توصیه شده توسط آیین نامهها، تحلیل سازه با فرضیات و تئوری های حاکم بر رفتار ارتجاعی و خطی، انجام می گیرد و نیروهای داخلی اعضا استخراج و سپس طراحی صورت می پذیرد.
الگوی بارگذاری در آیین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله (استاندارد 2800 ایران) به شکل مثلثی و برگرفته از شکل مود اول الاستیک سازه است. در استاندارد 2800 ایران، نیروی برشی پایه ، مطابق رابطه زیر در ارتفاع ساختمان توزیع می گردد:
(1-1)
در رابطه (1-1):
: نیروی جانبی در تراز طبقهام، : ارتفاع طبقهام از تر از پایه،: ارتفاع طبقهام از تراز پایه، : وزن موثر طبقهام، : وزن موثر طبقهام و نیروی جانبی اضافی در تراز سقف که بوسیله رابطه زیر تعیین می شود:
(1-2)
نیروی نباید بیشتر از در نظر گرفته شود و چنانچه برابر یا کوچکتر از ثانیه باشد، می توان آن را برابر صفر اختیار نمود.
1-2-2- تحلیل دینامیکی خطی
از دیگر روشهای تحلیل لرزه‌ای سازهها که به طور کاربردی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد، تحلیل دینامیکی خطی است که به دو روش طیفی و تاریخچه زمانی صورت می‌پذیرد.
1-2-2-1- تحلیل دینامیکی طیفی یا تحلیل مودال
در این روش نیز مانند تحلیل استاتیکی معادل، رفتار اعضای سازه در طی تحلیل سازه ارتجاعی فرض می‌گردد. مشخصات دینامیکی سازه که در طی تحلیل از آن استفاده می‌گردد، مانند زمان تناوب مود‌ها و اشکال مودی، بر رفتار ارتجاعی استوار است. در این روش ابتدا مشخصات دینامیکی سازه در هر مود محاسبه می‌گردد (که امروزه این کار بوسیله نرم‌افزارهای تخصصی انجام می گیرد)، سپس شتاب پاسخ هر مود با توجه به زمان تناوب آن بر اساس طیف پاسخ زلزله مورد نظر یا طیف طرح آیین نامه محاسبه و به دنبال آن هر گونه پاسخ لرزه‌ای سازه در آن مود مانند برش پایه، نیروی طبقات، تغییرمکان نسبی طبقات، نیروی اعضا و ... طبق مشخصات دینامیکی آن مود بدست خواهد آمد. پس از آن با استفاده از روشهای آماری معتبر مانند جذر مجموع مربعات(SRSS) یا ترکیب مربعی کامل(CQC) پاسخ مودها با یکدیگر ترکیب و به این ترتیب پاسخ کلی حاصل می‌گردد.
1-2-2-2- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی خطی
فرضیات این تحلیل نیز مانند تحلیل طیفی خطی بر اساس رفتار ارتجاعی اعضا و سازه استوار است. شیوه تحلیل بدین گونه است که پی سازه تحت اثر شتابنگاشت زلزله مورد نظر با به کارگیری روابط دینامیک سازه تحلیل می‌شود و پاسخهای سازه در هر گام زمانی ثبت می گردد و مجموعهای موسوم به تاریخچه پاسخ حاصل می گردد. در نهایت مهندس طراح بر اساس تاریخچه های پاسخ سازه در مقابل شتابنگاشتها و اتکا بر دانش و قضاوت مهندسی، در مورد چگونگی کاربرد پاسخ ها جهت طراحی سازه تصمیم خواهد گرفت.
خصوصیات شتابنگاشتهای انتخاب شده جهت تحلیل به شرح زیر است.
الف- حداقل باید سه زوج شتاب نگاشت انتخاب گردد که در این صورت حداکثر بازتاب در هر لحظه زمانی از این سه زوج به عنوان بازتاب نهایی تلقی می‌گردد. از هفت زوج شتابنگاشت نیز جهت تحلیل می‌توان استفاده کرد که در این حالت، بازتاب نهایی مورد نظر، میانگین بازتاب‌های بدست آمده خواهد بود.
ب- ساختگاههای شتابنگاشتها باید به لحاظ ویژگیهای زمین شناسی، تکتونیکی، لرزه شناسی و خصوصیات لایه‌های خاک با زمین محل ساختمان، تا حد امکان مشابهت داشته باشند.
ج- مدت زمان حرکت شدید زمین در شتابنگاشتها، حداقل برابر با 10 ثانیه یا سه برابر زمان تناوب اصلی سازه، هرکدام که بیشتر است باشد .
1-2-3- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی
در تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی رفتار سازه در حوزه غیرارتجاعی تحت شتابنگاشت زلزله مورد نظر بررسی می‌گردد. جهت حصول نتایج مطلوب لازم است مشخصات غیرخطی اجزا از قبیل مقاومت، سختی، میزان شکل‌پذیری و همچنین رفتار چرخه‌ای کامل آنها که در نرم افزار مدلسازی می‌گردد، با مشخصات رفتار واقعی آنها مطابقت داشته باشد. این مشخصات معمولاً بوسیله مدلهای ساخته شده در آزمایشگاهها تعیین می شوند . محاسبه تحلیلی پاسخ دینامیکی سازهها در حوزه غیرخطی، حتی اگر تغییرات زمانی تابع تحریک، تابع سادهای باشد، معمولاً امکان پذیر نیست، در نتیجه روش اصلی برای تحلیل سیستم های غیرخطی، روشهای عددی است که از آن جمله می توان به دو روش تفاضل مرکزی و روش نیومارک اشاره نمود. امروزه این کار به عهده رایانه هاست و اساس تحلیل در آنها به روشهای عددی استوار است. در این روش در هر گام زمانی از تحلیل، سختی سازه اصلاح می گردد و پاسخ سازه در آن گام بر اساس سختی اصلاح شده محاسبه می گردد که ثبت پاسخ ها در گامهای زمانی مربوطه منجر به تهیه تاریخچه پاسخ واقعی سازه خواهد شد .
لازم بذکر است که تحلیل سازه به روش تاریخچه زمانی غیرخطی تا حدودی مشکل و وقت گیر است، ضمن اینکه مدلسازی اعضای آن و از طرف دیگر بررسی نتایج تحلیل نیاز به تخصص کافی در این زمینه دارد. این روش معمولاً جهت کارهای تحقیقاتی و تحلیل سازههای خاص و حساس بکار می رود.
بکارگیری روشهای دینامیکی در تحلیل لرزه‌ای کلیه سازه ها مناسب و اختیاری است، اما بر اساس استاندارد 2800 ایران برای ساختمانهای منظم با ارتفاع بیش از 50 متر از تراز پایه و ساختمانهای نامنظم بیش از 5 طبقه و یا ارتفاع بیش از 18 متر اجباری است.
با توجه به مسائل فوق و مشکل بودن این روش از تحلیل لرزه‌ای، محققین بدنبال روشی بوده اند که ضمن دارا بودن سرعت و دقت لازم در تحلیل، عملاً از سادگی نیز برخوردار باشد. حاصل تحقیقات، ارائه روش تحلیل استاتیکی غیرخطی (پوشآور) در چند دهه گذشته و روند تکاملی آن در سالهای اخیر بوده است. در ادامه به این موضوع پرداخته می‌شود.
1-3- تحلیل پوش آور مرسوم
1-3-1- مطالعه مقایسه ای آنالیز استاتیکی غیرخطی با آنالیز دینامیکی غیرخطی
درسالهای اخیرتحلیل استاتیکی غیرخطی درمقایسه با تحلیل های دینامیکی غیرخطی موردتوجه بیشتری قرارگرفته است.علت این مسأله توانایی تحلیل های استاتیکی غیرخطی درمحاسبه پارامترهای سازهای بدون نیازبه مدلسازی و محاسبات پیچیده خاص تحلیل های دینامیکی غیرخطی است .
توضیح اینکه هرچند از روش های دینامیکی غیرخطی به دلیل درنظرگرفتن توأم اثرات دینامیکی نیرو و رفتارغیرخطی اعضابه عنوان کاملترین روش یاد می شود،امابه دلیل مشکلاتی ازقبیل پیچیدگی،پرهزینه بودن وهمچنین حساسیت زیاد نتایج آن به دقت مدل وفرضیات حرکت زمین،که عدم توجه به آنها باعث کاهش شدید دقت نتایج خواهدشد،باعث می شود به سختی بتوان از این روش برای مسائل کاربردی ومهندسی استفاده کرد.
عامل مهم دیگر یکه باعث تمایل بیشتر به استفاده ازروش تحلیل استاتیک غیرخطی شده است، توانایی این روش دردنبال کردن گام به گام رفتارسازه درطول عملکردغیرارتجاعی آن وتعقیب مکانیزم شکست دراعضاءمی باشد،که این مسأله درتحلیل دینامیکی غیرخطی به سادگی میسرنمیشود. البته باید توجه داشت که دربکارگیری این روش های ساده شده بایدعدم قطعیتهاراموردتوجه قرارداد تا بتوان روش مذکوررابه عنوان ابزاری در روش های طراحی براساس عملکردگنجاند.
این روش به نحو مناسبی در سالهای اخیر مورد توجه مهندسین و محققین قرار گرفته و به عنوان ابزاری مناسب جهت تحلیل و تخمین نیاز لرزه‌ای سازه ها در محدوده غیر خطی مورد استفاده قرار گرفته است. روش مذکور جای خود را در بین روشهای آنالیز غیر خطی به خوبی باز نموده تا جائیکه در سالهای گذشته آیین نامه ها مباحث آنرا در سرفصل های خود جای داده اند، تاکنون گزارشها و دستورالعمل های متعددی از جمله سری آیین نامه های FEMA، ATC و همچنین دستورالعمل بهسازی لرزه ای ایران در این زمینه منتشر شده اند .
1-3-2- اساس تحلیل استاتیکی فزاینده غیر خطی
اساس کلی روش مذکور موسوم به آنالیز پوش آور مرسوم بدینگونه است که یک بار جانبی مطابق با الگوی بارگذاری ثابت و مشخصی به صورت فزاینده و گام به گام تا رسیدن به یک تغییر مکان از پیش تعیین شده به نام تغییر مکان هدف و یا فرو ریزش و خرابی نهایی سازه به آن اعمال می‌شود. سپس در آن تغییر مکان نیازهای لرزه‌ای سازه مورد مطالعه قرار می‌گیرد. در شکل (1-1) مراحل اعمال بار جانبی به سازه و تغییر شکل آن از حالت ارتجاعی تا فروریزش نشان داده شده است .

شکل (1-1): مراحل اعمال بار جانبی به سازه، از ایجاد تغییرشکلهای ارتجاعی تا آستانه فرو ریزش در آنالیز پوش آور
در این روش رفتار یک سیستم چند درجه آزاد از طریق یک سیستم یک درجه آزاد معادل مورد مطالعه قرار می گیرد. سیستم یک درجه آزاد معادل نماینده یک سیستم چند درجه آزادی در یک مود مشخص است که دارای خصوصیات مشابهی از جمله پریود و رفتار خطی و یا غیر خطی اجزاء می‌باشد. این مفهوم در مهندسی زلزله جایگاه و کاربرد ویژه ای دارد که می توان به تهیه طیف پاسخ زلزله بوسیله آن اشاره نمود.
ارتباط اصلی بین این دو سیستم در آنالیز استاتیکی غیر خطی بوسیله ضریب مشارکت مودی، مود اصلی سیستم چند درجه آزاد، ایجاد می گردد. این ضریب از رابطه (1-3) قابل محاسبه است.
(1-3)
که و به ترتیب بردار شکل مود اصلی و بردار جرم سیستم چند درجه آزاد می‌باشند.
حال با داشتن ضریب انتقال و نتایج تحلیل پوش آور سیستم چند درجه آزاد و بکارگیری رابطه (1-4) مشخصه های نیرو- تغییر شکل سیستم یک درجه آزاد تعیین می‌گردند.
(1-4)
در روابط فوقو به ترتیب تغییر مکان (بام) و برش پایه نظیر آن در سیستم چند درجه آزادی می باشند.
بدین ترتیب منحنی ظرفیت سیستم یک درجه آزاد معادل قابل ترسیم است.
اگر چه این روش از تئوری قوی برخوردار نیست اما مطالعات پژوهشگران نشان داده است که اگر مود اصلی در رفتار سازه حاکم باشد در نظر گرفتن ضریب انتقال به صورت ثابت در مقابل تغییرات کوچک تا متوسط بردار شکل هنوز می تواند تخمین خوبی جهت تبدیل سیستم چند درجه آزاد به یک درجه آزاد باشد.
حداکثر تغییر مکان سیستم یک درجه آزاد معادل، که در معرض حرکات زمین ناشی از زلزله قرار گرفته است را می توان بوسیله طیف های ارتجاعی، غیر ارتجاعی و یا آنالیز تاریخچه زمانی بدست آورد. پس از تعیین تغییر مکان در سیستم یک درجه آزاد، حداکثر تغییر مکان سیستم چند درجه آزاد با استفاده از رابطه (1-4) تخمین زده خواهد شد.
لازم به توضیح است که تخمین و محاسبه تغییر مکان حداکثر یک سیستم یک درجه آزاد در مقابل حرکات زمین، موسوم به تغییر مکان هدف از طریق طیف پاسخ و یا آنالیز تاریخچه زمانی گستردهای همچون تحلیل طیف ظرفیت را در بر می‌گیرد.
1-3-3- مزایا و نتایج قابل حصول از آنالیز پوش آور
با توجه به اینکه این روش از تحلیل، رفتار سازه را در حالت غیر ارتجاعی نیز بررسی می کند بسیاری از خصوصیات رفتاری سازه که در روشهای خطی قابل دستیابی و مشاهده نیست و از نظر پنهان می‌ماند را هر چند همراه خطا و دارای تقریب، نمایان می کند با چنین اطلاعاتی دقت و میزان صحت تصمیم گیری مهندس و یا محقق جهت اقدامات بعدی افزایش می یابد از جمله موارد کلی استفاده از نتایج تحلیل پوش آور می توان به تهیه منحنی ظرفیت سازه (برش پایه در مقابل تغییر مکان بام) در مقابل بار جانبی اعمال شده تخمین تغییر مکان نسبی طبقات، برآورد میزان چرخش مفاصل پلاستیک ایجاد شده، تخمین تغییر مکان جانبی سازه و هرگونه پاسخ سازه نسبت به حرکات زمین و بار جانبی که جهت بررسی رفتار لرزه ای سازه بدان نیاز داریم اشاره نمود.
نتایج قابل مشاهده و دریافت از آنالیز استاتیکی غیر خطی که توسط کراوینکلر و سنویراتنا (1988) ارائه شده به قرار زیر است .
1- برآورد نیروهای واقعی در اعضای ترد و غیر شکل پذیر از قبیل نیروی محوری در ستونها و لنگر ایجاد شده در اتصالات تیر به ستون و برش در اعضای کوتاه که رفتار برشی در آنها حاکم است.
2- تخمین تغییر شکل مورد نیاز اجزاء سازه که جهت اتلاف انرژی ناشی از زلزله باید در ناحیه غیر ارتجاعی تحمل نمایند.
3- اثرات کاهش مقاومت اجزای خاص بر پایداری سازه.
4- تعیین محل های بحرانی در سازه مانند مکانهایی که دچار تغییر شکل های زیاد می شوند.
5- تعیین نامنظمی های در پلان یا ارتفاع که باعث تغییر در مشخصات دینامیکی سازه در ناحیه غیر ارتجاعی می گردند.
6- تخمین تغییر مکانهای داخلی طبقات با در نظر گیری ناپیوستگی سختی و مقاومت (مانند طبقه نرم) و جلوگیری از این نوع خرابی ها در سازه.
7- ترتیب جاری شدن و شکست اعضاء و بررسی پیشرفت منحنی ظرفیت سازه.
8- بررسی کفایت مسیر بار با در نظر گیری تمام اجزاء سازه ای و غیر سازه ای سیستم به عبارت دیگر بررسی کفایت مسیر انتقال بار جانبی با توجه به ترکیب هندسی موجود سازه.
9- پارامترهای رفتار لرزه ای سازه (مثل شکل پذیری، ضریب رفتار، ...)
1-3-4- روش انجام تحلیل پوش آور مرسوم
منحنی ظرفیت سازه به عنوان نموداری که محورافقی آن تغییرمکان افقی نقطه کنترل سازه می باشدومحورقائم آن برش پایه اعمالی بهسازهاست،ازتحلیل استاتیکی فزاینده غیرخطی حاصل میشود. نمونهای از منحنی ظرفیت سازه در شکل (1-2) نشان داده شده است.تحلیل استاتیکی فزاینده غیر خطی سازهبا استفاده از نرمافزارهایینظیر ETABS،SAP2000 و .. .به راحتی قابل انجام است.
نامهای انجام یک تحلیل استاتیکی فزاینده غیرخطی به صورت زیرفهرست میشود.

شکل(1-2): منحنی پوش آور[10].
1- ایجادیک مدل ریاضی از سازه.
2-اعمال بارجانبی به سازه،پس ازتعیین الگوی بارگذاری جانبی.
3-افزایش بارجانبی اعمالی به سازه تاجاییکه بعضی ازاعضای سازه به حدتسلیم برسند.
4-ثبت برش پایه اعمالی درآن مرحله وتعیین تغییرمکان نقطه کنترل برای کنترل رفتار و استفاده درمراحل بعد،ثبت نیروهای سایراعضا نیزلازم است.
5-بازسازی مدل با فرض سختی جانبی صفر برای اعضای جاری شده سازه.
6-افزایش بارجانبی بهسازه تاجاییکه عضوهای دیگری ازسازه جاری شوند.
7-ثبت برش پایه وتغییرمکان نقطه کنترل.
8- روند 3 تا 7 تاجائی تکرارمیشوندتا اینکه سازه یا براثرعواملی مانند ناپایدار شود و یا اینکه به تغییر مکان مشخص ازپیش تعیین شدهای برسد.
9-رسم برش پایه بدست آمده درمراحل مختلف درمقابل تغییرمکان نقطه کنترل سازه.
1-3-5- ارکان اصلی در انجام آنالیز استاتیکی غیر خطی
در آنالیز استاتیکی فزاینده غیر خطی سه مطلب اساسی باید مورد توجه قرار گیرد که عبارتند از مشخصات غیر خطی اجزاء، الگوی بارگذاری جانبی و تعیین تغییر مکان هدف. عدم شناخت کافی نسبت به موارد مذکور باعث ایجاد خطا در نتایج و تشدید آن در مراحل بعدی خواهد شد .
استفاده از الگوی بارگذاری متناسب با واقعیت، مدلسازی دقیق رفتار غیر خطی اجزاء سازه و تعیین تغییر مکان هدف صحیح، منجر به کسب نتایج با دقت بیشتر و تخمین مناسب نیازهای لرزه ای در آنالیز سازه خواهد شد. در ادامه به آنها پرداخته می شود.
1-4- پوش آور مودی
استفاده از روشهای تحلیل استاتیکی غیرخطی درتخمین عملکردسازههادرهنگام زلزله بسیار مورد توجه متخصصین قرارگرفته است. از فرضیات این روش این است که، رفتارسازه توسط موداول کنترل می گردد وشکل این مود درتمامی مدت تحلیل ثابت می ماند،که هر دوی این فرضیات غلط می باشند.امانتایج نشان دهندهتقریب مناسب اینروش می باشد. درجهت بهبود هرچه بیشترروش تحلیل استاتیکی فرایندهغیرخطی، روش تحلیل استاتیکی فزاینده غیرخطی مودی(MPA) باتوجه به اصول دینامیک سازههاارائه شده است که امکان در نظرگیری تمامی مودهای مؤثردرپاسخ سازه رابه کاربرمی دهد.
1-5- مقدمه ای بر آنالیز پوش آور تطبیقی
با محاسبه سختی لحظه ای اعضاء و در نتیجه ماتریس سختی کل در هر گام از آنالیز در هنگام اعمال بار جانبی به سازه، شاهد کاهش سختی سازه خواهیم بود. این موضوع نه تنها باعث تغییر پاسخ سازه به حرکات زمین می گردد، بلکه همچنین باعث تغییر توزیع نیروهای اینرسی در ارتفاع سازه خواهد شد. برای تحقق این فرضیات باید از آنالیز پوش آور تطبیقی استفاده گردد و همچنین در هرگام با توجه به کاهش سختی المانهای سازه باید الگوی بارگذاری اصطلاحاً به هنگام گردد. همانطور که در قسمت نواقص و معایب آنالیز پوش آور متداول بیان گردید، تغییرات فوق در خلال آنالیز منظور نمی گردد و الگوی بارگذاری با یک توزیع ثابت به سازه وارد می شود و این یک منبع خطای مهم در ارزیابی لرزه ای سازه محسوب می گردد. اساس روش پوش آور تطبیقی به دو گونه انجام می شود؛ پوش آور تطبیقی مبتنی بر نیرو و مبتنی بر جابجایی.
1-6- نتیجه گیری
در این فصل با توجه به نتایج مشاهده شده توسط روش های تحلیل پوش آور به هنگام شونده و مقایسه روش پوش آور تطبیقی مبتنی بر نیرو با نتایج آنالیز دینامیکی غیر خطی و پوش آورهای متداول، طبق نتایج بدست آمده از این روش در سازه های کوتاه به علت تاثیر کمتر اثر مود های بالاتر می توان گفت نتایج این آنالیز معتبر است ولی مطابق با بررسی های که توسط پاپینکولار و النشای در سال 2006 انجام داده اند و ثابت نمودند به دلیل اینکه در روش FAP به علت استفاده از قوانین ترکیب مودال درجه دوم مثل SRSS تغیر علامت نیرو های مودال در طبقات مختلف مود های بالا تر از بین رفته و علامت مولفه های بردار الگوی بار اعمالی در تمام طبقات یکسان است، می توان گفت نتایج تحلیلیFAP در سازه های بلند که اثر مود های بالاتر تاثیر گذاری بیشتری دارند، نه تنها بهبودی در نتایج حاصل نکرده است، بلکه نتایج به سمت مسیر گمراه کننده پیش می رود. در مقابل، نتایج بدست آمده از آنالیز پوش آور تطبیقی بر اساس جابجایی در سازه های بلند دارای نتایج قابل قبول تری نسبت به آنالیز مبتنی بر نیرو و پوش آورهای دیگر می باشد.
فصل دوم
« بررسی ضریب رفتار و اجزاء تشکیل دهنده آن »
آیین نامه های طراحی لرزه ای، نیرو های لرزه ای برای طراحی ارتجاعی سازه را از یک طیف خطی که وابسته به زمان تناوب طبیعی سازه و شرائط خاک محل احداث سازه می باشد، به دست میآورند و جهت در نظر گرفتن اثر رفتار غیر ارتجاعی و اتلاف انرژی بر اثر رفتار هیسترتیک ، میرائی و اثر مقاومت افزون سازه، این نیروی ارتجاعی را به وسیله ضریب کاهش مقاومت یا به عبارت دیگر ضریب رفتار سازه به نیروی طراحی مبدل می نماید. در حال حاضر به نظر می رسد که در اغلب آیین نامه های طراحی لرزه ای مقادیر ضریب رفتار ارائه شده بر مبناء قضاوت مهندسی، تجربه و مشاهده عملکرد سازه در زلزله های گذشته و چشم پوشی از تراز مقاومت افزون استوار می باشد، به همین دلیل محققین روش های تئوریکی جهت محاسبه ضریب رفنار ارائه نموده اند که در این فصل به طور کامل تشریح گردیده است.
2-1- مقدمه
به طور کلی می توان گفت طراحی سازه ها بر اساس آنالیز های لرزه ای بر این مبناء است که رفتار ساختمان در مقابل نیرو های ناشی از زلزله های کوچک، بدون خسارت در محدوده ارتجاعی باقی بماند و در هنگام وقوع زلزله های شدید که رفتار سازه وارد ناحیه غیر خطی می شود ضمن حفظ پایداری کلی خود، خسارتهای سازه ای و غیر سازه ای را تحمل کند، به همین منظور طراحی لرزه ای سازه در هنگام ورود به ناحیه غیر خطی مستلزم آنالیز های غیر خطی می باشد.
می توان گفت یک تحلیل دینامیکی غیر خطی بیانگر رفتار صحیح و واقعی سازه به هنگام وقوع زلزله می باشد امّا با توجه به پیچیده بودن و پر هزینه بودن آنالیز های غیر خطی و زمان بر بودن این نوع تحلیل ها، روشهای تحلیلی بر مبناء آنالیز در محدوده رفتار خطی سازه با نیروی کاهش یافته زلزله صورت می گیرد.
از طرفی تحلیل و طراحی سازه ها صرفا بر اساس رفتار ارتجاعی اعضاء و عدم توجه به رفتار غیر خطی در هنگام وقوع زلزله باعث ایجاد شدن طرحی غیر اقتصادی که شامل مقاطع سنگین برای طرح خواهد بود می شود.
از اینرو آیین نامه های لرزه ای، نیرو های برای طراحی ارتجاعی سازه را از یک طیف خطی که وابسته به زمان تناوب طبیعی سازه و شرائط خاک محل احداث سازه می باشد، به دست می آورند و جهت در نظر گرفتن اثر رفتار غیر ازتجاعی و اتلاف انرژی بز اثر رفتار هیسترتیک، میرایی و اثر مقاومت افزون سازه این نیروی ارتجاعی را به وسیله ضریب کاهش مقاومت یا به عبارت دیگر ضریب رفتار سازه به نیروی طراحی مبدل می نمایند.
با توجه به اینکه ضرائب رفتار تعین شده توسط آیین نامه های لرزه ای بر پایه مشاهدات عملکردی سیستم های سازه ای مختلف در زلزله های اتفاق افتاده و بر اساس قضاوت مهندسی استوار است در جهت رفع نگرانی پژوهشگران بابت فقدان ضرائب رفتار معقول و مبتنی بر مطالعات تحقیقاتی و پشتوانه محاسباتی در سالهای اخیر آیین نامه ها لرزه ای بر این اساس مدون گردیده اند که رفتار های هیستر تیک، شکل پذیری، مقاومت افزون، میرایی و ظرفیت سازه در هنگام استهلاک انرژی را جهت محاسبه ضریب رفتار در نظر بگیرند.
در این فصل به طور کلی تمام اجزاء ضریب رفتار شرح داده می شود.
2-2- تاریخچه مطالعاتی ضریب رفتار
در اغلب آیین نامه های طراحی لرزه ای مقادیر ضریب رفتار ارائه شده بر مبناء قضاوت مهندسی، تجربه و مشاهده عملکرد سازه در زلزله های گذشته و چشم پوشی از تراز مقاومت افزون استوار می باشد. به همین دلیل مقادیر عددی ضرائب رفتار به کار برده در آیین نامه ها مختلف متفاوت می باشد به طوری که می توان گفت محدوده عددی ضریب رفتار برای سازه های بتن مسلح با سیستم قاب خمشی در آیین نامه های اروپایی مانند EC8 بین عدد های 5/1 تا 5 است در صورتیکه برای همین نوع سیستم سازه ای در آیین نامه های آمریکایی مقادیر ضریب رفتار تا عدد 8 هم بیان گردیده است، از اینرو می توان گفت سازه هایی که مطابق آیین نامه های EC8 طراحی شده اند دارای طراحی های سنگین تری نسبت به طراحی های که مطابق آیین نامه های آمریکایی انجام گرفته است می باشند. اگر به طور خاص آیین نامه طراحی لرزه ای ایران را مورد مطالعه قرار دهیم، می توان گفت به دلیل آنکه ضرائب رفتار تعین شده بر مبناء قضاوت مهندسی است دارای کاستی هایی به شرح زیر می باشد:
1- برای سیستم های سازه ای، از یک نوع با ارتفاع ها و زمان تناوب ارتعاش متفاوت از ضرائب رفتار یکسانی استفاده میشود.
2- در R تاثیر شکل پذیری و مقاومت افزون و درجه نامعینی به صراحت نیامده است.
3- اثر لرزه خیزی منطقه در Rلحاظ نشده است.
4- اثر شرائط خاک در R لحاظ نشده است.
2-3- روشهای محاسبه ضریب رفتار
همانطور که از پیش ذکر شد روشهای سنتی چگونگی محاسبه ضریب رفتار برای سیستم های سازه ای بر اساس قضاوت مهندسی انجام می شده است، در طی سالهای اخیر روشهای علمی قابل اعتماد و جدیدی توسط تحقیقات نیومارک ارائه گردیده است.
می توان گفت جدید ترین رابطه های ارائه شده برای ضریب رفتار رابطه ای است که سه عامل شکل پذیری، مقاومت افزون و در جه نامعینی را در بر دارد. دو عامل شکل شکل پذیری و مقاومت افزون برای کشور های مختلف می تواند متفاوت می باشد، زیرا به متغیر های کیفی و کمی متعددی مانند فرهنگ ساخت و ساز و روشهای اجرائی، ناحیه لرزه خیزی و آیین نامه بارگذاری و طراحی بستگی دارد.
از اوائل دهه 1980 در انجمن فن آوری کاربردی (ATC) در طی پژوهشهای فریمن و یوانگ تلاش محققین به سمت تجزیه ضریب رفتار به عوامل تشکیل دهنده آن سوق پیدا نمود.
قابل توجه است که عامل نامعینی ابتدا در آیین نامه های ATC-19 و ATC-40 و سپس در آیین نامه UBC-1997 مطرح گردید.
در سال 1995 محققین برای محاسبه ضریب رفتار رابطه (2-1) را پیش نهاد نمودند.
(2-1)
که در رابطه فوق ضریب کاهش نیرو ناشی از مقاومت افزون و ضریب کاهش نیرو ناشی از شکل پذیری و کاهش نیرو ناشی از نامعینی یا به عبارت دیگر ضریب درجه نامعینی سازه می باشد.
به طور کلی تقسیم بندی که در مورد روشهای محاسبه ضریب رفتار می توان گفت به صورت زیر می باشد:
1- روش های آمریکایی
2- روشهای اروپایی
در طی مطالعات پزوهشگران گذشته روشهای آمریکایی نسبت به روشها اروپایی از ابتکار عمل ساده تری برخوردار بوده اند، به همین جهت در این رساله برای به دست آوردن نتایج ضریب رفتار صرفا" از روش های آمریکایی استفاده گردیده است.
2-3-1- روشهای آمریکایی
از بین روشهای آمریکایی دو روش طیف ظرفیت فریمن و روش یوانگ معتبر تر می باشند از اینرو در ادامه به صورت جزئی به شرح کامل این دو روش می پردازیم.
2-3-1-1- روش طیف ظرفیت فریمن
در سال 1990 فریمن یک روش تحلیلی جهت محاسبه ضریب رفتار تحت تاثیر پارامتر هایی مطابق با رابطه زیر ارائه نموده است.
(2-2)
به طور کلی هر کدام از پارامتر های رابطه فوق به عوامی زیر وابسته می باشد.
1- سیستم سازه ای
2- آرایش قابها
3- ترکیب بار ها
4- درجه نامعینی
5- میرایی سازه
6- ویژیگی های رفتار غیر خطی سازه
7- خصوصیات مصالح
8- نسبت ابعاد ساختمان
9- چگونگی مکانیزم خرابی و عوامل دیگر.
با توجه به گستردگی دامنه تاثیر گذاری عوامل مختلف بر پارمتر های اجزاء ضریب رفتار به ندرت می توان گفت که دو سازه ضریب رفتار یکسانی خواهند داشت.
در ادامه تحقیقات از بین عوامل تاثیر گذار بر ضریب رفتار یک سازه دو عامل ظرفیت سازه و نیرو های ناشی از زلزه را می توان از عوامل اصلی نام برد، که فریمن تمام عوامل فوق را به دو عامل اصلی ظرفیت افزایش یافته سازه و احتیاجات لرزه ای بسط داده است.
در این روش ظرفیت افزایش یافته به اصطلاح مقاومت افزون نام دارد و با نمایش داده می شود. ضریب مقاومت افزون را می توان از یک تحلیل استاتیکی غیر خطی با رسم منحنی ظرفیت سازه (برش پایه- تغیر مکان نقطه بام) از نسبت ضریب برش تسلیم کلی سازه به ضریب برش پایه متناظر با تشکیل اولین مفصل پلاستیک در سازه به دست آورد. عوامل موثری که در محاسبه این ضریب نقش دارند به شرح زیر می باشند.
1- ضرائب بار و ضرائب کاهش مقاومت مصالح
2- طراحی دست بالای اعضاء
3- سختی کرنشی
4- نامعینی سازه
5- شکل پذیری سازه
احتیاجات لرزه ای یا به عبارت دیگر ضریب کاهش نیرو در اثر شکل پذیری که با نمایش داده می شود، می توان گفت از رفتار غیر خطی سازه که منجر به میرایی و استهلاک انرژی می شود، به وجود آمده است. فریمن جهت محاسبه ضریب کاهش نیرو روش زیر را ارائه گردیده است:
در هنگام وقوع زلزله هر چه رفتار سازه از حد ارتجاعی فراتر رود سختی آن کاهش یافته و میرایی افزایش می یابد، در واقع در هنگام زلزله با ایجاد مفاصل پلاستیک در اعضاء سازه، سازه شکل پذیر تر می شود و به تبع افزایش شکل پذیری زمان پریود ارتعاشی سازه و همچنین میرایی سازه افزایش پیدا خواهد کرد و در نتیجه ی تمام این فرایند ها، کاهش نیرو های وارد بر سازه را خواهیم داشت.
در صورتیکه زمان پریود اولیه سازه که می تواند زمان پریود محاسباتی یا زمان پریود به دست آمده از آیین نامه باشد را بنامیم و زمان پریود ناشی از تغیر سختی که سازه وارد مرحله غیر خطی شده است را بنامیم، مقدار از نسبت مقدار نیروی مورد نیاز برای سازه با طیف ظرفیت 5% میرایی با زمان پریود ارتعاش اولیه به مقدار نیروی مورد نیاز در میرایی غیر خطی 20% سازه به دست خواهد آمد.
طبق مطالب فوق توسط روش فریمن ضریب رفتار از رابطه (2-3) محاسبه خواهد شد.
(2-3)
که در رابطه فوق ضریب مقاومت افزون و ضریب کاهش نیرو می باشد.
2-3-1-2- روش شکل پذیری یوانگ
در سال 1991 توسط محقق آمریکایی یوانگ با استفاده از نمودار منحنی ظرفیت سازه برای محاسبه ضریب رفتار رابطه ای به صورت زیر معرفی نمود.
(2-4)
که در رابطه (2-4) کاهش نیرو در اثر شکل پذیری سازه که تسبت به و ضریب مقاومت افزون می باشد، در ادمه پارامتر های معرفی شده را به طور کامل تشریح می نماییم.
می توان با در نظر گرفتن رفتار کلی یک سازه متعارف طبق شکل(2-1) مقدار مقاومت ارتجاعی مورد نیاز، در صورتیکه سازه کلا" در محدوده ارتجاعی باقی بماند پارامتر تعریف کنیم.

شکل (2-1): نمودار منحنی ظرفیت یک سازه متعارف
به طور کلی می توان گفت طراحی صحیح سازه منجر به شکل پذیر تر شدن سازه خواهد شد، در این وضعیت سازه می تواند به حداکثر مقاومت خود که با پارامتر معرفی می شود، برسد. در نتیجه می توان گفت هرچه از مقاومت حداکثر اعضاء در هنگام آنالیز های لرزه ای استفاده شود طرحی بهینه تر حادث می شود.
در شکل(2-1) حداکثر تغیر شکل نسبی ایجاد شده در طبقه می باشد که می توان گفت محاسبه مقدار با مقاومت حد خمیری سازه یا مقاومت نهایی به هنگام ایجاد مکانیزم گسیختگی متناظر بوده و احتیاج به تحلیل غیر خطی دارد به همین علت برای مقدار به صورت مستقیم رابطه ای مشخص نگردیده است از اینرو جهت مقاصد طراحی در برخی از آیین نامه ها مقدار را به مقدار کاهش می دهند.
نمایشگر تشکیل اولین مفصل پلاستیک در کل سازه می باشد و مقدار آن ترازی است که در آن پاسخ کلی سازه به گونه قابل توجهی از محدوده ارتجاعی سازه خارج شده است.
اختلاف مقدار نیرو های و را اصطلاحا مقاومت افزون () تعریف می نمایند، طبق رابطه (2-5).
(2-5)
لازم به ذکر است به علّت اینکه در بعضی از آیین نامه های طراحی بتنی یا فولادی از روشهای بار مجاز استفاده می نمایند، از اینرو آیین نامه های طراحی لرزه ای مانند آیین نامه های 2800 ایران، UBC-1994 و SEAOC-1988 مقدار را به کاهش می دهد. نسبت ضریب رفتار به دست آمده در آیین نامه های UBC-1994 و SEAOC-1988 (که با نمایش داده می شود) و 2800 ایران (که با R نمایش داده می شود) به ضریب رفتار به دست آمده در مقررات UBC-1997 یا NEHRP-2000 حدودا" عددی بین 4/1 تا 5/1 می باشد.
مزیت استفاده روش فوق این است که طراح، تنها یک تحلیل ارتجاعی انجام میدهد و سپس با استفاده از آیین نامه های جاری، ابعاد المانهای سازه ای را تعین مینماید.
طی تحقیقات به عمل آمده به علّت استفاده ازبه جای دو مشکل ایجاد می شود که عبارتند از:
1- محاسب قادر نخواهد بود مقاومت سازه را تعیین کند، لذا در صورتی که مقدار مقاومتی که به صورت ضمنی در آیین نامه های زلزله برای مقدار ضریب کاهش فرض شده است (مقاومت افزون) تامین نشود، رفتار سازه در زلزله های شدید رضایت بخش نخواهد بود.
2- مقادیر تغیر مکانهای غیر ارتجاعی را نمی توان باتحلیل ارتجاعی خطی محاسبه نمود که آیین نامه ها معمولا" از ضرائب تشدید تغیر مکانهای ارتجاعی () استفاده می نمایند.
محاسبه رابطه (2-4) در بعضی از آیین نامه ها مثل UBC-1997 ، IBC-2000 ، NEHRP-2000 مطابق با تنش های در حالت حد نهایی است ولی مطابق بعضی از آئین نامه هایی چون 2800 ایران، UBC-1988 یا UBC-1994 و.... باید ضریبی به نام Y برای طراحی بر اساس تنش های مجاز در رابطه (2-4) ضرب شود.
ضریب Y بر اساس برخورد آیین نامه های مصالح با تنش های طراحی (بار مجاز یا بار نهایی) تعین می شود و مقدار آن نسبت نیرو در هنگام تشکیل اولین مفصل پلاستیک () به نیروی پایه سازه دز هنگام ایجاد تنش های مجاز () می باشد.
(2-6)
طبق نتایج به دست آمده ضریب Y در محدوده 1.4تا 1.5 می باشد و برای مثال نتایج آیین نامه AISC-ASD1989 مطابق رابطه (2-7) برابر با1.44 می باشد.
(2-7)
در رابطه (2-7): Z مدول خمیری و S مدول ارتجاعی می باشد و اضافه تنش مجاز به هنگام اثر نیرو های زلزله است. می توان گفت مقدار 4/1 برای در نظر گرفتن ضریب بار مرده در آیین نامه بتن ACI-318 مشابه ضریب Y در رابطه (2-7) می باشد.
طبق پارامتر های تعریف شده فوق رابطه (2-8) برای محاسبه ضریب رفتار توسط روش یوانگ معرفی گردیده است.
(2-8)
2-3-2- روشهای اروپایی
در سالهای اخیر، پژوهشگران اروپایی نیز همگام با محققان آمریکایی به تحقیق در مورد برآورد ضرایب رفتار سازهها پرداخته اند. عمدتاً روشهایی که توسط اروپاییها مورد استفاده قرار گرفته به دو گروه تقسیم می شود: روشهای متکی بر تئوری شکل پذیری و روشهای انرژی. در ادامه این روشها به اختصار معرفی می شوند.
2-3-2-1- روش تئوری شکل پذیری
این روش که بر مبنای تئوری شکل پذیری استوار است اولین بار توسط کاسنزا و همکاران در سال 1986 معرفی شده است. در این روش، ضریب رفتار () با توجه به شکل (2-2)، از رابطه (2-9) بدست می آید:
(2-9)
در رابطه (2-9): : ضریب ارتجاعی بحرانی برای بارهای قائم و : پارامتر وابسته به زمان تناوب ارتعاش سازه است و از رابطه (2-10) بدست می آید:
(2-10)
با توجه به دو رابطه اخیر میتوان را از رابطه (2-11) بدست آورد:
(2-11)
جهت تکمیل روش فوق، در سال 1996، مازولانی با استفاده از نتایج حاصل از پاسخ سیستمهای یک درجه آزاد، رابطه (2-12) را برای پیشنهاد کرده است.
(2-12)
از این رو برای زمانهای تناوب بزرگتر از ثانیه، دارای مقدار ثابت و برای یک تابع خطی از زمان تناوب است.

شکل (2-2): مدل رفتاری ساده شده برای سیستم یک درجه آزاد [25]
2-3-2-2- روش انرژی
روش انرژی بر این فرض استوار است که حداکثر انرژی جنبشی ناشی از یک زلزله شدید با حداکثر انرژی که یک سازه قادر است جذب نماید، برابر است. معادله تعادل انرژی در یک سازه بصورت رابطه (2-13) است.
(2-13)
در رابطه (2-13): : حداکثر انرژی جنبشی قابل جذب و استهلاک در سازه، : انرژی ذخیره شده در سازه در مرحله تغییر شکل ارتجاعی، : انرژی ذخیره شده طی تغییر شکلهای غیرارتجاعی در سازه و کار انجام شده توسط نیروهای قائم در کل روند تغییر شکل سازه می باشد.
اگر طیف پاسخ شتاب زمین، در زلزله طراحی و انرژی جنبشی ناشی از آن نامیده شود، معمولاً می توان با اعمال یک ضریب آن را به شدیدترین زلزله طراحی، مرتبط کرد. با توجه به این موضوع، انرژی جنبشی ناشی از این زلزله مخرب که با استفاده از حداکثر شبه سرعت برآورده شده از طیف مشخص می گردد، توسط رابطه (2-14) به مرتبط می شود:
(2-14)
در نتیجه بنابر اصل تعادل انرژی ها، لازم است رابطه (2-15) برقرار باشد:
(2-15)
روشهای تحلیلی مفصل و پیچیده ای برای حل معادله فوق و استخراج ضرایب رفتار از آن وجود دارد که معروفترین آنها توسط کومو و لانی ارائه شده است. در اینجا به دلیل پیچیده و وقت گیر بودن این روشها از ذکر جزئیات آنها پرهیز می شود.
2-4- تشریح اجزای ضریب رفتار
2-4-1- شکل پذیری
2-4-1-1- ضریب شکل پذیری کلی سازه
در صورتیکه منحنی رفتار کلی سازه را اصطلاحا" به صورت منحنی الاستیک – پلاستیک (دو خطی) ایده آل نمائیم، طبق رابطه (2-16) ضریب شکل پذیری کلی سازه که با نمایش داده میشود محاسبه میشود:
(2-16)
بهتر است مقدار ضریب شکل پذیری کلی سازه ، که نماینگر ظرفیت استهلاک انرژی اجزا یا کل سازه است، از روشهای آزمایشگاهی تعیین نمود. رفتار کلی سازه که در شکل (2-1) نشان داده شده است، تنها مربوط به سیستم هایی است که می توانند انرژی را با یک رفتار پایدار مستهلک کنند، مانند قابهای مقاوم خمشی شکل پذیر ویژه، و برای سیستم های دیگر که کاهش شدید سختی و مقاومت دارند، تعریف تغییر مکان تسلیم و تغییر مکان حداکثر در رابطه (2-16) می تواند نادرست باشد. می توان گفت تعیین ضریب QUOTEμs به خصوص برای سازه های بلندتر از یک طبقه کار پیچیده ای است. برای محاسبه این ضریب غالباً از تغییر مکان نسبی طبقه به عنوان معیار تغییر مکان استفاده می‎شود (شکل 2-1).
2-4-1-2- ضریب کاهش نیرو توسط شکل پذیری
سازه ها توسط رفتار شکل پذیر مقدار قابل توجهی از انرژی زلزله را با رفتار هیسترتیک مستهلک می‎کنند، که مقدار این استهلاک انرژی، بستگی به مقدار شکل پذیری کلی سازه دارد. مقدار شکل پذیری کلی سازه نباید از شکل پذیری المانهای سازه فراتر رود. بدین منظور، هنگام طراحی لازم است حداقل مقاومت لازم سازه که شکل پذیری کلی آن را به حد شکل پذیری مشخص شده از قبل، محدود می‎کند، مشخص شود .
همان گونه که در قسمتهای قبل، توضیح داده شد، ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری (QUOTERμ ) طبق رابطه (2-17)، با نسبت مقاومت ارتجاعی مورد نیاز به مقاومت غیر ارتجاعی مورد نیاز تعریف می شود.
(2-17)
که در این رابطهQUOTEFy مقاومت جانبی مورد نیاز، برای جلوگیری از تسلیم سیستم بر اثر یک زلزله مشخص و مقاومت جانبی تسلیم مورد نیاز برای محدود کردن ضریب شکل پذیری کلی سازه به مقداری کمتر و یا برابر با ضریب شکل پذیری کلی از پیش تعیین شده (هدف یا QUOTEμi) وقتی که سیستم در معرض همان زلزله قرار گیرد، می باشد. به طور کلی، در سازه هایی که در هنگام وقوع زلزله رفتار غیر ارتجاعی دارند، تغییر شکلهای غیر ارتجاعی با کاهش مقاومت جانبی تسلیم سازه (یا با افزایش ضریب )، افزایش مییابند.
برای یک زلزله مشخص و یک ضریب معین، مشکل اساسی محاسبه حداقل ظرفیت مقاومت جانبی است که باید در سازه به منظور جلوگیری از به وجود آمدن نیازهای شکل پذیری بزرگتر از QUOTEμi، تأمین گردد. در نتیجه محاسبه برای هر زمان تناوب و هر شکل پذیری هدف، شامل عملیاتی تکراری است. بدین صورت که، مقاومت جانبی تسلیم () برای سیستم در نظرگرفته و سیستم تحلیل می‎شود، این ‎کار، تا زمانی ادامه می یابد که ضریب شکل پذیری کلی محاسبه شده ()با یک تولرانس مشخص، برابر ضریب شکل پذیری کلی هدف گردد و آنگاه مقاومت جانبی متناظر با این ضریب شکل پذیری، QUOTE μ=μiنامیده می‎شود.
برای تعیین ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری، روش کار بدین صورت است که مقاومت جانبی ارتجاعی QUOTE μ=μi و غیر ارتجاعی QUOTEμ=که برای یک سیستم با زمان تناوب مشخص به دست آمده، این مقادیر به وزن سیستم، نرمال می‎شوند. این نیرو ها برای زمانهای تناوب مختلف سازه به دست می آید و با توجه به آن، طیف خطی و طیف غیر خطی با ضریب شکل پذیری محاسبه می‎شود. از از تقسیم طیف خطی به طیف غیر خطی، مقدار ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری برای آن زلزله بخصوص و ضریب شکل پذیری هدف، به دست می آید (شکل 2-3 )

شکل (2-3): طیف ارتجاعی و غیر ارتجاعی با شکل پذیری ثابت
یافتن رابطه بین وQUOTERμو μs برای سیستم های یک درجه آزادی موضوع پژوهشهای فراوانی در سالهای اخیر بوده است. از جمله کسانی که در این مورد تحقیق کرده اند، عبارتند از: کراوینکلرو نصر، میراندو و برترو، نیومارک و هال، لای و بیگز، ریدل و نیومارک، القادمسی و محرز، ریدل، هیدالگو و کروز، آریاس و هیدالگو، تسو و نائوموسکی، ویدیک، فایفر و فیشینگر، فیشینگر و فایفر، تسنیمی و محمودی، لی، هان و اوه، ال سلیمانی و روست، پنگ و همکاران و نهایتاً تاکدا و همکاران.
2-4-2- مقاومت افزون
هنگامی که یکی از اعضای سازه به حد تسلیم رسیده و اصطلاحاً در آن لولای خمیری تشکیل شود، مقاومت سازه از دیدگاه طراحی در حالت بهره برداری به پایان می رسد، ولی در حالت طراحی انهدام، پدیده فوق به عنوان پایان مقاومت سازه به حساب نمی آید، زیرا عضو مورد نظر همچنان می تواند با تغییر شکل غیر ارتجاعی، انرژی ورودی را جذب کند تا به مرحله گسیختگی و انهدام برسد. با تشکیل لولاهای خمیری، به تدریج سختی سازه با کاهش درجه نامعینی استاتیکی کاهش می یابد، و لی سازه همچنان پایدار است و قادر خواهد بود در مقابل نیروهای خارجی از خود مقاومت نشان دهد. وقتی که نیروی خارجی باز هم افزایش یابد، روند تشکیل لولاهای خمیری نیز ادامه یافته و لولاهای بیشتری در سازه پدید می آید تا جایی که سازه از نظر استاتیکی ناپایدار شده و دیگر توان تحمل بار جانبی اضافی را نداشته باشد.
مقاومتی که سازه بعد از تشکیل اولین لولای خمیری تا مرحله مکانیزم (ناپایداری) از خود بروز می دهد، مقاوت افزون نامیده می شود، در طراحی لرزه ای سازه ها مقاومت ارتجاعی مورد نیاز سازه را متناسب با مقاومت افزون آنها کاهش می دهند. برای این منظور، مقدار ضریب رفتار سازه ها متناسب با مقاومت افزون افزایش داده می شود تا مقاومت مورد نیاز کاهش یافته، محاسبه گردد.
سالهاست که پژوهشگران اهمیت مقاومت افزون را در جلوگیری از خراب شدن برخی سازه ها به هنگام رخداد زلزله های شدید شناخته اند. برای مثال، در زلزله سال 1985 مکزیک، وجود مقاومت افزون عامل بسیار مؤثری در جلوگیری از خرابی برخی ساختمانها بوده است. همچنین زلزله سال 1369 (ه.ش) رودبار و منجیل بسیاری از ساختمانهای 7-8 طبقه در شهر رشت که دارای اتصالات خُرجینی و شکل پذیری ناچیز بودند، بر اثر وجود مقاومت افزون (که عمدتاً به دلیل وجود عناصر غیر سازه ای، پارتیشن ها و نما ایجاد شده بود) از فرو ریختن کامل جان سالم به در بردند.
در مطالعات انجام شده بر روی میز لرزان برای ساختمانهای چند طبقه بتن مسلح و فولادی به وسیله پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا در برکلی در سالهای 1984 تا 1989 نیز بر اهمیت ضریب مقاومت افزون تأکید شده است.
2-4-2-1- عوامل مؤثر در مقاومت افزون
مقاومت افزون یک سازه در واقع مقدار مقاومتی است که بر اثر عوامل مختلف در سازه ذخیره شده و انهدام سازه را به تأخیر می اندازد. ذیلاً به پاره ای از عوامل مؤثر در مقاومت افزون اشاره می شود.
1- بیشتر بودن مقاومت واقعی مصالح از مقاومت اسمی آنها
2- بزرگتر بودن ابعاد اعضا و مقادیر میلگرد از مقادیر مورد نیاز در طراحی
3- استفاده از مدلهای ریاضی ساده شده و محافظه کارانه در تحلیل ها
4- ترکیب های مختلف بار
5- مقاومت اعضای غیر سازه ای(نظیر دیوارهای میانقاب) و اعضای سازه ای (نظیر دالها) که در برآورده ظرفیت مقاومت جانبی به حساب نمی آیند.
6- افزایش مقاومت ناشی از محصور شدگی بتن
7- رعایت حداقل الزامات آیین نامه های طراحی در مورد محدود کردن تغییر مکانهای جانبی، تغییر شکلهای اعضاء، ابعاد مقاطع، عناصر تسلیح و فاصله خاموتها
8- استفاده از روش معادل استاتیکی در تحلیل لرزه ای سازه ها
9- باز توزیع نیروهای داخلی در محدوده غیر ارتجاعی بر اثر نامعینی سازه
10- صرف نظر از اثر بعد سوم در تحلیل های دو بعدی
11- افزایش مقاومت اعضای بتنی بر اثر سرعت بارگذاری (اثر نرخ کرنش)
12- نوع سیستم سازه ای
13- هندسه سازه و آرایش پلان
14- ارتفاع سازه (زمان تناوب ارتعاش)
15- آیین نامه طراحی
16- لرزه خیزی منطقه (نسبت بارهای جانبی به بارهای قائم)
17- ملاحظات معماری
18- سطح فرهنگ و تکنولوژی ساخت
2-4-2-2- چگونگی محاسبه مقاومت افزون
به دست آوردن مقادیر مقاومت افزون با در نظر گرفتن سهم تمام عوامل یاد شده، بسیار پیچیده بوده و نمی تواند در طراحی سازه ای، قابل اعتماد باشد. از این رو لازم است پاره ای از عوامل کیفی ثابت در نظر گرفته شود و عوامل کمی نیز دسته بندی شده و به عوامل مهم تر توجه گردد، سهم سایر عوامل نیز در ظرفیت سازه لحاظ شود.
برای تعیین مقدار ضریب مقاومت افزون می توان علاوه بر روشهای آزمایشگاهی، از روشهای تحلیلی نیز استفاده نمود. بدین منظور می توان از روشهای تحلیل استاتیکی غیر خطی(مانند روش تحلیل پوش آور، یا روش طیف ظرفیت)، استفاده کرد.
برای تعیین مقاومت افزون یک سازه، به این صورت عمل می شود که نیروهای ثقلی بر سازه اعمال شده و مقدار نیروی جانبی سازه با یک الگوی خاص (مثلاً الگوی مثلثی آیین نامه) به طور یکنواخت افزایش داده می شود و مقادیر برش پایه و تغییر مکان بام به طور مداوم ثبت می گردد. این عمل تا آنجا که اولین عضو سازه، جاری شده و در آن لولای خمیری به وجود آید، ادامه می یابد. افزایش نیرو بعد از این مرحله باعث باز توزیع نیروها در بقیه اعضا شده و سازه قادر به تحمل نیروی جانبی بیشتر می شود. نیروی جانبی مجدداً افزایش داده می شود تا در بقیه اعضا نیز لولای خمیری تشکیل شود و در صورتی تحلیل متوقف می گردد که سازه ناپایدار (مکانیزم) شود یا شکل پذیری محلی یکی از اعضا از حد مجاز تجاوز نماید(عضو گسیخته شود)، یا معیارهای تعریف شده دیگری حاکم گردد. در این حالت، از تقسیم حداکثر نیروی جانبی تحمل شده توسط سازه به نیروی حد جاری شدن اولین عضو در سازه (تشکیل اولین لولای خمیری)، ضریب مقاومت افزون به دست می آید (شکل 2-1 ).
2-4-2-3- استفاده از ضریب مقاومت افزون در ترکیبهای بارگذاری آیین نامهها
مقررات NEHRP مربوط به سالهای 1997 و 2000، در یکی از ترکیبهای بار ویژه خود از ضریب مقاومت افزون استفاده میکند. در این مورد قید شده است که هرگاه در این مقررات تصریح شود که نیروهای طراحی لرزهای در اجزای سازه به آثار مقاومت افزون سازه حساس هستند، باید ترکیب بار به شرح رابطه های (2-18) و (2-19) به ترتیب برای حالتهایی که این آثار افزاینده یا کاهنده آثار، مورد استفاده قرار گیرد.
(2-18)
(2-19)
در رابطه های (2-18) و (2-19):
: اثر نیروهای افقی و قائم زلزله،: شتاب طیفی طراحی در زمانهای تناوب کوتاه که از مقررات NEHRP محاسبه میشود،: اثر بارهای مرده،: اثر نیروهای افقی زلزله و: ضریب مقاومت افزون سیستم است. همچنین جمله در رابطههای فوق، لازم نیست که از حداکثر نیروی به وجود آمده در عضو تحت تحلیل خمیری یا پاسخ غیر خطی، بیشتر باشد. ضمناً استفاده از این ترکیبات بار ویژه برای طراحی اجزای سازهای در گروه لرزهای A، لازم نمیباشد.
آیین نامه UBC-1997، در یکی از ترکیب های بارگذاری لرزهای خود، اثر ضریب مقاومت افزون را وارد کرده است. این ترکیب بار که در هر یک از جهت های افقی بارگذاری لرزهای باید اعمال شود، بصورت رابطه (2-20) است :
(2-20)
در رابطه (2-32): برابر حداکثر نیروی زلزله برآورد شده که در سازه به وجود خواهد آمد، ضریب افزایش نیروی زلزله ناشی از اثر مقاومت افزون و بار زلزله به واسطه برش پایه V است.
پآیین نامه IBC-2000 نیز در یکی از ترکیب های بارگذاری لرزهای خود، اثر ضریب مقاومت افزون را به صورت رابطه (2-33) وارد کرده است:
(2-33)
در رابطه فوق تعریف و مانند تعریف فوق برای آیین نامه UBC بوده، : اثر نیروهای افقی زلزله، : شتاب طیفی طراحی و: اثر بارهای مرده است.
2-4-2-3- تاریخچه اعدادی محاسبه شده برای مقاومت افزون
فریمن،ضرایب تقریبی مقاومت افزون را برای قابهای خمشی بتن مسلح چهار و هفت طبقه به ترتیب برابر با 8/2 و 8/4 برآورد کرده بودند.
یوانگ و معروف در سال 1993، دو ساختمانی را که زلزله سال 1989 لوما پریتا تجربه کرده بودند، مورد تحلیل قرار دادند: یک ساختمان 13 طبقه با قاب فولادی و یک ساختمان 6 طبقه بتن مسلح با قابهای خمشی پیرامونی. ضرایب مقاومت افزون برای این دو ساختمان پس از اعمال اصلاحات به منظور منعکس کردن اثر طراحی بر اساس مقاومت، به ترتیب 4 و 9/1 گزارش شد.
هوانگ و شینوزوکا در سال 1994، یک ساختمان بتن مسلح چهار طبقه با قاب خمشی میانی را که در ناحیه لرزه خیزی 2 آیین نامه UBC قرار داشت، مورد مطالعه قرار دادند. برش پایه طراحی برای این ساختمان W0.09 بود. حداکثر مقاومت جانبی ساختمان W0.62 محاسبه شد که در صورت عدم محدودیت برای آسیب سیستم، ضریب مقاومت افزون 2/2 به دست آمده بود. (اگر سطح عملکرد در طراحی «بدون آسیب» انتخاب شده بود، ضریب مقاومت افزون تقریباً 6/1 می شد).
برترو و تیلمو در سال 1999 اثر نامعینی و باز توزیع نیرو های داخلی را در طراحی مقاوم لرزه ای مورد مطالعه قرار دادند، نتیجه این مطالعات آن شد که باز توزیع نیرو های داخلی می تواند اثرات مفیدی بر پاسخ سازه در هنگام وقوع زلزه داشته باشد و مسئله مقاومت افزون کاملا وابسته به شکل پذیری می باشد.
با مقایسه مقادیر به دست آمده توسط پژوهشگران مختلف برای سازه های متفاوت چنین به نظر می رسد که پراکندگی در مقادیر گزارش شده برای ضریب مقاومت افزون قابل توجه و برای استفاده در طراحی حرفه ای زیاد است. بدیهی است که برای توسعه ضرایب مقاومت افزون با قابلیت اعتماد کافی که بتواند در آیین نامه های طراحی لرزه ای به کار رود، به مطالعات ویژه در مورد هر یک از سیستم های سازه ای با شرایط مختلف، نیاز است.
2-4-3- درجه نامعینی
نامعینی سیستم های سازه ای مفهوم مهمی است که از دیرباز مورد توجه مهندسان بوده است. پس از مشاهده تخریب تعداد زیادی از سیستم های سازه ای با درجات نامعینی کم، در زلزله های 1994 نورتریج و 1995 کوبه، موضوع نامعینی سازه ای، به شکل جدی تری مطرح شد. تاکنون تعریفها و تفسیرهای متفاوتی از نامعینی سازه ای، که وابسته به عدم قطعیت نیز و ظرفیت سازه هاست، ارائه شده است. از این رو، استفاده از مفاهیم عدم قطعیت، مبنای یکی از روشهای مطالعه نا معینی سیستم های سازه ای تحت بارهای لرزه ای است.
در سال 1978، کرنل برای در نظرگرفتن عدم قطعیت در سیستم های سازه ای، ضریبی بنام ضریب نامعینی پیشنهاد کرد. این ضریب به عنوان احتمال شرطی گسیختگی سیستم معرفی و اولین گسیختگی را که ممکن بود در هر یک از اعضای سازه های سکوی دریایی رخ دهد، مشخص می‎کرد.
هنداوی و فرانگوپل در سال 1994، یک ضریب نامعینی احتمالاتی را پیشنهاد کردند. ضریب پیشنهادی این پژوهشگران به صورت نسبت احتمال تسلیم اولین عضو منهای احتمال انهدام، به احتمال انهدام سیستم تعریف می‎شد.
برترو پدر و پسر در سال 1999 برای اندازه اندگیزی نامعینی سازه‎های قابی تحت اثر حرکتهای زمین ناشی از زلزله، از مهفوم «درجه نامعینی» استفاده کردند. درجه نامعینی که این پژوهشگران مورد استفاده قرار دادند به عنوان تعداد نواحی بحرانی یا لولاهای خمیری در سیستم سازه‎ای تعریف می ‎شود که مقدار قابل توجهی از انرژی هیسترتیک خمیری را قبل از انهدام سازه مستهلک می‎نمایند. در پژوهش های شده، اثرهای مقاومت افزون، ضرائب تغییرات نیاز و ظرفیت و دیگر عوامل، بررسی شده و چنین نتیجه گیری شده است، که جدا کردن نامعینی از عوامل دیگر دشوار است.
در ATC-19 و ATC-34 به منظورکمّی کردن قابلیت اعتماد سیستم های قاب لرزه ای، ضرایبی به عنوان ضرایب نامعینی پیشنهاد شده است.
آیین نامه ساختمانی متحدالشکل (UBC)و مقررات NEHRP، از سال 1997 یک ضریب QUOTEρ با عنوان ضریب قابلیت اعتماد / نامعینی معرفی کرده اند که در نیروی جانبی زلزله برای طراحی ضرب می شود. در آیین نامه ساختمانی بین المللی (IBC) سال 2000 نیز چنین ضریبی آورده شده است. در پی این بررسی ها گفته شده است که برای رسیدن به ضریب نامعینی کمی و قابل قبول که بتواند در ارزیابی سازه ها و نیز طراحی مورد استفاده قرار گیرد، به تحقیقات و تجربیات گسترده ای نیاز است.
2-4-3-1- تئوری قابلیت اعتماد در سیستم های سازه ای
نتایج نخستین پژوهشی که در رابطه با استفاده از مفهوم قابلیت اعتماد در سیستم های سازه ای و ارتباط آن با درجه نا معینی این سیستم ها انجام شد، طی پروژه - ریسرچای در سال 1974، توسط موسز(موسی) منتشر گردید. گر چه مبنای این تحقیقات و یافته های آن بر اساس بارگذاری لرزه ای بررسی کرده اند از نتایج کارهای موسز استفاده شده و دستاوردهای این محقق برای بارگذاری لرزه ای نیز تعمیم یافته است.
برای یک طراحی ایمن، موضوع قابلیت اعتماد، غالباً متوجه عضوهایی نظیر تیرها و ستونها می باشد.ضرایب اطمینان طراحی که به این ترتیب به دست می آیند، این تضمین را می دهند که احتمال خرابی عضو در برش، خمش، و نیروی محوری کوچک باشد. این در حالی است که این اجزا عموماً بخشی از یک سیستم سازه ای را تشکیل می دهند و اندر کنش بین عضو و سیستم سازه ای از قابلیت اغتماد یک عضو سازه ای بیشتر است یا کمتر؟ پاسخ به این سؤال به عواملی مانند، درجات نامعینی استاتیکی، شکل پذیری، خصوصیات مودهای خرابی و پیکربندی سیستم سازه ای وابسته است.
تا کنون از دو مدل قابلیت اعتماد سازه ای، که در شناسایی و تحلیل سیستم های واقعی سازه ای می توانند مفید باشند، استفاده شده است. در ادامه دو مدل قابلیت اعتماد سازه ای که در شناسایی و تحلیل سیستم های واقعی مفید باشند، مطرح خواهد شد. یک سیستم سازه ای ممکن است دارای اعضای موازی، سِری یا ترکیبی از این دو باشد. در سیستم های سری با خرابی هر عضو،کل سیستم دچار خرابی می گردد و بدین لحاظ به آن، سیستم ضعیف ترین اتصال گفته می شود. سازه های معین استاتیکی مثالهایی از این نوع سیستم ها هستند.
در سیستمهای موازی پس از خرابی عضوی خاص، توزیع مجدد نیرو در اعضای انجام می پذیرد و این عمل آنقدر ادامه می یابد تا سیستم دچار انهدام شود. بدین لحاظ به سیستم موازی، سیستم ایمن- زوال نیز گفته می شود. این سیستم در تحلیل انهدام سازه های نامعین استاتیکی که خرابی در آنها هنگامی رخ می دهدکه چندین عضو به ظرفیت مقاومت خود برسند، مورد استفاده قرار می گیرد.
اینکه چندین عضو به ظرفیت مقاومتی خود برسند، حاکی از آن است که سیستم به نوعی دارای مقاومت همبسته است، این موضوع را نشان می دهند که متغیرهای تصادفی مقاومت، به گونه ای به یکدیگر مرتبط اند که اگر مقاومت یک عضو، مثلاً بیشتر از مقدار میانگین خود، بیشتر باشند. این همبستگی ممکن است بر اثر وجود منابع مشترک مصالح، تشابه روش ساخت، روشهای کنترل و بازرسی، و شاید تعبیر یکنواختی مقاومتها توسط طراح پدید آید. فرض استقلال مقاومتها به مفهوم عدم همبستگی بین آنهاست.
در سیستم های موازی، استقلال مقاومتها، ایمنی را به واسطه کاهش عدم قطعیت مقاومت کلی افزایش می‎دهد. خلاف این موضوع برای سیستم های سری صادق است. در سیستم های سرس استقلال مقاومتها، ایمنی را به واسطه افزایش احتمال آنکه با خرابی یک عضو خاص، کل سیستم خراب شود، کاهش می دهد.
مدلهای موازی و سری، تنها الگوهای ایده آل هستند و اکثر سازه ها ترکیبی از این مدلها می باشند. برای مثال، در یک ساختمان چند طبقه، هرستون واقع در یک طبقه ساختمان چند طبقه، هر ستون واقع در یک طبقه در برابر بار جانبی، مانند قسمتی از یک سیستم موازی عمل می‎کند، در حالی که هر طبقه ساختمان قسمتی از یک سیستم سری را تشکیل می‎دهد.
هنگامی که عدم قطعیت در بارگذاری مطرح باشد، مقایسه مدلها تا حدی مخدوش می شود. یعنی چنانچه عدم قطعیت در بار خارجی (مثلاً بیان شده بر حسب ضریب تغیرات بار، VR خیلی بیشتر از عدم قطعیت در مقاومت (VR) باشد)، احتمال خرابی توسط VL کنترل می‎شود و رفتار سیستم خواه سری باشد یا موازی و خواه همبسته باشد یا مستقل، تأثیر کمی بر روی احتمال خرابی خواهد داشت. به عنوان مثال، اگر گرد بادی که احتمال وقوع آن خیلی کم است بر ساختمانی که برای بارهای معمولی باد طرح شده است اثر کند، سازه صرف نظر از نوع پیکر بندیش خراب خواهد شد. در حالت متداول تر بارگذاری که در آن، طراح به طور ویژه استراتژی حفاظتی در برابر بارهای نهایی از قبیل طوفان یا زلزله را مد نظر قرار داده باشد، پیکر بندی سازه و نوع سیستم در ارزیابی قابلیت اعتماد مؤثر خواهد بود. از دیگر نکاتی که روی اندر کنش عضو و سیستم سازه اثر می‎گذارد، رفتار عضو پس از رسیدن به ظرفیت اسمی اوست. یک عضو شکل پذیر، تراز نیروی خود را در صورت ادامه تغیر مکان، کاهش می‎یابد. از این رو، در اکثر سازه هایی که اعضای ترد دارند، رفتار سازه صرف نظر از هندسه پیکربندی، همانند سیستم های سری می‎باشد. به عبارت دیگر، خرابی هر عضو باعث خرابی سیستم خواهد شد. تنها سازه های با درجه نامعینی استاتیکی بالا که دارای ضریب اطمینان اسمی بزرگی نیز باشند، به اندازه کافی طرفیت مقاومتی ذخیره خواهند داشت تا پس از خرابی عضوی ترد بتوانند توزیع مجدد نیرو کرده و به انتقال بار ادامه دهند.
2-4-3-2- اثر نامعینی سازه ای در آیین نامه های مختلف
همانگونه که در جدول (2-2) اشاره شد، موسز ضریب کاهش مقاومت میانگین را متناسب با عکس جذر تعداد شرطهای مقاومتی مستقل (لوله های خمیری در یک سیستم با امکان حرکت جانبی) برای قابهای نامعین مقاوم، پیشنهاد کرده بود. در 19-ATC، فرض شده است که برای تأمین نامعینی کافی در هر یک از جهت های اصلی سازه یک ساختمان، حداقل چهار ردیف قابهای لرزه ای قائم که از نظر مقاومت و تغییر شکل سازگار باشند، لازم است. از این رو، با در نظر گرفتن هر یک از ردیفهای قاب لرزه ای قائم به عنوان یک شرط مقاومتی در حرکت جانبی، مقادیر جدول(2-2) به دست خواهد آمد. این آیین نامه، ضریب نامعینی را به عنوان بخشی از فرمولاسیون ضریب رفتار پیشنهادی خود قلمداد کرده و آن را در ردیف ضریب کاهش ناشی از شکل پذیری و ضریب مقاومت افزوم قرار داده است.
جدول (2-1): مقادیر ضرایب نامعینی در ATC-19 و مقادیر محاسبه شده از پیشنهاد موسزتعداد ردیفهای قاب لرزه بر ضریب نامعینی ATC-19 ضریب محاسباتی از پیشنهاد موسز
2 71/0 707/0
3 86/0 866/0
4 00/1 00/1
در مورد نامعینی سازه ها ذکر این نکته ضروری است که اگر طراحی سازه ای برای نیروهای وارد بر آن به صورت کاملاً بهینه صورت گرفته باشد، ممکن است لولاهای خمیری به صورت متوالی تشکیل نشده و تعداد زیادی از لولاها همزمان تشکیل گردند، در چنین حالتی درجات نامعینی شازه به یکباره کاهش قابل ملاحظه ای یافته و از اعتماد به پایداری آن کاسته می‎شود. در تفسیر مقرراتNEHRP سال 2000 نیز قید شده است که عدم تشکیل لولاهای خمیری به صورت متوالی و مناسب در سازه هایی که بهینه سازی می‎شوند، موجب می‎گردد که مقادیر، پارامترهای طراحی برای تأمین عملکرد مناسب در این سازه ها کافی نباشد. گرچه روشهای برخورد با نامعینی سازه ها متفاوت است، ولی نکته قابل توجه درتمام روشها گستردگی دامنه تغییرات ضریب درجه نامعینی سازه ها است. بدین معنی که، در یک نوع سیستم سازه ای بدون تغییر در مصالح و اجرای آن، تنها عامل نامعینی می تواند اعتماد به پایداری سازه در برابر بارهای جانبی ناشی از زلزله، و به تبع آن ضریب رفتار سازه را به شدت تحت تأثیر قرار دهد.
این مسئله هشداری است برای سازه هایی که با وجود نامعینی کم، با استفاده ا زضرایب رفتار توصیه شده در آیین نامه، طراحی و اجرا می‎شوند.

—d1965

چکیده
در سازه‌های ترکیبی سرریز- دریچه، تداخل جریان از زیر دریچه و روی سرریز باعث اختلاط شدید در جریان و تغییر در توزیع تنش‌های برشی کف می‌شود. از این‌رو شبیه‌سازی عددی الگوی جریان عبوری از این سازه‌ها بسیار پیچیده است. هدف اصلی از این تحقیق، شبیه‌سازی عددی هیدرولیک جریان و آبشستگی در پاییندست جریان ترکیبی همزمان از روی سرریز و زیر دریچه با استفاده از نرمافزار Flow3D است. نرمافزارFlow3D یک نرمافزار قوی در زمینه دینامیک سیالات محاسباتی است که برای حل مسائل با هندسه پیچیده مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مدل برای شبیه سازی جریانهای سطح آزاد سهبعدی غیر ماندگار با هندسه پیچیده کاربرد فراوانی دارد. در این تحقیق مدلسازی در حالت کف صلب و کف متحرک انجام شد و برای واسنجی و صحتسنجی این نرمافزار به منظور تخمین پارامترهای جریان در سازههای ترکیبی، از نتایج آزمایشگاهی صورت گرفته در این تحقیق استفاده شد. به منظور شبیهسازی پروفیل سطح آب از روش VOF استفاده شد. همچنین برای شبیهسازی آبشستگی جریان از مدلهای مختلف آشفتگی مانند RNG k-ɛ، k-ɛ و LES بهره گرفته شد. پس از اطمینان از دقت مدل و با انتگرالگیریهای پروفیلهای سرعت روی سرریز و زیر دریچه، میزان دبی عبوری از روی سرریز و زیر دریچه تعیین شد. سپس با انجام آنالیز ابعادی، نسبت دبی عبوی از روی سرریز به زیر دریچه، تابعی از عدد فرود (Fr)، نسبت عمق بالادست سازه به بازشدگی زیر دریچه (H1W) و هد آب روی سرریز به طول سازه (HdT) گردید. مقایسه نتایج مدلسازی در حالت کف متحرک با نتایج آزمایشگاهی نشان میدهد که مدل از قابلیت بالایی جهت شبیهسازی الگو و میزان آبشستگی برخوردار است.
کلمات کلیدی: جریان ترکیبی، سرریز- دریچه، آبشستگی، مدل‌سازی عددی، Flow3D.

فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه
TOC h z t "t1,1,t2,1,t3,1" 1-1 مقدمه2
HYPERLINK l "_Toc365922955" 1-2 تعاریف3
HYPERLINK l "_Toc365922956" 1-2-1 سرریزها3
HYPERLINK l "_Toc365922957" 1-2-2 دریچهها3
HYPERLINK l "_Toc365922958" 1-2-3 سازه ترکیبی سریز – دریچه4
HYPERLINK l "_Toc365922959" 1-2-4 آبشستگی6
HYPERLINK l "_Toc365922960" 1-3 ضرورت انجام تحقیق9
HYPERLINK l "_Toc365922961" 1-4 اهداف تحقیق9
HYPERLINK l "_Toc365922962" 1- 5 ساختار کلی پایاننامه10
فصل دوم: بررسی منابع
2-1 مقدمه12
2-2 مطالعات آزمایشگاهی جریان12
2-2 مطالعات عددی با نرمافزار Flow3D16
فصل سوم: مواد و روشها
3-1 مقدمه22
3-2 نحوه انجام آزمایشات22
3-2-1 مخزن23
3-2-2 پمپ23
3-2-3 کانال آزمایشگاهی23
3-2-4 مخزن آرام کننده جریان24
فهرست مطالب
عنوان صفحه
3-2-5 مدل سازه ترکیبی سرریز - دریچه24
3-3 آنالیز ابعادی25
3-4 شبیهسازی عددی27
3-4-1 معرفی نرمافزار Flow3D28
3-4-2 معادلات حاکم32
3-4-3 مدلهای آشفتگی33
3-4-3-1 مدلهای صفر معادلهای35
3 -4-3-2 مدلهای یک معادلهای35
3-4-3-3 مدلهای دو معادلهای36
3-4-3-4 مدلهای دارای معادله تنش36
3-4-4 شبیهسازی عددی مدل37
3-4-4-1 ترسیم هندسه مدل38
3-4-4-2 شبکه بندی حل معادلات جریان38
3-4-4-3 شرایط مرزی کانال40
3-4-4-4 خصوصیات فیزیکی مدل41
3-4-4- 5 شرایط اولیه جریان43
3-4-4-6 زمان اجرای مدل43
فصل چهارم: نتایج و بحث
4-1 مقدمه46
4-2 شبیهسازی هیدرولیک جریان در حالت کف صلب46
4-2-1 واسنجی نرمافزار46
4-2-1-1 ارزیابی نرمافزارپ48
4-2-1-2 بررسی تأثیر انقباض جانبی سازه ترکیبی سرریز - دریچه بر هیدرولیک جریان54
فهرست مطالب
عنوان صفحه
4-3 شبیهسازی آبشستگی پاییندست جریان59
4-3-1 واسنجی نرمافزار59
4-3-1-1 ارزیابی نتایج نرمافزار61
فصل پنجم: پیشنهادها
5-1 مقدمه70
5-2 نتیجهگیری70
5-3 پیشنهادها71
منابع74

فهرست جدول‌ها
عنوان صفحه
جدول 3- 1 محدوده آزمایشات انجام شده برای مدلسازی هیدرولیک جریان25
جدول 3- 2 معرفی نرمافزار Flow3D28
ادامه جدول 3-229
جدول 3- 3 محدوده دادههای به کار رفته جهت شبیهسازی آبشستگی38
جدول 3- 4 شرایط مرزی اعمال شده در نرمافزار40
جدول 3- 5 شرایط مرزی اعمال شده در نرمافزار41
جدول 3- 6 مدلسازیهای انجام شده برای تعیین بهترین مقدار پارامترهای مربوط به رسوب42
جدول 4- 1 نتایج آمارهای خطا مربوط به فرمول (4-1)51
جدول 4- 2 نتایج حاصل از مدلسازی سازه ترکیبی همراه با انقباض جانبی برای نسبت دبیها55
جدول 4- 3 تأثیر پارامتر عدد شیلدز بحرانی بر حداکثر عمق آبشستگی60
جدول 4- 4 تأثیر پارامتر ضریب دراگ بر حداکثر عمق آبشستگی60
جدول 4- 5 تأثیر زاویه ایستایی بر حداکثر عمق آبشستگی61
جدول 4-6 تأثیر پارامتر حداکثر ضریب تراکم مواد بستر بر حداکثر عمق آبشستگی61
جدول 4- 7 بهترین مقادیر برای پارامترهای مؤثر در شبیهسازی حفره آبشستگی61
جدول 4- 8 نتایج آمارهای خطا مربوط به فرمول (4-4)65
فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
TOC h z t "fig,1,table,1" شکل 1- 1 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری همزمان از روی سرریز و زیر دریچه5
HYPERLINK l "_Toc366000088" شکل 1- 2 آبشستگی موضعی پاییندست برخی از سازههای هیدرولیکی8
HYPERLINK l "_Toc366000089" شکل 2- 1 جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز - دریچه مستطیل شکل با فشردگی جانبی12
شکل 2- 2 جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز- دریچه بدون فشردگی جانبی12
شکل 2- 3 نمایی از مدلهای آزمایشگاهی جریان مستغرق و نیمه مستغرق (سامانی و مظاهری، 1386)14
شکل 2- 4 مدل شبیهسازی شده جریان و حفره آبشستگی جریان ترکیبی (اویماز، 1987)14
شکل 2- 5 فرآیند پر و خالی شدن حفره آبشستگی درحین برخی از آزمایشات (دهقانی و بشیری، 2010) 15
شکل 3- 1 نمایی از مدل آزمایشگاهی کانال با مقیاس کوچک23
شکل 3- 2 مشخصات اجزای فلوم آزمایشگاهی با مقیاس کوچک24
شکل 3- 3 مدل فیزیکی سازه ترکیبی مورد استفاده در آزمایشات هیدرولیک جریان25
شکل 3- 4 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری از سرریز و زیر دریچه در بستر صلب26
شکل 3- 5 مدلسازی پرش هیدرولیکی30
شکل 3- 6 مدلسازی جریان در قوس رودخانه30
شکل 3- 7 مدلسازی جریان عبوری از زیر دریچه30
شکل 3- 8 مدلسازی جریان عبوری از روی سرریز با انقباض جانبی و بدون انقباض31
شکل 3- 9 مدلسازی آبشستگی پاییندست سازه31
شکل 3- 10 مشبندی یکنواخت در کانال با مقیاس کوچک39
شکل 3- 11 مشبندی غیر یکنواخت در راستای طولی کانال با مقیاس بزرگ40
شکل 3- 12 شرایط مرزی مورد استفاده در مدلسازی حالت بستر صلب40
شکل 3- 13 شرایط مرزی مورد استفاده در مدلسازی حالت بستر رسوب41
شکل 3- 14 نمودار تغییرات زمانی حجم سیال در مدلسازی هیدرولیک جریان43
شکل 3- 15 نمودار تغییرات زمانی حجم سیال در مدلسازی حفره آبشستگی43
شکل 4- 1 مقایسه نتایج پروفیل سطح آب برای شبکهبندیهای مختلف میدان جریان با داده آزمایشگاهی46
شکل 4- 2 مقایسه پروفیل سطح آب در دو مدل تلاطمی k-ε RNG و k-ε و دادههای آزمایشگاهی47
شکل 4- 3 مقایسه پروفیل سطح آب در مدل تلاطمی k-ε RNG با دادههای آزمایشگاهی49
فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
شکل 4-4 ارزیابی دقت مدل RNG k-ε برای عمق جریان در بالادست و روی سازه ترکیبی سرریز- دریچه49
شکل 4- 5 نمایش چگونگی رابطه پارامترهای بیبعد مؤثر بر جریان عبوری از سازه ترکیبی با نسبت دبی عبوری از روی سازه به دبی عبوری از زیر دریچه (Qs / Qg)51
شکل 4- 6 نمودار تغییرات نسبت دبیهای نرمافزار و مشاهداتی52
شکل 4- 7 مقایسه رابطه نسبت دبیها درسازه ترکیبی سرریز- دریچه با روابط تجربی برای تخمین دبی در سرریز و ریچه52
شکل 4- 8 توزیع مؤلفه طولی سرعت جریان عبوری از سازه ترکیبی در طول کانال با استفاده از مدل RNG k-ε53
شکل 4- 9 توزیع فشار جریان عبوری از سازه ترکیبی در طول کانال با استفاده از مدل RNG k-ε53
شکل 4- 10 الگوی جریان اطراف سازه ترکیبی سرریز - دریچه54
شکل 4- 11 توزیع تنش برشی کف در اطراف سازه ترکیبی سرریز - دریچه54
شکل 4- 12 شماتیکی از جریان عبوری از سازه ترکیبی دارای انقباض جانبی54
شکل 4-13 توزیع تنش برشی کف در اطراف سازه ترکیبی با انقباض جانبی55
شکل 4-14 مقایسه عمق جریان درعرض کانال دربلافاصله قبل از سازه برای میزان انقباضهای جانبی مختلف سازه رکیبی56
شکل 4-15 مقایسه عمق جریان در طول کانال برای میزان انقباضهای جانبی مختلف سازه ترکیبی56
شکل 4-16 توزیع مؤلفه طولی سرعت در زیر سازه در دو حالت با انقباض و بدون انقباض57
شکل 4-17 توزیع مؤلفه طولی سرعت روی سازه در دو حالت با انقباض و بدون انقباض57
شکل 4-18 توزیع مؤلفه عرضی سرعت در زیر سازه در دو حالت با انقباض و بدون انقباض58
شکل 4-19 توزیع مؤلفه عرضی سرعت روی سازه در دو حالت با انقباض و بدون انقباض58
شکل 4- 20 مقایسه دقت شبیهسازی حفره آبشستگی با استفاده از مدلهای مختلف آشفتگی59
شکل 4- 21 ارزیابی دقت نرمافزار برای عمق جریان در بالادست و روی سازه ترکیبی62
شکل 4- 22 ارزیابی دقت نرمافزار برای حداکثر عمق آبشستگی62
شکل 4- 23 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری از روی سرریز و زیر دریچه در بستر متحرک63
فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
شکل 4- 24 نمایش چگونگی رابطه پارامترهای بیبعد مؤثر بر جریان عبوری از سازه ترکیبی با نسبت دبی عبوری از روی سازه به دبی عبوری از زیر دریچه (Qs/Qg) برای بستر رسوب64
شکل 4- 25 نمودار تغییرات نسبت دبیهای نرمافزار و مشاهداتی65
شکل 4-26 توزیع مؤلفه طولی سرعت جریان در اطراف سازه ترکیبی66
شکل 4-27 الگوی جریان اطراف سازه ترکیبی سرریز – دریچه (الف. بردارهای سرعت ب. خطوط جریان)66
شکل 4-28 توزیع تنش برشی در اطراف حفره آبشستگی پاییندست سازه ترکیبی سرریز- دریچه در ابتدای اجرای برنامه67
شکل 4- 29 مقایسه رابطه پارامترهای بیبعد مؤثر بر جریان عبوری از سازه ترکیبی با نسبت دبی عبوری از روی سازه به دبی عبوری از زیر دریچه (Qs/Qg) برای بستر رسوب و بستر صلب67
شکل 4-30 نمودار رابطه حداکثر عمق آبشستگی با نسبت دبیهای عبوری از رو و زیر سازه ترکیبی68

18849116456969
فصل اول
مقدمه
1-1- مقدمه
یکی از عمده‌ترین مشکلات سازه‌هایی از قبیل سرریزها، دریچه‌ها و حوضچه‌های آرامش که در بالادست بسترهای فرسایش‌پذیر قرار دارند، آبشستگی در مجاورت سازه است که علاوه‌بر تأثیر مستقیم بر پایداری سازه، ممکن است باعث تغییر مشخصات جریان و در نتیجه تغییر در پارامترهای طراحی سازه شود. به دلیل پیچیدگی موضوع، اکثر محققین آن را به صورت آزمایشگاهی بررسی کردهاند که با وجود تمام دستآوردهای مهمی که تاکنون در زمینه آبشستگی موضعی حاصل گردیده است، هنوز هم شواهد زیادی از آبشستگی گسترده در پایاب دریچه‌ها، سرریزها، شیب‌شکن‌ها، کالورت‌ها و مجاورت پایه‌های پل دیده می‌شود که می‌تواند پایداری این سازهها را با خطرات جدی مواجه کند.
پدیده آبشستگی زمانی اتفاق می‌افتد که تنش برشی جریان آب عبوری از آبراهه، از میزان بحرانی شروع حرکت ذرات بستر بیشتر شود. تحقیقات نشان داده است که عوامل بسیار زیادی بر آبشستگی در پایین‌دست سازه تأثیرگذار هستند که از جمله آنها می‌توان به اندازه و دانه‌بندی رسوبات، عمق پایاب، عدد فرود ذره، هندسه سازه و ... اشاره کرد (کوتی و ین (1976)، بالاچاندار و همکاران (2000)، کلز و همکاران (2001)، لیم و یو (2002)، فروک و همکاران (2006)، دی و سارکار (2006) و ساراتی و همکاران (2008)).
دریچهها و سرریزها به طور گسترده به منظور کنترل، تنظیم جریان و تثبیت کف، در کانالهای باز مورد استفاده قرار میگیرند. بر اثر جریان ناشی از جت عبوری از رو یا زیر سازهها، امکان ایجاد حفره آبشستگی در پاییندست سازهها وجود دارد که ممکن است پایداری سازه را به خطر اندازد؛ بنابراین تعیین مشخصات حفره آبشستگی مورد توجه محققین هیدرولیک جریان قرار گرفته است.
به منظور افزایش بهره‌وری از سازههای پرکاربرد سرریزها و دریچهها، می‌توان آنها را با هم ترکیب نمود به‌طوری‌که در یک زمان آب بتواند هم از روی سرریز و هم از زیر دریچه عبور نماید. با ترکیب سرریز و دریچه می‌توان دو مشکل عمده و اساسی رسوب‌گذاری در پشت سرریزها و تجمع رسوب و مواد زائد در پشت دریچه‌ها را رفع نمود. در سازه ترکیبی سرریز- دریچه، شرایط هیدرولیکی جدیدی حاکم خواهد شد که با شرایط هیدرولیکی هر کدام از این دو سازه به‌تنهایی متفاوت است.
1-2 تعاریف1-2-1 سرریزها
یکی از سازههای مهم هر سد را سرریزها تشکیل میدهند که برای عبور آب اضافی و سیلاب از سراب به پایاب سدها، کنترل سطح آب، توزیع آب و اندازهگیری دبی جریان در کانالها مورداستفاده قرار میگیرد. با توجه به حساس بودن کاری که سرریزها انجام میدهند، باید سازهای قوی، مطمئن و با راندمان بالا انتخاب شود که هر لحظه بتواند برای بهرهبرداری آمادگی داشته باشد.
معمولاً سرریزها را بر حسب مهمترین مشخصه آنها تقسیمبندی میکنند. این مشخصه میتواند در رابطه با سازه کنترل و کانال تخلیه باشد. بر حسب اینکه سرریز مجهز به دریچه و یا فاقد آن باشد به ترتیب با نام سرریزهای کنترلدار و یا سرریزهای بدون کنترل شناخته میشوند.
1-2-2 دریچهها
دریچهها سازههایی هستند که از فلزات، مواد پلاستیکی و شیمیایی و یا از چوب ساخته میشوند. از دریچهها به منظور قطع و وصل و یا کنترل جریان در مجاری عبور آب استفاده میشود و از لحاظ ساختمان به گونهای میباشند که در حالت بازشدگی کامل عضو مسدود کننده کاملاً از مسیر جریان خارج میگردد.
دریچهها در سدهای انحرافی و شبکههای آبیاری و زهکشی کاربرد فراوان دارند. همچنین برای تخلیه آب مازاد کانالها، مخازن و پشت سدها به کار میروند (نواک و همکاران، 2004).
دریچهها به صورت زیر دستهبندی میشوند:
بر اساس محل قرارگیری: دریچههای سطحی و دریچههای تحتانی. دریچه سطحی تحت فشار کم و دریچه تحتانی تحت فشار زیاد قرار میگیرند.
بر اساس کاری که انجام میدهند: دریچههای اصلی، تعمیراتی و اضطراری. دریچه اصلی به طور دائم مورد بهرهبرداری قرار میگیرند. برای تعمیرات از دریچه تعمیراتی و در زمان حوادث از دریچه اضطراری استفاده میشود.
بر اساس مصالح بدنه: دریچههای فولادی، آلومینیومی، بتنی مسلح، چوبی و پلاستیکی. دریچه فولادی به خاطر استقامت زیاد به صورت وسیع مورد استفاده قرار میگیرد.
بر اساس نوع بهرهبرداری: دریچههای تنظیم کننده دبی و دریچههای کنترلکننده سطح آب
بر اساس مکانیزم حرکت: دریچههای خودکار، هیدرولیکی، مکانیکی، برقی و دستی. دریچه خودکار بر اساس نیروی شناوری و وزن دریچه و بدون دخالت انسان کار میکند. دریچه هیدرولیکی بر اساس قانون پاسکال عمل مینماید. دریچه برقی از دستگاههای برقی، دریچه مکانیکی با استفاده از قانون نیرو و بازو و بالاخره دریچه دستی به صورت ساده با دست جابهجا میشوند.
بر اساس نوع حرکت: دریچههای چرخشی، غلطان، شناور و دریچههایی که در امتداد یا در جهت عمود بر جریان حرکت مینمایند.
بر اساس انتقال فشار آب: دریچهها ممکن است فشار را به طرفین یعنی به پایههای پل یا به تکیهگاهها منتقل نمایند و یا ممکن است نیروی فشار آب بر کف منتقل شود و یا ممکن است نیروی فشار آب به هر دو یعنی هم تکیهگاهها و هم بر کف منتقل شود.
1-2-3 سازه ترکیبی سریز – دریچهترکیب سرریز - دریچه یکی از انواع سازههای هیدرولیکی میباشد که در سالهای اخیر عمدتاً برای عبور سیال در مواردی که سیال حاوی سرباره و رسوب به صورت همزمان میباشد (مانند کانال عبور فاضلاب) بکار رفته است. سازه ترکیبی سرریز - دریچه با تقسیم دبی عبوری از بالا و پایین خود از انباشت سرباره و رسوب در پشت سازه جلوگیری میکند. از دیگر کاربردهای عملی این ترکیب، میتوان انواع سدهای تأخیری را نام برد. در سدهای تأخیری برای جلوگیری از انباشت رسوب در پشت سد که منجر به کاهش حجم مفید مخزن میگردد اقدام به تعبیه تخلیهکنندههای تحتانی میگردد. از طرف دیگر این نوع سدها به علت برآورد اهداف طراحی و عبور سیلابهای محتمل به صورت روگذر نیز عمل میکنند که از این دو جهت، مدل ترکیبی سرریز - دریچه ایده مناسبی برای تحلیل این نوع سدها میباشد. اگرچه این نوع سازه دارای کاربرد فراوانی در سازههای هیدرولیکی میباشد.
جهت به حداقل رساندن مشکلات در سرریزها و دریچه‌ها و همچنین جهت بالا بردن مزایای آنها می‌توان از سازه ترکیبی سرریز - دریچه استفاده کرد به طوری که در یک زمان، جریان آب بتواند هم از روی سرریز و هم از زیر دریچه عبور نماید. این وسیله ترکیبی می‌تواند مشکلات ناشی از فرسایش و رسوبگذاری را مرتفع نماید (دهقانی و همکاران، 2010).
همچنین با این روش، رسوبات و مواد زائد در پشت سرریزها انباشته نمی‌‌‌شوند (ماخرک، 1985).
مشکلاتی را که در اثر وجود مواد رسوبی یا شناور در آب انتقالی برای آبیاری حاصل می‌شود، می‌توان با استفاده از سازه ترکیبی سرریز - دریچه به مقدار زیادی کاهش داده که امکان اندازه‌گیری دقیق‌تر و ساده‌تر را به همراه دارد ( اسماعیلی و همکاران، 1385).
سیستم سرریز - دریچه امکان عبور جریان را از پایین و بالای یک مانع افقی در قسمت میانی مجرا به طور همزمان فراهم نموده، بدین صورت که مواد قابل رسوب را در پشت دریچه به صورت زیرگذر و مواد شناور را به صورت روگذر سرریز عبور میدهد (شکل 1- 1).
331470506095جریان عبوری از زیر دریچه
00جریان عبوری از زیر دریچه
267970163195جریان عبوری از روی سرریز
00جریان عبوری از روی سرریز
138620527622500143446560769500
شکل 1- 1 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری همزمان از روی سرریز و زیر دریچهاز اینرو تعیین شکل و حداکثر عمق آبشستگی در پاییندست سرریز و دریچه ترکیبی به منظور تثبیت وضعیت بستر میتواند مفید واقع شود.
1-2-4 آبشستگیآبشستگی یکی از موضوعات مهم و قابل توجه در مهندسی رودخانه و هیدرولیک جریان در بسترهای آبرفتی میباشد. چنانچه در یک بازه مورد بررسی، مقدار رسوب وارد شده کمتر از مقدار رسوب خارج شده باشد، عمل فرسایش کف رودخانه و یا بدنه آن رخ میدهد و کف رودخانه بتدریج عمیق میشود. از جمله اثرات منفی گود شدن بستر رودخانه، میتوان به شکست برشی و لغزش در بستر و نیز گرادیان هیدرولیکی خروجی اشاره کرد که در نهایت، افزایش فشار بالابرنده و ایجاد پدیده تراوش را در پی دارد.
به فرسایش بستر و کناره آبراهه در اثر عبور جریان آب، به فرسایش بستر در پاییندست سازههای هیدرولیکی به علت شدت جریان زیاد و یا به فرسایش بستر در اثر بوجود آمدن جریانهای متلاطم موضعی، آبشستگی گویند. عمق ناشی از فرسایش بستر اولیه را عمق آبشستگی مینامند. (کتاب هیدرولیک کانالهای روباز، دکتر ابریشمی)
از آنجا که مکانیزم عمل آبشستگی در مکانهای مختلف متفاوت میباشد، از این رو آبشستگی را به دو نوع تقسیمبندی میکنند:
نوع اول آبشستگی تنگشدگی میباشد. این نوع آبشستگی در دو حالت اتفاق می‌افتد:
الف) در جایی که رودخانه هنوز به حالت تعادل نرسیده و پتانسیل حمل رسوب در بازه‌ای از رودخانه بیش از میزان رسوب ورودی به این بازه باشد.
ب) در جایی که سرعت جریان به دلایلی مانند کاهش مقطع رودخانه در محل پل‌ها، افزایش پیدا می‌کند که در مقطع تنگ شده آبشستگی اتفاق می‌افتد.
در محل احداث پل، آبشکن و یا دیواره ساحلی معمولاً عرض رودخانه را کاهش می‌دهند. این عمل باعث می‌شود که سرعت جریان در این محدوده افزایش یابد. در نتیجه به ظرفیت حمل رسوب افزوده شده و سبب خواهد شد تا بستر رودخانه در این محل فرسایش یابد. عمل فرسایش آنقدر ادامه می‌یابد تا ظرفیت حمل رسوب کاهش یافته و برابر با ظرفیت حمل رسوب در مقطع بالادست گردد. در این حالت، نرخ فرسایش در این محل کمتر می‌شود. هر چند این فرسایش موجب می‌شود که تأثیر پسزدگی آب در بالادست کاهش یابد ولی به خاطر این مسئله نباید اجازه داده شود تا فرسایش صورت گیرد زیرا آبشستگی باعث خطرات جدی مثل واژگونی پل می‌گردد.
نوع دیگر آبشستگی، آبشستگی موضعی است. این نوع آبشستگی در پاییندست سازههای هیدرولیکی، در محل پایههای پل و به طور کلی هر مکانی که شدت جریانهای درهم به طور موضعی افزایش یابد، بوجود میآیند.
آبشستگی موضعی پاییندست سازههای هیدرولیکی نظیر سدها، سرریزها، شوتها، سازههای پلکانی و ... پدیده طبیعی است که به‌دلیل وجود سرعت محلی بیش از سرعت بحرانی بوجود میآید و دلایل آن را میتوان به صورت زیر بیان کرد:
ناکافی بودن مقدار استهلاک انرژی
تشکیل پرش هیدرولیکی ناپایدار و یا انتقال پرش خارج از کف حوضچه آرامش
بوجود آمدن جریانهای گردابی در پاییندست سازههای هیدرولیکی
شکل (1- 2) چند نوع سازه هیدرولیکی و آبشستگی پاییندست آنها را نشان میدهد.

شکل 1- 2 آبشستگی موضعی پاییندست برخی از سازههای هیدرولیکی (استاندارد آب و آبفا، 1389)
میزان عمق آبشستگی برای هر یک از سازهها بستگی به شرایط هیدرولیکی جریان و مشخصات رسوب و شرایط هندسی سازه دارد. تخمین میزان عمق آبشستگی از اینرو اهمیت دارد که ممکن است باعث تخریب سازه گردد.
به طور کلی آبشستگی در اثر اندرکنش نیروهای زیر حاصل میشود:
1- نیروی محرک ناشی از جریان که در راستای جدا کردن ذره از بستر عمل میکند.
2- نیروی مقاوم ناشی از اصطکاک ذرات و وزن ذره که در برابر حرکت ذره مقاومت کرده و مانع جدایی ذره از بستر میشود.
جریانها در محل وقوع آبشستگی، یک فرآیند دوفازی (آب و رسوب) است. بنابراین آبشستگی متأثر از متغیرهای بسیاری از قبیل پارامترهای جریان، مشخصات بستر آبرفتی، زمان و هندسه آبراهه میباشد. به همین دلیل، محققین هر یک به مطالعه بخشی از این وقایع پرداخته و آن را به صورت آزمایشگاهی و تجربی بررسی کردهاند.
1-3 ضرورت انجام تحقیقاز آنجایی که در سازه‌های ترکیبی سرریز - دریچه، تداخل جریان از زیر دریچه و روی سرریز باعث اختلاط شدید در جریان، تغییرات در توزیع تنش‌های برشی کف و از این‌رو افزایش پیچیدگی محاسبات می‌شود، بنابراین شبیه‌سازی الگوی جریان، سطح آزاد آب و آبشستگی مورد توجه محققین قرار دارد و لذا در این تحقیق، علاوه بر بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان در بستر صلب، توانایی نرمافزار Flow3D در شبیه‌سازی عددی الگوی جریان و آبشستگی مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت‌.
1-4 اهداف تحقیقتحقیق انجام شده به منظور پاسخگویی به اهداف زیر صورت گرفته است:
1- بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز- دریچه در بستر صلب و مدلسازی عددی آن با نرمافزار Flow3D و مقایسه نتایج حاصل از آن دو
2- مدلسازی عددی آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی با نرمافزار Flow3D و مقایسه نتایج حاصل از آن با نتایج بدست آمده از بررسیهای آزمایشگاهی توسط محققین دیگر
3- ارزیابی دقت مدلهای تلاطمی نرمافزار Flow3D در شبیهسازیهای عددی الگوی جریان و آبشستگی پاییندست سازه ترکیبی سرریز – دریچه در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی
4- محاسبه نسبت دبی عبوری از بالای سرریز به زیر دریچه با استفاده از مدل Flow3D
1- 5 ساختار کلی پایاننامهاین تحقیق در پنج فصل به شرح زیر تدوین شده است:
فصل اول- کلیات: که شامل مقدمهای بر سرریزها، دریچهها و مبانی ترکیب این دو سازه بوده و همچنین در رابطه با هیدرولیک جریان و آبشستگی در پای هر کدام از سازههای سرریز یا دریچه و یا سازه ترکیبی سرریز - دریچه کلیاتی ارائه گردیده است.
فصل دوم- بررسی منابع: در این فصل، پیشینه تحقیقها در زمینه هیدرولیک جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز - دریچه، آبشستگی پاییندست سازه ترکیبی و همچنین مطالعات انجام شده توسط نرم‌‌افزار Flow3D بررسی خواهد شد.
فصل سوم- مواد و روشها: این فصل شامل معرفی مواد و روشهای تحقیق، آشنایی با نرمافزار Flow3D و مراحل مدلسازی است.
فصل چهارم- نتایج و بحث: در این فصل، نتایج ارائه شده شامل دو بخش است. بخش اول مربوط به نتایج آزمایشات انجام شده در بستر صلب مربوط به جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز – دریچه و بخش دوم مربوط به نتایج شبیهسازی عددی الگوی جریان، پروفیل و آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی است.
فصل پنجم- نتیجهگیری و پیشنهادها: این فصل دربرگیرنده نتایج بدست آمده از تحلیلها به همراه پیشنهادهایی برای تحقیقات بعدی است.
فصل دوم
مروری بر منابع
2-1 مرور منابع
در این فصل، بررسی منابع و سوابق تحقیق در دو بخش مطالعات آزمایشگاهی و مطالعات عددی توسط نرمافزار Flow3D ارائه میشود که ابتدا مطالعات آزمایشگاهی در دو حالت بستر صلب و متحرک ارائه شده و سپس مطالعات عددی با نرمافزار Flow3D نام برده میشود. چون در مورد جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز‌– دریچه، مدلسازی با نرمافزار Flow3D تاکنون انجام نگرفته است مطالعات عددی نرمافزار Flow3D در همه زمینهها اشاره شده است.
2-2 مطالعات آزمایشگاهی جریان
از جمله مطالعات آزمایشگاهی هیدرولیک جریان در سازه ترکیبی سرریز‌- دریچه، میتوان به مطالعات نجم و همکاران (1994) اشاره کرد. ایشان پارامترهای هندسی و هیدرولیکی مؤثر بر روی جریان ترکیبی را مورد بررسی قرار داده و برای جریان سرریز مثلثی روی دریچه مستطیلی، سرریز و دریچه مستطیلی با ابعاد تنگشدگیهای مختلف به طور جداگانه معادلاتی استخراج کردند. همچنین حالتی را که تنگشدگی دریچه و سرریز یکسان یا متفاوت باشد نیز به طور جداگانه مورد بررسی قرار دادند. این محققین همچنین برای شرایط مختلف مانند استفاده از سرریز مثلثی با زاویههای مختلف و یا سرریز مستطیلی با فشردگی جانبی (شکل 2-1) و بدون فشردگی جانبی (شکل 2-2) روابط جداگانهای به صورت رابطههای (2-1) تا (2-4) ارائه دادند.

شکل 2-‌1 جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز‌- دریچه مستطیل شکل با فشردگی جانبی
شکل 2- 2 جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز- دریچه بدون فشردگی جانبی41052753175(2- 1)
00(2- 1)
Cd=Qc(b1d2gd+y+h-hd+232gb-0.2hh1.5)4274820140335(2- 2)
00(2- 2)
Qu=23Cu2g(b-0.2h)h1.54105275112395(2- 3)
00(2- 3)
Ql=Clb1d2g(d+y+h-hd)429387059690(2- 4)
00(2- 4)
Qc2gb(d1.5 )=Cl1+yd+hd+hdd+23Cu(hd)32شیواپور و پراکاش (2004)، به بررسی دبی جریان از روی سرریز مستطیلی و از زیر دریچه V شکل پرداختند. طبق نتایجی که ایشان گرفتند زمانی که از دریچه V شکل و کج استفاده میشود دبی کانالهای مستطیلی با بستر ثابت با دقت بالاتری قابل تخمین است.
اسماعیلی و فتحیمقدم (1385)، به بررسی آزمایشگاهی هیدرولیک جریان و تعیین ضریب دبی مدل سرریز‌- دریچه در کانالهای دایروی و جریانهای زیرگذر و روگذر با نصب مانع با عرضهای مختلف پرداختند.


سامانی و مظاهری (1386)، به بررسی تخمین رابطه دبی جریان عبوری از روی سرریز و زیر دریچه در حالتهای مستغرق و نیمهمستغرق پرداختند. نتایج بررسی هیدرولیک جریان ایشان نشان میدهد که سیستم سرریز- دریچه، موجب اصلاح خطوط جریان شده، شرایط جریان را به حالت تئوریک نزدیکتر و در نتیجه، واسنجی ضریب شدت جریان سیستم سرریز - دریچه و تخمین دبی جریان با دقت بیشتری نسبت به سرریزهای معمولی انجام میشود.

شکل 2- 3 نمایی از مدلهای آزمایشگاهی جریان مستغرق و نیمه مستغرق (سامانی و مظاهری، 1386)

رضویان و حیدرپور (1386)، با بررسی خطوط جریان ترکیبی از روی سرریز مستطیلی با فشردگی جانبی و زیر دریچه مستطیلی بدون فشردگی جانبی در حالت لبهتیز، معادلهای برای ضریب شدت جریان پیشنهاد کردند.
تاکنون پژوهشهایی در زمینه آبشستگی پاییندست سازه ترکیبی سرریز - دریچه انجام شده است. اولین بار در سال 1987 یک سری آزمایش توسط آقای اویماز در آزمایشگاه سازههای هیدرولیکی استانبول بر روی آبشستگی پای سازه ترکیبی سرریز- دریچه صورت گرفته است. شکل (2-4) نمایی از مدل شبیهسازی جریان کار ایشان را نمایش میدهد.

شکل 2- 4 مدل شبیهسازی شده جریان و حفره آبشستگی جریان ترکیبی (اویماز، 1987)
ایشان برای 2 نوع دانهبندی و رسوب غیرچسبنده آزمایشات خود را اجرا نمودند. همچنین تمامی آزمایشات یک بار برای دریچه تنها و یک بار در حالت ترکیب دریچه و سرریز انجام دادند. پس از انجام آزمایشات، دادههای بدست آمده را تجزیه و تحلیل نموده تا به یک رابطه رگرسیونی خطی لگاریتمی بین پارامترهای عمق آبشستگی با قطر رسوبات و ارتفاع آب پاییندست برسند. نتایج تحقیق ایشان نشان می‌دهد که آبشستگی در پای سازه ترکیبی سرریز - دریچه خیلی کمتر از زمانی است که تنها جریان از زیر دریچه را داریم. همچنین عمق آبشستگی بستگی زیادی به مقدار دبی جریان دارد.
دهقانی و همکاران (2009) به بررسی آزمایشگاهی حداکثر عمق آبشستگی پاییندست سرریز تنها، دریچه تنها و سازه ترکیبی سرریز - دریچه بدون انقباض پرداختند. نکته جالبی که در کار آزمایشگاهی ایشان دیده شده است رفتار نوسانی روند فرسایش و رسوبگذاری به صورت پر و خالی شدن حفره آبشستگی است. حفره آبشستگی ابتدا عمیق میشود، سپس با وجود جریانهای برگشتی کمی رسوبات فرسایش یافته به درون حفره برمیگردد و حفره کمی پر میشود. سپس دوباره حفره توسط گردابههای زیر دریچه عمیق میشود و روند پر و خالی شدن ادامه مییابد (شکل 2- 5). البته این روند با گذشت زمان کندتر شده و شکل حفره در حوالی زمان تعادل تقریباً ثابت میشود (دهقانی و همکاران، 2010).
همچنین بررسیهای ایشان نشان داد که حداکثر عمق آبشستگی پای سازه ترکیبی سرریز - دریچه خیلی کمتر از زمانی است که جریان تنها از روی سرریز عبور میکند و این نتیجه با نتایج کار آقای اویماز (1985) تطابق دارد.

شکل 2- 5 فرآیند پر و خالی شدن حفره آبشستگی در حین برخی از آزمایشات (دهقانی و بشیری، 2010) شهابی و همکاران (1389) به بررسی آزمایشگاهی مشخصات حفره آبشستگی در پاییندست سرریز و دریچه ترکیبی پرداختند. نتایج این بررسی آزمایشگاهی نشان داد که عمق آبشستگی پایین‌دست سازه ترکیبی سرریز - دریچه کمتر از عمق آبشستگی پاییندست سرریز میباشد. همچنین مشخصههای حفره آبشستگی، با افزایش عدد فرود (Fr)، افزایش مییابد و در ارتفاع ریزش ثابت برای جت عبوری از روی آن، با افزایش بازشدگی دریچه، حداکثر عمق آبشستگی کاهش مییابد. نتایج انجام آزمایشات در حالت وجود انقباض نشان می‌دهد که با ایجاد انقباض در دریچه یا سرریز به دلیل تمرکز بیشتر جت، حداکثر عمق آبشستگی، طول حفره آبشستگی و طول رسوبگذاری به ترتیب افزایش، افزایش و کاهش مییابد. همچنین نتایج آزمایش بر روی کفبند پاییندست سازه ترکیبی نشان داد که چنانچه طول کفبند از فاصله برخورد جت بالادست به کف کانال بیشتر در نظر گرفته شود، میتواند میزان آبشستگی را تا حد قابل توجهی کاهش دهد.
2-2 مطالعات عددی با نرمافزار Flow3Dنرمافزار Flow3Dتوانایی شبیه‌سازی عددی الگوی جریان و رسوب در اطراف سازه‌های هیدرولیکی مختلف را دارا می‌باشد. در ادامه برخی کارهای انجام شده با این نرمافزار بیان میشود:
موسته و اتما (2004)، تأثیر طول آبشکن بر منطقه چرخشی پشت آبشکن را با در نظر گرفتن تأثیر مقیاس با نرم‌افزار Flow3D مورد بررسی قرار دادند.
گونزالز و بومباردلی (2005)،‌ در یک شبیهسازی عددی با استفاده از Flow3D به بررسی مشخصات پرش هیدرولیکی بر روی سطح صاف در دو حالت شبکهبندی ریز و شبکهبندی درشت به صورت دوبعدی و سهبعدی پرداختند.
صباغ یزدی و همکارانش (2007)، در یک مدل سهبعدی به ارزیابی مدلهای تلاطمی k-ε و RNGk-ε بر روی میزان ورود هوا در پرش هیدرولیکی با استفاده از روش حجم محدود پرداختند و اثر آن را بر روی دقت تخمین سرعت متوسط جریان با استفاده از مدل در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی موجود از پرش هیدرولیکی مورد بررسی قرار دادند. مقایسه نتایج نشان داد که نرمافزار قادر به پیش‌بینی توزیع عمقی سرعت در پرش هیدرولیکی است و همچنین در این آزمون مدل آشفتگی RNG در مقایسه با k-ɛ نتایج مناسبتری را ارائه کرده است.
امیراصلانی و همکارانش (1387)، به شبیه‌سازی سه‌بعدی آبشستگی در پایین‌دست یک جت‌ ریزشی آزاد با استفاده از مدل k-ε نرم‌افزار Flow3D جهت بررسی اثر زاویه اصطکاک داخلی رسوبات بر روی چاله آبشستگی پرداختند. نتایج این پژوهش نشان میدهد هر چقدر زاویه اصطکاک داخلی ذرات رسوب بیشتر باشد میتوان انتظار داشت حفره آبشستگی، ابعاد (طول، عرض و عمق) کوچکتری داشته باشد و ارتفاع برآمدگی رسوبات در پاییندست حفره بیشتر باشد. شیب دیوارهها تندتر بوده و مانعی برای خروج ذرات رسوب از حفره به حساب میآید.
شاهرخی (1387)، با استفاده از نرم‌افزارFlow3D‌ ، مدل عددی الگوی جریان اطراف یک آبشکن را تهیه و با اعمال مدل‌های مختلف آشفتگی، به تأثیر این مدل‌ها بر طول منطقه جداشدگی جریان در پشت یک آبشکن پرداخت‌‌. مهمترین نتیجه حاصل از این تحقیق، نشان میدهد که مدل آشفتگی LES بهترین تطابق را با نتایج آزمایشگاهی داشته و این مدل، پیشبینی بهتری از طول منطقه جداشدگی در پشت آبشکن ارائه میکند. سرانجام پیشنهاد شد مدل در دامنه وسیعتری از تغییرات پارامترهای جریان، طول و زاویه نصب آبشکن اجرا گردد.
شاملو و جعفری (1387)، به بررسی اثر وجود زبری کف بر روی تغییرات میدان سرعت و فشار جریان در اطراف پایه استوانه‌ای شکل در یک کانال مستطیلی توسط نرمافزارFlow3D و با استفاده از مدل آشفتگی k-ε به صورت سهبعدی پرداختند. در این شبیهسازی مقاطعی در سه راستای X , Y , Z نزدیکی پایه با نتایج آزمایشگاهی احمد (1994) مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج حاکی از آن است که پروفیلهای سرعت در عمقهای مختلف و در راستای X , Y و میدان فشار در پاییندست پایه روند تغییرات قابل قبولی را با توجه به نتایج آزمایشگاه نشان میدهد. همچنین نتیجه شد نرمافزار با در نظر گرفتن زبری کف نتایج بهتری را ارائه میکنند.
باباعلی و همکاران (1387)، توسط نرمافزار Flow3D یک پارشال فلوم به طول یک فوت را که جریان درون آن شامل دو حالت آزاد و مستغرق بود، با استفاده از مدل آشفتگی LES مدل کردند. ایشان دادههای مدل خود را از جدول استاندارد WMM اقتباس کرده و نتایج محاسبه شده را با نتایج این جدول مقایسه نمودند. آنها نشان دادند که Flow3D میتواند به آسانی محاسبات پارشال فلوم را تحت هر دو جریان آزاد و مستغرق انجام دهد. نتایج محاسبه شده به خوبی با دبیهای منتشر شده مطابقت داشته و نیاز به زمان زیاد و استفاده از ابر رایانهها ندارد.
والش و همکاران (2009)، به شبیهسازی آبشستگی موضعی پایهها در جریان جزر و مدی پرداختند. نتایج نشان داد که نتایج مدلسازی عددی با اندازهگیریهای انجام شده تطابق خوبی داشته و همچنین نشان داد که مدل عددی Flow3D ابزاری مناسب در طراحی جریان در اطراف پایهها در شرایط مختلف جریان است.
شکری و همکاران (1389)، به بررسی عددی هیدرولیک جریان و انتقال رسوب اطراف پایه پل دایروی با نرمافزار Flow3D پرداختند. نتایج بررسی عددی با بررسی آزمایشگاهی انجام شده توسط آنگر و هگر (2006) مقایسه شد و با مقایسه نتایج شبیهسازی عددی و اندازهگیریهای آزمایشگاهی الگوی جریان و تغییر شکل بستر، نتیجه شد که مدل Flow3D نتایج قابل قبولی ارائه داده است.
حسینی و عبدی‌پور (1389)، با استفاده از نرم‌افزار Flow3D به مدل‌سازی عددی پروفیل سرعت در جریانهای گل‌آلود پیوسته پرداختند و تأثیر شیب، غلظت و دبی جریان بر آن را مورد مطالعه قرار دادند. برای صحتسنجی نرمافزار در تعیین پارامترهای هیدرولیکی جریانهای گلآلود (پروفیل سرعت)، از یک نمونه آزمایشگاهی استفاده شد و نتایج حاصل از شبیهسازی با اندازهگیریهای آزمایشگاهی مربوطه مقایسه شد. برای مقایسه نتایج از آزمایشات انجام گرفته توسط حسینی و همکاران استفاده گردید. نتایج حاصل از مدل عددی پروفیل سرعت در بدنه با نتایج آزمایشگاهی تطابق نسبتاً خوبی داشت. نتایج مدل عددی مربوط به پروفیل سرعت با برخی از نتایج آزمایشگاهی مطابقت کمتری داشت که بخش عمدهای از خطاها مربوط به عدم امکان مدلسازی جریان در بخش پایینی در مشبندی به علت کمبود حافظه کامپیوتری و بخشی از خطاها نیز به نحوه مدلسازی جریان گلآلود بود.
برتور و بورنهم (2010)، به مدل‌سازی فرسایش رسوب در پاییندست سد با نرم‌افزار Flow3D پرداختند‌. در بررسی ایشان، برای محاسبه هر یک از ضرایب مشخصه رسوب در نرمافزار Flow3D، فرمولی ارائه و برای هر ضریب محدودهای تعیین شد.
کاهه و همکاران (2010)، مدل‌های آشفتگی k-εو RNG k-ε را جهت تخمین پروفیل‌های سرعت در پرش هیدرولیکی بر روی سطوح موج‌دار مورد بررسی و مقایسه قرار دادند. نتایج، توانایی مدل RNG k-ε در تخمین عمق ثانویه، طول پرش و توزیع سرعت را به خوبی نشان داد. ضریب تنش برشی برآورد شده توسط مدل عددی به نتایج بدست آمده از بررسی‌های آزمایشگاهی بسیار نزدیک بوده و به طور متوسط 8 برابر مقدار آن در پرش هیدرولیکی بر روی سطوح صاف برآورد شد. با توجه به نتایج بدست آمده، مدل آشفتگی RNG k-ε در مقایسه با مدل k-ε در مدلسازی پرش هیدرولیکی بر روی سطوح موجدار از دقت بالایی برخوردار است.
آخریا و همکاران (2011)، به شبیهسازی عددی هیدرولیک جریان و انتقال رسوب اطراف انواع آبشکنها پرداختند. نتایج مدلسازی نشان داد که از بین مدلهای آشفتگی، مدلهای RNG k-ɛ و k-ɛ به دادههای آزمایشگاهی نزدیکتر بوده ولی مدل آشفتگی RNG k-ɛ بهترین نتایج را برای شبیه‌سازی میدان جریان اطراف آبشکن نشان داد.
الیاسی و همکاران (1390)، با بهرهگیری از نرمافزار Flow3D و با اعمال مدل آشفتگی RNG k-ɛ، الگوی جریان اطراف تک آبشکن مستغرق در کانال مستقیم شیبدار را بدون در نظر گرفتن سطح آزاد شبیهسازی نمودند و به مقایسه نتایج مدل عددی با دادههای آزمایشگاهی پرداختند. نتایج این شبیهسازی بدون در نظر گرفتن سطح آزاد، با دادههای آزمایشگاهی تطابق خوبی را نشان داد. مقایسه پروفیلهای سرعت در مدل عددی و نتایج آزمایشگاهی بیانگر مطابقت این دادهها با هم میباشد.
عباسی چناری و همکاران (1390)، الگوی جریان اطراف آبشکنهای L شکل عمود بر ساحل را توسط نرمافزار Flow3D و با مدل آشفتگی k-ɛ شبیهسازی نمودند. در این بررسی، آبشکن L شکل نفوذناپذیر بوده که به صورت غیرمستغرق در 5 زاویه مختلف از قوس رودخانه قرار داده شده است. نتایج حاکی از آن است که تلاطم جریان، محدوده سرعتهای ماکزیمم و در نهایت بیشترین آبشستگی بستر، در دماغه آبشکن اتفاق میافتد. همچنین با افزایش دبی و عدد فرود جریان، محدوده سرعت ماکزیمم جریان در نزدیکی دماغه آبشکن افزایش مییابد و شکل آن در جهت جریان کشیده میشود. در نهایت نتیجه شد که مدل آشفتگی k-ɛ در شبیهسازی نواحی جریان برگشتی در پاییندست آبشکن و محل ایجاد گردابه و آشفتگی جریان در اطراف آبشکن، دقت خوبی دارد.
قنادان و همکاران (1391)، با نرمافزار Flow3D، به شبیهسازی عددی جریان از روی سرریز جانبی لبهپهن پرداخته و نتایج حاصل از این نرمافزار را با دادههای آزمایشگاهی مقایسه کردند. نتایج نشان داد که از میان مدلهای تلاطمی موجود در نرمافزار، مدل تلاطمی RNG k–ε از دقت بالاتری برای شبیهسازی جریان از سرریز جانبی برخوردار است. همچنین با استفاده از مدل واسنجی شده، اثر تغییر ارتفاع و پهنای تاج سرریز بر دبی عبوری از سرریز مورد بررسی قرار گرفت. بر این اساس نتیجه شد که ارتفاع تاج سرریز جانبی لبهپهن بر مقدار دبی خروجی از سرریز نسبت به پهنای تاج مؤثرتر است.
فصل سوم
مواد و روش‌ها
3-1 مقدمه
در این بخش، علاوه بر بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان ترکیبی عبوری همزمان از روی سرریز و زیر دریچه در بستر صلب و شبیهسازی عددی هیدرولیک آن با نرمافزار Flow3D، توانایی مدل عددی Flow3D در شبیهسازی آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی ارزیابی میشود. بنابراین در این بخش، علاوه بر بررسی نحوه انجام آزمایشات، به معرفی مدل Flow3D پرداخته و مراحل مدل‌سازی هیدرولیک جریان و آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی سرریز و دریچه با نرمافزار Flow3D بیان میشود.
3-2 نحوه انجام آزمایشاتدر این بخش، به ارائه نحوه انجام آزمایشات هیدرولیک جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز- دریچه پرداخته میشود. در این تحقیق به منظور کالیبراسیون نرمافزار در حالت کف صلب، آزمایشاتی در کانال با طول 7/3 متر، عرض 5/13 سانتیمتر و ارتفاع 30 سانتیمتر انجام شده و عمق جریان در طول کانال قرائت شد. همچنین جهت ارزیابی دقت نرمافزار در حالت کف متحرک از نتایج آزمایشگاهی شهابی(1389) در کانال با طول 12 متر، عرض و ارتفاع 60 سانتیمتر استفاده شده است.
کانال آزمایشگاهی مورد استفاده در کف صلب شامل قسمتهای زیر است (شکل 3-1):
1- مخزن
2- پمپ که شامل بخشهای تأمین برق، الکتروپمپ، شیر تنظیم دبی و مخزن تعیین دبی است.
3- مخزن آرام کننده جریان
4- کانال آزمایشگاهی
5- مدل سازه ترکیبی
شکل زیر نمای کلی مدل فیزیکی را نشان میدهد.

شکل 3-‌1 نمایی از مدل آزمایشگاهی کانال با مقیاس کوچک
بخشهای اصلی کانال آزمایشگاهی با مقیاس کوچک، به صورت زیر تعریف میشوند:
3-2-1 مخزنبه منظور تأمین آب مورد نیاز جهت انجام آزمایش، از یک مخزن در قسمت پایین فلوم استفاده شده است. به هنگام آزمایش، آب به صورت رفت و برگشتی از مخزن به فلوم و بالعکس در جریان خواهد بود.
3-2-2 پمپجهت پمپاژ و جریان آب در فلوم، از پمپی با ظرفیت دبی 7 لیتر بر ثانیه استفاده شده است که با یک شیرفلکه معمولی، دبی پمپاژ تغییر داده میشود. به منظور قرائت دبی، از یک مخزن دبیسنج استفاده گردیده است.
3-2-3 کانال آزمایشگاهیکانال آزمایشگاهی دارای طول 7/3 متر، عرض 5/13 سانتیمتر و ارتفاع 30 سانتیمتر میباشد. جنس دیواره و کف کانال از پلکسی گلاس بوده تا امکان مشاهده جریان در کانال در حین آزمایش وجود داشته باشد.
3-2-4 مخزن آرامکننده جریاناین مخزن، آشفتگی جریانی که از پمپ سانتریفوژ وارد کانال خواهد شد را گرفته و جریان را به آرامی وارد کانال آزمایشگاهی میکند.

شکل 3- 2 مشخصات اجزای فلوم آزمایشگاهی با مقیاس کوچک3-2-5 مدل سازه ترکیبی سرریز- دریچهسازه ترکیبی سرریز- دریچه مورد استفاده در آزمایشات، در فاصله 2 متری از ابتدای کانال و با ضخامت 3 میلیمتر تعبیه شده که با ابعاد هندسی متفاوت ساخته شده است.

شکل 3-3 مدل فیزیکی سازه ترکیبی مورد استفاده در آزمایشات هیدرولیک جریانمشخصات آزمایشات انجام شده در کانال آزمایشگاهی با مقیاس کوچک، در جدول زیر شرح داده شده است:
جدول 3-1 محدوده آزمایشات انجام شده برای مدلسازی هیدرولیک جریانپارامتر دفعات تغییر واحد محدوده تغییرات
دبی ورودی (Q) 7 Lit/s 64/2 – 39/1
بازشدگی دریچه (W) 5 Cm 5/1 – 5/0
ارتفاع سازه (T) 5 Cm 5/5 – 5/3
3-3 آنالیز ابعادیاولین گام در شبیهسازی و مدلسازی، شناخت متغیرهای اثرگذار بر پدیده فیزیکی است. تعداد متغیرهای اثرگذار با توجه به پیچیدگی رفتار پدیده موردنظر، میتواند افزایش یابد.
با توجه به اینکه هر کمیت فیزیکی در قالب ابعاد بیان میشود، استفاده از روشی که بتواند با ترکیب متغیرهای اثرگذار، متغیرهای بیبعد را که مفهوم فیزیکی دارند ایجاد کند، میتواند در کاهش تعداد متغیرها بسیار مفید باشد.
آنالیز ابعادی روشی است که در آن با استفاده از مفهوم همگنی ابعاد، متغیرهای اثرگذار بر پدیده فیزیکی مورد نظر در قالب متغیرهای بیبعد بیان میشوند. سپس بر اساس این متغیرها و انجام مطالعات آزمایشگاهی، رابطههای تجربی بدست میآورند.
برای انجام آنالیز ابعادی، روشهای مختلفی ازجمله روش فهرستنویسی، نظریه پیباکینگهام، روش گامبهگام و روش هانسیکر و رایت مایر وجود دارد.
در این تحقیق، روش پیباکینگهام که کاربرد وسیعتری دارد مورد بحث و استفاده قرار گرفت. این روش، یکی از روشهای معروف است که به طور وسیع در آنالیز ابعادی استفاده میشود.
در جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز - دریچه در حالت جریان آزاد، متغیرهای مؤثر عبارتند از:
1- دبی عبوری از روی سرریز، Qs
2- دبی عبوری از زیر دریچه، Qg
3- عمق بالادست سازه ترکیبی، H1
4- هد آب روی سرریز، Hd
5- طول سازه، T
6- بازشدگی دریچه، W
7- شتاب ثقل (g)، ρ و μ سیال
شکل (3-4) متغیرهای مؤثر در جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز- دریچه را در حالت جریان آزاد نشان می‌دهد.

شکل 3-4 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری از سرریز و زیر دریچه در بستر صلب
با انجام آنالیز ابعادی به روش پیباکینگهام رابطه (3-1) بدست میآید. از آنجاییکه جریان آشفته است لذا از اثرات Re (رینولدز) صرف نظر شده و نهایتاً رابطه (3-2) بدست میآید.
430191950165(3- 1)
00(3- 1)
F(Qs , Qg , H1 , Hd , T , W , g , ρ , μ) = 0 → QsQg=f( Fr , Re , H1W , HdT )43584345080(3- 2)
00(3- 2)
QsQg=f( Fr , H1W , HdT )3-4 شبیهسازی عددیبه منظور مطالعه و تحلیل جریان در سازههای مختلف، مدلهای فیزیکی و ریاضی مختلف بکار گرفته میشود. با توجه به توسعه سیستمهای کامپیوتری و محاسباتی و همچنین وجود پیچیدگی‌های غیر قابل اندازه‌گیری در جریان عبوری از یک سازه ترکیبی سرریز - دریچه در مدل‌های آزمایشگاهی، استفاده از شبیهسازی عددی می‌تواند در بررسی هیدرولیکی چنین جریانهایی بسیار مؤثر و قابل توجه باشد.
در سالهای اخیر، بدلیل ابداع روشهای پیشرفته و دقیق حل عددی معادلات و بوجود آمدن رایانههای قوی برای انجام محاسبات، میتوان در طراحی این سازههای پیچیده از روشهای حل عددی نیز بهره گرفت. دینامیک سیالات محاسباتی، از روشهای محاسبه و شبیهسازی میدان جریان سیال میباشد که در قرن اخیر مورد توجه خاص مهندسین و طراحان قرار گرفته است.
استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی حاکی از مزایای زیر است:
1- کاهش در زمان و هزینه در طراحیها
2- توانایی مطالعه سیستمهایی که انجام آزمایشات کنترل شده روی آنها دشوار و یا غیر ممکن است مانند تأسیسات بزرگ
3- توانایی مطالعه سیستمها تحت شرایط تصادفی و بالاتر از حدود معمول آنها
از جمله نرمافزارهای موجود در زمینه CFD میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
CFX, Phonix, Telemac, FIDAP, Flow3D, Fluent
در این تحقیق، به ارزیابی مدل عددی Flow3D جهت شبیهسازی هیدرولیک جریان ترکیبی عبوری از روی سرریز و زیر دریچه و همچنین آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی پرداخته می‌شود.
3-4-1 معرفی نرمافزار Flow3Dنرمافزار Flow3D یک نرمافزار قوی در زمینه CFD میباشد که تولید، توسعه و پشتیبانی آن توسط Flow Science, Inc است و یک مدل مناسب برای حل مسائل پیچیده دینامیک سیالات بوده و قادر است دامنه وسیعی از جریان سیالات را مدل کند. این مدل برای شبیهسازی جریانهای سطح آزاد سهبعدی غیرماندگار با هندسه پیچیده کاربرد فراوانی دارد. نرمافزار Flow3D، برای مسائل یک‌بعدی، دوبعدی و سهبعدی طراحی شده است. در حالت ماندگار، نتایج در زمان بسیار کمی حاصل میشود زیرا برنامه بر روی قوانین بنیادی جرم، مومنتوم و بقاء انرژی پایهگذاری شده است تا این موارد برای مراحل مختلف جریان در هر زمینهای بکار برده شوند. این نرمافزار یک شبکه آسان از اجزاء مستطیلی را استفاده میکند.
نرمافزار Flow3D شامل مدلهای فیزیکی مختلف میباشد که عبارتند از: آبهای کمعمق، کاویتاسیون، آشفتگی، آبشستگی، کشش سطحی، پوشش متخلخل ذرات و ... . از این مدلها در زمینه‌های ریختهگری مواد، مهندسی فرآیند، طراحی تزریقهای مرکب، تولیدات مصرفی، هیدرولیک مهندسی محیط زیست، هوافضا، علوم دریایی، نفت، گاز و ... استفاده میشود.
در جدول (3-2)، ویژگیهای نرمافزار به اختصار نمایش داده شده است.
جدول 3- 2 معرفی نرمافزار Flow3Dنام نرمافزار Flow3D
زمینه کاری یک نرمافزار قوی در زمینه CFD میباشد. این نرمافزار برای کمک به تحقیق در زمینه رفتار دینامیکی مایعات و گازها در موارد کاربردی وسیع طراحی شده است.
قوانین بنیادی جرم، مومنتوم و بقاء انرژی
کاربردهای Flow3D در زمینه مهندسی آب پایههای پل- هوادهی در پرش هیدرولیکی- سرریز دایرهای- هوادهی در سرریزها- شکست سد- پارشال فلوم- آبشستگی- جریان بر روی یک پلکان- جریانهای با عمق کم- جریان در کانالهای کنترل پرش هیدرولیکی- موجهای کمارتفاع- دریچههای کشویی- جریان سرریز
سطح آزاد حد فاصل بین گاز و مایع همان سطح آزاد است. در Flow3D سطح آزاد با تکنیک حجم سیال مدل میشود. روش حجم سیال شامل سه جزء است: نمایش موقعیت سطح – شبکهبندی– شرایط مرزی سطح
تکنیک محاسبات Finite Difference - FiniteVolume
سیستمهای مختصات معادلات دیفرانسیلی که باید حل شود در قالب مختصات کارتزین (x,y,z) نوشته میشود. برای مختصات استوانهای (z,Ɵ,r) مختصات x به صورت شعاعی و مختصات y به صورت مختصات زاویهای
ادامه جدول 3- 2مدلهای آشفتگی در Flow3D پنج مدل آشفتگی ارائه شده است: طول اختلاط پرانتل، یک معادله، دو معادله k-ɛ، مدل‌های k-ɛ RNG و مدل شبیهسازی بزرگ
مدلسازی 1-General 2-Physics 3-Fluids 4- Meshing & Geometry
5-Boundaries 6-Initial 7-Output 8-Numerics
General زمان اتمام - تعداد سیالات – حالت جریان (که شامل حالت تراکمپذیر یا تراکمناپذیر است.)
Physics شامل بخشهایی نظیر ویسکوزیته که شامل حالتهای سیال ویسکوز و غیرویسکوز است، شتاب ثقل زمین، که در جهت قائم مختصات برابر 81/9- وارد میشود، کشش سطحی، حفرهزدایی، آبشستگی رسوب و ...
Fluids ویسکوزیته، جرم حجمی، تراکمپذیری، مشخصات گرمایی و آحاد
Meshing & Geometry برای مشخص کردن حدود مشبندی، بلوکهایی تعیین میشود که کلیه اندازه سازههای مورد نظر و فضای آزاد در داخل آن تعریف میشود. میتوان همه جزئیات سازه مورد نظر را در یک بلوک هم در نظر گرفت. سیستم مختصاتی میتواند از نوع کارتزین یا استوانهای باشد.
Boundaries در مختصات کارتزین برای تعریف شرایط مرزی،6 درجه مشخص داریم که با توجه به جهت مثبت x, y, z شامل Xmax ,Xmin, Ymax, Ymin, Zmax, Zmin میباشد.
Initial در این قسمت، با توجه به ویژگیهای مسئله شرایط اولیه اعمال میگردد.
Output در این بخش، ویژگیها و امکاناتی برای داشتن مشخصات خاصی از نتایج ارائه میشود.
Numerics در قسمت گزینههای ضمنی برای تنش ویسکوز، هدایت گرمایی و ... امکان انتخاب بین حل صریح یا ضمنی وجود دارد.
برخی از تواناییهای مدل Flow3D جهت شبیهسازی با نمایش شکل مدل عبارتند از:

شکل 3- 5 مدلسازی پرش هیدرولیکی
شکل 3- 6 مدلسازی جریان در قوس رودخانه
شکل 3- 7 مدلسازی جریان عبوری از زیر دریچه
شکل 3- 8 مدلسازی جریان عبوری از روی سرریز با انقباض جانبی و بدون انقباض
شکل 3- 9 مدلسازی آبشستگی پاییندست سازهاین نرمافزار معادلههای حاکم بر حرکت سیال را با استفاده از تقریب احجام محدود حل میکند. محیط جریان به شبکهای با سلولهای مستطیلی ثابت تقسیمبندی میشود که برای هر سلول مقدارهای میانگین کمیتهای وابسته وجود دارد یعنی همه متغیرها در مرکز سلول محاسبه میشوند بجز سرعت که در مرکز وجوه سلول حساب میشود.
در این نرمافزار از دو تکنیک عددی جهت شبیهسازی هندسی استفاده شده است:
1- روش حجم سیال (VOF): این روش برای نشان دادن رفتار سیال در سطح آزاد مورد استفاده قرار میگیرد. این روش بر مبنای تقریبهای سلول دهنده - پذیرنده است که اولین بار توسط Hirt و Nichols در سال 1981 بیان شد.
2- روش کسر مساحت – حجم مانع (FAVOR): از این روش جهت شبیهسازی سطوح و احجام صلب مثل مرزهای هندسی استفاده میشود. هندسه مسئله با محاسبه کسر مساحت وجوه و کسر حجم هر المان برای شبکه که توسط موانعی محصور شدهاند تعریف میشود. همان طور که کسر حجم سیال موجود در هر المان شبکه برای برقراری سطوح سیال مورد استفاده قرار میگرفت، کمیت کسر حجم دیگری برای تعیین سطوح صلب مورد استفاده قرار میگیرد.
فلسفه روش FAVOR بر این مبناست که الگوریتمهای عددی بر مبنای اطلاعاتی شامل فقط یک فشار، یک سرعت، یک دما و ... برای هر حجم کنترل است، که این با استفاده از مقدارهای زیادی از اطلاعات برای تعریف هندسه متناقض است. بنابراین روش FAVOR، المانهای ساده مستطیلی را حفظ میکند، در صورتی که میتواند اشکالی با هندسه پیچیده در حد سازگاری با مقادیر جریان میان‌گیری شده را برای هر المان نشان دهد.
3-4-2 معادلات حاکمدینامیک سیالات محاسباتی، روشی برای شبیهسازی جریان است که در آن معادلات استاندارد جریان از قبیل معادلات ناویر استوکس و معادله پیوستگی قابل حل برای تمام فضای محاسبات می‌باشد. فرم کلی معادله پیوستگی به صورت شکل زیر بیان می‌شود:
416382464733(3-3)
00(3-3)
که درآن VF ضریب حجم آزاد به سمت جریان و مقدار R در معادله فوق، ضریب مربوط به مختصات به صورت کارتزین و یا استوانه‌ای می‌باشد. اولین عبارت در سمت راست معادله پیوستگی مربوط به انتشار تلاطم بوده و به صورت زیر قابل تعریف می باشد:
424413450800(3-4)
00(3-4)
عبارت دوم در سمت راست معادله (3-3) بیانگر منشأ دانسیته است که برای مدلسازی تزریق توده مواد اهمیت دارد:
428985427305(3-5)
00(3-5)
همچنین فرم کلی معادلات حرکت (مومنتم) در حالت سه بعدی به صورت زیر می‌باشد:
4361180396875(3-6)
00(3-6)

که در معادلات فوق Gx , Gy , Gz مربوط به شتاب حجمی می‌باشند. پارامترهای fx ,fy ,fz شتابهای ناشی از جریان‌های لزج بوده و bx , by , bz نیز شامل روابط مربوط به افت در محیطهای متخلخل هستند.
3-4-3 مدلهای آشفتگیاکثر جریانهای موجود در طبیعت به صورت آشفته میباشند. در اعداد رینولدز پایین، جریان آرام بوده ولی در اعداد رینولدز بالا جریان آشفته میشود، به طوری که یک حالت تصادفی از حرکت در جایی که سرعت و فشار بطور پیوسته درون بخشهای مهمی از جریان نسبت به زمان تغییر میکند، گسترش مییابد. این جریانها بوسیله خصوصیاتی که در ادامه ارائه شدهاند شناسایی میگردند:
1- جریانهای آشفته به شدت غیر یکنواخت هستند. در این جریانها اگر تابع سرعت در برابر زمان ترسیم شود، بیشتر شبیه به یک تابع تصادفی خواهد بود.
2- این جریانها معمولاً سهبعدی هستند. پارامتر سرعت میانگین گاهی اوقات ممکن است تنها تابع دو بعد باشد، اما در هر لحظه ممکن است سهبعدی باشد.
3- در این نوع جریانها، گردابهای کوچک بسیار زیادی وجود دارند. شکل کشیده یا عدم تقارن گردابها، یکی از خصوصیات اصلی این جریانها است که این امر با افزایش شدت آشفتگی، افزایش مییابد.
4- آشفتگی، شدت جریانهای چرخشی در جریان را افزایش میدهد که این عمل میتواند باعث اختلاط شود. فرآیند چرخش در سیالاتی رخ میدهد که حداقل، میزان یکی از مشخصههای پایستار آنها متغیر باشد. در عمل، اختلاط بوسیله فرآیند پخش انجام میشود، به این نوع جریانها غالباً جریانهای پخششی نیز میگویند.
5- آشفتگی جریان باعث میشود جریانهایی با مقادیر متفاوت اندازه حرکت با یکدیگر برخورد کنند. گرادیانهای سرعت بر اثر ویسکوزیته سیال کاهش مییابند و این امر باعث کاهش انرژی جنبشی سیال میشود. به بیان دیگر میتوان گفت که اختلاط یک پدیده، مستهلک کننده انرژی است. انرژی تلف شده نیز طی فرآیندی یکطرفه به انرژی داخلی (حرارتی) سیال تبدیل میشود.
تمام مشخصاتی که به آنها اشاره شد برای بررسی یک جریان آشفته مهم هستند. تأثیراتی که توسط آشفتگی ایجاد میشود بسته به نوع کاربری ممکن است ظاهر نشود و به همین دلیل باید این جریانها را با توجه به نوع و کاربری آن مورد بررسی قرار داد. برای بررسی جریانهای آشفته، روش‌های مختلفی وجود دارد که در ادامه به تعدادی از آنها اشاره خواهد شد.
مدلهای آشفتگی، ویسکوزیته گردابهای (vt) و یا تنش رینولدز (-Uij) را تعیین میکند و فرضیات زیادی برای همه آنها حاکم است که عبارتند از:
معادلات ناویر استوکس میانگینگیری شده زمانی، میتواند بیانگر حرکت متوسط جریان آشفته باشد.
پخش آشفتگی متناسب با گرادیان ویژگیهای آشفتگی است.
گردابهها میتوانند ایزوتروپیک و یا غیر ایزوتروپیک باشند.
همه مقادیر انتقال آشفته توابع موضعی از جریان هستند.
در مدلهای آشفته باید همسازی وجود داشته باشد.
این مدلها میتوانند یک مقیاسی و یا چند مقیاسی باشند.
همه مدلها در نهایت به کالیبراسیون به صورت تجربی نیاز دارند.
بسیاری از مدلهای آشفتگی بر پایه فرضیه بوزینسک استوار هستند. مدلهای آشفتگی به پنج دسته تقسیم میشوند:
1- مدلهای صفرمعادلهای
2- مدلهای تکمعادلهای
3- مدلهای دومعادلهای
4- مدلهای جبری
5- مدلهای شبیهسازی گردابهای بزرگ
3-4-3-1 مدلهای صفر معادلهایدر این مدلها هیچگونه معادله دیفرانسیلی برای کمیتهای آشفتگی ارائه نمیشود. این مدلها نسبتاً ساده بوده و دادههای تجربی و آزمایشگاهی در آنها نقش اساسی دارد و تنشهای آشفتگی در هر جهت متناسب با گرادیان سرعت میباشد. نمونهای از این مدلها عبارتند از:
1- مدل لزجت گردابهای ثابت
2- مدل طول اختلاط پرانتل
3- مدل لایه برش آزاد پرانتل
3-4-3-2 مدلهای یک معادلهایاین مدلها بر خلاف مدلهای صفر معادلهای، از یک معادله برای انتقال کمیت آشفتگی استفاده میکنند. این معادله ارتباط بین مقیاس سرعت نوسانی و کمیت آشفتگی میباشد که جذر انرژی جنبشی آشفتگی به‌عنوان مقیاس سرعت در حرکت آشفته مد نظر میباشد و مقدار آن توسط معادله انتقال محاسبه میگردد.
3-4-3-3 مدلهای دومعادلهایمدلهای دو معادلهای سادهترین مدلها هستند که قادرند نتایج بهتری در جریانهایی که مدل طول اختلاط نمیتواند به صورت تجربی در یک روش ساده مورد استفاده قرار بگیرد، ارائه دهند. به طور مثال جریانهای چرخشی از این نمونهاند. تقسیمبندی این مدلها بر اساس محاسبه تنش رینولدز و یا ویسکوزیته گردابهای به صورت زیر است:
ویسکوزیته گردابهای
جبری
تنش رینولدز غیرخطی
این مدلها، دو معادله دیفرانسیلی را حل میکنند. به معادله k که از قبل بوده، معادله ɛ هم اضافه میشود. معادله انرژی جنبشی، k، بیانکننده مقیاس سرعت است، بدین صورت که اگر قرار باشد سرعتهای نوسانی مورد بررسی قرار بگیرند، میتوان جذر انرژی جنبشی حاصل از آشفتگی در واحد جرم را به عنوان مقیاس در نظر گرفت، معادله نرخ میرایی انرژی جنبشی، ɛ، نیز مقیاس طول است. در حقیقت مقیاس طول، اندازه گردابههای بزرگ دارای انرژی جنبشی را میدهد که باعث انتقال آشفتگی در توده سیال میشود.
3-4-3-4 مدلهای دارای معادله تنشنرمافزار Flow3D مدل آشفتگی جدیدتری بر مبنای گروههای نرمال شده رینولدز پیادهسازی کرده است. این دیدگاه شامل روشهای آماری برای استحصال یک معادله متوسطگیری شده برای کمیت‌های آشفتگی است. مدلهای بر پایه RNG k-ɛ از معادلاتی استفاده میکند که شبیه معادلات مدل آشفتگی k-ɛ است اما مقادیر ثابت معادله که به صورت عملی در مدل استاندارد k-ɛ یافت شده‌اند، صریحاً از مدل RNG k-ɛ گرفته شدهاند. از این رو، مدل RNG k-ɛ قابلیت اجرایی گسترده‌تری نسبت به مدل استاندارد k-ɛ دارد. بویژه مدل RNG k-ɛ برای توصیف دقیقتر آشفتگی جریانهای با شدت کمتر و جریانهایی با مناطق دارای برش، قویتر شناخته شده است. در معادله RNG k-ɛ، فرمول تحلیلی برای محاسبه عدد پرانتل آشفته وجود دارد ولی در مدل k-ɛ، از یک مقدار ثابت که استفاده کننده مدل به آن معرفی میکند استفاده میگردد. در مدل RNG k-ɛ، تأثیر گرداب در آشفتگی لحاظ میگردد لذا دقت حل جریانهای چرخشی را بالا میبرد.
نرمافزار Flow3D از پنج مدل آشفتگی طول اختلاط پرانتل، مدل تک معادلهای، دومعادلهای k-ɛ، دومعادلهای RNG k-ɛ و روش گردابهای بزرگ (LES) بهره میبرد.
3-4-4 شبیهسازی عددی مدلدر این تحقیق، شبیهسازی عددی شامل دو قسمت میباشد:
1- قسمت اول مربوط به شبیهسازی هیدرولیک جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز - دریچه است که آزمایشات بکار رفته جهت واسنجی مدل، در کانال با مقیاس کوچک انجام شده است. کانال با مقیاس کوچک دارای طول 7/3 متر، عرض 5/13 سانتیمتر و ارتفاع 30 سانتیمتر بوده که سازه ترکیبی مورد نظر با ضخامت 3 میلیمتر و در فاصله 2 متری از ابتدای کانال تعبیه شده است.
همچنین با استفاده از مدل واسنجی شده با دادههای آزمایشگاهی مربوط به هیدرولیک جریان، مدلهایی مربوط به سازه ترکیبی همراه با انقباض جانبی مدل شده و تأثیر میزان انقباض سرریز- دریچه بر نسبت دبی عبوری از روی سرریز به دبی عبوری از زیر دریچه بررسی شد.
2- قسمت دوم مربوط به شبیهسازی حفره آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی سرریز- دریچه است که برای شبیهسازی عددی آبشستگی، از آزمایشات انجام شده توسط شهابی و همکاران (1389) در کانال با مقیاس بزرگ استفاده شده است. کانال با مقیاس بزرگ دارای طول 12 متر، عرض و ارتفاع 6/0 متر است. کف کانال به ارتفاع 25 سانتیمتر از رسوبات یکنواخت با D50= 1.5 mm و ضریب یکنواختی 18/1 پوشانده شده است. دریچه و سرریز ترکیبی با ضخامت 6 میلیمتر و در فاصله 4/6 متری از ابتدای کانال نصب شده است.
پس از واسنجی نرمافزار، مدل برای شرایط هندسی و هیدرولیکی مختلف اجرا شد و با انتگرال‌گیری پروفیل سرعت بالای سرریز و زیر دریچه، نسبت دبی عبوری از روی سازه به دبی عبوری از زیر دریچه (QsQg) محاسبه شد. مشخصات مدلسازیهای انجام شده برای آبشستگی در جدول (3- 3) ارائه داده شده است.
جدول 3-3 محدوده دادههای بهکار رفته جهت شبیهسازی آبشستگیبازشدگی دریچه (cm) ارتفاع سازه (cm) مقادیر دبی (lit/s)
2 ، 1 8 34/11 66/10 98/9 68/8 52/7
2 ، 1 10 1/15 86/13 6/12 33/11 78/9
2 ، 1 12 26/16 14/15 4/14 88/13 3/11
3 ، 4 10 11/20 87/18 52/17 27/16 1/15
مراحل اصلی شبیهسازی عددی در نرمافزار Flow3D عبارتند از:
3-4-4-1 ترسیم هندسه مدلدر صورتی که هندسه مدل آزمایشگاهی به صورت منظم باشد میتوان شکل آن را در خود نرم‌افزار Flow3D ترسیم نمود اما در صورتی که مدل مورد نظر شکل نامنظم داشته باشد نرمافزار قادر خواهد بود فایلهای ایجاد شده در نرمافزارهایی نظیر اتوکد و همچنین فایلهای توپوگرافی به صورت X, Y, Z را مورد استفاده قرار دهد. در این تحقیق، مدلهای بکار رفته در خود نرمافزار ترسیم شده است.
3-4-4-2 شبکهبندی حل معادلات جریانیکی از مهمترین نکاتی که بایستی در شبیهسازی عددی مورد توجه قرار بگیرد، شبکهبندی مناسب برای حل دقیق معادلات حاکم است. ساختن شبکه مناسب برای میدان حل معادلات، دقت محاسبات، همگرایی و زمان محاسبات را تحت تأثیر قرار میدهد. در کلیه مدلهای عددی صورت گرفته، ابعاد شبکه طوری تعیین شد که پارامترهای کنترل شبکه از قبیل حداکثر نسبت ابعاد شبکه در راستای طولی و عمقی و ضریب نسبت ابعاد شبکه در راستاهای مختلف و در مجاورت یکدیگر مناسب انتخاب شده باشد. برای نتایج دقیق و مؤثر، مقدار هریک از دو پارامتر فوق باید به عدد 1 نزدیک بوده و مقدار نسبت ابعاد شبکه در مجاور یکدیگر از 25/1 و همچنین نسبت ابعاد شبکه در راستاهای مختلف از 3 نباید بیشتر باشد (فلوساینس، 2008).
در بخش شبیهسازی هیدرولیک جریان که در کانال با مقیاس کوچک صورت گرفت، مشبندی شبکه جریان، به صورت سهبعدی و ابعاد شبکه در هر سه بعد یکسان و برابر 5 میلیمتر در نظر گرفته شد. (در صورتی که مشبندی شبکه جریان، یکنواخت صورت گرفت نتایج حاصل از مدل به دادههای آزمایشگاهی نزدیکتر و دقت مدل عددی بیشتر میشد). برای این مدلسازی، زبری کف کانال و بدنه سازه برابر 5/1 میلیمتر انتخاب شد.
مشبندی در مقطع عرضی مشبندی در مقطع طولی

شکل 3-10 مشبندی یکنواخت در کانال با مقیاس کوچک
در بخش شبیهسازی آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی که در کانال با مقیاس بزرگ انجام شده است، جهت کاهش زمان تحلیل نرمافزار، شبکه جریان به صورت دوبعدی مشبندی شده و ابعاد شبکه در راستای Z به صورت یکنواخت و برابر 5 میلیمتر و در راستای X به صورت غیر یکنواخت و در نزدیکی سازه مورد نظر، تعداد مش بیشتر و اندازه آنها ریزتر در نظر گرفته شد به طوری که اندازه مش بین 6 تا 20 میلیمتر متغیر است. برای این مدلسازی، زبری کف کانال یکسان با قطر متوسط رسوبات و برابر با 5/1 میلیمتر انتخاب شد.
1501775101346000
شکل 3-11 مشبندی غیر یکنواخت در راستای طولی کانال با مقیاس بزرگ
3-4-4-3 شرایط مرزی کاناللایه مرزی ابتدا و انتهای مشها در کانال با مقیاس کوچک بر اساس جدول و شکل زیر تعیین شده است.

شکل 3- 12 شرایط مرزی مورد استفاده در مدلسازی حالت بستر صلبجدول 3-4 شرایط مرزی اعمال شده در نرمافزارورودی کانال خروجی کانال دیوارههای کناری کانال کف کانال سقف کانال
دبی ورودی جریان خروجی دیوار دیوار تقارن

لایه مرزی ابتدا و انتهای مشها در کانال با مقیاس بزرگ بر اساس جدول و شکل زیر تعیین شده است.

شکل 3- 13 شرایط مرزی مورد استفاده در مدلسازی حالت بستر رسوبجدول 3- 5 شرایط مرزی اعمال شده در نرمافزارورودی کانال خروجی کانال دیوارههای کناری کانال کف کانال سقف کانال
فشار ثابت جریان خروجی دیوار دیوار تقارن
برای انتخاب فشار ثابت برای ورودی کانال، ارتفاع سیال در قسمت فشار ثابت برابر عمق ابتدایی جریان در حالت آزمایشگاهی انتخاب شد.
3-4-4-4 خصوصیات فیزیکی مدلبرای مدلسازی هیدرولیک جریان در بستر صلب، شرایط فیزیکی حاکم بر جریان، به صورت زیر انتخاب شد:
1- مقدار شتاب ثقل در جهت عکس عمق جریان و برابر 81/9- انتخاب شد.
2- چون سیال مورد استفاده در آزمایشات، آب زلال در نظر گرفته شده بود سیال از نوع نیوتنی انتخاب شد.
3- به‌دلیل آشفتگی جریان در آزمایشات، دو مدل آشفتگی k-ɛ و RNG k-ɛ در نرمافزار مورد ارزیابی قرار گرفت.
برای مدلسازی آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی، شرایط فیزیکی حاکم بر جریان به صورت زیر انتخاب شد:
1- مقدار شتاب ثقل در جهت عکس عمق جریان و برابر 81/9- انتخاب شد.
2- چون سیال مورد استفاده در آزمایشات، آب زلال در نظر گرفته شده بود سیال از نوع نیوتنی انتخاب شد.
3- به دلیل آشفتگی جریان، سه مدل آشفتگی k-ɛ ، RNG k-ɛ و LES در نرمافزار مورد ارزیابی قرار گرفت.
4- مشخصات رسوبی که در مدلسازیها جهت کالیبراسیون حداکثر عمق آبشستگی تعریف شد در جدول زیر ارائه داده شده است:
جدول 3- 6 مدلسازیهای انجام شده برای تعیین بهترین مقدار پارامترهای مربوط به رسوبپارامتر مورد نظر مقدارهای انتخاب شده
ضریب دراگ 5/1 2/1 1 5/0
عدد شیلدز بحرانی 15/0 1/0 05/0 035/0
زاویه ایستایی 40 35 30
حداکثر ضریب تراکم مواد بستر 8/0 74/0 7/0 6/0 4/0 38/0
ضریب تعلیق مواد بستر 026/0 018/0 01/0
ضریب بار بستر 16 8
عوامل مؤثر در کالیبراسیون حداکثر عمق آبشستگی در پاییندست سازه، پارامترهای حداکثر ضریب تراکم مواد بستر، عدد شیلدز بحرانی، ضریب دراگ، زاویه ایستایی و همچنین نوع مدل آشفتگی بودند.
3-4-4-5 شرایط اولیه جریانقبل از وارد کردن جریان در مدلسازی عددی، حالت اولیه کانال را انتخاب میکنند که در این تحقیق، قبل از ورود جریان، کانال تا قبل از سازه و تا لبه تاج سرریز از سیال مورد‌نظر در نظر گرفته شد.
3-4-4-6 زمان اجرای مدلنکته دیگری که در شبیهسازیهای عددی بسیار مهم است، زمان اجرای مدل تا رسیدن به یک مقدار مناسب از لحاظ پایداری و ماندگاری جریان است. بنابراین در کلیه آزمایشات شبیهسازی شده، زمان اجرای مدل برای شبیهسازی هیدرولیک جریان بین 30-15 ثانیه و برای شبیهسازی آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی بین 5000 - 4000 ثانیه در نظر گرفته شد، که با سپری شدن این مدت زمان، جریان در کانال به صورت یکنواخت میشود.

شکل 3-14 نمودار تغییرات زمانی حجم سیال در مدلسازی هیدرولیک جریان
شکل 3-15 نمودار تغییرات زمانی حجم سیال در مدلسازی حفره آبشستگی-420069-631311
فصل چهارم
نتایج و بحث
4-1 مقدمه
در این بخش، به مقایسه نتایج حاصل از شبیهسازی هیدرولیک جریان و آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی سرریز - دریچه با دادههای آزمایشگاهی مربوط به آن پرداخته شده و توانایی نرمافزار Flow3D در شبیهسازی هیدرولیک جریان و آبشستگی در پاییندست سازه ارزیابی میشود.
این فصل شامل دو بخش هیدرولیک جریان و آبشستگی میباشد که در هر بخش، ابتدا نتایج کالیبراسیون نرمافزار با دادههای آزمایشگاهی ارائه میشود و سپس نرمافزار برای شرایط هندسی و هیدرولیکی دیگر مورد ارزیابی و آزمون قرار می‌گیرد.
4-2 شبیهسازی هیدرولیک جریان در حالت کف صلب4-2-1 واسنجی نرمافزاردر مرحله اول شبیهسازی، واسنجی نرمافزار با استفاده از دادههای آزمایشگاهی انجام میشود. جهت واسنجی نرمافزار در شبیهسازی هیدرولیک جریان عبوری از سازه ترکیبی، از شبکه‌بندیهای مختلف و مدلهای مختلف آشفتگی استفاده شد. طی شبیهسازیهای انجام شده، نتیجه شد که هر چه شبکهبندی میدان حل یکنواختتر باشد، نتایج شبیهسازی عددی پروفیل سطح آب به دادههای آزمایشگاهی آن نزدیکتر است (شکل 4-1). به همین دلیل، شبکهبندی جریان جهت مدلسازی هیدرولیک جریان به صورت یکنواخت انجام شد. همچنین هر چه اندازه سلولهای شبکهبندی میدان حل ریزتر در نظر گرفته شد، تطابق نتایج نرمافزار با نتایج آزمایشگاهی بهتر شد. علاوه بر این، چون در آزمایشات انجام شده، بازشدگی دریچه مقدار کمی داشته و بایستی سلولی در شبکهبندی میدان جریان در راستای عمقی (Z) بازشدگی وجود داشته باشد، بنابراین شبکهبندی جریان با ابعاد ریز و برابر با 5×5×5 میلیمتر و تعداد کل مش برای هر مدلسازی تقریباً 162000 سلول در نظر گرفته شد. زمان اجرای مدل برای شبیهسازی هیدرولیک جریان، بین 30 – 15 ثانیه انتخاب شد.

شکل 4- 1 مقایسه نتایج پروفیل سطح آب برای شبکهبندیهای مختلف میدان جریان با داده آزمایشگاهی

zza48

سیلابهای رودخانه‌ها اغلب ناشی از بارندگیهای شدید در زمان بسیار کم می‌باشد. در برخی از موارد ذوب برف هم باعث تشدید آن می‌شود سیلابی که بدون پیش هشدار یا پیش هشدار کمی در رودخانه جاری شود تند سیل نامیده می‌شود. تلفات این تند سیلها که در حوضه‌های کوچک به وقوع می‌پیوندند عموماً بیشتر از تلفات سیلهای رودخانه‌های بزرگ می‌باشد.
در مورد تعریف سیلاب در فرهنگ معین چنین آمده است: «سیلاب عبارت است از آب فراوانی که با سرعت جاری شود و طغیان کرده، پهنه‌ای از زمین را که در شرایط عادی زیر آب نیست فرو گیرد.»
از بین خطرات طبیعی که انسانها با آن مواجه می‌شوند، سیلاب بزرگترین و گسترده‌ترین آنهاست که سبب خسارات و نابودی زیادی می‌شود.
سیلابها نه تنها موجب خسارات به دارایی‌ها می‌شوند و جان انسانها و حیوانات را به خطر میاندازند، بلکه اثرات دیگری نیز از خود به جای می‌گذارند، رواناب ناشی از بارشهای جدید موجب فرسایش خاک در بالا دست و مشکلات رسوب گذاری در پایین دست می‌گردد. زیستگاههای ماهی و دیگر جانوران اغلب در اثر سیلاب نابود می‌شوند سرعت زیاد جریان موجب افزایش خسارتها می‌شود. سیلابها طویل‌المدت مانع از زهکشی و کاربری اقتصادی از اراضی می‌شوند. تکیه گاههای پلها، سواحل رودخانه‌ها، خروجیهای فاضلاب و دیگر سازه‌ها دچار آسیب میشوند.
2-2-2- انواع سیلاب
1- سیلاب‎های آرام: که در اثر افزایش حجم ناگهانی آب رودخانه‎ها و دریاچه‎ها در اثر بارندگی در طی روزها و هفته‎ها ایجاد می‎شود.
2- سیلاب‎های ناگهانی: که در اثر افزایش حجم آب رودخانه‎ها و دریاچه‎ها ایجاد شده و با خود مرگ و مصدومیت افراد و تخریب منازل را به همراه دارد. این سیلاب‎ها ممکن است بر اثر باران‎های سیل‎آسا، گردباد تخریب دیوارهای سد و ذوب شدن سریع یخ به وجود آید.
2-2-3- انواع مختلف سیل: قسمت‌های بالا و پایین رودخانه
سیل مشخصه‌های گوناگونی دارد و ممکن است در قسمت‌های پایین یا بالای رودخانه پیش آید. سیل‌های جاری در قسمت‌های بالای رودخانه در اثر بارندگی‌های شدید محلی در قسمتی از حوضه زهکشی اتفاق می‌افتد مانند سیل ناشی از طوفان شدید. سیلاب‌ها به سرعت قسمت‌های یاد شده را تحت تأثیر قرار می‌دهند و ممکن است سیل شدید محلی را به وجود آورند. با وجود این، قسمت پایین رودخانه ممکن است کمتر تحت تأثیر قرار گیرد.
سیل‌های قسمت پایین رودخانه به هوا در مقیاسی بزرگتر، از قبیل جا به جایی جبهه هوا، یا سیستم  طوفانی در طول یک ناحیه ارتباط دارد. سطح آب در اثر سیل در قسمت‌های بالا بیشتر می‌شود، ولی پهنه‌های گسترده‌ای از حوضه زهکشی ممکن است، در مدت چند روز تخریب شوند و خسارت مالی زیادی پیش آید.
2-2-4- عوامل مؤثر در بروز سیل
اندازه و تکرار سیل در هر نقطه‌ای بستگی به عوامل متعددی دارد که حجم و زمان رواناب سطحی حوضه بالادست و شرایط رودخانه یا مسیل اعم از آنها است. ویژگیهای فیزیکی حوضه نظیر سطح  ناهمواری و ریخت شناسی زمین توام با اختصاصات هیدرولوژیکی مانند: بارش، تبخیر، تعرق و نفوذپذیری و اقدامات ناشی از فعالیت‌های بشری در بروز و تشدید و کاهش و افزایش میزان خسارات وارده دخالت دارند شناخت این عوامل و دسته بندی آنها در هر منطقه‌ای از اصول اولیه مهار سیلاب و کاهش خطرات آن می باشد. این شناخت می بایستی با درک حجمی از اصول حاکم بر تولید رواناب در رودخانه و دشت سیلابی استقرار باشد(عاشوری،1382).
2-2-5- عوامل پیدایش سیل
عوامل به وجود آورنده سیل را می‌توان به دو گروه عوامل طبیعی و عوامل انسانی تقسیم کرد.
2-2-5-1- عوامل ناشی از شرایط طبیعی
عوامل اقلیمی: در بین عناصر اقلیمی باران، تگرگ، برف، دما، باد می تواند از عناصر و عوامل موثر در ظهور فرسایش آبی خاک باشند. مهمترین خصوصیات باران که در فرسایش خاک اهمیت دارد عبارت از مقدار باران، شدت بارندگی اندازه قطرات باران، توزیع اندازه قطرات باران، سرعت نهایی باران و توزیع بارندگی.
میزان و شدت بارندگی: استان گیلان جزء پرباران ترین مناطق کشور محسوب می‌گردند. با این حال میزان زیاد بارندگی به مفهوم رخداد سیل نیست، بلکه شدت بارندگی است که می تواند منجر به تولید سیلاب شود. تحقیقات نشان می دهد که بارانهای شدید و کوتاه مدت، به ویژه بارندگی‌های بیش از 100 میلیمتر در یک شبانه روز منجر به تولید سیلاب خواهد شد.
شرایط توپوگرافی: شیب حوضه رودخانه از عوامل مهم در زمان تمرکز و افزایش سرعت جریان هستند.
عوامل حوضه‌ای: شکل هیدروگراف سیلاب در مقطع معین از رودخانه و یا در خروجی حوضه و تغییرات بده جریان، بده اوج (حداکثر) حجم و تدوام سیلاب را نشان می‌دهد. شکل و اندازه هیدروگراف تابع عوامل چندی از ویژگیهای حوضه است.
2-2-5-2- عوامل انسانی
دخالت بی رویه انسان در محیط زیست در ظهور سیلاب‌ها نقش قابل توجهی دارد. روند روز افزون  شهرنشینی و توسعه پوشش‌های غیر قابل نفوذ بر سطح زمین احتمال سیل خیزی در مناطق مسکونی را افزایش می‌دهد. با از بین رفتن روز افزون مراتع و جنگل‌ها، همه ساله افزایش جریان آبهای سطحی را در مقیاس وسیعتری شاهدیم که عبارتند از:
دخالت در مسیل‌ها و دستکاری آبگذرها: این دخالت بخصوص در جاهایی که به شهرسازی اقدام می‌شود چشمگیرتر است.از جمله این دخالتها، تنگ کردن مسیلها و یا پل‌سازی بر روی رودخانه‌ها برای برقراری ارتباط بین دو طرف رودخانه می‌باشد. اگر این گونه دخالتها با محاسبه دقیق علمی و با در نظر گرفتن حداکثر دبی محتمل انجام نشود به سیلابهای بسیار خطرناکی منجر خواهد شد زیرا با بسته شدن مسیر آب در زیر پلها به وسیله زباله، شاخ و برگ، گل و لای، برف و یخ و ...، آب از بستر رودخانه سرریز شده و سیلاب به راه خواهد افتاد. وقوع این گونه سیلابها و زیانهای جانی و مالی ناشی از آنها از زمانهای قدیم در نوشتهها و تواریخ آمده ولی کمتر مورد عبرت قرار گرفته است.
اشغال مسیل‌ها و حریم نهایی رودخانه‌ها: از جمله مهمترین عوامل افزایش خسارات سیل استفاده نامعقول از حریم مسیلهای به ظاهر مساعد و بالقوه خطرناک است که در معرض سیلابهای ادواری قرار دارند. وقتی خسارت بیشتر میشود که از این زمینها برای سرمایه‌گذاری توسعه استفاده شود.در حاشیه بیشتر راهها تابلوهایی مشاهده می‌شود بدین مضمون « حریم 25 ساله جاده 40 متر » و یا « حریم نهایی جاده 80 متر » ولی کمتر جایی در مجاورت رودخانه دیده می‌شود که حریم طغیان ادواری رودخانه‌ها تعیین شده باشد.
تغییر بدون ضابطه در پوشش سطحی زمین:براساس گزارش(جعفری،1376) از بین بردن و تخریب مراتع و جنگلها در سطح جهان موجب افزایش حجم سیلابها شده است و در نتیجه حیطه جریان سیلابها گسترش یافته و زمینهای بیشتری در هنگام طغیان آبها اشغال می‌شود. مکانهایی که با مطالعه و رعایت حریم رودخانه در گذشته اشغال شده‌اند، امروز مورد تهدید سیل قرار دارند، زیرا حوضه آبخیز آنان دستکاری شده، مراتع و جنگلها از بین رفته رواناب افزایش یافته و سطح مناسب برای جریان آب توسعه یافته است.
2-2-6- مفهوم پهنه‌بندی سیلاب
پهنه‌بندی سیل بر این اصل استوار است که جلگه سیلابی و کانال رودخانه یک مجموعه واحد بوده و جلگه سیلابی یک قسمت از رودخانه است که بندرت مورد استفاده قرار می‌گیرد. براین اساس پهنه‌بندی سیلاب به تعیین ناحیه‌هایی در داخل سیلابدشت اطلاق می‌گردد که برای کاربری‌های مختلف از قبیل فضاهای باز تفریحی، کشاورزی، محوطههای صنعتی و مسکونی و ... مورد استفاده قرار می‌گیرند. تمامی نواحی سیلابدشت به قسمتهایی با خطرپذیری متفاوت به منظور کنترل کاربری و توسعه اراضی تقسیم می‌شوند. پهنه‌بندی، برای مشخص کردن میزان خطرپذیری به سیلاببرای استفاده کنندگان متحمل سیل، شناسایی ناحیه‌ها برای بیمه سیل و ایجاد محدودیت‌های اجباری کاربری در مناطق خطرپذیر قابل استفاده می‌باشد.
پهنه‌بندی معمولاً در نواحی مناطق توسعه یافته و بر طبق نقشه‌های خطرپذیری صورت می‌گیرد و بایستی قدرت لازمبرای اعمال محدودیتهای ناشی از آن وجود داشته باشد.
مدیریت توسعه سیلابدشت از آنجا نشأت گرفت که موسسأت دولتی و عمومی علاقمند به کنترل تغییرات مناطق در حال توسعه ( نظیر تغییرکاربری اراضی، ساخت وسازها، تأسیسات زیربنایی و غیره) در سیلابدشت‌ها شدند. 
فنون به کار گرفته شده در این جهت در مقیاس مالی سرمایه‌گذاری کمتری می‌طلبد ولی در مقیاس تعهدات فردی (هزینه‌های اجتماعی) هزینه بالایی در بردارد.برای موفقیت در جلوگیری از توسعه سیلابدشت، به تعهدات جمعی برای انجام اقدامات لازم نیاز است. 
اهداف کلان چنین اقدامات محدود کننده‌ای به قرار زیر است:
کاهش خسارات بالقوه مالی و تلفات جانی در آینده
تعیین و تشریح کاربری قابل قبول یا منطبق با شرایط از اراضی که در محدوده مشخص شده سیلابدشت قرار دارند و مهمتر از همه این که افزایش آگاهی عمومی و موسسات در رابطه با خطرپذیری نواحی سیل زده در سیلابدشت.
2-2-7- روشهای مختلف پهنه‌بندی سیلاب 
روشهای موجود برای تهیه نقشه‌های پهنه‌بندی را می‌توان به 5 گروه عمده به شرح زیر تقسیم‌بندی نمود:
روش مشاهده‌ای و استفاده از داغاب سیلاب
مقایسه عکسهای هوایی منطقه
استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و تکنیکهای سنجش از دور
محاسبه دستی
استفاده از مدلهای ریاضی
کلیه روشهای فوق برای تهیه نقشه پهنه‌بندی سیل احتیاج به تعیین تراز جریان سیل و انتقال رقوم سطح آب روی نقشه‌های توپوگرافی دارند. همه این روشها اصولاً از همان روند یکسان استفاده از رقوم تعیین شده سطح آب در هر مقطع عرضی (یا موقعیت‌های مختلف) برای پهنه‌بندی کمک میگیرند. که البته بین مقاطع عرضی با درون‌یابی نقاط پخش سیل مشخص می‌گردد. 
2-2-8- خسارات سیل
خسارات سیل در بخشهای مختلف اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی قابل بررسی می‌باشد. در بیشتر موارد خسارات وارده را می‌توان مورد ارزیابی و سنجش قرار داده، برای آن مبلغ مشخص نمود که در این صورت خسارات را محسوس می‌نامند. علاوه بر خسارات محسوس، فاجعه‌های طبیعی خسارات نامحسوسی نیز دارند.
2-2-8- 1- خسارات محسوس 
خسارات محسوس خود به دو گروه خسارات مستقیم و غیر مستقیم طبقه بندی می‌شود (مهدوی، 1376)1.خسارات مستقیم: آندسته از خسارات که در اثر نیروی سیل یا در اثر ایجاد وضعیت غرقابی ایجاد میشود. این دسته از خسارات شامل تخریب جادهها، پلها و تاسیسات آب، برق، گاز، تلفن و ...، تخریب امکان مسکونی، تجاری و صنعتی، از بین رفتن اسناد و مدارک اداری و اقتصادی، خسارات یا تخریب محتویات و متعلقات منازل خسارات ناشی از فرسایش در رسوبگذاری در اراضی زراعی می‌باشد. 2.خسارات غیر مستقیم: خسارات ثانویهای که در اثر وقوع خسارات مستقیم ایجاد می‌گردندو شامل خسارات ناشی از تخریب یا اختلال در عملکرد تاسیسات آبرسانی، برق، گاز، تلفن جاده‌ها و بزرگراه‌ها، خسارات ناشی از آتش سوزی و انفجار غرقاب شدن و تخریب تاسیسات گازرسانی و برق، خسارات ناشی از کاهش عایدات بیمه، هزینه ناشی از تخلیه، جابجایی و اسکان موقت خانوارهای بیخانمان شده، هزینههای ناشی از نگهداری و مراقبت سیلزدگان، هزینه‌های ناشی از اختلالات تجاری و هزینههای ناشی از اختصاص وامهای بدون سود یا با سود کم جهت احیاء مجدد مناطق سیلزده می‌باشد. . 2-2-8- 2- خسارات نامحسوس
خسارات نامحسوس درمحاسبات اقتصادی براحتی قابل برآورد نمی‌باشند. ولی از اهمیت زیادی برخوردار بوده و باید مدنظر قرار گیرند. مهمترین این خسارات را می‌توان در ایجاد مانع در راه رشد و توسعه منطقه، ایجاد شرایط نامناسب بهداشتی و شیوع بیماری واگیر، ایجاد یاس و ناامیدی در مردم و تشویق آنها به مهاجرت، عدم سرمایه گذاری کافی در منطقه ناشی از عدم اطمینان کافی از حفاظت آن خلاصه نمود.
 روشهای کنترل و تقلیل خسارات سیل گزارشهای خبری درباره سیل که طی سالهای اخیر در جراید، رادیو و تلویزیون منعکس می‌شود حاکی از آن است که طغیان رودخانه‌های کشور خسارات فزاینده ای را به دنبال داشته و ابعاد خسارات و ضایعات جانی و مالی سیل رو به افزایش است.
اگر چه در گزارش‌های خبری اساساً اطلاعاتی غیر فنی ارائه می‌شود که غالباً از دقت کافی برای ارزیابی حرفه ای برخودار نیست، از این رو تنوع و گستردگی مسائل و ضایعات ناشی از سیل را به وضوح نشان می‌دهد. تخریب پلها و راههای ارتباطی، قطع خطوط انتقال نیرو، اختلال در شبکه مخابرات، غرقاب شدن کشتزارها، ویرانی اماکن مسکونی، تاسیسات شهری در روستایی، تلف شدن احشام و هلاکت و آوارگی قربانیان سیل جزو اقلام ثابت و همیشگی فهرست ضایعات سیل در سطح کشور می‌باشند.در گذشته تعداد سیلها کمتر بوده و در نتیجه خسارات کمتری را نیز به وجود می‌آوردهاند. در بیشتر شهرها با احداث سیل بند و حفر خندق سیلاب را مهار نموده اند و این در حالی است که اکنون گسترش شهرها به نحوی است که نه تنها امکان احداث چنین سازه‌های را فراهم نمی‌سازد، بلکه تجاوز به حریم رودخانه و تغییر کاربری اراضی امری عادی بوده و با سرعت انجام می‌گیرد. در ذیل به دو روشی که می‌توان سیلها را مهار کرد اشاره شده است:
روشهای سازه‌ای
در این روشها سعی برآن است که قبل از وقوع سیل، شدت جریان و تراز آب تخمین زده شود و با هدایت، انحراف و یا مهار سیلاب توسط احداث سازه‌هایی مناسب، خسارات وارده کاهش یابد. با وجودیکه استفاده از روشهای سازه‌ای جایگاه بسیار متداول و موثری در سیسمتهای کنترل سیلاب دارد ولی در دهه‌های گذشته عملکرد آن رضایت بخش نبوده است. 
در حقیقت ایمنی کاذب سازه‌ها را می‌توان از مهمترین دلایل افزایش خسارات سیل در جهان محسوب نمود. بررسیهای سال 1987 کمیسیون بلایای طبیعی ایالات متحده نشان داده است که یک سوم سیلابهایی که به فاجعه می‌انجامد حاصل تخریب سیل بندها می‌باشد.
احداث خاکریزها، سیل بند‌ها، میانبرها، انحراف جریان و اصلاح مسیر و بهسازی مسیر رودخانه از مهمترین روشهای سازه‌ای کنترل و تقلیل اثر سیل محسوب می‌شوند.
روش‌های غیر سازه‌ای 
رهیافتهای غیر سازه‌ای در مدیریت سیل در بر گیرنده آن بخش از فعالیتهای است که برای رفع یا تسکین اثرات تخریبی سیلاب، سازه‌های فیزیکی احداث نمی‌شود. اگر چه بهره‌گیری از روشهای سازه‌ای جایگاه بسیار متداول و موثری در سیمتهای کنترل سیلاب دارد ولی به تازگی تکیه بیشتری بر روشهای غیر سازه‌ای و مدیریت حوزه آبخیز و تأثیر این سیاستها در کاهش خسارات سیل شده است. به هر حال روشهای غیر سازه‌ای باید تواماً در طراحی‌های سازه‌ای مورد توجه قرار گیرند زیرا استفاده از آنها موجب افزایش اثربخشی اقدامات می‌شود. در روشهای غیر سازه‌ای علاوه بر فراهم آوردن تمهیداتی قبل از وقوع سیل در هنگام بروز سیل و یا حتی پس از آن نیز اقداماتی جهت حداقل کردن خسارات در نظر گرفته می‌شود.
باید توجه داشت روشهای غیر سازه‌ای ممکن است شامل احداث سازه نیز باشند که در این حالت سازه مثل روش سازه‌ای خود جریان سیلاب را منحرف نمی‌کند بلکه برای رفع و یا کاهش خسارت اعمال می‌گردد. از مهمترین روشهای غیر سازه‌ای کنترل و تقلیل خسارات سیل می‌توان به آبخیزداری، پیش‌بینی سیل، مدیریت توسعه سیلابدشت و مقاوم سازی در برابر سیل اشاره کرد. استفاده از مدلهای بارش-رواناب، مدلهای روندیابی سیل، مدلهای رگرسیونی چند متغیره، مدلهای مرکب و روشهای پیش‌بینی هواشناسی در پیش بینی سیلاب معمول می‌باشد. مقاوم سازی در برابر سیل و ضد سیل سازی نیز می‌تواند از طرق مختلف مانند انتقال ساختمان، ارتفاع دهی ساختمانها، جابجایی ساختمان، ایجاد مانع در برابر سیل و حتی ضد سیل سازی به شیوه‌تر صورت پذیرد.
2-2-9- کاهش خطرات سیل با ساماندهی و محافظت رودخانه
عملیات کاهش خطرات سیل به مجموعه ای از فعالیتهایی اطلاق می‌شود که برای کاهش خسارات سیل در منطقه دشت سیلابی انجام می‌گیرد، معمولاً ملاحظات و اجتماعی، زیست محیطی و توانایی‌های فنی و تخصصی در انتخاب روش از روشهای مناسب برای مهار سیلاب موثر می‌باشد. این روشها در دو گروه عمده مطرح و اجراء می‌گردند. تجربیات جهانی نشان می‌دهد که ایمنی مطلق در برابر سیل غیر قابل حصول است. این امر ناشی از عدم قطعیت‌های معمول در مهندسی آب، تغییرات هیدروسیسمتها و محدودیتهای اقتصادی می‌باشد.
با افزایش جمعیت و بالا رفتن سطح زندگی، استفاده از روشهای مهار رودخانه‌ها بهمنظور جلوگیری از تخریب شهرها، زمینهای کشاورزی شبکه حمل و نقل و غیره امری اجتناب ناپذیر شده است. این کار به دلیل طبیعت غیر قابل پیش‌بینی رودخانه‌ها، ساده نیست زیرا رودخانه معمولاً رسوب زیادی را با خود حمل می‌کند. تأثیر متقابل شدت جریان آب، مقدار و خصوصیات رسوب موجود درترکیب با مواد بستر، خصوصیات هندسی خاصی به هر رودخانه می‌دهد(وهابی،1376).
2-2-10- مدیریت سیلاب
بسیاری از خسارات سیل قابل پیشگیری بوده و به برخورد نا آگاهانه و نامناسب فعالیت‌های عمرانی، فرهنگی و عدم پیوستگی در مدیریت سیل مرتبط می‌باشد. چه بسا اقداماتی انجام شده که با هدف کاهش خسارات، فقط سیل را از لحاظ زمانی و مکانی به منطقه دیگر منتقل می‌کند و یا عدم آگاهی و آموزش مردم در خصوص اقدامات لازم در هنگام بروز سیل کشته‌ها را چند برابر نموده است. در مدیریت بهم پیوسته سیل، توسعۀ منابع آبی و زمینی در یک حوضۀ آبریز در قالب برنامۀ مدیریت بهم پیوسته منابع آب برنامه‌ریزی می‌گردد. برای اجرایی نمودن مدیریت بهم پیوسته لازم است اجزای حوضۀ آبریز رودخانه‎ها را به عنوان سیستم‎هایی بهم پیوسته درنظر گرفت. در این راستا فعالیت‌های اجتماعی- اقتصادی، الگوهای کاربری اراضی، فرآیندهای هیدرومورفولوژیکی و غیره باید به عنوان اجزای سازندۀ این سیستم‎‌ها پذیرفته شوند و برای انواع مختلف اقدامات ممکن باید از یک طرح جامع و برنامه‌ای منسجم استفاده شود(بهروزی و همکار،1389).
پیشینه تحقیق
پژوهش‌های مختلفی در جهان و ایران در ارتباط با این موضوع صورت پذیرفته که می‌توان به مواردی چند اشاره نمود.
2-3-1-منابع داخلی
زارع(1371) در مطالعه ای که با استفاده از عکسهای هوایی شهر تهران و تحلیل توپوگرافی منطقه انجام داده، از جمله علل بروز سیلاب در محدوده شهری را از بین رفتن مسیل‌های طبیعی توسط توسعه ی شهری و هم چنین گسترش شهر در بستر صغیر رودخانه و نبود سیستم دفع فاضلاب مناسب می‌داند. خلیلی زاده(1382) در تحقیقی با نام ارزیابی خطر و مدیریت سیل در شهر گرگان با استفاده از نرم‌افزارهای Arc view -GIS اقدام به پهنه بندی خطر سیل در طول 5,10 کیلو متر از مسیر رودخانه زیارت کرد و علاوه بر ترسیم نقشه پهنه‌های خطر سیل،مقدار خسارت ناشی از سیل را نیز برآورد کرد. رضایی مقدم و همکاران (1382) در بررسی کمی پیچان رودهای رودخانه آجی چای در محدوده خواجه تا ونیار به این نتیجه رسیده اند که تغییرات مورفولوژیکی رودخانه آجی چای در بازه زمانی و مکانی مورد مطالعه بیشتر متاثر از عوامل طبیعی از قبیل کاهش قدرت جریان به علت کاهش میانگین سالانه دبی آب و رسوب و لیتولوژی سست می باشد. جهانفر(1385) در تحقیقی به منظور تحلیل منطقی خطر وقوع سیل و شناسایی عوامل موثر بر وقوع آن در حوضه اسلام آباد غرب به کمک مدل‌های کمی و سیستم اطلاعات جغرافیایی،نسبت به پهنه‌بندی خطر سیل اقدام نموده است.
ولیزاده (1386)در مطالعه‌ای تحت عنوان کاربرد GIS در پهنه‌بندی خطر سیلاب اقدام به پهنه‌بندی خطر سیل در حوضه لیقوان کرده و بیان نموده که نقشه‌های پهنه‌بندی خطر سیل،اطلاعات ارزشمندی را در رابطه با طبیعت سیلاب ها و آثار آن بر اراضی دشت سیلابی ارائه می دهند.در پهنه‌بندی سیل برای کنترل کاربری و توسعه اراضی، نواحی سیلابدشت به قسمت‌هایی با خطر پذیری‌های متفاوت تقسیم می شوند.
علوی‌نژاد(1383) درپژوهشی تحت عنوان آشکارسازی تغییرات ژئومورفولوژی و کاربری اراضی با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و زمین مرجع کردن این تصاویر با استفاده از نقشه‌های توپوگرافی خورموسی و همچنین اعمال روش تفریق باندهاو تجزیه و تحلیل مولفه اصلی بر روی باندهای تفریقی جهت تولید تصاویرPCD واعمال روش منطق فازی بر روی هیستوگرام حاصل از این تصاویر، تغییر کاربری اراضی در منطقه خورموسی را انجام داد.
با توجه به پیشینه داخلی و خارجی ارائه شده در جهت بررسی مناطق مستعد خطر سیلاب در دوره‌های زمانی متناوب و ارائه راهکارهای مناسب جهت کنترل سیلاب‌ها که مختصری از کاربرد سیستم سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی میباشد.
2-3-2- منابع خارجی
(توماس و بنسون،1968) با استفاده از 70 مدل، پارامتر جریان رودخانه ای و 31 مشخصه حوضه‌های آبخیز به بررسی مهمترین عامل فیزیکی و اقلیمی در مدلهای منطقه ای سیلاب پرداختند. آنها نتیجه گرفتند که سطح حوضه، شاخص‌های ذخیره، مقدار نزولات جوی و شدت تواتر آنها، تبخیر و تعرق و درجه حرارت مهمترین مشخصه‌های یک حوضه آبخیز هستند که می‌تواند در تدوین معادلات تناوب سیل حوضه نقش داشته باشند.
مطالعات و تحقیقاتی که در نشریه فنی 98(سال 1969) چاپ شد و با استفاده از داده‌های کشور ژاپن، انگلستان و ایالات متحده انجام پذیرفت به نتایج قابل توجهی رسید. در تحقیقات مورد بحث از داده‌های مربوط به حوضه‌هایی که میزان سطوح نفوذ ناپذیر آنها بین 7/6 درصد تا 50 درصد نوسان داشته استفاده گردیده و واکنش حوزه‌ها در برابر سیلابهایی با ادوار بازگشت 10 تا 200 سال مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج این مطالعات نشان داده که اولا هر چه دوره بازگشت سیلاب طولانی تر باشد، نسبت حداکثر آبدهی سیلاب از اراضی شهری به حداکثر آبدهی همان اراضی قبل از اجرای عملیات شهرسازی به عدد واحد نزدیکتر می شود، یعنی تفاوت دو وضعیت مذکور رو به کاهش می گذارد. ثانیا در کلیه ی موارد نمی توان درصد سطوح نفوذ ناپذیر حوزه های شهری را تنها شاخص واکنش حوزه محسوب کرد زیرا عوامل دیگری چون خصوصیات فیزیکی، موقعیت مکانی و شرایط توپوگرافی تاثیرگذار است.
هیالمارسون(1988) برای پهنه بندی خطر سیل در مناطق آریزونای غربی و شرقی با استفاده از خصوصیات هیدرولوژیکی و ژئومورفولوژیکی، به بررسی خطر های تهدید کننده عملیات مهندسی پرداختند.
جمیز و همکاران(1980) ضمن برشمردن نیازهای مدیریتی به ویژه در اقالیم خشک، اقدام به پهنه‌بندی خطر سیل در ایالت یوتای آمریکا کردند و بیان داشتند که به علت تغییرات مناطق سیل گیر از سیلی به سیل دیگر،باید توجه داشت که در مناطق نقشه بندی شده،خطرها خیلی زیاد یا خیلی کم نشان داده نشود. در مطالعه دیگری که در منطقه آلبرتای ایالات متحده آمریکا در سال 1993 صورت گرفت، بهره گیری از سیستم اطلاعات جغرافیایی به منظور بکارگیری در شبیه سازی سیل مورد ارزیابی قرار گرفت و به صورت آزمایشی در منطقه ای به وسعت 11000کیلومتر مربع و با به کارگیری GIS و روش WLC استاندارد رواناب حاصل از بارش منطقه محاسبه گردید.
لانگ و موهانتی(1997) با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی، در منطقه ماهانادی واقع در اوراسیای هندوستان، اقدام به پهنه‌بندی سیل کرده و مدیریت سیلاب‌ها براساس پهنه‌بندی را به منزله یک روش غیر سازه‌ای کنترل سیلاب معرفی و آن را بهینه کردند. کوریاو همکاران(1999) با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی و مدل‌های هیدرو لوژیکی و هیدرولیکی،در دشت‌های سیلابی که با توسعه شهری همراه است و در معرض خطر سیل قرار دارند، تأثیر کنترل کاربری اراضی در کاهش خطر سیل را ارزیابی و در ادامه اقدام به پهنه بندی و آنالیز سیل کردند. یانگ و تسای (2000) مدلی به نام FGISرا برای پهنه بندی خطر سیلاب، محاسبات خصوصیات سیل و نشان دادن خصوصیات سیل در کشور تایوان طراحی کردند.ایشان در این مدل علاوه بر شبیه سازی دشت سیلابی، از منحنی عمق خسارت نیز برای تعیین مقدار خسارت استفاده کردند. استفان (2002) در تحقیقات خود به بررسی سیل‌های به وقوع پیوسته در سال‌های 1996 و 1997 در حوزه‌ی آبخیز رودخانه سنگ زرد واقع در ایالت مونتانای آمریکا پرداخت.وی همچنین برای تعیین پهنه‌های سیل رخ داده در این 2 سال مشخصات 25 مقطع را در طول یک مسیر 18 کیلو متری برداشت و پهنه‌های سیل با دوره‌های بازگشت مختلف را تعیین کرد. در این تحقیق سعی بر آن است تا معیارها و ضوابط پهنه‌بندی سیلابها و تأثیر آن بر کاربریهای مختلف شهری بررسی و ارائه گردد.
فصل سوم:
ویژگی‌های جغرافیایی منطقه
3-1- مقدمه
خصوصیات فیزیوگرافی حوضه از جمله پارامترهایی است که در مطالعات مربوط به خصوصیات اقلیمی، ژئومورفولوژی وتعیین میزان سیلاب و فرسایش حوضه آبخیز نقش بسزایی دارد. ویژگی‌های فیزیوگرافیک حوضه روی ضریب روان آب، شدت و ضعف دبی سیلاب و بیلان آبی یک حوضه تأثیر فراوانی دارد. برای مثال جهت های شمالی و جنوبی از نظر زمان ذوب برف و میزان آب معادل متفاوت بوده و قسمتهای پرشیب تأثیر زیادی در افزایش میزان روان آب دارد. به منظور شناخت هر چه بیشتر خصوصیات هیدرولوژیکی، حوضه آبخیز را به چند واحد هیدرولوژیکی تقسیم‌بندی می‌کنند به طوری که یک واحد هیدرلوژیک خود یک یا چند آبراهه را شامل می‌شود (گزارشات رویان فرانگار سیستم،1387).
3-2- موقعیت محدوده مورد مطالعه
منطقه مورد مطالعه در مجاورت کوه عون بن علی انتخاب گردیده که با مساحتی حدود 50 کیلومترمربع در شمال شهر تبریز، که از نظر تقسیمات شهرداری کلانشهر تبریز مناطق 1، 5 و10را شامل می شود مختصات جغرافیایی منطقه در سیستم UTMزون 38N بین طول جغرافیایی 46 درجه و 16 دقیقه و 23 ثانیه تا 46 درجه 25 دقیقه و 25 ثانیه و عرض جغرافیایی 37 درجه و 1 دقیقه و 42 ثانیه تا 38 درجه 7 دقیقه و 13 ثانیه گسترده شد است.

شکل(3-1): نقشه موقعیت منطقه حوزه مهران رود شمالی
3-3- تقسیم بندی حوضه به واحد های هیدرولوژیک و بررسی خصوصیات فیزیوگرافی آنها
خصوصیات فیزیکی حوضه های آبریز را می توان به دو گروه کلی تقسیم بندی کرد که عبارتند از: خصوصیات مربوط به پستی و بلندی و خصوصیات مربوط به نفوذ پذیری. این دو ویژگی از عوامل موثر بر ایجاد رواناب و سیل می باشند. نمایه پستی و بلندی حوضه شامل سطح حوضه، شیب، الگوی رودخانه ای و نمایه نفوذ پذیری شامل توان جذب آب به داخل خاک و ذخیره رطوبت در آن می باشد(علیزاده،1382). با توجه به وضعیت توپوگرافی و شبکه آبراهه‌های موجود در منطقه کل حوضه به 8 زیرحوضه مستقل به نام‌های A1، A2، A3، A4، A5، A6، A7 و A8 تقسیم‌بندی شده است. شکلهای (3-2) واحدهای هیدورلوژیکی منطقه مورد مطالعه را نشان می‌دهد. همچنین جدول شماره (3-1) برخی ویژگیهای فیزیوگرافیک حوضه را نشان می‌دهد.
مساحت حوضه غالباً برای تخمین حجم رواناب یا حداکثر دبی لحظه ای سیلابها مورد استفاده قرار می گیرد که برحسب کیلومتر مربع یا میل مربع توصیف می شوند.
محیط حوضه به طول خط تقسیم آب گفته می شود که حوضه را از حوضه های مجاور مجزا می سازد. محیط حوضه بر حسب کیلو متر یا میل سنجیده می شود.
جدول شماره (3-1): مساحت و محیط هر یک از واحدهای هیدرولوژیکی محدوده مطالعاتی
محیط (km) مساحت (درصد)
مساحت
(km2) واحدهای هیدرولوژیک
84/12 616/8 3611/4 A1
16/12 788/9 9543/4 A2
81/12 601/8 3534/4 A3
99/11 673/8 3902/4 A4
07/17 045/7 5658/3 A5
945/6 299/4 1763/2 A6
21/25 367/43 950/21 A7
11/12 607/9 8628/4 A8
72/42 100 6142/50 کل حوضه

شکل(3-2): نقشه واحد های هیدرولوژیکی حوزه مهران رود شمالی
3-4- شناخت وضعیت توپوگرافی منطقه
بر اساس مطالعات فیزیوگرافی انجام شده منطقه مورد مطالعه دارای پستی و بلندی بسیار زیادی می‌باشد که در محدوده مطالعاتی حداکثر ارتفاع 1910 متر و حداقل ارتفاع 1365 می‌باشد.
3-4-1- هیستومتری حوضه
ارتفاع حوضه نسبت به سطح دریا نشان دهنده موقعیت اقلیمی آن حوضه است. در حوضه های مناطق مرتفع نه تنها بارندگی بیش از حوضه های پست است بلکه در قلل ارتفاعات غالباً نزولات جوی به صورت برف می باشد که هیدرولوژی آن متفاوت با رگبارهاست.
بر حسب تعریف، ارتفاع متوسط حوضه رقومی است که 50 درصد مساحت اراضی حوضه ارتفاعی بالاتر از آن و 50 درصد مساحت حوضه ارتفاعی پایین تر از آن داشته باشند.
ارتفاع متوسط یک حوضه درمیزان وقوع بارندگی، درجه حرارت وتغییرات آن، میزان تبخیر وتعرق، شدت تشعشعات خورشیدی و بطورکلی در آب و هوای منطقه و به تبع آن در تشکیل و توسعه خاک، نوع و تراکم پوشش گیاهی اثر دارد به همین دلیل در اختیار داشتن اطلاعاتی در خصوص ارتفاع متوسط، اختلاف ارتفاع، نحوه پراکنش سطح نسبت به ارتفاع می‌تواند درشناخت رژیم آبدهی حوضه کمک بسزایی بنماید.
به منظور تهیه طبقات ارتفاعی حوضه و خطوط منحنی میزان موجود در نقشه های 25000/1 رقومی منطقه مورد مطالعه و به محیط سیستم GIS انتقال داده شد پس از ورود داده ها به سیستم، مشخصات ارتفاعی در قالب جدول (3-2) استخراج گردید.
جدول(3-2): مشخصات ارتفاعی حوزه مهران رود شمالی
ارتفاع مینیمم (متر) 1365
ارتفاع ماکزیمم(متر) 1910
اختلاف ارتفاع(متر) 545

شکل(3-3): نقشه طبقات ارتفاعی حوضه مهران رود شمالی
3-5- شناخت وضعیت خاکشناسی و منابع اراضی
عمده‌ترین ساختار زمین شناسی محدوده مطالعاتی شامل مارن و سنگ ماسه می‌باشد که خاک محدوده از نظر مواد آواری و واریزه‌ای آنها حاصل گشته است.
مشخصات عمومی و برخی خصوصیات تیپ اصلی اراضی موجود در منطقه به شرح زیر می‌باشند:
الف) تیپ کوهها
این تیپ مرتفع ترین عرض سطحی تخریبی منطقه است که بر اثر حرکات کوهزایی در دورانهای مختلف زمین شناسی به وجود آمده‌اند.
ب) تیپ تپه‌ها
تیپ تپه‌ها معمولاً به سطوح ژئومورفیک قدیمی زمین اطلاق می‌شود که بر اثر فرسایش چنان تخریب شده اند که سطوح صاف درآنها رویت نمی‌شود ولی شدت پستی و بلندی و شیب در آنها کمتر از کوهها است.
ج) تیپ اراضی متفرقه
این تیپ شامل اراضی است که خصوصیات آنها با هیچ یک از واحدهای اصلی اراضی مطابقت ندارند و در محدوده مطالعاتی شامل دو واحد اراضی X1 (بستر رودخانه) و X2 (مناطق مسکونی) که جمعا 201 هکتار مساحت دارند.
3-6- وضعیت اقلیمی منطقه
3-6- 1- ریزشهای جوی
بارندگی‌های منطقه عمدتا معلول سیستم‌هایی است که از سمت غرب به منطقه نفوذ می‌نمایند و یا از جهت عمومی شمال ناحیه را تحت تاثیر قرار می‌دهند. پر بارش ترین بخش منطقه در حاشیه کوه دند واقع شده است. کم باران ترین بخش منطقه درکم فرازترین مناطق واقع در غرب محدوده مورد مطالعه می‌باشد. درمجموع نیمه شمالی منطقه محدوده سهم بیشتری از ریزشهای جوی را نسبت به نیمه جنوبی آن دریافت می‌کند و حاشیه رودخانه آجی چای به لحاظ امتداد غربی شرقی آن و نیز کم فراز بودن آن، منطقه کم باران تری محسوب می‌شود.
3-6- 2- دمای هوا
میانگین سالانه دمای روزانه یا نرمال سالانه دمای هوا مهم ترین شاخص اقلیمی در میان پارامترهای دمائی محسوب می‌شود برابر 5/12درجه سانتی گراد است. با توجه به اینکه ارزیابی اولیه مناطقی با نرمال سالانه دمای هوای بین 10تا 15 درجه سانتی گراد است. می‌توان این ارزیابی اولیه را برای منطقه مورد مطالعه با ارتفاع کمتر از 1600متر نیز پذیرفت.
میانگین سالانه متوسط حداقل دما در تبریز 9/6 درجه محاسبه شده و تغییرات در سطح منطقه .5 تا 9/6 درجه سانتی گرا د گزارش شده است.
میانگین سالیانه حداکثر دمای تبریز 18 درجه سانتی گراد است و تغییرات آن در سطح محدوده مورد مطالعه 2/11تا 5/18 محاسبه شده است.
3-6- 3- ورزش بادها
پارامتر باد در زمینه‌های متعددی هم چون آسایش انسان،کم کردن یا افزایش آلودگی هوا از طریق انتقال آلاینده‌ها بسیار موثر است و بطور مثال در زمینه رشد گیاهان نیز از طریق تعرق، فتوسنتز و سرعت تاثیر گذار است.
3-6-4- متوسط سرعت باد و حالت آرام هوا منطقه
مقدار سالانه سرعت باد در تبریز برابر با 3 متر بر ثانیه است و مقدار این پارامتر از حداکثر 7/4 متر بر ثانیه و در تیر ماه تا حداقل 9/1 متر بر ثانیه آبان و آذر تغییر نشان می‌دهد.
حالت آرام هوا مبین شرایط عدم ورزش باد می‌باشد در تبریز سالانه 26 درصد محاسبه شده که میتوان چنین شرایطی را اینگونه تعبیر کرد که دراین منطقه ورزش باد زیاد بوده و عواقب مثبت و منفی آن در یک شهر بادخیز می‌بایست مورد توجه قرار گیرد.
آرام ترین ماه سال آبان ماه است که درصد حالت آرام هوا به 4/38 درصد می‌رسد و متقابلا نا آرام ترین ماه سال تیر ماه است که درصد حالت آرام هوا 10 درصد بوده و به عبارت دیگر در حدود 90 درصد اوقات ورزش باد در این ماه از سال وجود خواهد داشت.
3-7- مطالعات فرهنگی، اجتماعی و گردشگری منطقه
در حال حاضر شهر تبریز از نظر فضای سبز و مکانهای لازم برای گذران اوقات فراغت در وضعیت نسبتاً فقیری به سر می‌برد و با توجه به جمعیت زیاد این شهر به عنوان یکی از 7 کلانشهر اصلی کشور، فضاهای موجود نمی‌توانند جوابگوی نیاز ساکنان شهر باشد.
در محدوده مورد نظر تفرجگاه عینالی با ویژگی‌های خاص خود توانسته تقاضای زیادی را برای خود ایجاد کند. این تقاضا به ویژه در طول روزهای آخر هفته به طور بارزی خود را نشان میدهد. وجود زیارت گاه در محدوده پارک (در قالب امامزاده و یادمان شهدا) پیوند اجتماعی و فرهنگی قویای را بین شهر تبریز و این مجموعه شکل داده که باعث جذب هر چه بیشتر ساکنان شهر اعم از گروه‌های مختلف سنی، جنسی و مذهبی گردیده است.

شکل(3-4): دور نمایی از پذیرش گردشگری تفرجگاه عینالی
3-8- پوشش گیاهی منطقه
برای بهره برداری از قابلیت‌ها و استعدادهای بالقوه منایع طیبعی تجدید شونده و برنامه‌ریزی لازم در حفاظت و بهربرداری از آن به اطلاعات مناسب و دقیقی در این خصوص نیاز است. در این راستا یکی از اجزاء محیط طبیعی، پوشش گیاهی است. برای این منظور، در این بررسی وضعیت پوشش گیاهی منطقه، با نگاه کلی در قالب پوشش طبیعی منطقه و پوشش گیاهی انسان ساخت از هم تفکیک میشود.

شکل(3-5): دور نمایی پوشش گیاهی منطقه
در معرفی پوشش گیاهی طبیعی منطقه شرایط اقلیمی منطقه، توپوگرافی، خاک و نحوه مدیریت به طور چشمگیری بر پوشش گیاهی تاثیر گذار بوده و گونه‌های متعددی رادر سطح منطقه پراکنده نموده است. صرف نظر از اراضی مزروعی موجود در منطقه، گونههای گیاهی در محدوده واحد کوهستان با تیپ کوهستانهای خاکدار و واحد اراضی تپهای با تیپ تپههای خاکدار در شیبهای مختلف و همچنین خاک با بافت سبک تا خیلی سنگین و عمق کم تا عمیق پراکنش یافتهاند. درمحدوده مورد مطالعه، گیاهان مرتعی از خانوادههای مختلف و با توجه به میزان سازگاری آن‌ها با شرایط منطقه از پراکندگی متفاوتی برخوردار میباشند. انواع گونههای متعلق به خانواده گندمیان، چتریان، کامپوزیته، پروانه آسا و ... در منطقه دیده میشود. بر اساس گیاهان جمعآوری شده در فصول مختلف، در مجموع 201 گونه گیاهی شناسایی گردیده است(رویان فرانگار،1387).

شکل(3-6): نمایی از تنوع پوشش درختی و درختچه‌ای در منطقه
3-9- پروژه‌های مهم عمرانی و زیر ساختی انجام یافته در منطقه
احداث و اصلاح راه‌های دسترسی حدود 51 کیلومتر
این راه ها جهت تردد کوهپیمایان، گردشگران و حمل نهال ها به قطعات جنگل کاری و حمل تجهیزات و وسایل برای اجرای پروژه های عمرانی احداث شده است.

شکل(3-7): نمایی از راه های دسترسی آسفالته در محدوده

شکل(3-8): نمایی از ایمن سازی راه های دسترسی در محدوده
آبرسانی و ایجاد شبکه توزیع آب خام
طرح انتقال آب به محدوده تفرجگاه عینالی:
آب مورد نیاز برای آبیاری محدوده جنگلکاری شده و فضای سبز محدوده از طریق پمپاژ آب از چاه های واقع در داخل مهرانه رود به استخرها و منبع های احداث شده در ارتفاعات عینالی صورت می‌گیرد.

شکل(3-9): نمایی از لوله گذاری جهت انتقال آب در محدوده

شکل(3-10): نمایی از منبع آب احداث شده در محدوده
نیرو رسانی و روشنایی
طرح نیرو رسانی و انتقال برق به محدوده تاکنون 1004 کیلو وات برق جهت پمپاژ و برق رسانی به تاسیسات و تامین روشنایی طول مسیر جاده اصلی، ساختمان ها و محوطه یادمان موجود در محدوده خریداری و راه اندازی شده است.

شکل(3-11): نمایی از روشنایی محوطه یادمان شهدا و بقعه
گابیونبندی
با ایجاد گابیون‌ها در داخل دره‌های منتهی به شهر علاوه بر جمع شدن آب در پشت این گابیونها و استفاده در آبیاری، یکی از مشکلات حاشیه شهر نیز رفع گردیده که در بارندگی‌های شدید در اثر گسیل از این دره‌ها به مناطق مسکونی باعث مشکلات عدیده‌ای شده و خسارت به بار می‌آورد (نشریه سازمان عون بن علی1393).

شکل(3-12): نمایی از گابیونبندی در داخل دره های منتهی به شهر

شکل(3-13): نمایی از گابیونبندی در داخل محدوده مطالعاتی
فصل چهارم:
مواد و روش
4-1-مقدمه
آگاهی به خصوصیات فیزیکی یک حوزه با داشتن اطلاعاتی از شرایط آب و هوایی منطقه میتوان تصویر نسبتاً دقیقی از کار کرد کیفی و کمی سسیستم هیدرولوژیک آن حوضه به دست آورد. خصوصیات فیزیوگرافی حوزه‌ها نه تنها به طور مستقیم به رژیم هیدرولوژیک آنها و از جمله میزان تولید آبی سالانه، حجم سیلابها، شدت فرسایش خاک و میزان رسوب تولیدی اثر می‌گذارد، بلکه به طورغیر مستقیم و نیز با اثر آب و هوا و وضعیت اکولوژی و پوشش گیاهی به میزان زیادی رژیم آبی حوزه ابخیز را تحت تاثیر خود قرار می‌دهد. پاره‌ای از خصوصیات فیزیوگرافی از جمله ارتفاع، جهت شیب می‌توانند بسیاری از عوامل آب و هوایی نظیر درجه حرارت و تغییرات آن، نوع و میزان ریزش جوی سالانه و میزان تبخیر و تعرق را تشدید و یا تعدیل کنند و به طور کلی موجب پیدایش انواع مختلف آب و هوایی موضعی میکرو کلیما و یا حتی منطقه‌ای شوند از این رو لازم است که در مطالعات آبخیزداری یک حوضه قبل از هر چیز خصوصیات فیزیوگرافی آن مطالعه قرار گیرد.از مهم‌ترین خصوصیات فیزیکی یک حوضه می‌توان مساحت، محیط، طول آبراهه اصلی و شیب آن، شکل حوضه، ارتفاع متوسط و شیب حوضه را نام بردبه منظور بررسی خصوصیات فیزیکی حوضه به عنوان اطلاعات پایه برای سایر مطالعات حوضه انجام پذیر است(گزارشات رویان فرانگار سیستم،1387).
4-2- روش تحقیق
روش پژوهش مورد استفاده از نوع تحلیلی- توصیفی بوده و برای انجام تحقیق حاضر و مطالعه سیلاب حوضه مورد مطالعه و اثبات فرضیات از روشهای زیر استفاده شده است:
4-1-1- مطالعات کتابخانه‌ای
به منظور تهیه پیشینه تحقیق کلیات حوضه،روش ارزش‌گذاری لایه‌ها با استفاده از مدل‌های مختلف جمع‌آوری داده‌های هیدرولوژی و آب سنجی از ایستگاه‌های منطقه و دوره بازگشت سیلاب، همچنین اهمیت پهنه‌بندی خطر سیلاب و عوامل موثر بر آنصورت پذیرفته است. تحقیقات کتابخانه‌ای مشتمل است بر مطالعه مقالات و کتب مختلف مشتمل است بر مطالعه و مقلات و کتب مختلف در ارتباط با پهنه بندی خطر سیل و مکان‌یابی با روش‌های مختلف،مطالعه و بررسی طرح جامع و تفصیلی محدوده مورد مطالعه،گزارشات آب و منطقه‌ای گزارشات ستاد بحران، محیط زیست شهرستان تبریز و گزارشات مربوط به استانداری آذربایجان شرقی، بررسی آمارهای دبی و رواناب‌ها،مطالعه نقشههای زمین شناسی، هیدرولوژی و نمودار مربوطه بوده است.
4-2-2- بازدید میدانی
در طی بازدید میدانی شناسایی خاک منطقه، شناسایی آبراهههای موجود، پوشش گیاهی منطقه، شناسایی جادههای دسترسی و فعالیت‌های عمرانی انجام یافته جهت کنترل سیلاب توسطه شهرداری و سازمان عون بن علی مورد بازدید قرار گرفتند.
4-2-3- عملیات ستادی
در طی عملیات ستادی مجموع مطالعات کتابخانه‌ای و میدانی گرد آوری شده که عبارتند از: اقلیم، هیدرولوژی، توپوگرافی و پوشش گیاهی منطقه. در مرحله اول با استفاده از نقشه 100000/1زمین شناسی محدوده از نظر خاک شناسی، سنگ شناسی و منابع اراضی مطالعه شد و در بررسی هیدرولوژی محدوده نسبت انشعاب، تراکم و نواحی فرسایشی و تراکمی مطالعه گردید، در مطالعه پوشش گیاهی تنوع پوشش درختی، درختچه‌ای، جنگل‌کاری و فضای سبز از نظر وسعت و تراکم پوشش مورد مطالعه قرار گرفت و در بررسی توپوگرافیمنطقه با استفاده نقشه توپوگرافی25000/1 ارتفاع شیب و جهت شیب تهیه گردید و در بررسی وضعیت اقلیمی، منطقه از نظر ریزشهای جوی، دمای هوا، ورزش باد، رطوبت هوا و همچنین از نظر فرهنگی و اجتماعی مورد بحث و مطالعه قرار گرفت همچنین مطالعاتی در مورد پهنه‌بندی و مکان‌یابی خطر سیل صورت گرفته است که نتیجه این مطالعات را میتوان بدین صورت بیان کرد:در مکان‌یابی خطر سیل عوامل زیادی باید در نظر گرفته شود که هر کدام با درجه اهمیت متفاوت تأثیر گذارند. اما با توجه به محدودیتهایی که مدل‌ها دارند، استفاده از لایه‌های اطلاعاتی زیاد باعث پیچیدگی مدل و افزایش هزینه ارائه آن می‌شود بنابراین با توجه به این محدودیت‌ها نمی‌توان از کلیه لایه‌های اطلاعاتی استفاده کرد و به ناچار تعدادی از لایه‌های که به نظر اهمیت کمتری دارند حذف خواهد شد. در مکان‌یابی باید به چند نکته توجه داشت. اول این که مشکل افزایش حجم رواناب‌ها می‌تواند در آینده عمده‌ترین تهدید برای زندگی و فعالیت ساکنین حوضه باشد و روند زندگی را در منطقه خصوصاً در پایین دست حوضه به خطر اندازد. دوم اینکه در صورت بهره‌برداری صحیح از روانابهای سطحی و مهار آنها هم خطر وقوع سیل کاهش یافته و هم منبع قابل اعتمادی برای تأمین آب مورد نیاز فعالیتهای جنگل‌کاری، فضای سبز و دیگر مصارف در منطقه تدارک دیده می‌شود. از این رو در تحقیق ابتدا شاخصهای مورد ارزیابی در مکان‌یابی محل‌های مستعد سیل با توجه به اهمیت هر یک در منطقه، مطالعه و انتخاب شده و سپس مناطق بحرانی از نظر خطر سیل در نقشه‌های پهنه‌بندی مشخص گردیده است این کار پس از تهیه لایه‌های اطلاعاتی مورد نیاز و با استفاده از مدل AHP صورت گرفته است(سلطانی، 1380).
4-2-4- جمع آوری اطلاعات آماری
دراین مرحله آمار حداقل، حداکثر، میانگین میزان بارش سالانه، تعداد روزهای بارانی و برفی و مقدار بارندگی در روزهای بارش تهیه شده است. برای بازسازی آمار بادقت بالا آمار ایستگاه‌های مجاور هم دریافت شد تا با استفاده از روش‌های آماری همبستگی‌های خطی و غیر خطی بالاترین همبستگی بین ایستگاه‌ها شناسایی شود وسرانجام با بالاترین سطح اعتماد اقدام به بازسازی آمار مربوطه به حوضه شده است.
4-3- مواد و روش‌ها
با استفاده از نرم‌افزارهای مختلف Arc-GISنقشههای منطقه مورد مطالعه به شرح ذیل تهیه و ترسیم گردید.
الف) مرز حوضه
ابتدا مرز حوضه بر روی نقشه‌های 25000/1 با استفاده از نرم‌افزار Arc GISترسیم شده و محدوده منطقه مطالعاتی مشخص گردید.
ب) نقشه شبکه آبراهه
برای تهیه نقشه شبکه آبراهه با استفاده از مدل هیدرولوژی درمحیط GIS، نقشه شبکه آبراهه حوضه با دقت بالا بازسازی و ترسیم شده است.


پ) نقشه شیب
با استفاده از نقشه توپوگرافی با مقیاس 25000/1 و رقومی شده منحنی‌های میزان 10متر اقدام به تهیه نقشه شیب حوضه در فرمت رستری از طریق تبدیل فرمShape به رستر (درون‌یابی) و نیز استفاده در نقشه مدل ارتفاعی زمینDEM شد.
ث) نقشه کاربری اراضی
نقشه کاربری با استفاده از تصویر طبقه بندی شده سنجنده TMو رویهم گذاری نقشه پوشش گیاهی و توپوگرافی و نیز و بروز نمودن آن با اطلاعات موجود در اداره کل منابع طبیعی و تحقیقات میدانی تهیه گردید.
درادامه این پژوهش برای پهنه بندی خطر سیلاب از 7 متغیر که شامل: لایه‌های کاربری اراضی، شیب، بافت خاک، ضریب CN، ضریب C، همچنین به منظور ارزیابی خسارت،تراکم ساختمانی،تراکم جمعیتی مطالعاتی استفاده کردیم.از نقشه شهر تبریز با دقت2000/1 جهت تهیه نقشه‌های کاربری اراضی و مسیل‌های محدوده مطالعاتی بهره گرفته شد و هر یک از کاربری‌های شهر بر روی نقشه در محیط GIS مشخص گردید برای تهیه نقشه CN از نقشه‌های کاربری اراضی و بافت خاک منطقه و نقشه ضریب رواناب بر اساس شیب، کاربری اراضی و بافتخاک استفاده گردید. نقشه تراکم جمعیت و تراکم مسکونی محدوده مطالعاتی براساس سر شماری عمومی نفوس و مسکن سال 1388 برای هر منطقه شهری به تفکیک حوضه آماری و نقشه آن در محیط GIS تهیه شد(معاونت شهرسازی و معماری شهرداری کلانشهر تبریز،1390).
4-4- روش کار
بعد از تعیین فاکتورها از نقشه‌های رقومی موجود،اسناد مکتوب، آمار نامه‌ها و گزارشهای مختلف برای تهیه نقشه‌ها و اطلاعات مورد نیاز استفاده شد.که پس از ویرایش و تعریف روابط توپولوژیک وارد نرم افزار Arc GIS شدند. همچنین برای ریزپهنه بندی محدوده خطر از مدلهای پیشرفتهای ترکیب خطی وزین WLC که رایچ ترین تکنیک در تحلیل ارزیابی چند معیاری است.
اجرای روش ترکیب خطی وزین WLC در محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی شامل مراحل زیر است.
تعریف و تعیین مجموعه معیارهای ارزیابی متغیرها
استاندارد کردن و تبدیل مقیاس ارزشها و مقادیر لایه‌های نقشه‌ای(معیارهای ارزیابی) یعنی مقیاس ارزشها و مقادیر لایه‌های نقشه‌ای باهم هم خوان و قابل مقایسه گردد.
تعیین وزنهای معیار یعنی وزن و اهمیت نسبی هر معیار لایه نقشه‌ای مشخص شود.
ساخت و تولید لایه‌های نقشه ای وزن‌دار استاندارد شده یعنی ضرب کردن لایه‌های نقشه‌ای استاندارد در وزن‌های مربوطه.
تولید نقشه نهایی و تعیین امتیاز کلی هر معیار یا لایه با استفاده از عملیات همپوشانی و تابع اجتماع بر روی لایه‌های نقشه ای وزن استاندارد شده .
طبقه بندی یا رتبه بندی لایه‌ها بر مبنای ارزش کلی،مثلاً لایه‌هایی با مقدار عددی بیشتر لایه‌های مناسب‌تر و بهتر خواهند بود(براف،1990).
برای استانداردسازی مقادیر و یکسان‌سازی مقیاس‌ها در لایه‌های نقشه‌ای از روش فازی و برای وزن‌دهی به معیارها از روش وزن دهی فرایند سلسله مراتبیAHP استفاده شده است.مقیاس مقایسه در دامنه 1 تا 9 قرار داده شود به طوری که ارزش1 نشان دهنده اهمیت برابردو فاکتورو عدد9نشان دهنده اهمیت بسیارمهم یک فاکتوردرمقابل فاکتور دیگر می‌باشد(مالچفسکی،1385).
جدول شماره (4-1):اعداد مقایسه دو به دو فاکتورها
تعریف شدت اهمیت
اهمیت برابر 1
اهمیت برابر تا اهمیت متوسط 2
اهمیت متوسط 3
اهمیت متوسط تا اهمیت قوی 4
اهمیت قوی 5
از اهمیت قوی تا اهمیت خیلی قوی 6
اهمیت خیلی قوی 7
از اهمیت خیلی قوی تا اهمیت فوق العاده قوی 8
اهمیت فوق العاده قوی 9
جمع کل وزن ها برای تحلیل نهایی باید برابر یک باشد. البته برای تعیین ارزش ها، فاکتورها باید به خوبی بررسی شود و تعیین آنها اختیاری نیستند. اگر چنانچه به صورت اختیاری ارزش برتری برای فاکتور تعیین گردد ناسازگاری (CR) در تحلیل به وجود خواهد آمد.
مراحل انجام کار در این تحقیق در شکل زیر نمایش داده شده است.

شکل(4-1): فلو چارت و مراحل انجام
4-5- شیب حوضه
شیب حوضه یکی از فاکتورهای بسیار مهم درواکنش هیدرولوژیکی وهمچنین زمان تمرکز حوضه می باشد هر چه شیب عمومی افزایش یابد زمان تمرکز کوتاه تر می شود زیرا آب در شیب های تند تر سریع‌تر حرکت می‌کند وزودتر به خروجی حوضه می‌رسد. بنابراین درمساحت‌های مشابه وخصوصیات سطحی همگن وشبیه به هم، حوضه‌های باشیب بیشتر، از مقدار رواناب بیشتری نسبت به حوضه‌های باشیب کمتر برخوردار هستند. از طرفی عامل شیب را می‌توان یکی از فاکتورهای بسیار مهم درمیزان فرسایش ومقدار رسوب‌دهی حوضه دانست. هر چند فاکتورهای دیگر نظیر شکل حوضه، پوشش گیاهی وکاربری اراضی وغیره هر کدام به نحوی دروقوع جریانات سطحی وفرسایش تأثیر می‌گذارند ولی عامل شیب وتوپوگرافی حوضه شدت تمامی عوامل تخریب را سرعت می‌بخشد (نجمایی1369). نقشه شیب حوضه مورد مطالعه تهیه و در 6 کلاس شیب طبقه بندی شد.

شکل (4-2):نقشه طبقات شیب حوضه مهران رود شمالی
4-6- جهت شیب حوضه
عامل جهت شیب از نظر تاثیر آن بر بعضی فرآیندهای هیدرولوژیک مانند ذوب برفها، حرکات دامنه‌ای، تنوع پوشش گیاهی در حوضه های آبریز حائز اهمیت است.
شکل(4-3):نقشه طبقات شیب حوضه مهران رود شمالی
4-7- شبکه هیدروگرافی حوضه
چگونگی قرار گرفتن آبراهه‌ها و یا شبکه زهکشی یک حوضه را نسبت به یکدیگر فرم زهکشی می‌نامند. که تابع خصوصیات مورفولوژیکی وژئولوژیکی آن می‌باشد. فرم آبراهه وتراکم زهکشی ناشی از خصوصیات زمین شناسی، پوشش گیاهی، خاک، ناهمواریها وشرایط اقلیمی تبعیت می‌کند.
4-8- نسبت تراکم شبکه زهکشی
این عامل از تقسیم طول کل شبکه هیدروگرافی شامل رودخانه‌ها وشاخه‌های فرعی آنها وآبراهه‌های کوچک وبزرگ به مساحت حوضه به دست می‌آید تراکم آبراهه با استفاده از فرمول زیر محاسبه می‌شود:
(1-4)در این رابطه:
Dd = تراکم زهکشی بر حسب‌کیلومتر در کیلومترمربع
L∑ = مجموع طول آبراهه‌های اصلی و فرعی بر حسب‌کیلومتر
A = مساحت زیرحوضه بر حسب ‌کیلومترمربع
4-9- تعیین ضریب انشعاب حوضه
ضریب انشعاب یا ضریب دو شاخه شدن تناسب و تکامل شبکه زهکش را نشان می‌دهد. برای مشخص کردن تأثیر انشعابات شبکه رودخانه بر هیدروگراف سیل از نسبت انشعاب استفاده می‌شود. این ضریب عبارت است از نسبت تعداد آبراهه در یک رده مشخص به تعداد آن در رتبه بزرگتر بعدی. با استفاده از فرمول زیر ضریب انشعاب حوضه مورد مطالعه محاسبه و نتایج حاصله در جدول (5-3) ارائه گردیده است.
(2-4)در این رابطه:
Rb = نسبت انشعاب
u = درجه یا رده آبراهه
Nu = تعداد آبراهه در درجه u
= تعداد آبراهه در رده بالاتر (u+1)
Ui =بزرگترین رده آبراهه در حوضه
طبق نقشه شکل (4-4) و همچنین جدول همچنین جدول (4-3)، زیر حوضه 7A که در شرقی‌ترین و محدوده ما قرار گرفته دارای آبراهه‌هایی با رده‌های 1 تا 8 با فراوانی 27615 می‌باشد که مجموع طول رودها به حدود 1238 کیلومتر می‌رسد، زیر حوضه 6A با 7رده، بافراوانی 1915طول آبراهه‌ای حدود 108 کیلومتر و زیر حوضه4A با 7 رده دارای طول آبراهه‌های حدود 201 کیلومتر است در زیرحوضه 3A با7رده و به طول حدود 208 کیلومتر و زیر حوضه5A با 7رده، بافراوانی 3366 طول آبراهه‌ای حدود 246 کیلومترو زیر حوضه2A با 5 رده بافراوانی 4305 طول آبراهه‌ای حدود 350 کیلومتر و زیر حوضه8A با 7رده بافراوانی 4956 طول آبراهه‌ای حدود 330 کیلومتر و زیر حوضه1A با 7رده با فراوانی 6790 طول آبراهه‌ای حدود 248 کیلومتر می‌باشد.
بیشترین طول آبراهه‌هادر زیر حوضه 7Aبا 1238 کیلومتر می‌باشد و فقط زیر حوضه 2A هر 5رده را با فراوانی 4305 دارا می‌باشد. همچنین تراکم رودها طبق جدول(4-3)در زیر حوضه 2Aبا 70/76 بیشترین و در 4A با 45/97 به کمترین میزان می‌باشد.
جدول (4-2): نسبت انشعاب وتراکم شبکه حوضه به تفکیک واحدهای کاری
زیرحوضه مجموع طول آبراهه (km) تعداد رده
)تعداد آبراهه( ضریب انشعاب تراکم آبراهه (km/km2)
A1 97/248 6790 260/8 10/57
A2 28/350 4305 074/2 76/70
A3 75/208 3224 676/2 98/47
A4 82/201 3758 449/2 97/45
A5 62/246 3366 648/4 27/69
A6 78/108 1915 918/4 13/50
A7 95/1238 27615 434/3 44/56
A8 73/330 4956 967/1 05/68
کل حوضه 9/2934 55929 99/57
(4-3): جدول مشخصات رده بندی آبراهه‌های حوضه مهران رود شمالی
رده A1 A2 A3 A4
فراوانی طول
(کیلومتر) فراوانی طول
(کیلومتر) فراوانی طول
(کیلومتر) فراوانی طول
(کیلومتر)
1 3116 23/154 2251 12/191 1699 23/126 2010 92/122
2 1358 08/57 1047 95/89 778 97/49 876 06/45
3 608 44/20 601 52/45 333 19/17 476 87/19
4 333 12/8 282 63/17 197 93/6 194 22/8
5 169 49/4 124 06/6 162 7/5 124 79/2
6 202 52/4 0 0 46 04/2 20 25/1
7 5 09/0 0 0 0 0 0 0
8 0 0 0 0 9 69/0 58 71/1
مجموع 6790 97/248 4305 28/350 3224 75/208 3758 82/201
رده A5 A6 A7 A8
فراوانی طول
(کیلومتر) فراوانی طول
(کیلومتر) فراوانی طول
(کیلومتر) فراوانی طول
(کیلومتر)
1 1747 76/136 1012 48/69 14849 05/794 2578 51/175
2 873 02/68 482 77/24 6493 54/267 1253 96/92
3 428 29/25 225 87/7 2989 65/92 616 38/41
4 195 83/8 109 39/4 1588 75/44 284 92/12
5 54 73/2 41 88/0 801 11/24 90 23/3
6 3 64/0 2 02/0 536 69/9 50 39/3
7 0 0 0 0 38 78/0 85 34/1
8 66 35/3 44 37/1 321 38/5 0 0
مجموع 3366 62/246 1915 78/108 27615 95/1238 4956 73/330

شکل (4-4): نقشه رده بندی رودها درحوضه مهران رود شمالی
شکل حوضه عبارت است از شکلی که از تصویر یک آبخیز بر روی یک صفحه افقی فرضی حاصل می‌شود. شکل حوضه به علت تأثیر در خصوصیات هیدرولوژیک آن مورد مطالعه و بررسی قرار می‌گیرد. به این ترتیب که شکل حوضه با تأثیر بر زمان تمرکز هدایت جریانهای سطحی توسط شاخه‌های فرعی به آبراهه و یا رودخانه اصلی در شکل هیدروگراف و شدت دبی آن موثر است. در شرایط مساوی از نظر سایر عوامل هیدرولوژیک، معمولاً حوضه‌های قیفی شکل و گرد در هر بارندگی به دلیل کم بودن زمان تمرکز، دبی‌های با شدت بیشتری در مقایسه با حوضه‌های کشیده و طویل ایجاد می‌کند، به عبارت دیگر دبی اوج بیشتری پیدا می‌کند. برای مقایسه میزان تأثیر شکل حوضه‌های مختلف بر دبی اوج از ضرایب شکل حوضه استفاده می‌شود (علیزاده 1382).
4-9-1- ضریب گراویلیوس
ضریب فشردگی که به نام ضریب گراویلیوس نیز نامیده می‌شود عبارت است از نسبت محیط حوضه (P) به محیط دایره فرضی (P’)که مساحت آن برابر مساحت حوضه باشد. اگر حوضه دایره‌ای کامل باشد ضریب برابر یک است در غیر اینصورت بزرگتر از یک خواهد بود که نشان دهنده انحراف شکل آن از دایره است و معمولاً بین 5/1 تا 5/2 است.
lefttop (4-3)
که در آن:
C = ضریب گراویلیوس
P = محیط حوضه بر حسب کیلومتر
A = مساحت حوضه بر حسب کیلومتر مربع
4-9-2-ضریب میلر
در این روش شکل آبخیز از طریق فرمول زیر تشریح شده است:
(4-4)RC = AAcکه در آن:
RC = نسبت گردی
A = مساحت حوضه بر حسب(Km2)
Ac = مساحت دایره‌ای که پیرامون آن برابر پیرامون حوضه آبخیز است.
از آنجائی که پارامترA مساحت دایره هم محیط با حوضه آبخیز است. رابطه فوق را می‌توان چنین نوشت:
(4-5) QUOTE 4πAP2=12.56AP2
که در آن P محیط آبخیز بر حسب کیلومتر است و بر اساس رابطه فوق، هر چقدر RC به یک نزدیک‌تر باشد شکل آبخیز به دایره نزدیک‌تر خواهد بود.
4-9-3- روش مستطیل معادل
مستطیل معادل عبارت است از مستطیلی که پیرامون و مساحت آن معادل پیرامون و مساحت حوضه مورد مطالعه باشد. در واقع ضریب مربوط به این روش تابع طول و عرض مستطیل معادل است که به شرح زیر محاسبه می‌شود:
(4-6) طول مستطیل
(4-7) عرض مستطیل
که در آن A مساحت به کیلومتر مربع و C ضریب گراویلیوس می‌باشد.شرط لازم برای برقراری چنین روابطی آن است که مقدار ضریب گراویلیوس برابر یا بزرگتر از 128/1 باشد(علیزاده 1382).
نتایج محاسبات ضرایب شکل و مستطیل معادل برای زیر حوضه‌ها و کل حوضه مهران رودشمالی در جدول(4-4)ارائه شده است.
جدول (4-4): ضرایب شکل و مستطیل معادل به تفکیک هر یک از واحدهای کاری حوضه
عرض مستطیل معادل(km) طول مستطیل معادل(km) ضریب میلر ضریب فشردگی محیط (km) مساحت
(km2) واحدهای هیدرولوژیک
77/0 644/5 332/0 72/1 84/12 361/4 A1
97/0 105/5 420/0 53/1 16/12 954/4 A2
772/0 629/5 333/0 72/1 81/12 353/4 A3
87/0 139/5 383/0 60/1 99/11 390/4 A4
44/0 087/8 153/0 53/2 07/17 566/3 A5
82/0 640/2 565/0 32/1 945/6 176/2 A6
10/2 511/10 433/0 50/1 21/25 950/21 A7
95/0 097/5 416/0 54/1 11/12 863/4 A8
72/2 624/18 348/0 68/1 72/42 614/50 کل حوضه
4-10- خاک شناسی
تمام اراضی موجود در یک منطقه، منابع اراضی آن منطقه نامیده می‌شود. کلیه منابع اراضی موجود استان آذربایجان شرقی تا حد تعیین واحدهای اراضی توسط مؤسسه تحقیقات خاک و آب کشور مورد مطالعه قرار گرفته و در نقشه ارزیابی منابع و قابلیت اراضی استان‌های آذربایجان شرقی آورده شده است. با انطباق و روی هم‌گذاری نقشه های ارزیابی منابع و قابلیت اراضی استان‌های آذربایجان شرقی با مرز محدوده مطالعاتی حاضر در محیط GIS دو تیپ اراضی شامل اینسپتی سول و مناطق شهری شناسایی گردید(جهاد کشاورزی ، 1389).

شکل (4-5): نقشه خاک درحوضه مهران رود شمالی
4-11-کاربری اراضی
با توجه به نقشه کاربری اراضی که درشکل(4-6) مشاهده می‌کنیم جنوب حوضه را مناطق شهری بیشتر با کاربری مسکونی و شمال حوضه را بیشتر مناطق طبیعی کهبه صورت جنگل کاری و فضای سبز می‌باشد پوشیده شده است.
جدول (4-5): نوع و درصد کاربری ازاضی درحوضه مهران رود شمالی
نوع کاربری مساحت (km2) درصد پوشش
مسکونی 6/21 2/43
تجاری 1/2 2/4
آموزشی 62/0 24/1
خدماتی 13/1 26/2
فضای سبز 32/2 64/4
اداری 21/0 42/0
فرهنگی 13/0 26/0
اراضی بایر و متروکه 13/22 26/44
مجموع 24/50 48/100
شکل (4-6): نقشه کاربری اراضی حوضه مهران رود شمالی
4-12- تراکم جمعیتی
براساس جدول شماره (4-6)، 7/3 درصد از محدوده دارای تراکم جمعیت بسیار زیاد و 06/26 درصد دارای مناطق بسیار کم است.بیشترین مساحت با 73/34 درصد دارای تراکم جمعیت کم و 4/12 درصد فاقد جمعیت می‌باشد.
جدول (4-6): تراکم جمعیت درحوضه مهران رود شمالی
درصد مساحت(مترمربع) تراکم جمعیت
7/3% 1847960 بسیار زیاد
1/7 % 3552040 زیاد
20/16% 8104970 متوسط
73/34 % 17368000 کم
06/ 26 % 13030000 خیلی کم
40/12 % 6704740 بدون جمعیت

شکل (4-7):نقشه تراکم جمعیت حوضه مهران رود شمالی
4-13- تراکم ساختمانی
براساس شکل (4-8) تراکم ساختمان در شمال غربی منطقه مورد مطالعه بسیار زیاد و در جنوب شرقی دارای تراکم خیلی کم است. مناطق دارای تراکم ساختمانی متوسط و کم در اطراف مناطق با تراکم خیلی زیاد شکل گرفته اند. شمال محدوده به دلیل مناطق طبیعی بودن خالی از سکنه می‌باشد.

شکل (4-8):نقشه تراکم ساختمانی درحوضه مهران رود شمالی
4-14- ضریبCN
بحث رواناب و رابطه بارندگی – رواناب از مهم ترین و در واقع اساسی ترین موضوع در هیدرولوژی آبهای سطحی است. هرگاه شدت بارندگی از ظرفیت نفوذ آب به داخل خاک بیشتر باشد بخشی از آب حاصله از بارندگی در سطح حوضه باقی می ماند. این آب پس از پر کردن گودی های سطح زمین که به آن چالاب گفته می شود در امتداد شیب زمین جریان پیدا کرده و از طریق شبکه آبراهه ها از حوضه خارج می گردد. معمولاً بارندگیها در مناطق خشک و نیمه خشک سیل آسا بوده و پوشش پراکنده گیاهی از نظر حفاظت خاک نقش زیادی ایفا نمی‌کنند، به طوریکه سرعت نفوذ آب به سرعت تقلیل یافته و میزان رواناب افزایش پیدا می‌کند. در این تحقیق جهت برآورد رواناب حاصله از بارندگی را با استفاده از لایه های بافت خاک و کاربری اراضی و ارتفاع رواناب به روش (SCS) بصورت زیر محاسبه کردیم:
(4-8) R=(P-0.2S)2(P+0.8S)
که در آن:
: R ارتفاع رواناب
: P ارتفاع بارندگی
S : عامل مربوط به نگهداشت آب در سطح زمین است که مقدار آن برابر است با:
(4-9) S=100CN-10
در این معادله CN شماره منحنی مربوط به مقدار نفوذ آب در حوضه میباشد. با داشتن مقادیر بارندگی(P) وشماره منحنی حوضه(CN) میتوان از روی معادلات فوق ارتفاع رواناب بدست آورد.
با توجه به شکل (4-9) منطقه ای که عدد CN بزرگتر می باشد ارتفاع رواناب در آن منطقه بیشتر و نهایتأجریان سیلاب نیز در آن منطقه در حد بالایی می باشد.

شکل(4-9): نقشه (CN) درحوضه مهران رود شمالی
4-15- ضریب رواناب
ضریب رواناب حوضه در عمل بعنوان درصدی از بارندگی که به رواناب تبدیل می شود مشخص و ارتفاع رواناب با فرمول ساده زیر تخمین زده می شود.
(4-10)R= C . P
که در آن:
C : ضریب رواناب
P : مقدار ارتفاع بارندگی
R : مقدار ارتفاع رواناب
ضریب رواناب بستگی به خصوصیات فیزیکی حوضه داشته و برآورد رواناب سالانه در حوضه های آبریز از عملیاتی است که باید توسط هیدرولوژیست ها انجام می شود(علیزاده،1382).

شکل(4-10) نقشه ضریب Cدرحوضه مهران رود شمالی
فصل پنجم:
نتایج و یافته‌ها
5-1 -پهنه بندی
پهنه بندی نهایی پتانسیل خطر وقوع سیلاب در حوضه مورد مطالعه با توجه به ارتباطات درونی و بر اساس دخالت وزن ها یا ارزش های نهایی هر یک از متغییرهای و محاسبات انجام یافته براساس وزن معیارها، ضریب همبستگی برابر0492/0شد.
جدول(5-1)مقایسه معیارهاو وزن معیارها
شیب کاربری خاک ضریبCN ضریبC تراکم ساختمانی تراکم جمعیت وزن معیارها
شیب 1 2 3 5 6 7 8 0/3688
کاربری 1 2 3 4 6 7 0/2345
خاک 1 2 3 5 6 0/1566
ضریبCN 1 3 4 5 0/1106
ضریبC 1 3 4 0/0663
تراکم ساختمانی 1 3 0/0386
تراکم جمعیت 1 0/0246
بر اساس مقایسه و وزن معیارها نقشه نهایی پهنه بندی سیلاب برای محدوده مورد مطالعه بدست آمد که نشان می دهد حدود 2%از منطقه در پهنه خطر بسیار زیاد، 40% در پهنه خطر زیاد، 18% درپهنه خطر متوسط و 40% در پهنه خطر کم از لحاظ سیل گیری قرار دارد. در واقع طبق نقشه ارزیابی خطر بیشترین خسارات مربوط به مناطق مسکونی و کمترین خطر در مناطق طبیعی و چون مناطق با کاربری اداری و فرهنگی قبل از ساخت از طرف کارشناسان مربوطه مورد بررسی قرار می گیرند به همین جهت در نقشه نهایی بدست آمده از محدوده مورد مطالعه عاری از خطر می باشند.
فضای سبز بایر اداری آموزشی خطر
57344/38 8189095/46 218227/21 369552/65 خیلی کم
1691659/20 7980425/63 20707/70 33450/89 کم
4976217/58 4976217/5 14336/10 38229/59 متوسط
498577/49 1482989/28 38229/59 205484/02 زیاد
20707/8 129024/85 0 9557/4 خیلی زیاد
جدول (5-2) سهم هر کاربری از میزان سیلاب
توضیح: اعداد به متر مربع می باشند.
مسکونی فرهنگی خدماتی تجاری خطر
434861/52 3185/80 36636/69 28672/19 خیلی کم
935031/90 12743/20 31857/99 100352/66 کم
923881/61 7964/50 710433/10 2080326/53 متوسط
17056800/71 148139/64 211855/61 293093/48 زیاد
600000/65 0 6371/60 1592/90 خیلی زیاد

شکل(5-1) نقشه پهنه بندی خطر سیلاب درحوضه مهران رود شمالی
5-2- تحلیل فرضیات
5-2-1- فرضیه اول
آیا تکنولوژی GIS میتواند معیارها و ضوابط مکانی در پهنه‌بندی سیلاب را تحلیل و مدلسازی نماید؟
کاربرد GISعموماً شامل ذخیره‌سازی و تجزیه و تحلیل جامع اطلاعات بر پایه اطلاعات مکانی است. باتوجه به امکان انجام آنالیزهای پیچیده مربوط به داده‌های مکانی و غیر مکانی،GISبه عنوان بهترین وسیله در تعیین مناطقی که بیشترین احتمال بروز بحران در آنها وجود دارد شناخته می شود. بر همین اساس در این تحقیق پس از تهیه لایه‌های مورد نیاز، وزن نهایی و مقایسه لایه‌ها توسط نرم‌افزار Expert choiceو تعیین ضریب نهایی هر یک از لایه‌ها، از طریق منویRaster calculator در نرم‌افزار GISArc نقشه پهنه‌بندی خطر سیلاب برای محدوده مورد مطالعه به دست آمد. سپس براساس معیارهای مورد نظر نقاط بحرانی از نظر خطر سیلاب مدلسازی و شناسایی شد. پس از انجام مراحل فوق نتیجه گرفته شد بیشترین خطر و خسارات برای مناطق مسکونی و کمترین خطر برای مناطق طبیعی حاصل می شود.
5-2-2- فرضیه دوم
بیشترین تأثیر سیلاب در منطقه مورد مطالعه در کاربریهای مسکونی دیده میشود.
به منظور پیش بینی دامنه خسارات ناشی از سیلاب جهت کنترل و مهار آن پهنه بندی خطر سیل،امری ضروری است که در این تحقیق به بررسی میزان خطر پذیری سیلاب و ارزیابی خسارت وارده به کاربری های موجود پرداخته شد.با استفاده از پارامترهای؛کاربری اراضی،تراکم جمعیت، طبقات شیب، تراکم مسکونی، ضریب CNو ضریب رواناب به تهیه لایه‌های مورد نیاز، سپس به تعیین وزن هر لایه بر اساس میزان اهمیت آن در بروز سیلاب و پس از وزن دهی نهایی،لایه‌ها به صورت دوبه دو (AHP) توسط نرم‌افزار Expert choiceمقایسه و در نهایت نقشه ریزپهنه بندی خطر سیلاب در محدوده مورد نظرتهیه گردید.
نتیجه گیری:
نقشه خطر سیل می‌تواند در تعیین مکان‌های توسعه یافته یا در حال توسعه نقشه بسزایی داشته باشد تا از ریسک آسیب پذیری مردم و خسارت کاربری‌ها بکاهد. نقشه آسیب پذیری منطقه، وضعیت منطقه را نسبت به سیل نشان می‌دهد و بیان می‌کند که در قسمت‌هایی که آسیب پذیری درجه بالایی دارد، باید عملیات کنترل سیلاب و سیستم های هشدار دهنده سیلاب در نظر گرفته شود.
برای تهیه چنین نقشه‌ای برای محدوده مورد مطالعه ابتدا با استفاد ازآمار، اطلاعات و روش‌های مختلف میزان سیلاب برای محدوده محاسبه و سپس اقدام به تهیه لایه‌های مورد نیاز برای پهنه‌بندی شد. در نهایت با استفاده تکنیکهای نرم‌افزار GIS به وزندهی لایه‌ها پرداخته و نقشه نهایی به روش AHP طراحی و به دست آمده است.
نقشه نهایی پهنه‌بندی سیلاب نشان داد که حدود 2% از منطقه در پهنه خطر بسیار زیاد،40% در پهنه خطر زیاد 18% درپهنه خطر متوسطو40% در پهنه خطر کم از لحاظ سیل گیری قرار دارد. در واقع طبق نقشه ارزیابی خطر بیشترین خسارات مربوط به مناطق مسکونی و کمترین خطر در مناطق طبیعی و منطق با کاربری اداری و فرهنگی عاری از خطر می باشد.
به طور کلی می‌توان اظهار داشت که نقشه‌های ریزپهنه‌بندی خطر سیلاب به مدیریت غیر سازه‌ای سیل کمک می‌کنند و به برنامه‌ریزان این امکان را می‌دهند تا بخش‌های امن‌تر از نظر سیل خیزی را برای توسعه انتخاب کنند.
پیشنهادها
به طور کلی، روشهای کنترل سیلاب در دو گروه جای می‌گیرند، روش‌های سازه‌ای و روش‌های غیر سازه‌ای.
از آن جا که دیدگاه ما در رابطه با وقوع سیلاب بیشتر حول محور پیشگیری از سیل است، بنابراین توصیه زیر در ارتباط با حوضه آبخیز ضروری به نظر می‌رسد.
انجام کلیه عملیات آبخیزداری در بالا دست حوضه و حفظ و احیاء مراتع طبیعی و جنگل‌ها برای جلوگیری از به جریان افتادن سیل و فرسایش خاک در حوضه و کاهش بار رسوبی سیل.
از آنجا که مشکل سیل با توسعه شهرها افزایش می‌یابد بنابراین، توصیه می‌گردد موضوع مربوط به طرح‌های توسعه فیزیکی شهر جزء شرح خدمات مشاورین شهرساز کنجانده شود و دستگاه‌های تابع وزارت مسکن و شهرسازی بر این امر نظارت نمایند.
علاوه بر شبکه سیلاب روها در منطقه که وظیفه گردآوری، انتقال و دفع سیلاب‌های ناشی از بارندگی در سطح منطقه را به عهده دارند، تأسیسات و سازه‌های فنی زیر نیز برای تقلیل روان آب ها و یا کاهش شدت آبدهی سیلاب های منطقه مورد استفاده قرار می گیرند.
حوضچه‌ها یا استخرهای تأخیری برای ذخیره موقت بخشی از سیلاب‌ها شهری و تعدیل شدت آن.
استفاده از روکش‌های نفوذپذیر به جای روکش‌های بتنی و آسفالت برای مثال پیاده‌روها، پارکینگ‌ها،پارک ها و غیره.
استفاده از چاه برای تزریق سیلابهای شهری در لایه زیر زمینی.
منابع و مأخذ
1-بزرگ زاده، مصطفی، 1372، مباحث روشهای شهرسازی و مطالعات کنترل سیل انتشارات مطالعات و تحقیقات شهرداری تهران.صفحه 35تا36
2-بهروزی، امید، امیر احمدی، 1375،اثرات بهترین راهکار های مدیریتی بر روی کمیت و کیفیت رواناب شهری
3-بهبهانی، طاهری،بزرگ زاده، مصطفی، 1375، سیلابهای شهری.چاپ اول.انتشارات مرکز مطالعات و تحقیقات شهر سازی و معماری ایران. صفحه 330.
4-تلوری،عبدالرسول، 1376، مدیریت مهار سیلاب و کاهش خسارت سیل.کارگاه آموزشی تخصصی مهار سیلاب رودخانه ها،همدان15-16اردیبهشت 50-59.
5-چاوشیان، علی، 1371، مدیریت حوزه جهت کنترل سیلاب شهری در کنفرانسملی مدیریت سیلاب شهری .
6-جهانفر،علی. 1388.پهنه بندی خطر سیل در حوضه اسلامآباد غرب با بکارگیری مدل AHP
7- جعفری ،فرهاد، 1376 فصلنامه تحقیقات جفرافیایی شماره 46
8-خلیلی زاده،مجتبی،1388،ارزیابی خطر و مدیریت سیلاب در شهر گرگان.پایان نامه کارشناسی ارشدرشته آبخیزداری،دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان. صفحه 131.
9-رامشت،محمود،1375،کاربرد ژئومورفولوژی دربرنامه ریزی ملی منطقه ای اقتصادی.چاپ اول انتشارات دانشگاه اصفهان. صفحه 283.
10-رضایی مقدم،محمد حسین و محمدی فر،عادل و خلیل ولیزاده کامران (1392) نشریه علمی –پژوهشی جغرافیاو برنامه ریزی شماره 44 صفحات 161-178
11- زارع،جمال،1371علل و عوامل سیلاب و آب گرفتگی در مناطق شهری ایران و راههای پیشگیری از آن.اولین کنفرانس بین المللی بلایای طبیعی در مناطق شهری،تهران،16-23تیر. 22-147.
12- سازمان مدیریت و برنامه ریزی استان آذربایجان شرقی،1388.سرشماری عمومی نفوس و مسکن شهرستان تبریز.
13-سازمان نقشه برداری کشور. 1375.نقشه توپو گرافی25000/1منطقه مورد مطالعه.
14-سازمان هواشناسی آذربایجان شرقی .بخش آمار و اطلاعات (آمار اقلیمی منطقه مطالعاتی)
15-سازمان آب و منطقه آذربایجان شرقی(آمارایستگاه ثبات و بارانسنجی )
16-سازمان جهاد کشاورزی استان آذربایجان شرقی(نقشه تیپ بندی خاک منطقه مطالعاتی)
17-سازمان توسعه و عمران عون بن علی نشریه روابط عمومی تابستان 1393
18-سلطانی، محبوبه 1380 بررسی تاثیر سازه های عرضی بر تشدید سیل گیری در حوزه آبخیز منشاد یزد.
19-صادقی، حمید رضا، جلالی راد،رضا، علیمحمدی،حمید ، 1382، بررسی علل موثر در سیلاب و ارزیابی عوامل قابل کنترل.
20-شهرداری کلانشهر تبریز،معاونت شهرسازی و معماری. 1390.طرح جامع شهر تبریز.
21-عبدی،فرشاد. 1385،بررسی پتانسیل سیل خیزی حوضه زنجان رود با روشScs و سیستم اطلاعات جغرافیایی.مجله ملی آبیاری و زهکشی،22-33.
22-علوی پناه ،1389سید کاظم ،کاربرد سنجش از دور در علوم زمین شناسی(انتشارات دانشگاه تهران)

user8325

(2-5)
با معرفی پارامترهای بی بعد و روش جداسازی متغیرها، معادله حرکت و شکل مد قسمت دوم برابر است با:
(6-2)
(7-2)
(8-2)
برای قسمت انتهایی تیر یعنی از انتهای ترک تا انتهای تیر:
(2-9)
(2-10)
با معرفی پارامترهای بی بعد و روش جداسازی متغیرها معادله حرکت و شکل مد قسمت سوم برابر است با:
(2-11)
(2-12)
(2-13)
پارامترهای بی بعد برای پیدا کردن فرکانس طبیعی برای هر قسمت تیر برابر است با:
(2-14)
با توجه به برابر بودن فرکانس طبیعی برای تیر، رابطه بین پارامترهای بی بعدو برابر است با:
(2-15)
(2-16)
(2-17)
گشتاور خمشی و نیروی برشی طبق تئوری اویلر – برنولی اینگونه تعریف می شود:
(2-18) EId2wdx2:خمشی گشتاور (2-19) EId3wdx3 : برشی نیروی شرایط پیوستگی در دو سمت ترک به ترتیب از برابری جابجایی، شیب، گشتاور خمشی و نیروی برشی بدست می آید:
برابری جابجایی:
(2-20)
برابری شیب:
(2-21)
برابری گشتاور خمشی:
(2-22)
برابری نیروی برشی:
(2-23)
که برای تیر با یک ترک خواهد بود.
با اعمال شرایط پیوستگی 8 ثابت از 12 ثابت موجود محاسبه می شود، 4 ثابت باقیمانده از شرط مرزی ابتدا و انتهای تیر بدست می آید. در قسمت بعد مسئله را برای شرایط مرزی مختلف بررسی می کنیم.
تیر دو سر گیردارتیر دو سرگیردار با یک ترک، در موقعیت نشان داده شده، مانند شکل2-3 در نظر می گیریم:

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل_ * ARABIC s 1 3 تیر دو سر گیر داربرای پیدا کردن فرکانس طبیعی و ثابت های مجهول، ماتریس ضرایب را با استفاده از شرایط مرزی و شرایط پیوستگی بدست می آوریم. برای تیر دو سرگیردار در ابتدا و انتهای تیر، جابجایی و شیب برابر صفر می باشد.
شرط مرزی ابتدای تیر :
(2-24)
(2-25)
(2-26)
با اعمال شرایط پیوستگی در دو طرف ترک و استفاده از روابط (2-20) تا (2-23)، در سمت چپ ترک، یعنی در موقعیت خواهیم داشت:
برابری جابجایی:
(2-27)
برابری شیب:
(2-28)
برابری گشتاور خمشی:
(2-29)
برابری نیروی برشی:
(2-30)
در سمت راست ترک، یعنی در موقعیت نیز روابط زیر را خواهیم داشت:
برابری جابجایی:
(2-31)
برابری شیب:
(2-32)
برابری گشتاور خمشی:
(2-33)
برابری نیروی برشی:
(2-34)
برای قسمت انتهایی تیر، یعنی خواهیم داشت:
(2-35)
(2-36)
بنابراین ماتریس ضرایب عبارتند از:

معادله فرکانسی، همان دترمینان ماتریس ضرایب می باشد و از برابر صفر قرار دادن دترمینان ماتریس ضرایب و جایگذاری روابط بین و فرکانس طبیعی بدست خواهد آمد.
برای سایر شرایط مرزی تنها شرایط مرزی ابتدا و انتهای تیر، یعنی دو سطر اول و دو سطر آخر در ماتریس ضرایب تغییر خواهد کرد.
تیر یک سر گیردار- یک سر آزادبرای تیر یکسر گیردار مانند شکل 2-4 شرایط مرزی ابتدا و انتهای تیر به صورت زیر خواهد بود:

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل_ * ARABIC s 1 4: تیر یک سر گیر دار – یک سر آزاددر ابتدای گیردار مانند معادلات (2-25) و (2-26)، جابجایی و شیب برابر صفر است، و در انتهای آزاد نیز گشتاور خمشی و نیروی برشی برابر صفر می باشد.
(2-37)
(2-38)
تیر دو سرلولابرای دو سرلولا، مانند شکل 2-5 شرایط مرزی ابتدا و انتهای تیر به صورت زیر خواهد بود:

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل_ * ARABIC s 1 5 تیر دو سر لولادر ابتدای تیر، جابجایی طبق معادله (2-25) و گشتاور خمشی برابر صفر است:
(2-39)
در انتهای تیر، جابجایی طبق معادله (2-35) و گشتاور خمشی با معادله (2-37)، برابر صفر است.
تیر گیردار- مفصل برشیبرای تیر گیردار- مفصل برشی مانند شکل 2-6 شرایط مرزی ابتدا و انتهای تیر به صورت زیر خواهد بود:

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل_ * ARABIC s 1 6: تیر گیردار – مفصل برشی (در مفصل برشی، شیب و نیروی برشی صفر است.)در ابتدای گیردار، جابجایی و شیب، مانند معادلات (2-25) و (2-26) برابر صفر است. در انتهای مفصل برشی، شیب و نیروی برشی برابر صفر است:
(2-40)
(2-41)
در فصل بعد به ارائه نتایج با تغییر پارامترهای موثر و مختلف ترک و مقایسه آنها با یکدیگر می پردازیم.
تئوری تیموشنکودر این قسمت با استفاده از همان مدل سازی قبلی، به بررسی معادلات حرکت و بررسی شرایط مرزی مختلف با استفاده از تئوری تیموشنکو می پردازیم. تفاوت این قسمت با قسمت قبلی این است که در تئوری تیموشنکو، معادلات حرکت و تعاریف مربوط به شیب، گشتاور خمشی و نیروی برشی متفاوت است. روند کار مشابه قسمت قبل است یعنی با استفاده از دترمینان ماتریس ضرایب و معادله فرکانسی، فرکانس های طبیعی بدست می آید. به دلیل آنکه در تئوری تیموشنکو، اثر تغییر شکل برشی و تنش برشی در نظر گرفته می شود، فرکانس طبیعی بدست آمده از تئوری اویلر – برنولی کمتر است.
معادله یک تیر تیموشنکو به صورت زیر است[70]:
(2-42)
(2-43)
با شرایط در نظر گرفته شده مانند شکل 1، به دلیل آنکه صلبیت خمشیEI برای هر قسمت تیر ثابت است، معادله بالا، به شکل زیر خواهد بود:
(2-44)
(2-45)
که در رابطه بالا k، تعداد ترک و i مربوط به هر قسمت تیر می باشد.
با معرفی پارامترهای بی بعد زیر و استفاده از معادلات بالا، به پیدا کردن X, ϕ, ω می پردازیم:
(2-46)
(2-47)
(2-48)
(2-49)
(2-50)
(2-51)
(2-52)
با در نظر گرفتن یک حل پریودیک و روش جداسازی متغیرها و استفاده از دو معادله آخر داریم:
(2-53)
(2-54)
(2-55)
از معادله فوق نسبت به پارامتر بی بعد ξ، مشتق می گیریم:
(2-56)
مقدار را از معادله (2-54)، در معادله (2-56) جایگذاری می کنیم:
(2-57)
با مرتب کردن جملات معادله فوق، به معادله دیفرانسیل مرتبه 4، بر حسب X می رسیم:
(2-58)
با در نظر گرفتن یک حل به صورت زیر، معادله دیفرانسیل مرتبه 4 بالا را حل می کنیم:
(2-59)
(2-60)
(2-75)
(2-61)
(2-62)
همان طور که نشان داده شد عبارت زیر رادیکال، همواره مثبت است؛ با فرض آنکه
(2-63)


بنابراین، جواب های بدست آمده برای λ2 به ترتیب مثبت و منفی می باشد، که جواب های مثبت به صورت هیپربولیکی و جواب های منفی به صورت سینوسی و کسینوسی نمایش داده می شود.
(2-64)
(2-65)
بنابراین :
(2-66)
اندیس i، پاسخ مربوط به هر قسمت تیر می باشد.
با توجه به معادله و جایگذاری Χ بدست آمده از معادله قبلی و انتگرال گیری بر حسب ξ، رابطه ϕ اینگونه بدست می آید:
(2-67)
(2-68)
همان طور که قبلا بیان کردیم، رابطه گشتاور خمشی و نیروی برشی در تئوری تیموشنکو و اویلر – برنولی با یکدیگر متفاوت است. نیروی برشی و گشتاور خمشی برای هر قسمت تیر، در تئوری تیموشنکو به صورت زیر تعریف می شود:
(2-69) kAiGdXidξ-Φi→برشی نیروی (2-70) EIidΦidξ→خمشی گشتاور شرط پیوستگی در موقعیت ترک از نظر مفهوم، همان برابری جابجایی، شیب، گشتاور و نیروی برشی است، تنها تعاریف و روابط مربوط به آنها تغییر می کند.
شرایط پیوستگی در موقعیت ترک برابر است با:
برابری جابجایی:
(2-71)

برابری شیب:
(2-72)

برابری گشتاور خمشی:
(2-73)

برابری نیروی برشی:
(2-74)

که برای تیر با یک ترک می باشد.
در ماتریس ضرایب، جملات مربوط به شرایط پیوستگی برای هر شرط مرزی ثابت بوده، و تنها شرایط مرزی ابتدا و انتهای تیر تغییر می کند.
تیر دو سر گیرداربرای مثال تیر ترکدار دو سرگیردار مانند شکل 2-3 را در نظر بگیرید، در ابتدای گیردار جابجایی و شیب صفر است:
(2-75)
(2-76)
در انتهای گیردار نیز، جابجایی و شیب صفر است:
(2-77)
(2-78)

بنابراین ماتریس ضرایب برای تیر دو سر گیردار به صورت زیر است:

که از حل دترمینان ماتریس فوق برابر صفر، فرکانس های طبیعی سیستم بدست می آید. در ادامه به بررسی سایر شرایط مرزی می پردازیم، و در فصل بعد نتایج مربوط به آنها را نمایش خواهیم داد.
تیر یک سر گیردار -یک سر آزاد
تیر یک سر گیردار – یک سر آزاد مانند شکل 2-4 را در نظر می گیریم، شرایط پیوستگی مربوط به دو طرف ترک مانند تیر دو سرگیردار تغییری نمی کند، و تنها شرایط مرزی ابتدا و انتهای تیر در ماتریس ضرایب تغییر خواهد کرد. در ابتدای گیردار، جابجایی و شیب صفر است که همان معادلات (2-75) و (2-76) می باشد، اما در انتهای آزاد، گشتاور و نیروی برشی، صفر خواهد بود:
(2-79)
(2-80)
تیر دو سرلولابرای تیر دو سرلولا مانند شکل 2-5، در ابتدا و انتهای تیر، جابجایی و گشتاور خمشی برابر صفر است. معادلات مربوط به جابجایی، معادلات (2-75) و (2-77) بوده و معادلات مربوط به گشتاور، معادلات زیر می باشند:
(2-81)
(2-82)
تیر گیردار- مفصل برشیبرای تیر گیردار- مفصل برشی مانند شکل 2-6، شرط مرزی ابتدای تیر، معادلات (2-75) و (2-76) بوده و شرط مرزی انتهای تیر بدین صورت خواهد بود که در مفصل برشی، شیب و نیروی برشی برابر صفر است:
(2-83)
(2-84)
در فصل بعد به ارائه نتایج مربوط به این مدل سازی با تغییر در پارامترهای موثر و مختلف ترک پرداخته و آنها را با یکدیگر مقایسه می کنیم.
در ادامه این فصل به بررسی و مدل سازی تیر ترکدار با شکل های هندسی مختلف ترک می پردازیم:
بررسی تیر شامل چند ترکدر قسمت های قبلی، تیر بررسی شده شامل یک ترک بود، در این قسمت با همان مدل سازی، یک تیر شامل چند ترک را مورد بررسی قرار می دهیم. شکل2-7 یک تیر با دو ترک و شکل2-8 یک تیر با سه ترک را نشان می دهد. با فرض اینکه ترک از نوع باز (open crack) بوده و با استفاده از مدل سازی انجام شده در بخش قبل، هر ترک را با به صورت یک تیر با گشتاور دوم سطح متفاوت مدل سازی می کنیم. تنها تفاوت این بخش با بخش قبلی، بیشتر شدن تعداد ثابت ها و معادلات مربوط به شرایط پیوستگی می باشد. معادلات حاکم و شرایط پیوستگی، برای هر تئوری همان معادلات قبلی برای هر قسمت تیر می باشد.

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل_ * ARABIC s 1 7 : تیر به طول ,شامل دو ترک به عمق وارتفاعو طول دهانه ترک

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل_ * ARABIC s 1 8 تیر به طول ,شامل سه ترک به عمقوارتفاعو طول دهانه ترک
تئوری اویلر- برنولیبرای تئوری اویلر – برنولی، معادلات را با رابطه کلی، به صورت اندیس دار به شکل زیر می توان نشان داد، (با فرض آنکه، عمق همه ترک ها با یکدیگر برابر باشد):
برای قسمت های بدون ترک :
(2-85)
(2-86)
(2-87)
(2-88)
تعداد ترک می باشد.
برای قسمت های ترکدار:
(2-89)
(2-90)
(2-91)
شرایط پیوستگی در دو طرف ترک، همان برابری جابجایی، شیب، گشتاور و نیروی برشی می باشد.
برای سمت چپ ترک:
(2-92)
(2-93)
(2-94)
(2-95)

برای سمت راست ترک:
(2-96)
(2-97)
(2-98)
(2-99)
(2-100)
تئوری تیموشنکوبرای تئوری تیموشنکو نیز مانند معادلات اویلر – برنولی، معادلات را با رابطه کلی، به صورت اندیس دار با فرض آنکه، عمق همه ترک ها با یکدیگر برابر باشد به صورت زیر می توان نشان داد:
برای قسمت های بدون ترک:

(2-101)
(2-102)
(2-103)
تعداد ترک می باشد
برای قسمت های ترکدار:

(2-104)
(2-105)
(2-106)
شرایط پیوستگی در دو طرف ترک، همان برابری جابجایی، شیب، گشتاور و نیروی برشی می باشد.
برای سمت چپ ترک:
(2-107)
(2-108)
(2-109)
(2-110)

برای سمت راست ترک:
(2-111)
(2-112)
(2-113)
(2-114)
(2-115)
در فصل بعد، به ارائه نتایج برای تیر شامل دو و سه ترک، طبق تئوری اویلر – برنولی و تیموشنکو می پردازیم.
ترک با شکل های هندسی مختلف:در قسمت قبل، به مدل سازی تیر ترکدار با ترک مستطیلی، با فرض باز بودن ترک پرداختیم. در این قسمت برای ترک، شکل های هندسی مختلف فرض شده است؛ مانند ترک مثلثی، بیضوی و سهموی. هدف این قسمت آن است که نشان دهیم با ارائه همان مدل می توانیم ترک های با شکل های هندسی مختلف را نیز مدل سازی کرده و نتایج را بدست آوریم. با توجه به مدل سازی صورت گرفته، که ترک را با یک المان تیر، که گشتاور دوم سطح متفاوت دارد، مدل کرده بودیم، در این قسمت با همان مدل سازی به بررسی ترک با شکل های بیان شده می پردازیم. نکته مهم در مورد این ترک ها، این است که گشتاور دوم سطح آنها مانند ترک مستطیلی در طول ترک ثابت نمی باشد. یعنی با توجه به موقعیت در طول ترک، گشتاور دوم سطح آنها نسبت به موقعیت قبلی، ثابت نیست. در ناحیه ترکدار، رابطه برای ارتعاش آزاد تیر صادق است. به دلیل ثابت نبودن برای این معادله حل تحلیلی وجود ندارد. بنابراین باید از روش های تقریبی یا نیمه تحلیلی استفاده کرد. با استفاده از روش گالرکین و روش متعامدسازی ابتدا ماتریس های جرمی و سفتی را بدست آورده و با استفاده از مقادیر ویژه این دو ماتریس، فرکانس طبیعی تیر را بدست می آوریم. تئوری استفاده شده در این قسمت، تئوری اویلر – برنولی می باشد، ضمن اینکه در روش گالرکین نیاز به استفاده از یک تابع برای شکل مد است که شرایط مرزی هندسی را برآورده کند. برای بدست آوردن این تابع شکل مد، از شکل مد تیر سالم برای هر شرط مرزی استفاده می کنیم.
حل ارتعاش آزاد برای یک تیر با استفاده از تئوری اویلر– برنولی به صورت زیر است:
(2-116)
با استفاده از روش متعامد سازی:
(2-117)
با جایگذاری در معادله فوق خواهیم داشت:
(2-118)
با دو بار انتگرال گیری جز به جز، جمله اول معادله فوق به معادله زیر تبدیل می شود:
(2-119)
بنابراین خواهیم داشت:
(2-120)
در بازه انتگرال گیری اول ، و سوم، ، به دلیل ثابت بودن مقطع، عبارت نیز ثابت می باشد، اما در بازه، به دلیل وجود ترک با شکل هندسی بیان شده عبارات تابعی از می باشد.
بنابراین :
(2-121)
معادله در ناحیه ترکدار با توجه به هندسه ترک و تابع با توجه به شرط مرزی تیر مشخص خواهد شد، که با جایگذاری در معادله قبلی، در نهایت به فرم زیر می رسیم:
(2-122)
که مقادیر ویژه ماتریس فوق، فرکانس طبیعی تیر را نتیجه می دهد.
در ادامه شکل های هندسی مختلف ترک، بررسی شده و روابط حاکم بر را نشان می دهیم. اما عبارت کلی در ناحیه ترکدار این گونه خواهد بود:
برای ترک دو طرفه:
(2-123)
(2-124)
برای ترک یک طرفه:
(2-125)
(2-126)
ترک مثلثی شکل
برای ترک مثلثی مانند شکل2-9 ناحیه ترکدار را به صورت زیر تقسیم بندی کرده و در هر قسمت رابطه مربوط به آن را در نظر می گیریم:

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل_ * ARABIC s 1 9 : تیر به طول ,و ارتفاع ، شامل یک ترک مثلثی به عمق و طول دهانه ترک
(2-127)
(2-128)
ترک بیضی شکل
معادله یک بیضی به مرکز و قطرهای برابر است با:
(2-129)
ترک نشان داده شده در شکل 2-10 به مرکز و قطرهای می باشد.

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل_ * ARABIC s 1 10 : تیر به طول ,و ارتفاع ، شامل یک ترک بیضوی به عمق و طول دهانه ترک
معادله این ترک به صورت زیر است:
(2-130)
لازم به ذکر است به دلیل آنکه نیمه پایینی ترک، مد نظر می باشد از علامت منفی در پشت رادیکال استفاده شده است.
ترک سهمی شکل
معادله یک سهمی عمودی، که راس آن در نقطه و فاصله راس تا کانون آن a باشد، به صورت زیر است:
(2-131)
اگر سهمی، ماکسیمم داشته باشد، علامت آن مثبت، و اگر مینیمم داشته باشد علامت آن منفی می باشد.
معادله یک سهمی عمودی، مانند شکل 2-11 که راس آن در نقطه و با فرض آنکه کانون این سهمی در نقطه قرار داشته باشد :
(2-132)

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل_ * ARABIC s 1 11 : تیربه طول , وارتفاع ، شامل یک ترک سهموی به صورت عمودی به عمق و طول دهانه ترک
معادله یک سهمی افقی که راس آن در نقطه و فاصله راس تا کانون آن a باشد، به صورت زیر است:
(2-133)
اگر دهانه سهمی به سمت راست باشد علامت آن مثبت و اگر به سمت چپ باشد، علامت آن منفی می باشد.
معادله یک سهمی افقی، مانند شکل2-20 که راس آن در نقطه و با فرض آنکه کانون این سهمی در نقطه قرار داشته باشد :
(2-134)
علامت منفی به دلیل آنست که قسمت پایینی سهمی مورد نظر می باشد.

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل_ * ARABIC s 1 12 : تیر به طول , وارتفاع ، شامل یک ترک سهموی به صورت افقی به عمق و طول دهانه ترک
در فصل بعد به ارائه نتایج مربوط به این قسمت پرداخته ایم، ضمن اینکه در قسمت پیوست ها توابع شکل مد مورد استفاده برای هر شرط مرزی آمده است.
مدل سازی ترک باز و بسته شوندهدر این قسمت به مدل سازی غیرخطی تیر ترکدار می پردازیم. بر خلاف قسمت قبل که فرض می شد ترک در حین ارتعاش همواره باز باقی می ماند، در این قسمت، فرض بر این است که ترک در حین ارتعاش باز و بسته می شود، یعنی ترک از یک حالت کاملا باز به یک حالت کاملا بسته تغییر می کند. این فرض باعث ایجاد ترمهای غیرخطی در معادلات شده که در ادامه بررسی می شود. برای حل این معادلات غیر خطی از روش میانگین گیری استفاده می کنیم.و نتایج را برای حالتهای تک مود و دو مود نشان خواهیم داد.
مدل سازی ترک ساختار منحنیدر این قسمت ترکی با ساختار منحنی شکل مطابق شکل2-21 را مورد بررسی قرار می‌دهیم. زاویه ترک منحنی شکل در وضعیت اولیه θ0 است که در حین ارتعاش این زاویه بتدریج تغییر می‌نماید. عمق ترک برابر h0 و طول وجه ترک برابر lc است. فرض کنید که ترک با شکل منحنی دارای شعاع انحنای ρ است. اگر برای مثال ترک به صورت قسمتی از دایره با شعاع ρ در نظر گرفته شود، نقاط ابتدایی و انتهایی ترک و از آنجا مقدار گشودگی دهانه به صورت زیر خواهد بود:
(2-135)

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل_ * ARABIC s 1 13 : تیر ترکدار با ترک منحنی شکل با شعاع انحناهای متفاوت، عمق و طول وجه

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل_ * ARABIC s 1 14 ترک با ساختار منحنی دایره ای شکل به شعاع انحنایدر دو طرف و زاویه اولیه و طول دهانه
در این صورت در اثر نیروها و حرکت حاصله زاویه ترک و گشودگی دهانه مربوطه تغییر می‌کند. این تغییرات موجب می‌گردد که سطوح منحنی‌ها بر روی هم غلتیده و از طول وجه اولیه lc ترک و یا گشودگی اولیه دهانه کاسته شود، مانند شکل2-15، اگر که ترک در جهت بسته‌شدن دچار تغییر زاویه شود. به این ترتیب اگر شیب منحنی خیز تیر در نقطه وسط ترک برابر باشد، در این صورت زاویه مابین بصورت زیر خواهد بود.
(2-136)
و سطحی از ترک که بر روی هم می‌غلتد نیز به صورت زیر خواهد بود.
(2-137)
این میزان از غلتش سطوح بر روی هم از عمق اولیه به همین میزان خواهد کاست. در نتیجه میزان عمق ترک در حین بسته شدن در نقطه ترک xc به صورت زیر تغییر خواهد کرد.
(2-138)
و محدوده ترک بصورت زیر تغییر خواهد کرد.
(2-139)
مقدار گشودگی دهانه ترک نیز به صورت زیر تعیین خواهد شد.
(2-140)

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل_ * ARABIC s 1 15 : موقعیت نقاط ابتدا و انتهای ترک و نیز تغییرات هندسه ترک در حین ارتعاشطول وجه ترک نیز بصورت زیر تعیین خواهد شد:
(2-141)
که برای ترک دایره‌ای با شعاع ثابت ρ به صورت زیر درخواهد آمد
(2-142)
(2-143)
(2-144)
طول وجه ترک نیز برابر خواهد شد با:
(2-145)
عمق ترک در هر نقطه به صورت زیر در خواهد آمد:
(2-146)
(2-147)
در ادامه ساختار ترک را نسبت به موقعیت میانی ترک متقارن در نظر گرفته می‌شود. اگر زاویه ترک کوچک باشد و شعاع انحنای ترک نسبت به ضخامت تیر بزرگ باشد، در این صورت ترک را می‌توان در هر لحظه بتقریب به صورت V شکل به صورت معادله (2-136) در نظر گرفت، در ادامه از این فرض ساده‌کننده برای حل استفاده خواهد شد. با این فرض محدوده ترک بصورت زیر تغییر خواهد کرد:
(2-148)
(2-149)
نقاط گوشه‌ای ترک به صورت زیر می‌باشند:
(2-150)
در این معادله خطی که برای تقریب وجوه در هر لحظه استفاده می‌شود، بصورت زیر تعیین می‌گردد.
(2-151)
در این صورت ارتفاع دهانه باز ترک برابر است با:
(2-152)
انرژی جنبشی تیر به صورت زیر می‌باشد.
(2-153)
با جایگذاری رابطه (2-152) در رابطه (2-153)، انرژی جنبشی برابر است با:
(2-154)
به همین ترتیب انرژی پتانسیل برابر است با:
(2-155)
با جایگذاری رابطه (2-152) در رابطه (2-155)، انرژی پتانسیل برابر است با:
(2-156)

با قرار دادن در معادلات زیر داریم:
(2-157)

(2-158)

(2-159)

با تعریف روابط زیر :
(2-160)
(2-161)
(2-162)
(2-163)
(2-164)
(2-165)
در حالت واقعی محدوده ترک کوچک می‌باشد، لذا انتگرال‌های مربوطه را می‌توان بصورت‌های زیر تقریب زد:
(2-166)
(2-167)
(2-168)

(2-169)

(2-170)

(2-171)

کمیت های بی بعد را به صورت زیر تعریف می کنیم:
(2-172)
با قرار دادن روابط (2-160) تا (2-171) در معادله (2-159) و قرار دادن روابط (2-160) تا (2-162) در معادله (2-158) و قراردادن روابط (2-163) تا (2-165) در رابطه (2-157) و جایگذاری روابط بدست آمده در معادله لاگرانژ، و وارد کردن کمیت های بی بعد تعریف شده در رابطه بدست آمده از این جایگذاری ها و ساده سازی، معادله حرکت بدست می آید:
(2-173)

بررسی ترک v- شکلدر قسمت قبل معادله حرکت را برای ترک دایره ای شکل بدست آوردیم، در این قسمت معادله حرکت را برای ترک -v شکل بدست خواهیم آورد. زاویه ترک V شکل در وضعیت اولیه θ0 است که در حین ارتعاش این زاویه بتدریج تغییر می‌نماید. عمق ترک برابر h0 و طول وجه ترک برابر lc است که . در این صورت گشودگی دهانه ترک در وضعیت اولیه برابر خواهد بود. در این صورت محدوده اولیه ترک بصورت زیر مشخص می‌گردد.

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل_ * ARABIC s 1 16 ترک با ساختار v-شکل و مشخصات هندسی (2-174)
(2-175)
در اثر نیروها و حرکت حاصله زاویه ترک و گشودگی دهانه مربوطه تغییر می‌کند و مقدار گشودگی دهانه ترک نیز به صورت زیر تعیین خواهد شد.
(2-176)

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل_ * ARABIC s 1 17 : ترک با ساختار v- شکل در حین ارتعاش در هنگام بسته شدن.در این صورت زاویه ترک در حین ارتعاش از رابطه بدست خواهد آمد و محدوده ترک بصورت زیر تغییر خواهد کرد.
(2-177)
(2-178)
وجه ترک به صورت یک خط با رابطه‌ای به صورت زیر است:
(2-179)
در این صورت ارتفاع دهانه باز ترک برابر است با:
(2-180)
با استفاده از رابطه (2-154) انرژی جنبشی برابر است با:
(2-181)
به همین ترتیب انرژی پتانسیل با استفاده از رابطه (2-155) برابر است با:
(2-182)
حال جابجایی تیر را به صورت در نظر می‌گیریم،در این صورت با استفاده از معادلات لاگرانژ داریم:
(2-183)
(2-184)
(2-185)
(2-186)
(2-187)
در این صورت معادلات حرکت بصورت زیر خواهند بود:
(2-188)

در حالت واقعی محدوده ترک کوچک می‌باشد، لذا انتگرال‌های مربوطه را می‌توان بصورت‌های زیر تقریب زد.
(2-189)
(2-190)
(2-191)
(2-192)
(2-193)
که با جایگذاری در معادله خواهیم داشت:
(2-194)
تفاوت معادلات بدست آمده برای ترک دایره ای شکل و ترک V- شکل نشان دهنده این است که مدل ارائه شده نسبت به پارامتر شکل ترک حساس است، یعنی مدل ارائه شده با تغییر شکل ترک تغییر می کند.
حل مسئله با روش میانگین گیریمعادله حرکت بدست آمده در قسمت قبل غیرخطی می باشد. برای حل معادلات غیرخطی روش های مختلفی مانند پرتوربیشن، میانگین گیری و... وجود دارد در این قسمت با استفاده از روش میانگین گیری به حل معادله بدست آمده در قسمت قبل می پردازیم، با فرض یک مد، معادله (2-194) بصورت زیر تبدیل می‌گردد:
(2-195)
برای تعیین نحوه تغییر دامنه و فرکانس با زمان، با استفاده از روش میانگین‌گیری، حلی به صورت زیر در نظر گرفته می‌شود.
(2-196)
که
(2-197)
در این صورت با مشتق‌گیری از رابطه (2-196) داریم:
(2-198)
برای اینکه معادله فوق دارای حل پریودیک باشد، عبارت زیر باید برابر صفر باشد:
(2-200)
بنابراین:
(2-201)
با مشتق‌گیری از داریم:
(2-202)
که با جایگذاری رابطه (2-196)، (2-201) و (2-202) ، در معادله (2-195)، معادله حرکت به فرم زیر تبدیل می‌گردد:
(2-203)
برای پیداکردن دامنه و فاز حرکت از رابطه زیر استفاده می کنیم:
(2-204)
با قراردادن رابطه( 2-203 )در معادله ( 2-204)، تابع F1τ,ω0,ϕ,a را به صورت زیر بدست می آوریم:
(2-205)
با استفاده از روابط (2-200) و (2-204) دامنه و فاز حرکت بصورت زیر تعیین می‌شوند:
(2-206)
(2-207)
از حل معادلات دیفرانسیل فوق مقادیر در بازه زمانی مشخص بدست می آید.
برای ترک دایره ای شکل نیز با فرض یک مود، به روشی مشابه ترک V- شکل معادله بدست آمده برابر است با:
(2-208)

که مشابه روش قسمت قبل، برابر است با:
(2-209)

در فصل بعد نتایج مربوط به این مدل سازی و تغییرات فرکانس زاویه ای و زاویه ترک را در حین ارتعاش به صورت شکل های مختلف برای هر شرط مرزی نشان می دهیم.

نتایج مدل سازی
مقدمهدر این فصل با استفاده از روابط فصل دوم و مدل سازی انجام شده به ارائه نتایج می پردازیم. نتایج این فصل در بخش های مختلف ارائه می شود. ابتدا در قالب جداول، نتایج مربوط به ترک باز ساده، سپس نتایج مربوط به تیر چند ترکه و در انتها، نتایج مربوط به شکل های هندسی مختلف ترک ارائه گردیده است. در ادامه نتایج مربوط به ترک باز و بسته شونده در قالب شکل های مختلف ارائه می شود.
نتایج ترک باز ساده
در این قسمت به ارائه نتایج مربوط به ترک باز ساده می پردازیم. این نتایج برای شرایط مرزی مختلف، عمق های مختلف ترک، موقعیت های مختلف ترک و طول دهانه های مختلف ترک نشان داده می شود و اثر هر کدام از این پارامترها را روی فرکانس طبیعی بررسی می کنیم، و همچنین برای بررسی درستی نتایج، آنها را با نتایج مربوط از روش ارائه شده در مرجع [67] مقایسه می کنیم.
ویژگی های هندسی و مکانیکی تیر مورد نظر به صورت زیر است:

تیر با نسبت های مختلف عمق ترک:در این بخش به ارائه نتایج برای نسبت های مختلف عمق ترک می پردازیم. پارامتر بی بعد عمق ترک را برای مقادیر مختلف در نظر گرفته و نتایج بدست آمده از روش ارائه شده را با روش متعارف [67] یعنی روشی که در آن با استفاده از روابط مکانیک شکست در موقعیت ترک، فنر گذاشته می شود، مقایسه می کنیم. در همه جداول ستونی مربوط به سه فرکانس طبیعی اول تیر سالم (بدون ترک) برای هر شرط مرزی آورده شده است، که برای نشان دادن این مطلب است که فرکانس طبیعی تیر ترکدار همواره از تیر بدون ترک کمتر است زیرا سفتی تیر ترکدار از تیر سالم کمتر است.
در جدول3-1 فرکانس های طبیعی بی بعد، مربوط به سه مود اول ارتعاشی را برای شرط مرزی گیردار-گیردار با موقعیت ترک و طول دهانه ترک، را برای تیر اویلر- برنولی و تیر تیموشنکو نشان می دهیم. همان طور که از نتایج جداول پیداست با افزایش عمق ترک، سفتی تیر کاهش پیدا کرده و در نتیجه فرکانس طبیعی تیر نیز کاهش می یابد. همچنین نتایج این روش با روش متعارف نزدیکی و تطابق بسیار خوبی دارد.
جدول STYLEREF 1 s ‏3 SEQ جدول * ARABIC s 1 1 : فرکانس های طبیعی مربوط به تیر دو سر گیردار با عمق های مختلف و موقعیت ترک و طول دهانه و مقایسه نتایج با روش متعارف و تیر سالمhchتیر سالم تیر ترکدار
روش متعارف[67] روش ارائه شده
اویلر- برنولی تیموشنکو اویلر- برنولی تیموشنکو اویلر- برنولی تیموشنکو
0.1 22.373 22.276 22.329 22.233 22.360 22.264
61.672 61.062 61.672 61.062 61.672 61.062
120.90 118.818 120.579 118.506 120.770 118.691
0.2 22.373 22.276 22.205 22.111 22.333 22.237
61.672 61.062 61.672 61.062 61.672 61.062
120.90 118.818 119.682 117.644 120.540 118.47
0.3 22.373 22.276 21.993 21.901 22.282 22.187
61.672 61.062 61.672 61.062 61.672 61.062
120.90 118.818 118.185 116.204 120.138 118.045
0.4 22.373 22.276 21.670 21.582 22.185 22.091
61.672 61.062 61.672 61.062 61.672 61.062
120.90 118.818 116.016 114.113 119.416 117.39
0.5 22.373 22.276 21.225 21.142 21.992 21.9012
61.672 61.062 61.672 61.062 61.672 61.062
120.90 118.818 113.223 111.417 118.049 116.0748
0.6 22.373 22.276 20.676 20.599 21.578 21.491
61.672 61.062 61.672 61.062 61.672 61.06
120.90 118.818 110.075 108.369 115.314 113.4377
0.7 22.373 22.276 20.076 20.007 20.610 20.5349
61.672 61.062 61.672 61.062 61.672 61.057
120.90 118.818 106.978 105.363 109.718 108.0231
در جداول 3-2 تا 3-4، سه فرکانس طبیعی بی بعد اول را، برای شرایط مرزی مختلف به ازای عمق های ترک از تا و موقعیت ترک و طول دهانه ترک ، برای تیر اویلر – برنولی و تیر تیموشنکو نشان داده شده است. در بالای هر جدول، شرط مرزی مربوط به آن تیر نشان داده شده است، ضمن آنکه مانند جدول قبل به ازای افزایش عمق ترک، فرکانس طبیعی تیر کمتر شده و همچنین فرکانس تیر ترکدار از تیر سالم کمتر می باشد. از نتایج پیداست که تطابق خوبی بین نتایج روش ارائه شده و روش متعارف وجود دارد.
جدول STYLEREF 1 s ‏3 SEQ جدول * ARABIC s 1 2 : فرکانس های طبیعی مربوط به تیر یکسر گیردار با عمق های مختلف و موقعیت ترک و طول دهانه و مقایسه نتایج با روش متعارف و تیر سالمتیر ترکدار یکسرگیردار تیر سالم hchروش ارائه شده روش متعارف[67] تیموشنکو اویلر- برنولی تیموشنکو اویلر- برنولی تیموشنکو اویلر- برنولی 3.514 3.515 3.512 3.513 # "0.00%" 3.513 3.5142 3.5160 0.1
21.946 22.022 21.899 21.974 21.9582 22.0344 61.192 61.697 61.192 61.697 61.1927 61.6972 3.513 3.5148 3.506 3.507 3.5142 3.5160 0.2
21.924 22.000 21.732 21.806 21.9582 22.0344 61.192 61.697 61.192 61.697 61.1927 61.6972 3.511 3.5134 3.495 3.496 3.5142 3.5160 0.3
21.887 21.962 21.445 21.517 21.9582 22.0344 61.192 61.697 61.191 61.697 61.1927 61.6972 3.509 3.510 3.477 3.478 3.5142 3.5160 0.4
21.816 21.891 21.007 21.076 21.9582 22.0344 61.192 61.696 61.190 61.696 61.1927 61.6972 3.503 3.505 3.450 3.452 3.5142 3.5160 0.5
21.677 21.751 20.399 20.464 21.9582 22.0344 61.191 61.696 61.188 61.694 61.1927 61.6972 جدول STYLEREF 1 s ‏3 SEQ جدول * ARABIC s 1 3 : فرکانس های طبیعی مربوط به تیر گیردار- مفصل برشی با عمق های مختلف و موقعیت ترک و طول دهانه و مقایسه نتایج با روش متعارف و تیر سالمتیر ترکدار گیردار-مفصل برشی تیر سالم hchروش ارائه شده روش متعارف[67] تیموشنکو اویلر- برنولی تیموشنکو اویلر- برنولی تیموشنکو اویلر- برنولی 5.5896 5.5944 5.586 5.5930 5.5872 5.5933 0.1
30.081 30.214 30.031 30.163 30.0926 30.2258 73.906 74.632 73.882 74.608 73.9131 74.6389 5.5890 5.5939 5.586 5.5922 5.5872 5.5933 0.2
30.06 30.193 29.859 29.989 30.0926 30.2258 73.895 74.613 73.797 74.523 73.9131 74.6389 5.5882 5.5931 5.584 5.590 5.5872 5.5933 0.3
30.022 30.154 29.563 29.690 30.0926 30.2258 73.875 74.601 73.651 74.376 73.9131 74.6389 5.5872 5.5927 5.582 5.588 5.5872 5.5933 0.4
29.950 30.082 29.113 29.234 30.0926 30.2258 73.839 74.565 73.431 74.155 73.9131 74.6389 5.5861 5.5915 5.579 5.585 5.5872 5.5933 0.5
29.807 29.937 28.494 28.607 30.0926 30.2258 73.767 74.494 73.130 73.854 73.9131 74.6389 جدول STYLEREF 1 s ‏3 SEQ جدول * ARABIC s 1 4: فرکانس های طبیعی مربوط به تیر دو سر لولا با عمق های مختلف و موقعیت ترک و طول دهانه و مقایسه این نتایج با روش متعارف و تیر سالمتیر ترکدار دو سر لولا تیر سالم hchروش ارائه شده روش متعارف[67] تیموشنکو اویلر- برنولی تیموشنکو اویلر- برنولی تیموشنکو اویلر- برنولی 9.853 9.864 9.833 9.843 9.8591 9.8696 0.1
39.3125 39.478 39.3125 39.478 39.3125 39.4784 87.947 88.778 87.764 88.590 87.9946 88.8264 9.844 9.854 9.758 9.769 9.8591 9.8696 0.2
39.3125 39.478 39.3125 39.478 39.3125 39.4784 87.865 88.693 87.125 87.936 87.9946 88.8264 9.827 9.837 9.630 9.64 9.8591 9.8696 0.3
39.3124 39.478 39.3125 39.478 39.3125 39.4784 87.719 88.544 86.05 86.835 87.9946 88.8264 9.796 9.806 9.430 9.439 9.8591 9.8696 0.4
39.3123 39.478 39.3125 39.478 39.3125 39.4784 87.450 88.268 84.869 85.221 87.9946 88.8264 9.734 9.744 9.147 9.156 9.8591 9.8696 0.5
39.312 39.478 39.3125 39.478 39.3125 39.4784 86.921 87.727 82.4 83.106 87.9946 88.8264 تیر با نسبت های مختلف طول دهانه ترک:در این قسمت نتایج را به ازای تغییر در طول دهانه ترک نشان خواهیم داد. همان گونه که قبلا بیان شد، مزیت روش ارائه شده نسبت به روش های دیگر این است که در روش ارائه شده، فرکانس طبیعی با تغییر در طول دهانه ترک تغییر می کند، اما نتایج روش متعارف، نسبت به تغییر طول دهانه ترک ثابت است.
جدول 3-5، سه فرکانس طبیعی بی بعد مربوط به سه مود اول ارتعاش تیر ترکدار گیردار-گیردار را به ازای عمق ترک ثابت و موقعیت ترک و طول های مختلف دهانه ترک از تا نشان می دهد.
در جداول 3-6 تا 3-8، فرکانس های طبیعی بی بعد مربوط به سه مود اول را برای شرایط مرزی مختلف به ازای طول های مختلف دهانه ترک از تا و موقعیت ترک و عمق ترک ، برای تیرهای اویلر – برنولی و تیر تیموشنکو نشان داده شده است. همان طور که از نتایج پیداست با افزایش طول دهانه ترک، فرکانس طبیعی تیر کاهش می یابد. ضمن اینکه به دلیل آنکه روش متعارف نسبت به پارامتر طول دهانه ترک حساسیتی ندارد نتایج مربوط به روش متعارف به ازای تغییر این پارامتر تغییر نمی کند.
جدول STYLEREF 1 s ‏3 SEQ جدول * ARABIC s 1 5: فرکانس های طبیعی تیر دو سر گیردار با طول های مختلف دهانه ترک و موقعیت ترک و عمق ترک و مقایسه این نتایج با روش متعارف و تیر سالمdoLتیر سالم تیر ترکدار دو سر گیردار
روش متعارف[67] روش ارائه شده
اویلر- برنولی تیموشنکو اویلر- برنولی تیموشنکو اویلر- برنولی تیموشنکو
0.001 22.373 22.276 22.329 22.233 22.3699 22.273
61.672 61.062 61.672 61.062 61.6728 61.063
120.90 118.818 120.579 118.506 120.869 118.786
0.002 22.373 22.276 22.329 22.233 22.3667 22.270
61.672 61.062 61.672 61.062 61.6728 61.063
120.90 118.818 120.579 118.506 120.836 118.754
0.004 22.373 22.276 22.329 22.233 22.3600 22.263
61.672 61.062 61.672 61.062 61.6728 61.063
120.90 118.818 120.579 118.506 120.770 118.691
0.005 22.373 22.276 22.329 22.233 22.3568 22.260
61.672 61.062 61.672 61.062 61.6728 61.063
120.90 118.818 120.579 118.506 120.737 118.659
0.008 22.373 22.276 22.329 22.233 22.3470 22.251
61.672 61.062 61.672 61.062 61.6728 61.063
120.90 118.818 120.579 118.506 120.640 118.566
0.01 22.373 22.276 22.329 22.233 22.3406 22.244
61.672 61.062 61.672 61.062 61.6726 61.063
120.90 118.818 120.579 118.506 120.576 118.505
جدول STYLEREF 1 s ‏3 SEQ جدول * ARABIC s 1 6 : فرکانس های طبیعی مربوط به تیر یکسر گیردار با طول های مختلف دهانه ترک و موقعیت ترک و عمق ترک و مقایسه این نتایج با روش متعارف و تیر سالمتیر ترکدار تیر سالم doLروش ارائه شده روش متعارف[67] تیموشنکو اویلر- برنولی تیموشنکو اویلر- برنولی تیموشنکو اویلر- برنولی 3.509 3.510 3.450 3.452 3.5142 3.5160 0.001
21.816 21.891 20.399 20.464 21.9582 22.0344 61.192 61.696 61.188 61.694 61.1927 61.6972 3.503 3.505 3.450 3.452 3.5142 3.5160 0.002
21.677 21.751 20.399 20.464 21.9582 22.0344 61.191 61.696 61.188 61.694 61.1927 61.6972 3.498 3.500 3.450 3.452 3.5142 3.5160 0.003
21.542 21.615 20.399 20.464 21.9582 22.0344 61.190 61.696 61.188 61.694 61.1927 61.6972 3.493 3.495 3.450 3.452 3.5142 3.5160 0.004
21.412 21.484 20.399 20.464 21.9582 22.0344 61.189 61.696 61.188 61.694 61.1927 61.6972 3.483 3.485 3.450 3.452 3.5142 3.5160 0.006
21.161 21.232 20.399 20.464 21.9582 22.0344 61.187 61.695 61.188 61.694 61.1927 61.6972 جدول STYLEREF 1 s ‏3 SEQ جدول * ARABIC s 1 7: فرکانس های طبیعی مربوط به تیر گیردار- مفصل برشی با طول های مختلف دهانه ترک و موقعیت ترک و عمق ترک و مقایسه این نتایج با روش متعارف و تیر سالمتیر ترکدار تیر سالم doLروش ارائه شده روش متعارف[67] تیموشنکو اویلر- برنولی تیموشنکو اویلر- برنولی تیموشنکو اویلر- برنولی 5.584 5.591 5.579 5.585 5.5872 5.5933 0.001
29.947 30.079 28.494 28.607 30.0926 30.2258 73.8391 74.5649 73.130 73.854 73.9131 74.6389 5.583 5.590 5.579 5.585 5.5872 5.5933 0.002
29.807 29.937 28.494 28.607 30.0926 30.2258 73.767 74.494 73.130 73.854 73.9131 74.6389 5.582 5.588 5.579 5.585 5.5872 5.5933 0.003
29.672 29.799 28.494 28.607 30.0926 30.2258 73.699 74.425 73.130 73.854 73.9131 74.6389 5.580 5.586 5.579 5.585 5.5872 5.5933 0.004
29.540 29.667 28.494 28.607 30.0926 30.2258 73.632 74.359 73.130 73.854 73.9131 74.6389 5.580 5.585 5.579 5.585 5.5872 5.5933 0.006
29.290 29.413 28.494 28.607 30.0926 30.2258 73.506 74.234 73.130 73.854 73.9131 74.6389 جدول STYLEREF 1 s ‏3 SEQ جدول * ARABIC s 1 8: فرکانس های طبیعی مربوط به تیر دو سر لولا با طول های مختلف دهانه ترک و موقعیت ترک و عمق ترک و مقایسه این نتایج با روش متعارف و تیر سالمتیر ترکدار تیر سالم doLروش ارائه شده روش متعارف[67] تیموشنکو اویلر- برنولی تیموشنکو اویلر- برنولی تیموشنکو اویلر- برنولی 9.796 9.806 9.147 9.156 9.8591 9.8696 0.001
39.312 39.478 39.312 39.478 39.3125 39.4784 87.445 88.263 82.398 83.106 87.9946 88.8264 9.734 9.744 9.147 9.156 9.8591 9.8696 0.002
39.312 39.478 39.312 39.478 39.3125 39.4784 86.921 87.727 82.398 83.106 87.9946 88.8264 9.673 9.683 9.147 9.156 9.8591 9.8696 0.003
39.312 39.478 39.312 39.478 39.3125 39.4784 86.423 87.217 82.398 83.106 87.9946 88.8264 9.614 9.624 9.147 9.156 9.8591 9.8696 0.004
39.312 39.478 39.312 39.478 39.3125 39.4784 85.95 86.732 82.398 83.106 87.9946 88.8264 9.499 9.508 9.147 9.156 9.8591 9.8696 0.006
39.312 39.478 39.312 39.478 39.3125 39.4784 85.065 85.827 82.398 83.106 87.9946 88.8264 بررسی اثر تغییر موقعیت ترکدر این قسمت، موقعیت ترک را از قسمت های ابتدایی تیر تا قسمت های انتهایی تیر، به ازای عمق و طول دهانه ثابت تغییر می دهیم و نتایج را نشان می دهیم. نکته قابل توجه در این قسمت این است که، تنها در حالت شرط مرزی تیر یک سر گیردار با تغییر موقعیت ترک از ابتدا تا انتها، فرکانس طبیعی مربوط به مود اول، افزایش می یابد و در مورد شرایط مرزی دو سر گیردار و دو سر لولا به علت تقارن، در فاصله های برابر از تکیه گاه ها، فرکانس های طبیعی یکسان است. برای حالت دوسر لولا با نزدیک کردن موقعیت ترک به میانه تیر فرکانس طبیعی اول کاهش پیدا کرده و بعد از آن افزایش می یابد. در مورد بقیه شرایط مرزی، نظم خاصی وجود ندارد. نتایج مربوط به هر دو روش ارائه شده و روش متعارف نشان دهنده این موضوع می باشد. ضمن اینکه تطابق و نزدیکی خوبی بین نتایج دو روش وجود دارد.
در جداول 3-9 تا 3-12، نتایج مربوط به بررسی اثر موقعیت ترک به ازای و نشان داده شده است. شرط مرزی هر تیر نیز در بالای جدول مربوط به آن آورده شده است.
جدول STYLEREF 1 s ‏3 SEQ جدول * ARABIC s 1 9: فرکانس های طبیعی مربوط به تیر دو سر گیردار با موقعیت های مختلف ترک و طول دهانه و عمق ترک و مقایسه این نتایج با روش متعارف و تیر سالمLCLتیر سالم تیر ترکدار دو سر گیردار
روش متعارف[67] روش ارائه شده
اویلر- برنولی تیموشنکو اویلر- برنولی تیموشنکو اویلر- برنولی تیموشنکو
0.1 22.373 22.276 21.572 21.484 22.202 22.107
61.672 61.062 61.289 60.695 61.594 60.986
120.90 118.818 120.862 118.774 120.899 118.839
0.2 22.373 22.276 22.343 22.247 22.372 22.275
61.672 61.062 60.304 59.721 61.454 60.848
120.90 118.818 114.532 112.712 119.971 117.678
0.3 22.373 22.276 22.133 22.039 22.341 22.245
61.672 61.062 58.111 57.586 61.016 60.423
120.90 118.818 118.575 116.619 120.445 118.385
0.4 22.373 22.276 21.516 21.430 22.231 22.137
61.672 61.062 59.761 59.200 61.318 60.718
120.90 118.818 119.153 117.113 120.577 118.498
0.5 22.373 22.276 21.225 21.142 22.177 22.082
61.672 61.062 61.672 61.063 61.672 61.062
120.90 118.818 113.224 111.417 119.397 117.371
0.6 22.373 22.276 21.516 21.430 22.231 22.137
61.672 61.062 59.761 59.200 61.318 60.718
120.90 118.818 119.153 117.113 120.577 118.498
0.7 22.373 22.276 22.133 22.039 22.341 22.245
61.672 61.062 58.111 57.586 61.016 60.423
120.90 118.818 118.575 116.619 120.445 118.385
0.8 22.373 22.276 22.343 22.247 22.372 22.275
61.672 61.062 60.304 59.721 61.454 60.848
120.90 118.818 114.532 112.712 119.971 117.678
0.9 22.373 22.276 21.572 21.484 22.202 22.107
61.672 61.062 61.289 60.695 61.594 60.986
120.90 118.818 120.862 118.774 120.899 118.839
همان طور که از نتایج جدول فوق مشخص است در فاصله های برابر از تکیه گاه ها، مثلا در موقعیت ترک و به علت تقارن فرکانس های طبیعی بدست آمده برابر می باشد.
جدول STYLEREF 1 s ‏3 SEQ جدول * ARABIC s 1 10: فرکانس های طبیعی مربوط به تیر یک سر گیردار با موقعیت های مختلف ترک و طول دهانه و عمق ترک و مقایسه نتایج با روش متعارف و تیر سالمLCLتیر سالم تیر ترکدار یک سر گیردار
روش متعارف[67] روش ارائه شده
اویلر- برنولی تیموشنکو اویلر- برنولی تیموشنکو اویلر- برنولی تیموشنکو
0.1 3.5160 3.5142 3.156 3.155 3.445 3.443
22.0344 21.9582 21.288 21.221 21.874 21.799
61.6972 61.1927 61.309 60.821 61.618 61.115
0.2 3.5160 3.5142 3.250 3.248 3.465 3.463
22.0344 21.9582 22.019 21.943 22.035 21.959
61.6972 61.1927 60.345 59.857 61.481 60.979
0.3 3.5160 3.5142 3.332 3.331 3.482 3.480
22.0344 21.9582 21.714 21.639 21.986 21.910
61.6972 61.1927 58.189 57.758 61.051 60.561
0.4 3.5160 3.5142 3.400 3.399 3.495 3.494
22.0344 21.9582 20.950 20.881 21.846 21.771
61.6972 61.1927 59.864 59.413 61.358 60.864
0.5 3.5160 3.5142 3.452 3.450 3.505 3.503
22.0344 21.9582 20.463 20.399 21.751 21.677
61.6972 61.1927 61.693 61.188 61.696 61.191
0.6 3.5160 3.5142 3.486 3.484 3.512 3.510
22.0344 21.9582 20.543 20.478 21.767 21.693
61.6972 61.1927 59.451 58.972 61.266 60.766
0.7 3.5160 3.5142 3.505 3.503 3.516 3.514
22.0344 21.9582 21.091 21.022 21.867 21.794
61.6972 61.1927 57.024 56.592 60.800 60.310
0.8 3.5160 3.5142 3.513 3.512 3.52 3.517
22.0344 21.9582 21.711 21.637 21.978 21.902
61.6972 61.1927 58.228 57.781 61.091 60.597
0.9 3.5160 3.5142 3.515 3.514 3.521 3.519
22.0344 21.9582 22.003 21.927 22.041 21.965
61.6972 61.1927 61.165 60.667 61.613 61.109
جدول STYLEREF 1 s ‏3 SEQ جدول * ARABIC s 1 11: فرکانس های طبیعی مربوط به تیر دو سر لولا با موقعیت های مختلف ترک و طول دهانه و عمق ترک و مقایسه این نتایج با روش متعارف و تیر سالمLCLتیر سالم تیر ترکدار دو سر لولا
روش متعارف[67] روش ارائه شده
اویلر- برنولی تیموشنکو اویلر- برنولی تیموشنکو اویلر- برنولی تیموشنکو
0.1 9.8696 9.8591 9.793 9.783 9.857 9.847
39.4784 39.31251 38.395 38.240 39.302 39.138
88.8264 87.9946 84.441 83.705 88.084 87.269
0.2 9.8696 9.8591 9.602 9.592 9.825 9.815
39.4784 39.31251 36.931 36.790 39.026 38.865
88.8264 87.9946 83.902 83.176 87.841 87.032

user8298

فصل اول: مقدمه
TOC h z t "t1,1,t2,1,t3,1" 1-1 مقدمه2
HYPERLINK l "_Toc365922955" 1-2 تعاریف3
HYPERLINK l "_Toc365922956" 1-2-1 سرریزها3
HYPERLINK l "_Toc365922957" 1-2-2 دریچهها3
HYPERLINK l "_Toc365922958" 1-2-3 سازه ترکیبی سریز – دریچه4
HYPERLINK l "_Toc365922959" 1-2-4 آبشستگی6
HYPERLINK l "_Toc365922960" 1-3 ضرورت انجام تحقیق9
HYPERLINK l "_Toc365922961" 1-4 اهداف تحقیق9
HYPERLINK l "_Toc365922962" 1- 5 ساختار کلی پایاننامه10
فصل دوم: بررسی منابع
2-1 مقدمه12
2-2 مطالعات آزمایشگاهی جریان12
2-2 مطالعات عددی با نرمافزار Flow3D16
فصل سوم: مواد و روشها
3-1 مقدمه22
3-2 نحوه انجام آزمایشات22
3-2-1 مخزن23
3-2-2 پمپ23
3-2-3 کانال آزمایشگاهی23
3-2-4 مخزن آرام کننده جریان24
فهرست مطالب
عنوان صفحه
3-2-5 مدل سازه ترکیبی سرریز - دریچه24
3-3 آنالیز ابعادی25
3-4 شبیهسازی عددی27
3-4-1 معرفی نرمافزار Flow3D28
3-4-2 معادلات حاکم32
3-4-3 مدلهای آشفتگی33
3-4-3-1 مدلهای صفر معادلهای35
3 -4-3-2 مدلهای یک معادلهای35
3-4-3-3 مدلهای دو معادلهای36
3-4-3-4 مدلهای دارای معادله تنش36
3-4-4 شبیهسازی عددی مدل37
3-4-4-1 ترسیم هندسه مدل38
3-4-4-2 شبکه بندی حل معادلات جریان38
3-4-4-3 شرایط مرزی کانال40
3-4-4-4 خصوصیات فیزیکی مدل41
3-4-4- 5 شرایط اولیه جریان43
3-4-4-6 زمان اجرای مدل43
فصل چهارم: نتایج و بحث
4-1 مقدمه46
4-2 شبیهسازی هیدرولیک جریان در حالت کف صلب46
4-2-1 واسنجی نرمافزار46
4-2-1-1 ارزیابی نرمافزارپ48
4-2-1-2 بررسی تأثیر انقباض جانبی سازه ترکیبی سرریز - دریچه بر هیدرولیک جریان54
فهرست مطالب
عنوان صفحه
4-3 شبیهسازی آبشستگی پاییندست جریان59
4-3-1 واسنجی نرمافزار59
4-3-1-1 ارزیابی نتایج نرمافزار61
فصل پنجم: پیشنهادها
5-1 مقدمه70
5-2 نتیجهگیری70
5-3 پیشنهادها71
منابع74

فهرست جدول‌ها
عنوان صفحه
جدول 3- 1 محدوده آزمایشات انجام شده برای مدلسازی هیدرولیک جریان25
جدول 3- 2 معرفی نرمافزار Flow3D28
ادامه جدول 3-229
جدول 3- 3 محدوده دادههای به کار رفته جهت شبیهسازی آبشستگی38
جدول 3- 4 شرایط مرزی اعمال شده در نرمافزار40
جدول 3- 5 شرایط مرزی اعمال شده در نرمافزار41
جدول 3- 6 مدلسازیهای انجام شده برای تعیین بهترین مقدار پارامترهای مربوط به رسوب42
جدول 4- 1 نتایج آمارهای خطا مربوط به فرمول (4-1)51
جدول 4- 2 نتایج حاصل از مدلسازی سازه ترکیبی همراه با انقباض جانبی برای نسبت دبیها55
جدول 4- 3 تأثیر پارامتر عدد شیلدز بحرانی بر حداکثر عمق آبشستگی60
جدول 4- 4 تأثیر پارامتر ضریب دراگ بر حداکثر عمق آبشستگی60
جدول 4- 5 تأثیر زاویه ایستایی بر حداکثر عمق آبشستگی61
جدول 4-6 تأثیر پارامتر حداکثر ضریب تراکم مواد بستر بر حداکثر عمق آبشستگی61
جدول 4- 7 بهترین مقادیر برای پارامترهای مؤثر در شبیهسازی حفره آبشستگی61
جدول 4- 8 نتایج آمارهای خطا مربوط به فرمول (4-4)65
فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
TOC h z t "fig,1,table,1" شکل 1- 1 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری همزمان از روی سرریز و زیر دریچه5
HYPERLINK l "_Toc366000088" شکل 1- 2 آبشستگی موضعی پاییندست برخی از سازههای هیدرولیکی8
HYPERLINK l "_Toc366000089" شکل 2- 1 جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز - دریچه مستطیل شکل با فشردگی جانبی12
شکل 2- 2 جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز- دریچه بدون فشردگی جانبی12
شکل 2- 3 نمایی از مدلهای آزمایشگاهی جریان مستغرق و نیمه مستغرق (سامانی و مظاهری، 1386)14
شکل 2- 4 مدل شبیهسازی شده جریان و حفره آبشستگی جریان ترکیبی (اویماز، 1987)14
شکل 2- 5 فرآیند پر و خالی شدن حفره آبشستگی درحین برخی از آزمایشات (دهقانی و بشیری، 2010) 15
شکل 3- 1 نمایی از مدل آزمایشگاهی کانال با مقیاس کوچک23
شکل 3- 2 مشخصات اجزای فلوم آزمایشگاهی با مقیاس کوچک24
شکل 3- 3 مدل فیزیکی سازه ترکیبی مورد استفاده در آزمایشات هیدرولیک جریان25
شکل 3- 4 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری از سرریز و زیر دریچه در بستر صلب26
شکل 3- 5 مدلسازی پرش هیدرولیکی30
شکل 3- 6 مدلسازی جریان در قوس رودخانه30
شکل 3- 7 مدلسازی جریان عبوری از زیر دریچه30
شکل 3- 8 مدلسازی جریان عبوری از روی سرریز با انقباض جانبی و بدون انقباض31
شکل 3- 9 مدلسازی آبشستگی پاییندست سازه31
شکل 3- 10 مشبندی یکنواخت در کانال با مقیاس کوچک39
شکل 3- 11 مشبندی غیر یکنواخت در راستای طولی کانال با مقیاس بزرگ40
شکل 3- 12 شرایط مرزی مورد استفاده در مدلسازی حالت بستر صلب40
شکل 3- 13 شرایط مرزی مورد استفاده در مدلسازی حالت بستر رسوب41
شکل 3- 14 نمودار تغییرات زمانی حجم سیال در مدلسازی هیدرولیک جریان43
شکل 3- 15 نمودار تغییرات زمانی حجم سیال در مدلسازی حفره آبشستگی43
شکل 4- 1 مقایسه نتایج پروفیل سطح آب برای شبکهبندیهای مختلف میدان جریان با داده آزمایشگاهی46
شکل 4- 2 مقایسه پروفیل سطح آب در دو مدل تلاطمی k-ε RNG و k-ε و دادههای آزمایشگاهی47
شکل 4- 3 مقایسه پروفیل سطح آب در مدل تلاطمی k-ε RNG با دادههای آزمایشگاهی49
فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
شکل 4-4 ارزیابی دقت مدل RNG k-ε برای عمق جریان در بالادست و روی سازه ترکیبی سرریز- دریچه49
شکل 4- 5 نمایش چگونگی رابطه پارامترهای بیبعد مؤثر بر جریان عبوری از سازه ترکیبی با نسبت دبی عبوری از روی سازه به دبی عبوری از زیر دریچه (Qs / Qg)51
شکل 4- 6 نمودار تغییرات نسبت دبیهای نرمافزار و مشاهداتی52
شکل 4- 7 مقایسه رابطه نسبت دبیها درسازه ترکیبی سرریز- دریچه با روابط تجربی برای تخمین دبی در سرریز و ریچه52
شکل 4- 8 توزیع مؤلفه طولی سرعت جریان عبوری از سازه ترکیبی در طول کانال با استفاده از مدل RNG k-ε53
شکل 4- 9 توزیع فشار جریان عبوری از سازه ترکیبی در طول کانال با استفاده از مدل RNG k-ε53
شکل 4- 10 الگوی جریان اطراف سازه ترکیبی سرریز - دریچه54
شکل 4- 11 توزیع تنش برشی کف در اطراف سازه ترکیبی سرریز - دریچه54
شکل 4- 12 شماتیکی از جریان عبوری از سازه ترکیبی دارای انقباض جانبی54
شکل 4-13 توزیع تنش برشی کف در اطراف سازه ترکیبی با انقباض جانبی55
شکل 4-14 مقایسه عمق جریان درعرض کانال دربلافاصله قبل از سازه برای میزان انقباضهای جانبی مختلف سازه رکیبی56
شکل 4-15 مقایسه عمق جریان در طول کانال برای میزان انقباضهای جانبی مختلف سازه ترکیبی56
شکل 4-16 توزیع مؤلفه طولی سرعت در زیر سازه در دو حالت با انقباض و بدون انقباض57
شکل 4-17 توزیع مؤلفه طولی سرعت روی سازه در دو حالت با انقباض و بدون انقباض57
شکل 4-18 توزیع مؤلفه عرضی سرعت در زیر سازه در دو حالت با انقباض و بدون انقباض58
شکل 4-19 توزیع مؤلفه عرضی سرعت روی سازه در دو حالت با انقباض و بدون انقباض58
شکل 4- 20 مقایسه دقت شبیهسازی حفره آبشستگی با استفاده از مدلهای مختلف آشفتگی59
شکل 4- 21 ارزیابی دقت نرمافزار برای عمق جریان در بالادست و روی سازه ترکیبی62
شکل 4- 22 ارزیابی دقت نرمافزار برای حداکثر عمق آبشستگی62
شکل 4- 23 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری از روی سرریز و زیر دریچه در بستر متحرک63
فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
شکل 4- 24 نمایش چگونگی رابطه پارامترهای بیبعد مؤثر بر جریان عبوری از سازه ترکیبی با نسبت دبی عبوری از روی سازه به دبی عبوری از زیر دریچه (Qs/Qg) برای بستر رسوب64
شکل 4- 25 نمودار تغییرات نسبت دبیهای نرمافزار و مشاهداتی65
شکل 4-26 توزیع مؤلفه طولی سرعت جریان در اطراف سازه ترکیبی66
شکل 4-27 الگوی جریان اطراف سازه ترکیبی سرریز – دریچه (الف. بردارهای سرعت ب. خطوط جریان)66
شکل 4-28 توزیع تنش برشی در اطراف حفره آبشستگی پاییندست سازه ترکیبی سرریز- دریچه در ابتدای اجرای برنامه67
شکل 4- 29 مقایسه رابطه پارامترهای بیبعد مؤثر بر جریان عبوری از سازه ترکیبی با نسبت دبی عبوری از روی سازه به دبی عبوری از زیر دریچه (Qs/Qg) برای بستر رسوب و بستر صلب67
شکل 4-30 نمودار رابطه حداکثر عمق آبشستگی با نسبت دبیهای عبوری از رو و زیر سازه ترکیبی68

18849116456969
فصل اول
مقدمه
1-1- مقدمه
یکی از عمده‌ترین مشکلات سازه‌هایی از قبیل سرریزها، دریچه‌ها و حوضچه‌های آرامش که در بالادست بسترهای فرسایش‌پذیر قرار دارند، آبشستگی در مجاورت سازه است که علاوه‌بر تأثیر مستقیم بر پایداری سازه، ممکن است باعث تغییر مشخصات جریان و در نتیجه تغییر در پارامترهای طراحی سازه شود. به دلیل پیچیدگی موضوع، اکثر محققین آن را به صورت آزمایشگاهی بررسی کردهاند که با وجود تمام دستآوردهای مهمی که تاکنون در زمینه آبشستگی موضعی حاصل گردیده است، هنوز هم شواهد زیادی از آبشستگی گسترده در پایاب دریچه‌ها، سرریزها، شیب‌شکن‌ها، کالورت‌ها و مجاورت پایه‌های پل دیده می‌شود که می‌تواند پایداری این سازهها را با خطرات جدی مواجه کند.
پدیده آبشستگی زمانی اتفاق می‌افتد که تنش برشی جریان آب عبوری از آبراهه، از میزان بحرانی شروع حرکت ذرات بستر بیشتر شود. تحقیقات نشان داده است که عوامل بسیار زیادی بر آبشستگی در پایین‌دست سازه تأثیرگذار هستند که از جمله آنها می‌توان به اندازه و دانه‌بندی رسوبات، عمق پایاب، عدد فرود ذره، هندسه سازه و ... اشاره کرد (کوتی و ین (1976)، بالاچاندار و همکاران (2000)، کلز و همکاران (2001)، لیم و یو (2002)، فروک و همکاران (2006)، دی و سارکار (2006) و ساراتی و همکاران (2008)).
دریچهها و سرریزها به طور گسترده به منظور کنترل، تنظیم جریان و تثبیت کف، در کانالهای باز مورد استفاده قرار میگیرند. بر اثر جریان ناشی از جت عبوری از رو یا زیر سازهها، امکان ایجاد حفره آبشستگی در پاییندست سازهها وجود دارد که ممکن است پایداری سازه را به خطر اندازد؛ بنابراین تعیین مشخصات حفره آبشستگی مورد توجه محققین هیدرولیک جریان قرار گرفته است.
به منظور افزایش بهره‌وری از سازههای پرکاربرد سرریزها و دریچهها، می‌توان آنها را با هم ترکیب نمود به‌طوری‌که در یک زمان آب بتواند هم از روی سرریز و هم از زیر دریچه عبور نماید. با ترکیب سرریز و دریچه می‌توان دو مشکل عمده و اساسی رسوب‌گذاری در پشت سرریزها و تجمع رسوب و مواد زائد در پشت دریچه‌ها را رفع نمود. در سازه ترکیبی سرریز- دریچه، شرایط هیدرولیکی جدیدی حاکم خواهد شد که با شرایط هیدرولیکی هر کدام از این دو سازه به‌تنهایی متفاوت است.
1-2 تعاریف1-2-1 سرریزها
یکی از سازههای مهم هر سد را سرریزها تشکیل میدهند که برای عبور آب اضافی و سیلاب از سراب به پایاب سدها، کنترل سطح آب، توزیع آب و اندازهگیری دبی جریان در کانالها مورداستفاده قرار میگیرد. با توجه به حساس بودن کاری که سرریزها انجام میدهند، باید سازهای قوی، مطمئن و با راندمان بالا انتخاب شود که هر لحظه بتواند برای بهرهبرداری آمادگی داشته باشد.
معمولاً سرریزها را بر حسب مهمترین مشخصه آنها تقسیمبندی میکنند. این مشخصه میتواند در رابطه با سازه کنترل و کانال تخلیه باشد. بر حسب اینکه سرریز مجهز به دریچه و یا فاقد آن باشد به ترتیب با نام سرریزهای کنترلدار و یا سرریزهای بدون کنترل شناخته میشوند.
1-2-2 دریچهها
دریچهها سازههایی هستند که از فلزات، مواد پلاستیکی و شیمیایی و یا از چوب ساخته میشوند. از دریچهها به منظور قطع و وصل و یا کنترل جریان در مجاری عبور آب استفاده میشود و از لحاظ ساختمان به گونهای میباشند که در حالت بازشدگی کامل عضو مسدود کننده کاملاً از مسیر جریان خارج میگردد.
دریچهها در سدهای انحرافی و شبکههای آبیاری و زهکشی کاربرد فراوان دارند. همچنین برای تخلیه آب مازاد کانالها، مخازن و پشت سدها به کار میروند (نواک و همکاران، 2004).
دریچهها به صورت زیر دستهبندی میشوند:
بر اساس محل قرارگیری: دریچههای سطحی و دریچههای تحتانی. دریچه سطحی تحت فشار کم و دریچه تحتانی تحت فشار زیاد قرار میگیرند.
بر اساس کاری که انجام میدهند: دریچههای اصلی، تعمیراتی و اضطراری. دریچه اصلی به طور دائم مورد بهرهبرداری قرار میگیرند. برای تعمیرات از دریچه تعمیراتی و در زمان حوادث از دریچه اضطراری استفاده میشود.
بر اساس مصالح بدنه: دریچههای فولادی، آلومینیومی، بتنی مسلح، چوبی و پلاستیکی. دریچه فولادی به خاطر استقامت زیاد به صورت وسیع مورد استفاده قرار میگیرد.
بر اساس نوع بهرهبرداری: دریچههای تنظیم کننده دبی و دریچههای کنترلکننده سطح آب
بر اساس مکانیزم حرکت: دریچههای خودکار، هیدرولیکی، مکانیکی، برقی و دستی. دریچه خودکار بر اساس نیروی شناوری و وزن دریچه و بدون دخالت انسان کار میکند. دریچه هیدرولیکی بر اساس قانون پاسکال عمل مینماید. دریچه برقی از دستگاههای برقی، دریچه مکانیکی با استفاده از قانون نیرو و بازو و بالاخره دریچه دستی به صورت ساده با دست جابهجا میشوند.
بر اساس نوع حرکت: دریچههای چرخشی، غلطان، شناور و دریچههایی که در امتداد یا در جهت عمود بر جریان حرکت مینمایند.
بر اساس انتقال فشار آب: دریچهها ممکن است فشار را به طرفین یعنی به پایههای پل یا به تکیهگاهها منتقل نمایند و یا ممکن است نیروی فشار آب بر کف منتقل شود و یا ممکن است نیروی فشار آب به هر دو یعنی هم تکیهگاهها و هم بر کف منتقل شود.
1-2-3 سازه ترکیبی سریز – دریچهترکیب سرریز - دریچه یکی از انواع سازههای هیدرولیکی میباشد که در سالهای اخیر عمدتاً برای عبور سیال در مواردی که سیال حاوی سرباره و رسوب به صورت همزمان میباشد (مانند کانال عبور فاضلاب) بکار رفته است. سازه ترکیبی سرریز - دریچه با تقسیم دبی عبوری از بالا و پایین خود از انباشت سرباره و رسوب در پشت سازه جلوگیری میکند. از دیگر کاربردهای عملی این ترکیب، میتوان انواع سدهای تأخیری را نام برد. در سدهای تأخیری برای جلوگیری از انباشت رسوب در پشت سد که منجر به کاهش حجم مفید مخزن میگردد اقدام به تعبیه تخلیهکنندههای تحتانی میگردد. از طرف دیگر این نوع سدها به علت برآورد اهداف طراحی و عبور سیلابهای محتمل به صورت روگذر نیز عمل میکنند که از این دو جهت، مدل ترکیبی سرریز - دریچه ایده مناسبی برای تحلیل این نوع سدها میباشد. اگرچه این نوع سازه دارای کاربرد فراوانی در سازههای هیدرولیکی میباشد.
جهت به حداقل رساندن مشکلات در سرریزها و دریچه‌ها و همچنین جهت بالا بردن مزایای آنها می‌توان از سازه ترکیبی سرریز - دریچه استفاده کرد به طوری که در یک زمان، جریان آب بتواند هم از روی سرریز و هم از زیر دریچه عبور نماید. این وسیله ترکیبی می‌تواند مشکلات ناشی از فرسایش و رسوبگذاری را مرتفع نماید (دهقانی و همکاران، 2010).
همچنین با این روش، رسوبات و مواد زائد در پشت سرریزها انباشته نمی‌‌‌شوند (ماخرک، 1985).
مشکلاتی را که در اثر وجود مواد رسوبی یا شناور در آب انتقالی برای آبیاری حاصل می‌شود، می‌توان با استفاده از سازه ترکیبی سرریز - دریچه به مقدار زیادی کاهش داده که امکان اندازه‌گیری دقیق‌تر و ساده‌تر را به همراه دارد ( اسماعیلی و همکاران، 1385).
سیستم سرریز - دریچه امکان عبور جریان را از پایین و بالای یک مانع افقی در قسمت میانی مجرا به طور همزمان فراهم نموده، بدین صورت که مواد قابل رسوب را در پشت دریچه به صورت زیرگذر و مواد شناور را به صورت روگذر سرریز عبور میدهد (شکل 1- 1).
331470506095جریان عبوری از زیر دریچه
00جریان عبوری از زیر دریچه
267970163195جریان عبوری از روی سرریز
00جریان عبوری از روی سرریز
138620527622500143446560769500
شکل 1- 1 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری همزمان از روی سرریز و زیر دریچهاز اینرو تعیین شکل و حداکثر عمق آبشستگی در پاییندست سرریز و دریچه ترکیبی به منظور تثبیت وضعیت بستر میتواند مفید واقع شود.
1-2-4 آبشستگیآبشستگی یکی از موضوعات مهم و قابل توجه در مهندسی رودخانه و هیدرولیک جریان در بسترهای آبرفتی میباشد. چنانچه در یک بازه مورد بررسی، مقدار رسوب وارد شده کمتر از مقدار رسوب خارج شده باشد، عمل فرسایش کف رودخانه و یا بدنه آن رخ میدهد و کف رودخانه بتدریج عمیق میشود. از جمله اثرات منفی گود شدن بستر رودخانه، میتوان به شکست برشی و لغزش در بستر و نیز گرادیان هیدرولیکی خروجی اشاره کرد که در نهایت، افزایش فشار بالابرنده و ایجاد پدیده تراوش را در پی دارد.
به فرسایش بستر و کناره آبراهه در اثر عبور جریان آب، به فرسایش بستر در پاییندست سازههای هیدرولیکی به علت شدت جریان زیاد و یا به فرسایش بستر در اثر بوجود آمدن جریانهای متلاطم موضعی، آبشستگی گویند. عمق ناشی از فرسایش بستر اولیه را عمق آبشستگی مینامند. (کتاب هیدرولیک کانالهای روباز، دکتر ابریشمی)
از آنجا که مکانیزم عمل آبشستگی در مکانهای مختلف متفاوت میباشد، از این رو آبشستگی را به دو نوع تقسیمبندی میکنند:
نوع اول آبشستگی تنگشدگی میباشد. این نوع آبشستگی در دو حالت اتفاق می‌افتد:
الف) در جایی که رودخانه هنوز به حالت تعادل نرسیده و پتانسیل حمل رسوب در بازه‌ای از رودخانه بیش از میزان رسوب ورودی به این بازه باشد.
ب) در جایی که سرعت جریان به دلایلی مانند کاهش مقطع رودخانه در محل پل‌ها، افزایش پیدا می‌کند که در مقطع تنگ شده آبشستگی اتفاق می‌افتد.
در محل احداث پل، آبشکن و یا دیواره ساحلی معمولاً عرض رودخانه را کاهش می‌دهند. این عمل باعث می‌شود که سرعت جریان در این محدوده افزایش یابد. در نتیجه به ظرفیت حمل رسوب افزوده شده و سبب خواهد شد تا بستر رودخانه در این محل فرسایش یابد. عمل فرسایش آنقدر ادامه می‌یابد تا ظرفیت حمل رسوب کاهش یافته و برابر با ظرفیت حمل رسوب در مقطع بالادست گردد. در این حالت، نرخ فرسایش در این محل کمتر می‌شود. هر چند این فرسایش موجب می‌شود که تأثیر پسزدگی آب در بالادست کاهش یابد ولی به خاطر این مسئله نباید اجازه داده شود تا فرسایش صورت گیرد زیرا آبشستگی باعث خطرات جدی مثل واژگونی پل می‌گردد.
نوع دیگر آبشستگی، آبشستگی موضعی است. این نوع آبشستگی در پاییندست سازههای هیدرولیکی، در محل پایههای پل و به طور کلی هر مکانی که شدت جریانهای درهم به طور موضعی افزایش یابد، بوجود میآیند.
آبشستگی موضعی پاییندست سازههای هیدرولیکی نظیر سدها، سرریزها، شوتها، سازههای پلکانی و ... پدیده طبیعی است که به‌دلیل وجود سرعت محلی بیش از سرعت بحرانی بوجود میآید و دلایل آن را میتوان به صورت زیر بیان کرد:
ناکافی بودن مقدار استهلاک انرژی
تشکیل پرش هیدرولیکی ناپایدار و یا انتقال پرش خارج از کف حوضچه آرامش
بوجود آمدن جریانهای گردابی در پاییندست سازههای هیدرولیکی
شکل (1- 2) چند نوع سازه هیدرولیکی و آبشستگی پاییندست آنها را نشان میدهد.

شکل 1- 2 آبشستگی موضعی پاییندست برخی از سازههای هیدرولیکی (استاندارد آب و آبفا، 1389)
میزان عمق آبشستگی برای هر یک از سازهها بستگی به شرایط هیدرولیکی جریان و مشخصات رسوب و شرایط هندسی سازه دارد. تخمین میزان عمق آبشستگی از اینرو اهمیت دارد که ممکن است باعث تخریب سازه گردد.
به طور کلی آبشستگی در اثر اندرکنش نیروهای زیر حاصل میشود:
1- نیروی محرک ناشی از جریان که در راستای جدا کردن ذره از بستر عمل میکند.
2- نیروی مقاوم ناشی از اصطکاک ذرات و وزن ذره که در برابر حرکت ذره مقاومت کرده و مانع جدایی ذره از بستر میشود.
جریانها در محل وقوع آبشستگی، یک فرآیند دوفازی (آب و رسوب) است. بنابراین آبشستگی متأثر از متغیرهای بسیاری از قبیل پارامترهای جریان، مشخصات بستر آبرفتی، زمان و هندسه آبراهه میباشد. به همین دلیل، محققین هر یک به مطالعه بخشی از این وقایع پرداخته و آن را به صورت آزمایشگاهی و تجربی بررسی کردهاند.
1-3 ضرورت انجام تحقیقاز آنجایی که در سازه‌های ترکیبی سرریز - دریچه، تداخل جریان از زیر دریچه و روی سرریز باعث اختلاط شدید در جریان، تغییرات در توزیع تنش‌های برشی کف و از این‌رو افزایش پیچیدگی محاسبات می‌شود، بنابراین شبیه‌سازی الگوی جریان، سطح آزاد آب و آبشستگی مورد توجه محققین قرار دارد و لذا در این تحقیق، علاوه بر بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان در بستر صلب، توانایی نرمافزار Flow3D در شبیه‌سازی عددی الگوی جریان و آبشستگی مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت‌.
1-4 اهداف تحقیقتحقیق انجام شده به منظور پاسخگویی به اهداف زیر صورت گرفته است:
1- بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز- دریچه در بستر صلب و مدلسازی عددی آن با نرمافزار Flow3D و مقایسه نتایج حاصل از آن دو
2- مدلسازی عددی آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی با نرمافزار Flow3D و مقایسه نتایج حاصل از آن با نتایج بدست آمده از بررسیهای آزمایشگاهی توسط محققین دیگر
3- ارزیابی دقت مدلهای تلاطمی نرمافزار Flow3D در شبیهسازیهای عددی الگوی جریان و آبشستگی پاییندست سازه ترکیبی سرریز – دریچه در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی
4- محاسبه نسبت دبی عبوری از بالای سرریز به زیر دریچه با استفاده از مدل Flow3D
1- 5 ساختار کلی پایاننامهاین تحقیق در پنج فصل به شرح زیر تدوین شده است:
فصل اول- کلیات: که شامل مقدمهای بر سرریزها، دریچهها و مبانی ترکیب این دو سازه بوده و همچنین در رابطه با هیدرولیک جریان و آبشستگی در پای هر کدام از سازههای سرریز یا دریچه و یا سازه ترکیبی سرریز - دریچه کلیاتی ارائه گردیده است.
فصل دوم- بررسی منابع: در این فصل، پیشینه تحقیقها در زمینه هیدرولیک جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز - دریچه، آبشستگی پاییندست سازه ترکیبی و همچنین مطالعات انجام شده توسط نرم‌‌افزار Flow3D بررسی خواهد شد.
فصل سوم- مواد و روشها: این فصل شامل معرفی مواد و روشهای تحقیق، آشنایی با نرمافزار Flow3D و مراحل مدلسازی است.
فصل چهارم- نتایج و بحث: در این فصل، نتایج ارائه شده شامل دو بخش است. بخش اول مربوط به نتایج آزمایشات انجام شده در بستر صلب مربوط به جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز – دریچه و بخش دوم مربوط به نتایج شبیهسازی عددی الگوی جریان، پروفیل و آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی است.
فصل پنجم- نتیجهگیری و پیشنهادها: این فصل دربرگیرنده نتایج بدست آمده از تحلیلها به همراه پیشنهادهایی برای تحقیقات بعدی است.
فصل دوم
مروری بر منابع
2-1 مرور منابع
در این فصل، بررسی منابع و سوابق تحقیق در دو بخش مطالعات آزمایشگاهی و مطالعات عددی توسط نرمافزار Flow3D ارائه میشود که ابتدا مطالعات آزمایشگاهی در دو حالت بستر صلب و متحرک ارائه شده و سپس مطالعات عددی با نرمافزار Flow3D نام برده میشود. چون در مورد جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز‌– دریچه، مدلسازی با نرمافزار Flow3D تاکنون انجام نگرفته است مطالعات عددی نرمافزار Flow3D در همه زمینهها اشاره شده است.
2-2 مطالعات آزمایشگاهی جریان
از جمله مطالعات آزمایشگاهی هیدرولیک جریان در سازه ترکیبی سرریز‌- دریچه، میتوان به مطالعات نجم و همکاران (1994) اشاره کرد. ایشان پارامترهای هندسی و هیدرولیکی مؤثر بر روی جریان ترکیبی را مورد بررسی قرار داده و برای جریان سرریز مثلثی روی دریچه مستطیلی، سرریز و دریچه مستطیلی با ابعاد تنگشدگیهای مختلف به طور جداگانه معادلاتی استخراج کردند. همچنین حالتی را که تنگشدگی دریچه و سرریز یکسان یا متفاوت باشد نیز به طور جداگانه مورد بررسی قرار دادند. این محققین همچنین برای شرایط مختلف مانند استفاده از سرریز مثلثی با زاویههای مختلف و یا سرریز مستطیلی با فشردگی جانبی (شکل 2-1) و بدون فشردگی جانبی (شکل 2-2) روابط جداگانهای به صورت رابطههای (2-1) تا (2-4) ارائه دادند.

شکل 2-‌1 جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز‌- دریچه مستطیل شکل با فشردگی جانبی
شکل 2- 2 جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز- دریچه بدون فشردگی جانبی41052753175(2- 1)
00(2- 1)
Cd=Qc(b1d2gd+y+h-hd+232gb-0.2hh1.5)4274820140335(2- 2)
00(2- 2)
Qu=23Cu2g(b-0.2h)h1.54105275112395(2- 3)
00(2- 3)


Ql=Clb1d2g(d+y+h-hd)429387059690(2- 4)
00(2- 4)
Qc2gb(d1.5 )=Cl1+yd+hd+hdd+23Cu(hd)32شیواپور و پراکاش (2004)، به بررسی دبی جریان از روی سرریز مستطیلی و از زیر دریچه V شکل پرداختند. طبق نتایجی که ایشان گرفتند زمانی که از دریچه V شکل و کج استفاده میشود دبی کانالهای مستطیلی با بستر ثابت با دقت بالاتری قابل تخمین است.
اسماعیلی و فتحیمقدم (1385)، به بررسی آزمایشگاهی هیدرولیک جریان و تعیین ضریب دبی مدل سرریز‌- دریچه در کانالهای دایروی و جریانهای زیرگذر و روگذر با نصب مانع با عرضهای مختلف پرداختند.
سامانی و مظاهری (1386)، به بررسی تخمین رابطه دبی جریان عبوری از روی سرریز و زیر دریچه در حالتهای مستغرق و نیمهمستغرق پرداختند. نتایج بررسی هیدرولیک جریان ایشان نشان میدهد که سیستم سرریز- دریچه، موجب اصلاح خطوط جریان شده، شرایط جریان را به حالت تئوریک نزدیکتر و در نتیجه، واسنجی ضریب شدت جریان سیستم سرریز - دریچه و تخمین دبی جریان با دقت بیشتری نسبت به سرریزهای معمولی انجام میشود.

شکل 2- 3 نمایی از مدلهای آزمایشگاهی جریان مستغرق و نیمه مستغرق (سامانی و مظاهری، 1386)

رضویان و حیدرپور (1386)، با بررسی خطوط جریان ترکیبی از روی سرریز مستطیلی با فشردگی جانبی و زیر دریچه مستطیلی بدون فشردگی جانبی در حالت لبهتیز، معادلهای برای ضریب شدت جریان پیشنهاد کردند.
تاکنون پژوهشهایی در زمینه آبشستگی پاییندست سازه ترکیبی سرریز - دریچه انجام شده است. اولین بار در سال 1987 یک سری آزمایش توسط آقای اویماز در آزمایشگاه سازههای هیدرولیکی استانبول بر روی آبشستگی پای سازه ترکیبی سرریز- دریچه صورت گرفته است. شکل (2-4) نمایی از مدل شبیهسازی جریان کار ایشان را نمایش میدهد.

شکل 2- 4 مدل شبیهسازی شده جریان و حفره آبشستگی جریان ترکیبی (اویماز، 1987)
ایشان برای 2 نوع دانهبندی و رسوب غیرچسبنده آزمایشات خود را اجرا نمودند. همچنین تمامی آزمایشات یک بار برای دریچه تنها و یک بار در حالت ترکیب دریچه و سرریز انجام دادند. پس از انجام آزمایشات، دادههای بدست آمده را تجزیه و تحلیل نموده تا به یک رابطه رگرسیونی خطی لگاریتمی بین پارامترهای عمق آبشستگی با قطر رسوبات و ارتفاع آب پاییندست برسند. نتایج تحقیق ایشان نشان می‌دهد که آبشستگی در پای سازه ترکیبی سرریز - دریچه خیلی کمتر از زمانی است که تنها جریان از زیر دریچه را داریم. همچنین عمق آبشستگی بستگی زیادی به مقدار دبی جریان دارد.
دهقانی و همکاران (2009) به بررسی آزمایشگاهی حداکثر عمق آبشستگی پاییندست سرریز تنها، دریچه تنها و سازه ترکیبی سرریز - دریچه بدون انقباض پرداختند. نکته جالبی که در کار آزمایشگاهی ایشان دیده شده است رفتار نوسانی روند فرسایش و رسوبگذاری به صورت پر و خالی شدن حفره آبشستگی است. حفره آبشستگی ابتدا عمیق میشود، سپس با وجود جریانهای برگشتی کمی رسوبات فرسایش یافته به درون حفره برمیگردد و حفره کمی پر میشود. سپس دوباره حفره توسط گردابههای زیر دریچه عمیق میشود و روند پر و خالی شدن ادامه مییابد (شکل 2- 5). البته این روند با گذشت زمان کندتر شده و شکل حفره در حوالی زمان تعادل تقریباً ثابت میشود (دهقانی و همکاران، 2010).
همچنین بررسیهای ایشان نشان داد که حداکثر عمق آبشستگی پای سازه ترکیبی سرریز - دریچه خیلی کمتر از زمانی است که جریان تنها از روی سرریز عبور میکند و این نتیجه با نتایج کار آقای اویماز (1985) تطابق دارد.

شکل 2- 5 فرآیند پر و خالی شدن حفره آبشستگی در حین برخی از آزمایشات (دهقانی و بشیری، 2010) شهابی و همکاران (1389) به بررسی آزمایشگاهی مشخصات حفره آبشستگی در پاییندست سرریز و دریچه ترکیبی پرداختند. نتایج این بررسی آزمایشگاهی نشان داد که عمق آبشستگی پایین‌دست سازه ترکیبی سرریز - دریچه کمتر از عمق آبشستگی پاییندست سرریز میباشد. همچنین مشخصههای حفره آبشستگی، با افزایش عدد فرود (Fr)، افزایش مییابد و در ارتفاع ریزش ثابت برای جت عبوری از روی آن، با افزایش بازشدگی دریچه، حداکثر عمق آبشستگی کاهش مییابد. نتایج انجام آزمایشات در حالت وجود انقباض نشان می‌دهد که با ایجاد انقباض در دریچه یا سرریز به دلیل تمرکز بیشتر جت، حداکثر عمق آبشستگی، طول حفره آبشستگی و طول رسوبگذاری به ترتیب افزایش، افزایش و کاهش مییابد. همچنین نتایج آزمایش بر روی کفبند پاییندست سازه ترکیبی نشان داد که چنانچه طول کفبند از فاصله برخورد جت بالادست به کف کانال بیشتر در نظر گرفته شود، میتواند میزان آبشستگی را تا حد قابل توجهی کاهش دهد.
2-2 مطالعات عددی با نرمافزار Flow3Dنرمافزار Flow3Dتوانایی شبیه‌سازی عددی الگوی جریان و رسوب در اطراف سازه‌های هیدرولیکی مختلف را دارا می‌باشد. در ادامه برخی کارهای انجام شده با این نرمافزار بیان میشود:
موسته و اتما (2004)، تأثیر طول آبشکن بر منطقه چرخشی پشت آبشکن را با در نظر گرفتن تأثیر مقیاس با نرم‌افزار Flow3D مورد بررسی قرار دادند.
گونزالز و بومباردلی (2005)،‌ در یک شبیهسازی عددی با استفاده از Flow3D به بررسی مشخصات پرش هیدرولیکی بر روی سطح صاف در دو حالت شبکهبندی ریز و شبکهبندی درشت به صورت دوبعدی و سهبعدی پرداختند.
صباغ یزدی و همکارانش (2007)، در یک مدل سهبعدی به ارزیابی مدلهای تلاطمی k-ε و RNGk-ε بر روی میزان ورود هوا در پرش هیدرولیکی با استفاده از روش حجم محدود پرداختند و اثر آن را بر روی دقت تخمین سرعت متوسط جریان با استفاده از مدل در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی موجود از پرش هیدرولیکی مورد بررسی قرار دادند. مقایسه نتایج نشان داد که نرمافزار قادر به پیش‌بینی توزیع عمقی سرعت در پرش هیدرولیکی است و همچنین در این آزمون مدل آشفتگی RNG در مقایسه با k-ɛ نتایج مناسبتری را ارائه کرده است.
امیراصلانی و همکارانش (1387)، به شبیه‌سازی سه‌بعدی آبشستگی در پایین‌دست یک جت‌ ریزشی آزاد با استفاده از مدل k-ε نرم‌افزار Flow3D جهت بررسی اثر زاویه اصطکاک داخلی رسوبات بر روی چاله آبشستگی پرداختند. نتایج این پژوهش نشان میدهد هر چقدر زاویه اصطکاک داخلی ذرات رسوب بیشتر باشد میتوان انتظار داشت حفره آبشستگی، ابعاد (طول، عرض و عمق) کوچکتری داشته باشد و ارتفاع برآمدگی رسوبات در پاییندست حفره بیشتر باشد. شیب دیوارهها تندتر بوده و مانعی برای خروج ذرات رسوب از حفره به حساب میآید.
شاهرخی (1387)، با استفاده از نرم‌افزارFlow3D‌ ، مدل عددی الگوی جریان اطراف یک آبشکن را تهیه و با اعمال مدل‌های مختلف آشفتگی، به تأثیر این مدل‌ها بر طول منطقه جداشدگی جریان در پشت یک آبشکن پرداخت‌‌. مهمترین نتیجه حاصل از این تحقیق، نشان میدهد که مدل آشفتگی LES بهترین تطابق را با نتایج آزمایشگاهی داشته و این مدل، پیشبینی بهتری از طول منطقه جداشدگی در پشت آبشکن ارائه میکند. سرانجام پیشنهاد شد مدل در دامنه وسیعتری از تغییرات پارامترهای جریان، طول و زاویه نصب آبشکن اجرا گردد.
شاملو و جعفری (1387)، به بررسی اثر وجود زبری کف بر روی تغییرات میدان سرعت و فشار جریان در اطراف پایه استوانه‌ای شکل در یک کانال مستطیلی توسط نرمافزارFlow3D و با استفاده از مدل آشفتگی k-ε به صورت سهبعدی پرداختند. در این شبیهسازی مقاطعی در سه راستای X , Y , Z نزدیکی پایه با نتایج آزمایشگاهی احمد (1994) مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج حاکی از آن است که پروفیلهای سرعت در عمقهای مختلف و در راستای X , Y و میدان فشار در پاییندست پایه روند تغییرات قابل قبولی را با توجه به نتایج آزمایشگاه نشان میدهد. همچنین نتیجه شد نرمافزار با در نظر گرفتن زبری کف نتایج بهتری را ارائه میکنند.
باباعلی و همکاران (1387)، توسط نرمافزار Flow3D یک پارشال فلوم به طول یک فوت را که جریان درون آن شامل دو حالت آزاد و مستغرق بود، با استفاده از مدل آشفتگی LES مدل کردند. ایشان دادههای مدل خود را از جدول استاندارد WMM اقتباس کرده و نتایج محاسبه شده را با نتایج این جدول مقایسه نمودند. آنها نشان دادند که Flow3D میتواند به آسانی محاسبات پارشال فلوم را تحت هر دو جریان آزاد و مستغرق انجام دهد. نتایج محاسبه شده به خوبی با دبیهای منتشر شده مطابقت داشته و نیاز به زمان زیاد و استفاده از ابر رایانهها ندارد.
والش و همکاران (2009)، به شبیهسازی آبشستگی موضعی پایهها در جریان جزر و مدی پرداختند. نتایج نشان داد که نتایج مدلسازی عددی با اندازهگیریهای انجام شده تطابق خوبی داشته و همچنین نشان داد که مدل عددی Flow3D ابزاری مناسب در طراحی جریان در اطراف پایهها در شرایط مختلف جریان است.
شکری و همکاران (1389)، به بررسی عددی هیدرولیک جریان و انتقال رسوب اطراف پایه پل دایروی با نرمافزار Flow3D پرداختند. نتایج بررسی عددی با بررسی آزمایشگاهی انجام شده توسط آنگر و هگر (2006) مقایسه شد و با مقایسه نتایج شبیهسازی عددی و اندازهگیریهای آزمایشگاهی الگوی جریان و تغییر شکل بستر، نتیجه شد که مدل Flow3D نتایج قابل قبولی ارائه داده است.
حسینی و عبدی‌پور (1389)، با استفاده از نرم‌افزار Flow3D به مدل‌سازی عددی پروفیل سرعت در جریانهای گل‌آلود پیوسته پرداختند و تأثیر شیب، غلظت و دبی جریان بر آن را مورد مطالعه قرار دادند. برای صحتسنجی نرمافزار در تعیین پارامترهای هیدرولیکی جریانهای گلآلود (پروفیل سرعت)، از یک نمونه آزمایشگاهی استفاده شد و نتایج حاصل از شبیهسازی با اندازهگیریهای آزمایشگاهی مربوطه مقایسه شد. برای مقایسه نتایج از آزمایشات انجام گرفته توسط حسینی و همکاران استفاده گردید. نتایج حاصل از مدل عددی پروفیل سرعت در بدنه با نتایج آزمایشگاهی تطابق نسبتاً خوبی داشت. نتایج مدل عددی مربوط به پروفیل سرعت با برخی از نتایج آزمایشگاهی مطابقت کمتری داشت که بخش عمدهای از خطاها مربوط به عدم امکان مدلسازی جریان در بخش پایینی در مشبندی به علت کمبود حافظه کامپیوتری و بخشی از خطاها نیز به نحوه مدلسازی جریان گلآلود بود.
برتور و بورنهم (2010)، به مدل‌سازی فرسایش رسوب در پاییندست سد با نرم‌افزار Flow3D پرداختند‌. در بررسی ایشان، برای محاسبه هر یک از ضرایب مشخصه رسوب در نرمافزار Flow3D، فرمولی ارائه و برای هر ضریب محدودهای تعیین شد.
کاهه و همکاران (2010)، مدل‌های آشفتگی k-εو RNG k-ε را جهت تخمین پروفیل‌های سرعت در پرش هیدرولیکی بر روی سطوح موج‌دار مورد بررسی و مقایسه قرار دادند. نتایج، توانایی مدل RNG k-ε در تخمین عمق ثانویه، طول پرش و توزیع سرعت را به خوبی نشان داد. ضریب تنش برشی برآورد شده توسط مدل عددی به نتایج بدست آمده از بررسی‌های آزمایشگاهی بسیار نزدیک بوده و به طور متوسط 8 برابر مقدار آن در پرش هیدرولیکی بر روی سطوح صاف برآورد شد. با توجه به نتایج بدست آمده، مدل آشفتگی RNG k-ε در مقایسه با مدل k-ε در مدلسازی پرش هیدرولیکی بر روی سطوح موجدار از دقت بالایی برخوردار است.
آخریا و همکاران (2011)، به شبیهسازی عددی هیدرولیک جریان و انتقال رسوب اطراف انواع آبشکنها پرداختند. نتایج مدلسازی نشان داد که از بین مدلهای آشفتگی، مدلهای RNG k-ɛ و k-ɛ به دادههای آزمایشگاهی نزدیکتر بوده ولی مدل آشفتگی RNG k-ɛ بهترین نتایج را برای شبیه‌سازی میدان جریان اطراف آبشکن نشان داد.
الیاسی و همکاران (1390)، با بهرهگیری از نرمافزار Flow3D و با اعمال مدل آشفتگی RNG k-ɛ، الگوی جریان اطراف تک آبشکن مستغرق در کانال مستقیم شیبدار را بدون در نظر گرفتن سطح آزاد شبیهسازی نمودند و به مقایسه نتایج مدل عددی با دادههای آزمایشگاهی پرداختند. نتایج این شبیهسازی بدون در نظر گرفتن سطح آزاد، با دادههای آزمایشگاهی تطابق خوبی را نشان داد. مقایسه پروفیلهای سرعت در مدل عددی و نتایج آزمایشگاهی بیانگر مطابقت این دادهها با هم میباشد.
عباسی چناری و همکاران (1390)، الگوی جریان اطراف آبشکنهای L شکل عمود بر ساحل را توسط نرمافزار Flow3D و با مدل آشفتگی k-ɛ شبیهسازی نمودند. در این بررسی، آبشکن L شکل نفوذناپذیر بوده که به صورت غیرمستغرق در 5 زاویه مختلف از قوس رودخانه قرار داده شده است. نتایج حاکی از آن است که تلاطم جریان، محدوده سرعتهای ماکزیمم و در نهایت بیشترین آبشستگی بستر، در دماغه آبشکن اتفاق میافتد. همچنین با افزایش دبی و عدد فرود جریان، محدوده سرعت ماکزیمم جریان در نزدیکی دماغه آبشکن افزایش مییابد و شکل آن در جهت جریان کشیده میشود. در نهایت نتیجه شد که مدل آشفتگی k-ɛ در شبیهسازی نواحی جریان برگشتی در پاییندست آبشکن و محل ایجاد گردابه و آشفتگی جریان در اطراف آبشکن، دقت خوبی دارد.
قنادان و همکاران (1391)، با نرمافزار Flow3D، به شبیهسازی عددی جریان از روی سرریز جانبی لبهپهن پرداخته و نتایج حاصل از این نرمافزار را با دادههای آزمایشگاهی مقایسه کردند. نتایج نشان داد که از میان مدلهای تلاطمی موجود در نرمافزار، مدل تلاطمی RNG k–ε از دقت بالاتری برای شبیهسازی جریان از سرریز جانبی برخوردار است. همچنین با استفاده از مدل واسنجی شده، اثر تغییر ارتفاع و پهنای تاج سرریز بر دبی عبوری از سرریز مورد بررسی قرار گرفت. بر این اساس نتیجه شد که ارتفاع تاج سرریز جانبی لبهپهن بر مقدار دبی خروجی از سرریز نسبت به پهنای تاج مؤثرتر است.
فصل سوم
مواد و روش‌ها
3-1 مقدمه
در این بخش، علاوه بر بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان ترکیبی عبوری همزمان از روی سرریز و زیر دریچه در بستر صلب و شبیهسازی عددی هیدرولیک آن با نرمافزار Flow3D، توانایی مدل عددی Flow3D در شبیهسازی آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی ارزیابی میشود. بنابراین در این بخش، علاوه بر بررسی نحوه انجام آزمایشات، به معرفی مدل Flow3D پرداخته و مراحل مدل‌سازی هیدرولیک جریان و آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی سرریز و دریچه با نرمافزار Flow3D بیان میشود.
3-2 نحوه انجام آزمایشاتدر این بخش، به ارائه نحوه انجام آزمایشات هیدرولیک جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز- دریچه پرداخته میشود. در این تحقیق به منظور کالیبراسیون نرمافزار در حالت کف صلب، آزمایشاتی در کانال با طول 7/3 متر، عرض 5/13 سانتیمتر و ارتفاع 30 سانتیمتر انجام شده و عمق جریان در طول کانال قرائت شد. همچنین جهت ارزیابی دقت نرمافزار در حالت کف متحرک از نتایج آزمایشگاهی شهابی(1389) در کانال با طول 12 متر، عرض و ارتفاع 60 سانتیمتر استفاده شده است.
کانال آزمایشگاهی مورد استفاده در کف صلب شامل قسمتهای زیر است (شکل 3-1):
1- مخزن
2- پمپ که شامل بخشهای تأمین برق، الکتروپمپ، شیر تنظیم دبی و مخزن تعیین دبی است.
3- مخزن آرام کننده جریان
4- کانال آزمایشگاهی
5- مدل سازه ترکیبی
شکل زیر نمای کلی مدل فیزیکی را نشان میدهد.

شکل 3-‌1 نمایی از مدل آزمایشگاهی کانال با مقیاس کوچک
بخشهای اصلی کانال آزمایشگاهی با مقیاس کوچک، به صورت زیر تعریف میشوند:
3-2-1 مخزنبه منظور تأمین آب مورد نیاز جهت انجام آزمایش، از یک مخزن در قسمت پایین فلوم استفاده شده است. به هنگام آزمایش، آب به صورت رفت و برگشتی از مخزن به فلوم و بالعکس در جریان خواهد بود.
3-2-2 پمپجهت پمپاژ و جریان آب در فلوم، از پمپی با ظرفیت دبی 7 لیتر بر ثانیه استفاده شده است که با یک شیرفلکه معمولی، دبی پمپاژ تغییر داده میشود. به منظور قرائت دبی، از یک مخزن دبیسنج استفاده گردیده است.
3-2-3 کانال آزمایشگاهیکانال آزمایشگاهی دارای طول 7/3 متر، عرض 5/13 سانتیمتر و ارتفاع 30 سانتیمتر میباشد. جنس دیواره و کف کانال از پلکسی گلاس بوده تا امکان مشاهده جریان در کانال در حین آزمایش وجود داشته باشد.
3-2-4 مخزن آرامکننده جریاناین مخزن، آشفتگی جریانی که از پمپ سانتریفوژ وارد کانال خواهد شد را گرفته و جریان را به آرامی وارد کانال آزمایشگاهی میکند.

شکل 3- 2 مشخصات اجزای فلوم آزمایشگاهی با مقیاس کوچک3-2-5 مدل سازه ترکیبی سرریز- دریچهسازه ترکیبی سرریز- دریچه مورد استفاده در آزمایشات، در فاصله 2 متری از ابتدای کانال و با ضخامت 3 میلیمتر تعبیه شده که با ابعاد هندسی متفاوت ساخته شده است.

شکل 3-3 مدل فیزیکی سازه ترکیبی مورد استفاده در آزمایشات هیدرولیک جریانمشخصات آزمایشات انجام شده در کانال آزمایشگاهی با مقیاس کوچک، در جدول زیر شرح داده شده است:
جدول 3-1 محدوده آزمایشات انجام شده برای مدلسازی هیدرولیک جریانپارامتر دفعات تغییر واحد محدوده تغییرات
دبی ورودی (Q) 7 Lit/s 64/2 – 39/1
بازشدگی دریچه (W) 5 Cm 5/1 – 5/0
ارتفاع سازه (T) 5 Cm 5/5 – 5/3
3-3 آنالیز ابعادیاولین گام در شبیهسازی و مدلسازی، شناخت متغیرهای اثرگذار بر پدیده فیزیکی است. تعداد متغیرهای اثرگذار با توجه به پیچیدگی رفتار پدیده موردنظر، میتواند افزایش یابد.
با توجه به اینکه هر کمیت فیزیکی در قالب ابعاد بیان میشود، استفاده از روشی که بتواند با ترکیب متغیرهای اثرگذار، متغیرهای بیبعد را که مفهوم فیزیکی دارند ایجاد کند، میتواند در کاهش تعداد متغیرها بسیار مفید باشد.
آنالیز ابعادی روشی است که در آن با استفاده از مفهوم همگنی ابعاد، متغیرهای اثرگذار بر پدیده فیزیکی مورد نظر در قالب متغیرهای بیبعد بیان میشوند. سپس بر اساس این متغیرها و انجام مطالعات آزمایشگاهی، رابطههای تجربی بدست میآورند.
برای انجام آنالیز ابعادی، روشهای مختلفی ازجمله روش فهرستنویسی، نظریه پیباکینگهام، روش گامبهگام و روش هانسیکر و رایت مایر وجود دارد.
در این تحقیق، روش پیباکینگهام که کاربرد وسیعتری دارد مورد بحث و استفاده قرار گرفت. این روش، یکی از روشهای معروف است که به طور وسیع در آنالیز ابعادی استفاده میشود.
در جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز - دریچه در حالت جریان آزاد، متغیرهای مؤثر عبارتند از:
1- دبی عبوری از روی سرریز، Qs
2- دبی عبوری از زیر دریچه، Qg
3- عمق بالادست سازه ترکیبی، H1
4- هد آب روی سرریز، Hd
5- طول سازه، T
6- بازشدگی دریچه، W
7- شتاب ثقل (g)، ρ و μ سیال
شکل (3-4) متغیرهای مؤثر در جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز- دریچه را در حالت جریان آزاد نشان می‌دهد.

شکل 3-4 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری از سرریز و زیر دریچه در بستر صلب
با انجام آنالیز ابعادی به روش پیباکینگهام رابطه (3-1) بدست میآید. از آنجاییکه جریان آشفته است لذا از اثرات Re (رینولدز) صرف نظر شده و نهایتاً رابطه (3-2) بدست میآید.
430191950165(3- 1)
00(3- 1)
F(Qs , Qg , H1 , Hd , T , W , g , ρ , μ) = 0 → QsQg=f( Fr , Re , H1W , HdT )43584345080(3- 2)
00(3- 2)
QsQg=f( Fr , H1W , HdT )3-4 شبیهسازی عددیبه منظور مطالعه و تحلیل جریان در سازههای مختلف، مدلهای فیزیکی و ریاضی مختلف بکار گرفته میشود. با توجه به توسعه سیستمهای کامپیوتری و محاسباتی و همچنین وجود پیچیدگی‌های غیر قابل اندازه‌گیری در جریان عبوری از یک سازه ترکیبی سرریز - دریچه در مدل‌های آزمایشگاهی، استفاده از شبیهسازی عددی می‌تواند در بررسی هیدرولیکی چنین جریانهایی بسیار مؤثر و قابل توجه باشد.
در سالهای اخیر، بدلیل ابداع روشهای پیشرفته و دقیق حل عددی معادلات و بوجود آمدن رایانههای قوی برای انجام محاسبات، میتوان در طراحی این سازههای پیچیده از روشهای حل عددی نیز بهره گرفت. دینامیک سیالات محاسباتی، از روشهای محاسبه و شبیهسازی میدان جریان سیال میباشد که در قرن اخیر مورد توجه خاص مهندسین و طراحان قرار گرفته است.
استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی حاکی از مزایای زیر است:
1- کاهش در زمان و هزینه در طراحیها
2- توانایی مطالعه سیستمهایی که انجام آزمایشات کنترل شده روی آنها دشوار و یا غیر ممکن است مانند تأسیسات بزرگ
3- توانایی مطالعه سیستمها تحت شرایط تصادفی و بالاتر از حدود معمول آنها
از جمله نرمافزارهای موجود در زمینه CFD میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
CFX, Phonix, Telemac, FIDAP, Flow3D, Fluent
در این تحقیق، به ارزیابی مدل عددی Flow3D جهت شبیهسازی هیدرولیک جریان ترکیبی عبوری از روی سرریز و زیر دریچه و همچنین آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی پرداخته می‌شود.
3-4-1 معرفی نرمافزار Flow3Dنرمافزار Flow3D یک نرمافزار قوی در زمینه CFD میباشد که تولید، توسعه و پشتیبانی آن توسط Flow Science, Inc است و یک مدل مناسب برای حل مسائل پیچیده دینامیک سیالات بوده و قادر است دامنه وسیعی از جریان سیالات را مدل کند. این مدل برای شبیهسازی جریانهای سطح آزاد سهبعدی غیرماندگار با هندسه پیچیده کاربرد فراوانی دارد. نرمافزار Flow3D، برای مسائل یک‌بعدی، دوبعدی و سهبعدی طراحی شده است. در حالت ماندگار، نتایج در زمان بسیار کمی حاصل میشود زیرا برنامه بر روی قوانین بنیادی جرم، مومنتوم و بقاء انرژی پایهگذاری شده است تا این موارد برای مراحل مختلف جریان در هر زمینهای بکار برده شوند. این نرمافزار یک شبکه آسان از اجزاء مستطیلی را استفاده میکند.
نرمافزار Flow3D شامل مدلهای فیزیکی مختلف میباشد که عبارتند از: آبهای کمعمق، کاویتاسیون، آشفتگی، آبشستگی، کشش سطحی، پوشش متخلخل ذرات و ... . از این مدلها در زمینه‌های ریختهگری مواد، مهندسی فرآیند، طراحی تزریقهای مرکب، تولیدات مصرفی، هیدرولیک مهندسی محیط زیست، هوافضا، علوم دریایی، نفت، گاز و ... استفاده میشود.
در جدول (3-2)، ویژگیهای نرمافزار به اختصار نمایش داده شده است.
جدول 3- 2 معرفی نرمافزار Flow3Dنام نرمافزار Flow3D
زمینه کاری یک نرمافزار قوی در زمینه CFD میباشد. این نرمافزار برای کمک به تحقیق در زمینه رفتار دینامیکی مایعات و گازها در موارد کاربردی وسیع طراحی شده است.
قوانین بنیادی جرم، مومنتوم و بقاء انرژی
کاربردهای Flow3D در زمینه مهندسی آب پایههای پل- هوادهی در پرش هیدرولیکی- سرریز دایرهای- هوادهی در سرریزها- شکست سد- پارشال فلوم- آبشستگی- جریان بر روی یک پلکان- جریانهای با عمق کم- جریان در کانالهای کنترل پرش هیدرولیکی- موجهای کمارتفاع- دریچههای کشویی- جریان سرریز
سطح آزاد حد فاصل بین گاز و مایع همان سطح آزاد است. در Flow3D سطح آزاد با تکنیک حجم سیال مدل میشود. روش حجم سیال شامل سه جزء است: نمایش موقعیت سطح – شبکهبندی– شرایط مرزی سطح
تکنیک محاسبات Finite Difference - FiniteVolume
سیستمهای مختصات معادلات دیفرانسیلی که باید حل شود در قالب مختصات کارتزین (x,y,z) نوشته میشود. برای مختصات استوانهای (z,Ɵ,r) مختصات x به صورت شعاعی و مختصات y به صورت مختصات زاویهای
ادامه جدول 3- 2مدلهای آشفتگی در Flow3D پنج مدل آشفتگی ارائه شده است: طول اختلاط پرانتل، یک معادله، دو معادله k-ɛ، مدل‌های k-ɛ RNG و مدل شبیهسازی بزرگ
مدلسازی 1-General 2-Physics 3-Fluids 4- Meshing & Geometry
5-Boundaries 6-Initial 7-Output 8-Numerics
General زمان اتمام - تعداد سیالات – حالت جریان (که شامل حالت تراکمپذیر یا تراکمناپذیر است.)
Physics شامل بخشهایی نظیر ویسکوزیته که شامل حالتهای سیال ویسکوز و غیرویسکوز است، شتاب ثقل زمین، که در جهت قائم مختصات برابر 81/9- وارد میشود، کشش سطحی، حفرهزدایی، آبشستگی رسوب و ...
Fluids ویسکوزیته، جرم حجمی، تراکمپذیری، مشخصات گرمایی و آحاد
Meshing & Geometry برای مشخص کردن حدود مشبندی، بلوکهایی تعیین میشود که کلیه اندازه سازههای مورد نظر و فضای آزاد در داخل آن تعریف میشود. میتوان همه جزئیات سازه مورد نظر را در یک بلوک هم در نظر گرفت. سیستم مختصاتی میتواند از نوع کارتزین یا استوانهای باشد.
Boundaries در مختصات کارتزین برای تعریف شرایط مرزی،6 درجه مشخص داریم که با توجه به جهت مثبت x, y, z شامل Xmax ,Xmin, Ymax, Ymin, Zmax, Zmin میباشد.
Initial در این قسمت، با توجه به ویژگیهای مسئله شرایط اولیه اعمال میگردد.
Output در این بخش، ویژگیها و امکاناتی برای داشتن مشخصات خاصی از نتایج ارائه میشود.
Numerics در قسمت گزینههای ضمنی برای تنش ویسکوز، هدایت گرمایی و ... امکان انتخاب بین حل صریح یا ضمنی وجود دارد.
برخی از تواناییهای مدل Flow3D جهت شبیهسازی با نمایش شکل مدل عبارتند از:

شکل 3- 5 مدلسازی پرش هیدرولیکی
شکل 3- 6 مدلسازی جریان در قوس رودخانه
شکل 3- 7 مدلسازی جریان عبوری از زیر دریچه
شکل 3- 8 مدلسازی جریان عبوری از روی سرریز با انقباض جانبی و بدون انقباض
شکل 3- 9 مدلسازی آبشستگی پاییندست سازهاین نرمافزار معادلههای حاکم بر حرکت سیال را با استفاده از تقریب احجام محدود حل میکند. محیط جریان به شبکهای با سلولهای مستطیلی ثابت تقسیمبندی میشود که برای هر سلول مقدارهای میانگین کمیتهای وابسته وجود دارد یعنی همه متغیرها در مرکز سلول محاسبه میشوند بجز سرعت که در مرکز وجوه سلول حساب میشود.
در این نرمافزار از دو تکنیک عددی جهت شبیهسازی هندسی استفاده شده است:
1- روش حجم سیال (VOF): این روش برای نشان دادن رفتار سیال در سطح آزاد مورد استفاده قرار میگیرد. این روش بر مبنای تقریبهای سلول دهنده - پذیرنده است که اولین بار توسط Hirt و Nichols در سال 1981 بیان شد.
2- روش کسر مساحت – حجم مانع (FAVOR): از این روش جهت شبیهسازی سطوح و احجام صلب مثل مرزهای هندسی استفاده میشود. هندسه مسئله با محاسبه کسر مساحت وجوه و کسر حجم هر المان برای شبکه که توسط موانعی محصور شدهاند تعریف میشود. همان طور که کسر حجم سیال موجود در هر المان شبکه برای برقراری سطوح سیال مورد استفاده قرار میگرفت، کمیت کسر حجم دیگری برای تعیین سطوح صلب مورد استفاده قرار میگیرد.
فلسفه روش FAVOR بر این مبناست که الگوریتمهای عددی بر مبنای اطلاعاتی شامل فقط یک فشار، یک سرعت، یک دما و ... برای هر حجم کنترل است، که این با استفاده از مقدارهای زیادی از اطلاعات برای تعریف هندسه متناقض است. بنابراین روش FAVOR، المانهای ساده مستطیلی را حفظ میکند، در صورتی که میتواند اشکالی با هندسه پیچیده در حد سازگاری با مقادیر جریان میان‌گیری شده را برای هر المان نشان دهد.
3-4-2 معادلات حاکمدینامیک سیالات محاسباتی، روشی برای شبیهسازی جریان است که در آن معادلات استاندارد جریان از قبیل معادلات ناویر استوکس و معادله پیوستگی قابل حل برای تمام فضای محاسبات می‌باشد. فرم کلی معادله پیوستگی به صورت شکل زیر بیان می‌شود:
416382464733(3-3)
00(3-3)
که درآن VF ضریب حجم آزاد به سمت جریان و مقدار R در معادله فوق، ضریب مربوط به مختصات به صورت کارتزین و یا استوانه‌ای می‌باشد. اولین عبارت در سمت راست معادله پیوستگی مربوط به انتشار تلاطم بوده و به صورت زیر قابل تعریف می باشد:
424413450800(3-4)
00(3-4)
عبارت دوم در سمت راست معادله (3-3) بیانگر منشأ دانسیته است که برای مدلسازی تزریق توده مواد اهمیت دارد:
428985427305(3-5)
00(3-5)
همچنین فرم کلی معادلات حرکت (مومنتم) در حالت سه بعدی به صورت زیر می‌باشد:
4361180396875(3-6)
00(3-6)

که در معادلات فوق Gx , Gy , Gz مربوط به شتاب حجمی می‌باشند. پارامترهای fx ,fy ,fz شتابهای ناشی از جریان‌های لزج بوده و bx , by , bz نیز شامل روابط مربوط به افت در محیطهای متخلخل هستند.
3-4-3 مدلهای آشفتگیاکثر جریانهای موجود در طبیعت به صورت آشفته میباشند. در اعداد رینولدز پایین، جریان آرام بوده ولی در اعداد رینولدز بالا جریان آشفته میشود، به طوری که یک حالت تصادفی از حرکت در جایی که سرعت و فشار بطور پیوسته درون بخشهای مهمی از جریان نسبت به زمان تغییر میکند، گسترش مییابد. این جریانها بوسیله خصوصیاتی که در ادامه ارائه شدهاند شناسایی میگردند:
1- جریانهای آشفته به شدت غیر یکنواخت هستند. در این جریانها اگر تابع سرعت در برابر زمان ترسیم شود، بیشتر شبیه به یک تابع تصادفی خواهد بود.
2- این جریانها معمولاً سهبعدی هستند. پارامتر سرعت میانگین گاهی اوقات ممکن است تنها تابع دو بعد باشد، اما در هر لحظه ممکن است سهبعدی باشد.
3- در این نوع جریانها، گردابهای کوچک بسیار زیادی وجود دارند. شکل کشیده یا عدم تقارن گردابها، یکی از خصوصیات اصلی این جریانها است که این امر با افزایش شدت آشفتگی، افزایش مییابد.
4- آشفتگی، شدت جریانهای چرخشی در جریان را افزایش میدهد که این عمل میتواند باعث اختلاط شود. فرآیند چرخش در سیالاتی رخ میدهد که حداقل، میزان یکی از مشخصههای پایستار آنها متغیر باشد. در عمل، اختلاط بوسیله فرآیند پخش انجام میشود، به این نوع جریانها غالباً جریانهای پخششی نیز میگویند.
5- آشفتگی جریان باعث میشود جریانهایی با مقادیر متفاوت اندازه حرکت با یکدیگر برخورد کنند. گرادیانهای سرعت بر اثر ویسکوزیته سیال کاهش مییابند و این امر باعث کاهش انرژی جنبشی سیال میشود. به بیان دیگر میتوان گفت که اختلاط یک پدیده، مستهلک کننده انرژی است. انرژی تلف شده نیز طی فرآیندی یکطرفه به انرژی داخلی (حرارتی) سیال تبدیل میشود.
تمام مشخصاتی که به آنها اشاره شد برای بررسی یک جریان آشفته مهم هستند. تأثیراتی که توسط آشفتگی ایجاد میشود بسته به نوع کاربری ممکن است ظاهر نشود و به همین دلیل باید این جریانها را با توجه به نوع و کاربری آن مورد بررسی قرار داد. برای بررسی جریانهای آشفته، روش‌های مختلفی وجود دارد که در ادامه به تعدادی از آنها اشاره خواهد شد.
مدلهای آشفتگی، ویسکوزیته گردابهای (vt) و یا تنش رینولدز (-Uij) را تعیین میکند و فرضیات زیادی برای همه آنها حاکم است که عبارتند از:
معادلات ناویر استوکس میانگینگیری شده زمانی، میتواند بیانگر حرکت متوسط جریان آشفته باشد.
پخش آشفتگی متناسب با گرادیان ویژگیهای آشفتگی است.
گردابهها میتوانند ایزوتروپیک و یا غیر ایزوتروپیک باشند.
همه مقادیر انتقال آشفته توابع موضعی از جریان هستند.
در مدلهای آشفته باید همسازی وجود داشته باشد.
این مدلها میتوانند یک مقیاسی و یا چند مقیاسی باشند.
همه مدلها در نهایت به کالیبراسیون به صورت تجربی نیاز دارند.
بسیاری از مدلهای آشفتگی بر پایه فرضیه بوزینسک استوار هستند. مدلهای آشفتگی به پنج دسته تقسیم میشوند:
1- مدلهای صفرمعادلهای
2- مدلهای تکمعادلهای
3- مدلهای دومعادلهای
4- مدلهای جبری
5- مدلهای شبیهسازی گردابهای بزرگ
3-4-3-1 مدلهای صفر معادلهایدر این مدلها هیچگونه معادله دیفرانسیلی برای کمیتهای آشفتگی ارائه نمیشود. این مدلها نسبتاً ساده بوده و دادههای تجربی و آزمایشگاهی در آنها نقش اساسی دارد و تنشهای آشفتگی در هر جهت متناسب با گرادیان سرعت میباشد. نمونهای از این مدلها عبارتند از:
1- مدل لزجت گردابهای ثابت
2- مدل طول اختلاط پرانتل
3- مدل لایه برش آزاد پرانتل
3-4-3-2 مدلهای یک معادلهایاین مدلها بر خلاف مدلهای صفر معادلهای، از یک معادله برای انتقال کمیت آشفتگی استفاده میکنند. این معادله ارتباط بین مقیاس سرعت نوسانی و کمیت آشفتگی میباشد که جذر انرژی جنبشی آشفتگی به‌عنوان مقیاس سرعت در حرکت آشفته مد نظر میباشد و مقدار آن توسط معادله انتقال محاسبه میگردد.
3-4-3-3 مدلهای دومعادلهایمدلهای دو معادلهای سادهترین مدلها هستند که قادرند نتایج بهتری در جریانهایی که مدل طول اختلاط نمیتواند به صورت تجربی در یک روش ساده مورد استفاده قرار بگیرد، ارائه دهند. به طور مثال جریانهای چرخشی از این نمونهاند. تقسیمبندی این مدلها بر اساس محاسبه تنش رینولدز و یا ویسکوزیته گردابهای به صورت زیر است:
ویسکوزیته گردابهای
جبری
تنش رینولدز غیرخطی
این مدلها، دو معادله دیفرانسیلی را حل میکنند. به معادله k که از قبل بوده، معادله ɛ هم اضافه میشود. معادله انرژی جنبشی، k، بیانکننده مقیاس سرعت است، بدین صورت که اگر قرار باشد سرعتهای نوسانی مورد بررسی قرار بگیرند، میتوان جذر انرژی جنبشی حاصل از آشفتگی در واحد جرم را به عنوان مقیاس در نظر گرفت، معادله نرخ میرایی انرژی جنبشی، ɛ، نیز مقیاس طول است. در حقیقت مقیاس طول، اندازه گردابههای بزرگ دارای انرژی جنبشی را میدهد که باعث انتقال آشفتگی در توده سیال میشود.
3-4-3-4 مدلهای دارای معادله تنشنرمافزار Flow3D مدل آشفتگی جدیدتری بر مبنای گروههای نرمال شده رینولدز پیادهسازی کرده است. این دیدگاه شامل روشهای آماری برای استحصال یک معادله متوسطگیری شده برای کمیت‌های آشفتگی است. مدلهای بر پایه RNG k-ɛ از معادلاتی استفاده میکند که شبیه معادلات مدل آشفتگی k-ɛ است اما مقادیر ثابت معادله که به صورت عملی در مدل استاندارد k-ɛ یافت شده‌اند، صریحاً از مدل RNG k-ɛ گرفته شدهاند. از این رو، مدل RNG k-ɛ قابلیت اجرایی گسترده‌تری نسبت به مدل استاندارد k-ɛ دارد. بویژه مدل RNG k-ɛ برای توصیف دقیقتر آشفتگی جریانهای با شدت کمتر و جریانهایی با مناطق دارای برش، قویتر شناخته شده است. در معادله RNG k-ɛ، فرمول تحلیلی برای محاسبه عدد پرانتل آشفته وجود دارد ولی در مدل k-ɛ، از یک مقدار ثابت که استفاده کننده مدل به آن معرفی میکند استفاده میگردد. در مدل RNG k-ɛ، تأثیر گرداب در آشفتگی لحاظ میگردد لذا دقت حل جریانهای چرخشی را بالا میبرد.
نرمافزار Flow3D از پنج مدل آشفتگی طول اختلاط پرانتل، مدل تک معادلهای، دومعادلهای k-ɛ، دومعادلهای RNG k-ɛ و روش گردابهای بزرگ (LES) بهره میبرد.
3-4-4 شبیهسازی عددی مدلدر این تحقیق، شبیهسازی عددی شامل دو قسمت میباشد:
1- قسمت اول مربوط به شبیهسازی هیدرولیک جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز - دریچه است که آزمایشات بکار رفته جهت واسنجی مدل، در کانال با مقیاس کوچک انجام شده است. کانال با مقیاس کوچک دارای طول 7/3 متر، عرض 5/13 سانتیمتر و ارتفاع 30 سانتیمتر بوده که سازه ترکیبی مورد نظر با ضخامت 3 میلیمتر و در فاصله 2 متری از ابتدای کانال تعبیه شده است.
همچنین با استفاده از مدل واسنجی شده با دادههای آزمایشگاهی مربوط به هیدرولیک جریان، مدلهایی مربوط به سازه ترکیبی همراه با انقباض جانبی مدل شده و تأثیر میزان انقباض سرریز- دریچه بر نسبت دبی عبوری از روی سرریز به دبی عبوری از زیر دریچه بررسی شد.
2- قسمت دوم مربوط به شبیهسازی حفره آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی سرریز- دریچه است که برای شبیهسازی عددی آبشستگی، از آزمایشات انجام شده توسط شهابی و همکاران (1389) در کانال با مقیاس بزرگ استفاده شده است. کانال با مقیاس بزرگ دارای طول 12 متر، عرض و ارتفاع 6/0 متر است. کف کانال به ارتفاع 25 سانتیمتر از رسوبات یکنواخت با D50= 1.5 mm و ضریب یکنواختی 18/1 پوشانده شده است. دریچه و سرریز ترکیبی با ضخامت 6 میلیمتر و در فاصله 4/6 متری از ابتدای کانال نصب شده است.
پس از واسنجی نرمافزار، مدل برای شرایط هندسی و هیدرولیکی مختلف اجرا شد و با انتگرال‌گیری پروفیل سرعت بالای سرریز و زیر دریچه، نسبت دبی عبوری از روی سازه به دبی عبوری از زیر دریچه (QsQg) محاسبه شد. مشخصات مدلسازیهای انجام شده برای آبشستگی در جدول (3- 3) ارائه داده شده است.
جدول 3-3 محدوده دادههای بهکار رفته جهت شبیهسازی آبشستگیبازشدگی دریچه (cm) ارتفاع سازه (cm) مقادیر دبی (lit/s)
2 ، 1 8 34/11 66/10 98/9 68/8 52/7
2 ، 1 10 1/15 86/13 6/12 33/11 78/9
2 ، 1 12 26/16 14/15 4/14 88/13 3/11
3 ، 4 10 11/20 87/18 52/17 27/16 1/15
مراحل اصلی شبیهسازی عددی در نرمافزار Flow3D عبارتند از:
3-4-4-1 ترسیم هندسه مدلدر صورتی که هندسه مدل آزمایشگاهی به صورت منظم باشد میتوان شکل آن را در خود نرم‌افزار Flow3D ترسیم نمود اما در صورتی که مدل مورد نظر شکل نامنظم داشته باشد نرمافزار قادر خواهد بود فایلهای ایجاد شده در نرمافزارهایی نظیر اتوکد و همچنین فایلهای توپوگرافی به صورت X, Y, Z را مورد استفاده قرار دهد. در این تحقیق، مدلهای بکار رفته در خود نرمافزار ترسیم شده است.
3-4-4-2 شبکهبندی حل معادلات جریانیکی از مهمترین نکاتی که بایستی در شبیهسازی عددی مورد توجه قرار بگیرد، شبکهبندی مناسب برای حل دقیق معادلات حاکم است. ساختن شبکه مناسب برای میدان حل معادلات، دقت محاسبات، همگرایی و زمان محاسبات را تحت تأثیر قرار میدهد. در کلیه مدلهای عددی صورت گرفته، ابعاد شبکه طوری تعیین شد که پارامترهای کنترل شبکه از قبیل حداکثر نسبت ابعاد شبکه در راستای طولی و عمقی و ضریب نسبت ابعاد شبکه در راستاهای مختلف و در مجاورت یکدیگر مناسب انتخاب شده باشد. برای نتایج دقیق و مؤثر، مقدار هریک از دو پارامتر فوق باید به عدد 1 نزدیک بوده و مقدار نسبت ابعاد شبکه در مجاور یکدیگر از 25/1 و همچنین نسبت ابعاد شبکه در راستاهای مختلف از 3 نباید بیشتر باشد (فلوساینس، 2008).
در بخش شبیهسازی هیدرولیک جریان که در کانال با مقیاس کوچک صورت گرفت، مشبندی شبکه جریان، به صورت سهبعدی و ابعاد شبکه در هر سه بعد یکسان و برابر 5 میلیمتر در نظر گرفته شد. (در صورتی که مشبندی شبکه جریان، یکنواخت صورت گرفت نتایج حاصل از مدل به دادههای آزمایشگاهی نزدیکتر و دقت مدل عددی بیشتر میشد). برای این مدلسازی، زبری کف کانال و بدنه سازه برابر 5/1 میلیمتر انتخاب شد.
مشبندی در مقطع عرضی مشبندی در مقطع طولی

شکل 3-10 مشبندی یکنواخت در کانال با مقیاس کوچک
در بخش شبیهسازی آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی که در کانال با مقیاس بزرگ انجام شده است، جهت کاهش زمان تحلیل نرمافزار، شبکه جریان به صورت دوبعدی مشبندی شده و ابعاد شبکه در راستای Z به صورت یکنواخت و برابر 5 میلیمتر و در راستای X به صورت غیر یکنواخت و در نزدیکی سازه مورد نظر، تعداد مش بیشتر و اندازه آنها ریزتر در نظر گرفته شد به طوری که اندازه مش بین 6 تا 20 میلیمتر متغیر است. برای این مدلسازی، زبری کف کانال یکسان با قطر متوسط رسوبات و برابر با 5/1 میلیمتر انتخاب شد.
1501775101346000
شکل 3-11 مشبندی غیر یکنواخت در راستای طولی کانال با مقیاس بزرگ
3-4-4-3 شرایط مرزی کاناللایه مرزی ابتدا و انتهای مشها در کانال با مقیاس کوچک بر اساس جدول و شکل زیر تعیین شده است.

شکل 3- 12 شرایط مرزی مورد استفاده در مدلسازی حالت بستر صلبجدول 3-4 شرایط مرزی اعمال شده در نرمافزارورودی کانال خروجی کانال دیوارههای کناری کانال کف کانال سقف کانال
دبی ورودی جریان خروجی دیوار دیوار تقارن

لایه مرزی ابتدا و انتهای مشها در کانال با مقیاس بزرگ بر اساس جدول و شکل زیر تعیین شده است.

شکل 3- 13 شرایط مرزی مورد استفاده در مدلسازی حالت بستر رسوبجدول 3- 5 شرایط مرزی اعمال شده در نرمافزارورودی کانال خروجی کانال دیوارههای کناری کانال کف کانال سقف کانال
فشار ثابت جریان خروجی دیوار دیوار تقارن
برای انتخاب فشار ثابت برای ورودی کانال، ارتفاع سیال در قسمت فشار ثابت برابر عمق ابتدایی جریان در حالت آزمایشگاهی انتخاب شد.
3-4-4-4 خصوصیات فیزیکی مدلبرای مدلسازی هیدرولیک جریان در بستر صلب، شرایط فیزیکی حاکم بر جریان، به صورت زیر انتخاب شد:
1- مقدار شتاب ثقل در جهت عکس عمق جریان و برابر 81/9- انتخاب شد.
2- چون سیال مورد استفاده در آزمایشات، آب زلال در نظر گرفته شده بود سیال از نوع نیوتنی انتخاب شد.
3- به‌دلیل آشفتگی جریان در آزمایشات، دو مدل آشفتگی k-ɛ و RNG k-ɛ در نرمافزار مورد ارزیابی قرار گرفت.
برای مدلسازی آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی، شرایط فیزیکی حاکم بر جریان به صورت زیر انتخاب شد:
1- مقدار شتاب ثقل در جهت عکس عمق جریان و برابر 81/9- انتخاب شد.
2- چون سیال مورد استفاده در آزمایشات، آب زلال در نظر گرفته شده بود سیال از نوع نیوتنی انتخاب شد.
3- به دلیل آشفتگی جریان، سه مدل آشفتگی k-ɛ ، RNG k-ɛ و LES در نرمافزار مورد ارزیابی قرار گرفت.
4- مشخصات رسوبی که در مدلسازیها جهت کالیبراسیون حداکثر عمق آبشستگی تعریف شد در جدول زیر ارائه داده شده است:
جدول 3- 6 مدلسازیهای انجام شده برای تعیین بهترین مقدار پارامترهای مربوط به رسوبپارامتر مورد نظر مقدارهای انتخاب شده
ضریب دراگ 5/1 2/1 1 5/0
عدد شیلدز بحرانی 15/0 1/0 05/0 035/0
زاویه ایستایی 40 35 30
حداکثر ضریب تراکم مواد بستر 8/0 74/0 7/0 6/0 4/0 38/0
ضریب تعلیق مواد بستر 026/0 018/0 01/0
ضریب بار بستر 16 8
عوامل مؤثر در کالیبراسیون حداکثر عمق آبشستگی در پاییندست سازه، پارامترهای حداکثر ضریب تراکم مواد بستر، عدد شیلدز بحرانی، ضریب دراگ، زاویه ایستایی و همچنین نوع مدل آشفتگی بودند.
3-4-4-5 شرایط اولیه جریانقبل از وارد کردن جریان در مدلسازی عددی، حالت اولیه کانال را انتخاب میکنند که در این تحقیق، قبل از ورود جریان، کانال تا قبل از سازه و تا لبه تاج سرریز از سیال مورد‌نظر در نظر گرفته شد.
3-4-4-6 زمان اجرای مدلنکته دیگری که در شبیهسازیهای عددی بسیار مهم است، زمان اجرای مدل تا رسیدن به یک مقدار مناسب از لحاظ پایداری و ماندگاری جریان است. بنابراین در کلیه آزمایشات شبیهسازی شده، زمان اجرای مدل برای شبیهسازی هیدرولیک جریان بین 30-15 ثانیه و برای شبیهسازی آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی بین 5000 - 4000 ثانیه در نظر گرفته شد، که با سپری شدن این مدت زمان، جریان در کانال به صورت یکنواخت میشود.

شکل 3-14 نمودار تغییرات زمانی حجم سیال در مدلسازی هیدرولیک جریان
شکل 3-15 نمودار تغییرات زمانی حجم سیال در مدلسازی حفره آبشستگی-420069-631311

bew203

3
5
7
8
9
9
17
17
21
24
25
25
26
27
27
27
عنوان
چکیده.................................................................................................................................................................................................
فصل اول : کلیّات تحقیق
مقدمه .....................................................................................................................................................................................
بیان مسئله ............................................................................................................................................................................
ضرورت و اهمیت تحقیق ....................................................................................................................................................
اهداف تحقیق ........................................................................................................................................................................
سوالات تحقیق ......................................................................................................................................................................
چهارچوب نظری تحقیق .....................................................................................................................................................
فرضیه های تحقیق ..............................................................................................................................................................
تعریف مفهومی و عملیاتی متغیرها ...................................................................................................................................
قلمرو تحقیق .........................................................................................................................................................................
فصل دوم : ادبیات تحقیق
2-1) بخش اول:عملکرد شرکت ها .......................................................................................................................................
2-1-1) مقدمه ................................................................................................................................................................................
2-1-2) تشریح مفهوم عملکرد......................................................................................................................................................
2-1-3) تعریف ارزیابی عملکرد.....................................................................................................................................................
2-1-4) اهمیت ارزیابی عملکرد...................................................................................................................................................
2-1-5) فرایند ارزیابی عملکرد......................................................................................................................................................
2-1-6) اندازه گیری عملکرد........................................................................................................................................................

صفحه
28
29
29
31
32
33
40
41
44
47
48
49
54
55
60
60
63
65
66
71
72
عنوان
2-1-7) طبقه بندی سنجه های اندازه گیری عملکرد............................................................................................................
2-1-8) مدل های ارزیابی عملکرد ..............................................................................................................................................
2-1-8-1) سیستم اندازه گیری عملکردAMBITE...........................................................................................................
2-1-8-2) فرایند الگوسازی...........................................................................................................................................................
2-1-8-3) سیستم اندازه گیری عملکرد ECOGRAL....................................................................................................
2-1-8-4) الگوی کارت امتیازی متوازنBCS..........................................................................................................................
2-1-8-5) مدل الگوی بالدریجMB............................................................................................................................................
2-1-9) عملکرد شرکت از دیدگاه بازارهای عوامل ..................................................................................................................
2-1-10) عملکرد بازرگانی ............................................................................................................................................................
2-1-11) عملکرد بازار.....................................................................................................................................................................
2-1-12) عملکرد مالی....................................................................................................................................................................
2-1-13) سنجش عملکرد بازرگانی..............................................................................................................................................
2-2) بخش دوم:مزیّت رقابتی .................................................................................................................................................
2-2-1) مفهوم مزیّت رقابتی.........................................................................................................................................................
2-2-2) نظریه های مزیّت رقابتی.................................................................................................................................................
2-2-2-1) نظریه های سازمان صنعتی(I/O) ودیدگاه پورتر .............................................................................................
2-2-2-2) نظریه مبتنی بر منبع(RBV) ................................................................................................................................
2-2-2-3) نظریه شومپترین..........................................................................................................................................................
2-2-3) پنج نیروی رقابتی پورتر جهت تجزیه و تحلیل رقابت .............................................................................................
2-2-4) تحلیل زنجیره ارزش و فعالیت های سازمانی..............................................................................................................
2-2-5) عوامل تاثیر گذار ملّی در مزیّت رقابتی جهانی........................................................................................................

صفحه
73
74
76
76
77
78
79
79
80
82
83
84
85
86
89
94
95
98
103
107
108
عنوان
2-2-6) شرایط عاملی .....................................................................................................................................................................
2-2-7) شرایط تقاضای داخلی......................................................................................................................................................
2-2-8) صنایع حمایتی و مرتبط .................................................................................................................................................
2-2-9) ساختار و استراتژی شرکت و رقابت .............................................................................................................................
2-2-10) الگوی جامع مدیریت استراتژیک ...............................................................................................................................
2-3) بخش سوم:استراتژی های بازاریابی...........................................................................................................................
2-3-1) مفهوم بازاریابی .................................................................................................................................................................
2-3-2) تفاوت فروش با بازاریابی .................................................................................................................................................
2-3-3) وظایف مدیریت بازاریابی..................................................................................................................................................
2-3-4) بازاریابی دست آوردی .....................................................................................................................................................
2-3-5) آمیخته بازاریابی ...............................................................................................................................................................
2-3-5-1) چهار سی (C4) ...........................................................................................................................................................
2-3-5-2) عناصر تشکیل دهنده(P4) ......................................................................................................................................
2-3-6) محصول...............................................................................................................................................................................
2-3-7) تصمیم گیری در باره صفات کالا ..................................................................................................................................
2-3-8) قیمت..................................................................................................................................................................................
2-3-9) عوامل موثرهنگام تعین قیمت.......................................................................................................................................
2-3-10) توزیع ...............................................................................................................................................................................
2-3-11) تبلیغ................................................................................................................................................................................
2-4) بخش چهارم:منابع و قابلیت ها ...................................................................................................................................
2-4-1) تعریف و مفهوم منابع شرکت ........................................................................................................................................

صفحه
108
111
119
123
125
126
127
129
130
140
140
141
141
142
143
143
143
144
عنوان
2-4-2) انواع منابع...........................................................................................................................................................................
2-4-3) رویکرد مبتنی بر منابع.....................................................................................................................................................
2-4-4) تحقیقات انجام شده در رویکرد مبتنی بر منابع.........................................................................................................
2-4-5) چند مدل نمونه از رویکرد مبتنی بر منبع .................................................................................................................
2-4-6) تعریف قابلیت های شرکت ............................................................................................................................................
2-4-7) انواع قابلیت های شرکت ................................................................................................................................................
2-4-8) نقش قابلیت های سازمانی در ایحاد مزیت رقابتی.....................................................................................................
2-5) بخش پنجم:پیشینه ........................................................................................................................................................
2-5-1) تحقیقات انجام شده در مورد موضوع تحقیق ............................................................................................................
فصل سوم : روش اجرای تحقیق
3-1) مقدمه ......................................................................................................................................................................................
3-2) فرایند اجرای تحقیق..............................................................................................................................................................
3-3) روش اجرای تحقیق...............................................................................................................................................................
3-4) جامعه و نمونه آماری.............................................................................................................................................................
3-5) روش و ابزار جمع آوری اطلاعات........................................................................................................................................
3-6) روایی و پایایی پرسشنامه......................................................................................................................................................
3-6-1)روایی پرسشنامه..................................................................................................................................................................
3-6-2) پایایی پرسشنامه................................................................................................................................................................
3-7) روش تجزیه و تحلیل داده ها...............................................................................................................................................

صفحه
148
148
153
153
154
155
156
157
158
159
161
166
178
180
180
180
183
186
187
عنوان
فصل چهارم : تجزیه و تحلیل داده ها و یافته های تحقیق
4-1) مقدمه........................................................................................................................................................................................
4-2) توصیف نمونه آماری ............................................................................................................................................................
4-3) توصیف متغیر های تحقیق .................................................................................................................................................
4-3-1) منابع شرکت .....................................................................................................................................................................
4-3-2) قابلیت های شرکت ..........................................................................................................................................................
4-3-3) استراتژی های بازاریابی ..................................................................................................................................................
4-3-4) مزیت رقابتی .....................................................................................................................................................................
4-3-5) عملکرد مالی.......................................................................................................................................................................
4-3-6) عملکرد بازار........................................................................................................................................................................
4-4) آماراستنباطی ........................................................................................................................................................................
4-5) برآورد و آزمون مدل ساختاری تحقیق ............................................................................................................................
4-6) سنجش مدل اندازه گیری هریک از متغیرها .................................................................................................................
4-7) آزمون فرضیه های تحقیق....................................................................................................................................................
فصل پنجم: بحث ،‌ نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1) مقدمه ......................................................................................................................................................................................
5-2) نتیجه گیری............................................................................................................................................................................
5-2-1) نتایج آمار توصیفی ..........................................................................................................................................................
5-2-2) نتایج آماراستنباطی..........................................................................................................................................................
5-3) پیشنهاد بر اساس یافته های تحقیق ...............................................................................................................................
5-4) محدودیت های تحقیق .......................................................................................................................................................

صفحه
187
189
193
199
203
214
222
عنوان
5-5) پیشنهاد برای تحقیقات آینده ............................................................................................................................................
منابع
منابع فارسی .....................................................................................................................................................................................
منابع انگلیسی ...................................................................................................................................................................................
پیوست ها
پیوست الف : پرسشنامه .................................................................................................................................................................
پیوست ب: خروجی LISREL برای مدل تحقیق .......................................................................................................................
پیوست پ : پایایی پرسشنامه.........................................................................................................................................................
پیوست ت : جدول آزمون همبستگی بین متغیر ها..................................................................................................................
عنوان
فهرست جداول
جدول2-1) انواع تقاضا و وظایف مدیریت بازاریابی ..................................................................................................................
جدول2-2) اجزای ترفیع وتشویق ...............................................................................................................................................
جدول2-3) مقایسه بین نظریه سازمان صنعتی، نظریه پورتر و رویکرد مبتنی بر منابع ..................................................
جدول3-1) صفات طیف پاسخی پرسشنامه محیطی ..............................................................................................................
جدول3-2) توزیع سوالات پرسشنامه .........................................................................................................................................
جدول3-3) پایایی مربوط به سوالات پرسشنامه ......................................................................................................................
جدول4-1) توزیع فراوانی پاسخ دهندگان بر اساس جنسیت ...............................................................................................
جدول4-2) توزیع فراوانی پاسخ دهندگان بر اساس وضعیت تاهل ......................................................................................
جدول4-3) توزیع فراوانی پاسخ دهندگان بر اساس رده سنی...............................................................................................
جدول4-4) توزیع فراوانی پاسخ دهندگان بر اساس میزان تحصیلات .................................................................................
جدول4-5) توصیف متغیر منابع شرکت ....................................................................................................................................
جدول4-6) توصیف متغیر قابلیت های شرکت .........................................................................................................................
جدول4-7) توصیف متغیر استراتژی های بازاریابی .................................................................................................................
جدول4-8) توصیف متغیر مزیت رقابتی ....................................................................................................................................
جدول4-9) توصیف متغیر عملکرد مالی ...................................................................................................................................
جدول4-10) توصیف متغیر عملکرد بازار ..................................................................................................................................
جدول4-11) شاخص های معنا داری و برازش مدل کامل ...................................................................................................
جدول4-12) شاخص برازش مدل اندازه گیری منابع شرکت ................................................................................................
جدول 4-13) شاخص برازش مدل اندازه گیری قابلیت های شرکت ..................................................................................
جدول 4-14) شاخص برازش مدل اندازه گیری استراتژی های بازاریابی ...........................................................................
جدول 4-15) شاخص برازش مدل اندازه گیری مزیت رقابتی ..............................................................................................
صفحه
80
106
122
142
142
144
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
165
166
168
170
173
صفحه
174
177
177
178
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
عنوان
جدول 4-16) شاخص برازش مدل اندازه گیری عملکرد بازرگانی ........................................................................................
جدول4-17) نتایج تحلیل مسیر ..................................................................................................................................................
جدول4-18) محاسبه اثرات مستقیم متغیرهای مدل بر یکدیگر...........................................................................................
جدول4-19) نتایج آزمون فرضیه های تحقیق .........................................................................................................................
فهرست نمودارها
نمودار4-1) درصد فراوانی برحسب جنسیت .............................................................................................................................
نمودار4-2) درصد فراوانی برحسب وضعیت تاهل.....................................................................................................................
نمودار4-3) درصد فراوانی برحسب رده سنی.............................................................................................................................
نمودار4-4) درصد فراوانی برحسب میزان تحصیلات................................................................................................................
نمودار4-5) نمودار هیستوگرام منابع شرکت.............................................................................................................................
نمودار4-6) نمودار هیستوگرام قابلیت های شرکت..................................................................................................................


نمودار4-7) نمودار هیستوگرام استراتژی های بازاریابی...........................................................................................................
نمودار4-8) نمودار هیستوگرام مزیت رقابتی..............................................................................................................................
نمودار4-9) نمودار هیستوگرام عملکرد مالی..............................................................................................................................
نمودار4-10) نمودار هیستوگرام عملکرد بازار.............................................................................................................................
صفحه
13
30
35
36
38
41
45
62
66
69
73
75
77
79
86
88
95
101
102
103
116
عنوان
فهرست اشکال
شکل1-1) مدل علّی تحقیق ........................................................................................................................................................
شکل2-1) چهار چوب روشAMITE ........................................................................................................................................
شکل2-2) چشم انداز واستراتژی:چهار وجه کارت امتیازی متوازن......................................................................................
شکل2-3) وجه مشتری معیار های اساسی................................................................................................................................
شکل2-4) وجه مشتری: پیوند ارزش پیشنهادی با معیار های کلیدی نتیجه ...................................................................
شکل2-5) شمای کلّی مدل مالکوم بالدریج .............................................................................................................................
شکل2-6) جریان های عملکرد شرکت.......................................................................................................................................
شکل2-7) زنجیره ی ارزش پورتر................................................................................................................................................
شکل2-8) الگوی رقابت مبتنی بر پنج نیروی مایکل پورتر ...................................................................................................
شکل2-9) استراتژی های عمومی پورتر ....................................................................................................................................
شکل2-10) عوامل مزیت رقابتی یک کشور...............................................................................................................................
شکل2-11) ویژگی های موثر تقاضای ملّی در مزیّت رقابتی ................................................................................................
شکل2-12) الگوی جامع مدیریت استراتژیک ...........................................................................................................................
شکل2-13) مقایسه مفاهیم فروش وبازاریابی............................................................................................................................
شکل2-14) ابعاد کالا ....................................................................................................................................................................
شکل2-15) طبقه بندی کالا های مصرفی ...............................................................................................................................
شکل2-16) عوامل موثر بر تصمیمات قیمت گذاری .............................................................................................................
شکل2-17)کانال های بازاریابی مصرفی.....................................................................................................................................
شکل2-18) سیستم بازاریابی عمودی ........................................................................................................................................
شکل2-19) سیستم ارتباطات بازاریابی ....................................................................................................................................
شکل2-20) رویکرد مبتنی بر منابع در گذر زمان ...................................................................................................................

صفحه
117
118
123
124
126
132
133
135
136
163
164
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
عنوان
شکل2-21) مدل از درون به بیرونRBV ..................................................................................................................................
شکل2-22) تحلیل استراتژی با استفاده از رویکرد مبتنی بر منابع .....................................................................................
شکل2-23) مدل مبتنی بر منابع از مزیّت رقابتی پایدار.........................................................................................................
شکل2-24) مدل یکپارچه از رویکرد مبتنی بر منابع و استراتژی رقابتی............................................................................
شکل2-25) اجزای تجزیه و تحلیل درون سازمانی که منجر به کسب مزیّت رقابتی می گردد .....................................
شکل2-26) مدل مفهومی اله وردی.............................................................................................................................................
شکل2-27) مدل مفهومی کرمپور و همکاران ...........................................................................................................................
شکل2-28) مدل مفهومی پور جهانی .........................................................................................................................................
شکل2-29) مدل مفهومی رابطه بین بازار گرایی و مزیّت رقابتی و عملکرد .....................................................................
شکل4-1) مدل پایه تحقیق در حالت استاندارد.......................................................................................................................
شکل 4-2) مدل پایه تحقیق در حالت معنا داری ...................................................................................................................
شکل 4-3) تحلیل عاملی تاییدی عامل منابع شرکت در حالت استاندارد .........................................................................
شکل4-4) تحلیل عاملی تاییدی عامل منابع شرکت در حالت معناداری............................................................................
شکل4-5) تحلیل عاملی تاییدی عامل قابلیت های شرکت در حالت استاندارد................................................................
شکل4-6) تحلیل عاملی تاییدی عامل قابلیت های شرکت در حالت معناداری.................................................................
شکل4-7) تحلیل عاملی تاییدی استراتژی های بازاریابی در حالت استاندارد....................................................................
شکل4-8) تحلیل عاملی تاییدی استراتژی های بازاریابی در حالت معناداری....................................................................
شکل4-9) تحلیل عاملی تاییدی مزیت رقابتی در حالت استاندارد.......................................................................................
شکل4-10) تحلیل عاملی تاییدی مزیت رقابتی در حالت معناداری....................................................................................
شکل4-11) تحلیل عاملی تاییدی عملکردبازرگانی در حالت استاندارد...............................................................................
شکل4-12) تحلیل عاملی تاییدی عملکرد بازرگانی در حالت معناداری..............................................................................

چــکـیــده
در دنیای رقابتی امروز شرکت هایی موفق هستند که به توانند ارزش های بیشتری برای مشتریان به وجود آورند و بنا به گفته سرجیو زیمن دلایل بیشتری به مشتریان ارائه کنند تا آن ها را به خرید و ایجاد رابطه بلندمدت با شرکت ترغیب سازند.خلق ارزش برتر برای مشتری در سایه مولفههای گوناگون اساس بهبود عملکرد بازرگانی شرکت ها را فراهم می سازد. این درحالی است که صاحب نظران پتانسیل شرکت های حاضر در بازار سرمایهای ایران را از لحاظ عملکرد بهتر ، بیشتر از این می دانند. بنابراین هدف این تحقیق شناسایی عواملی است که بر عملکرد بازرگانی شرکت ها مؤثرند.مطالعات مختلف بیانگر این مطلب است که چهار دسته متغیرهای مزیّت رقابتی، استراتژیهای بازاریابی، منابع و قابلیتهای شرکت می توانند بر عملکرد بازرگانی شرکت ها اثر بگذارند که در این بررسی به عنوان متغیرهای مستقل در نظر گرفته شدهاند. تحقیق حاضر از لحاظ نوآوری می خواهد برای اولین بار در استان گیلان مزیّتها منابع و قابلیت ها را برای تبیین عملکرد بازرگانی شرکت ها در کنار استراتژی های بازاریابی در قالب یک مدل علّی بررسی نماید. این تحقیق از طریق یک مدل علّی سعی در تبیین تعیین کنندههای عملکرد بازرگانی شرکتها را دارد. مزیّت رقابتی شامل سازههای بهبود کیفیت محصولات و خدمات و میزان ورود به بازارهای پر منفعت می باشد. هم چنین استراتژی های بازاریابی نیز بر عملکرد بازرگانی شرکت ها تاثیر گذار است که این عامل دارای سازههای توسعه محصولات و خدمات ، کاهش هزینه و قیمت و شفافیت تبلیغات می باشد. منابع شرکت نیز در این تحقیق شامل : منابع فیزیکی که دارای سازههای فن آوری تجهیزات و ظرفیت خدمات است. منابع مالی شامل سازههای نقدینگی و توانایی به دست آوردن منابع مالی و منابع تجربی شامل سازه های دانش ، تخصص و سنجش عملکرد گذشته می باشد. و در نهایت آخرین متغیر تاثیر گذار بر عملکرد بازرگانی شرکت ها قابلیتهای شرکت می باشد و متشکل شده است از : دیدگاه تسهیمی دارای زیرسازههای عقیده مشترک و توسعه تواناییهای شرکت. ساختار ارتباطی شامل زیر سازههای روابط نزدیک با عرضه کنندگان،شناخت نیازهای مشتریان و سهام داران و درک/پاسخ به فن آوری که شامل زیرسازههای فراگرفتن پیشرفت های فن آوری و پاسخ سریع به تغییرات فن آوری می باشد. هدف کلی این تحقیق طراحی و آزمون مدل علّی جهت تبیین عملکرد بازرگانی شرکتهای تولیدی استان گیلان می باشد.
جامعه آماری در این تحقیق شرکتهای تولیدی استان گیلان میباشد. در تحقیق حاضر با استفاده از شاخصهای آمار توصیفی،هر یک از متغیرها تشریح و سپس با استفاده از مدل علّی نسبت به آزمون آن اقدام گردید. نتایج تجزیه و تحلیل ها نشان داد که به طور کلی بین منابع شرکت ها و استراتژی های بازاریابی و قابلیت شرکت ها و استراتژی های بازار یابی رابطه وجود دارد. هم چنین بین استراتژی های بازار یابی و مزیّت رقابتی رابطه ی مثبتی حاکم است. از سوی دیگر، مزیّت رقابتی با عملکرد بازار و عملکرد مالی رابطه دارد. و در نهایت بین عملکرد بازار و عملکرد مالی رابطه ی مثبت و مستقیمی وجود دارد.
واژگان کلیدی: عملکرد بازار، عملکرد مالی، مزیّت رقابتی، استراتژیهای بازاریابی،منابع شرکت، قابلیتهای شرکت
-927248-1058870
فصل اول
کلیّات تحقیق
1-1) مقــدمــه
به نظر می رسد که موفقیت شرکت ها و مؤسسات امروزی در گرو شناخت هرچه بیشتر از مشتریان ،رقبا و سایر عوامل تاثیر گذار بر بازار است. نیازها و خواسته های مشتریان همواره در حال تغییر هستند و تنها در صورت شناخت این تغییرات است که شرکت می تواند موفق شود. از سویی رقبا نیز به دنبال جذب مشتریان بیشتر برای خود هستند و در این راه از هیچ کوششی چشم پوشی نخواهند کرد. شناخت و پیش بینی این عوامل و ارائه راه کار مناسب در برخورد با آن ها نقش کلیدی در موفقیت شرکت در بازار هدف بازی خواهد کرد. از این رو گرایش به بازار و نیازهای مشتریان اولین ویژگی بازاریابی جدید است و در این شرایط مدیران کامیاب کسانی هستند که سازمان خود را با شرایط روز همگام سازند و این زمانی امکان پذیر است که کارمندان و مدیران شرکت گرایش به عملکرد بازار را به عنوان یک فرهنگ و بینش بپذیرند. (نوری نیا،1386،ص32) یک شرکت یا سازمان با تفکر بازارگرا به طور مستمر برخواسته های مشتریان نظارت دارد و تلاش می کند که به وسیله پاسخگویی ، عملکرد بازارگانی خود را ارتقاء دهد.(چیرانی و همکاران،1391،ص2) کارشناسان معتقدند که مزیّت رقابتی می تواند نقش به سزایی را در بهبود عملکرد بازرگانی شرکت ها ایفا کند. مزیّت رقابتی ، وضعیتی است که یک بنگاه را قادر می سازد که با کارایی بالاتر و به کارگیری روش های برتر، محصولات را با کیفیت بالاتر عرضه نماید و در رقابت سود بیشتری را برای بنگاه فراهم آورد. یک واحد اقتصادی زمانی دارای مزیّت رقابتی است که به تواند به دلایل خاص که ناشی از ویژگی های آن واحد است( مانند وضعیت مکانی، فن آورانه، پرسنلی و....)به طور مداوم تولیدات خود را نسبت به رقبایش با هزینه ای پایین تر و کیفیت بالاتر عرضه کند. (P108 ،2008،Yilmaz) امروزه مشتریان در کانون اصلی توجه شرکت ها قرار دارند و رضایت مندی آن ها، عامل کسب مزیّت رقابتی برای سازمان ها است. لازمه جلب رضایت مشتری، برآورده ساختن کامل نیازهای آنان و شناسایی دقیق خواسته ها، انتظارات، تمایلات، توانایی ها و محدودیت های آن ها در خرید محصولات است. با دست یابی به چنین اطلاعاتی می توان عوامل تاثیر گذار بر رفتار مصرف کنندگان را به خوبی تشخیص داد و در اتخاذ استراتژی های بازاریابی شرکت ها (محصول،قیمت،توزیع،تبلیغ) از آن ها استفاده نمود. بنابراین محصولات شرکت ها باید مطابق با مزایایی مورد انتظار مشتریان باشد تا در نهایت بهبود عملکرد بازرگانی شرکت هارا منجر شود.(زرگریان،1391،ص2) دو عامل تاثیرگذار بر استراتژی های بازاریابی شرکت ها منابع و قابلیت های شرکت می باشند. منابع عبارتند از عوامل تولید که یک شرکت به وسیله آن ها کالا و خدمات با ارزشی برای مشتریانش تولید می نماید.برای نیل به این هدف آن ها از منابعی استفاده می کنند و تا اندازه ای که این منابع نسبت به رقبا برتر باشد،این شرکت ها موفق تر خواهند بود. (پور جهانی،1388،ص2) و قابلیت های شرکت ترکیبی از مهارت ها ، دانش و رفتارهایی که در سرتاسر شرکت یا سازمان وجود دارد و در افراد ، سیستم ها ، فرایند ها و ساختارها منعکس می شود. در یک تعریف دیگر ، مهارت هایی که شرکت برای تبدیل داده ها به ستاده ها به کار می گیرد تا در قالب فرایندهای سازمانی از ترکیب منابع محسوس و نامحسوس برای به دست آوردن اهداف مورد نظر مانند خدمت به مشتری ، توانمندی های توسعه محصول برتر، نوآوربودن کالاها و خدمات استفاده نماید.(غلامین،1390،ص12) بنابراین شرکت ها برای رسیدن به عملکرد بازرگانی بالاتر از میانگین صنعت خود، باید سرمایه گذاری سازگاری در منابع و قابلیت هایشان بکنند، پس هر چقدر رقابت شدیدتر می شود اهمیت شناسایی منابع و قابلیت ها ، خود را بیشتر هویدا می سازد. (پورجهانی،1388،ص3)

1-2) بیان مساله
در محیط پیچیده و پویای در حال تغییر امروزی، شرکت ها نیازمند طراحی و اتخاذ استراتژی هایی هستند که به تواند به آن ها در بهبود روز افزون عملکرد شان یاری رساند. زیرا در چنین محیط رقابتی ،تنها شرکت هایی می توانند دوام آورده و به حیات خود ادامه دهند که از گردونه رقبا جا نمانده و خود را با شرایط بازار رقابتی همگام نمایند. به عبارت دیگر مدیران شرکت ها، حاصل تصمیم گیری های خود در قالب انتخاب استراتژی را در آینه ی معیارهای عملکردی مشاهده خواهند نمود . تجزیه و تحلیل مقایسه عملکرد مشاهده شده با روند گذشته، با رقبا و یا متوسط صنعت ، باز خورد مناسبی را جهت تصمیم گیری و انجام فعالیت های آتی فراهم می آورد.به همین دلیل یکی از اهداف همه شرکت ها در طول زمان،بهبود مستمرعملکرد بوده و است . البته لازم به ذکر است که عملکرد هم به معنای رفتارها و هم به معنای نتایج است . زیرا رفتارها از افراد و اجرا کننده ناشی می شوند و عملکرد را از یک مفهوم انتزاعی به عمل تبدیل می کنند. (p1130، 1988 ، Brumback)
عملکرد بازرگانی یکی از مهم ترین متغیر های مورد بحث در تحقیق های مدیریتی است و بدون شک مهم ترین معیارسنجش موفقیت در شرکت های تجاری به حساب می آید و به ارزیابی و سنجش اهداف واقعی به دست آمده یک سازمان، بر مبنای برنامه های پیش بینی شده اشاره دارد سنجش عملکرد وسیله ای برای اندازه گیری و حصول اطمینان از این که استراتژی های سازمان منجر به دستیابی به اهداف شده است، می باشد.(چیرانی و همکاران ،1391،ص4) عملکرد شرکت، میزان موفقیت یک شرکت در خلق ارزش برای قسمت های مختلف بازار است. در نهایت عملکرد شرکت بر اساس دست یابی به اهداف کسب و کار از طریق واحد های مختلف شرکت، تعیین می شود. شرکت های با عملکرد مطلوب ، ارزش را در طول زمان خلق می نمایند. این امر در شرکت های با عملکرد نا مطلوب صورت نمی گیرد . قسمت های مختلف بازار به دنبال ارزش های مختلفی هستند. بنابرین این خلق ارزش و عملکرد شرکت تنها از قسمت های مختلف بازار قابل ارزیابی است. (سایمونز،1385،ص249)
یکی از عوامل مهم و تاثیرگذار بر بهبود عملکرد بازرگانی شرکت ها و سازمان ها مزیّت رقابتی است.(رهنورد ،1382،ص21) به عبارت بهتر بدون مزیّت رقابتی، شرکت ها نمی توانند عملکرد خود را مدیریت نمایند باید در نظر داشت عرصه اقتصاد نوین جهانی با ویژگی هایی چون تغییرات فن آوری ، یکپارچگی نظام اقتصادی در سطح بین المللی و رقابت نزدیک ، از یک سو منشأ تهدیدها و از سوی دیگر زمینه ساز فرصت ها برای سازمان ها است. موفقیت در چنین محیط هایی در گرو مزیّت رقابتی است . مزیّت رقابتی ارزش های قابل ارایه شرکت برای مشتریان است به نحوی که این ارزش ها از هزینه های مشتری بالاتر است. (پورتر ،1384،ص72) در بررسی عوامل تأثیرگذار در مزیت رقابتی مشاهده می شود که در دنیای رقابتی امروز ، سازمان ها به منظور بقای خود نیاز به استفاده از استراتژی های بازار یابی دارند بررسی ها نشان داده است که ناموفق بودن شرکت ها از ناتوانی آن ها در بهره گیری از استراتژی های بازاریابی نشأت می گیرد. این شرکت ها کسب سود بیشتر را بر رضایت مشتریان ترجیح می دهند. (فخیمی آذر،1390،ص2) محصول (کالا و خدمت ) باید مطابق با مزایای مورد انتظار مشتری باشد و قیمت مناسب با توانایی های خریدار . این محصول باید در دسترس مشتری قرار بگیرد تا در خرید آن دچار مشکل نشود و در نهایت تبلیغات لازم نیز انجام گیرد تا مصرف کنندگان بالقوه از وجود چنین محصولی با خبر شوند. در واقع استراتژی های بازار یابی ، مسیر عملکرد سازمان را با استفاده از متغیرهای قابل کنترل در محیطی که عوامل غیر قابل کنترل دارد (بازار خارجی) مشخص می کنند. (p22، 2004 ،Chan) دو عامل تأثیر گذار بر استراتژی های بازاریابی شرکت ها، منابع و قابلیت های شرکت می باشد . منابع عبارت است از عوامل تولید که یک شرکت به وسیله آن ها کالا و خدمات با ارزش را برای مشتریانش تولید می نماید. ( p48، 1999، Charbaghi and Lynch) و قابلیت ها عبارتند ازمهارت های مورد نیاز یک شرکت برای کسب مزیّت کامل از منابع در اختیارش . به زبان دیگر قابلیت ها عبارتند از مهارت های یک شرکت در هماهنگ سازی منابع و استفاده بهره ور از آن ها. لازم به ذکر است که قابلیت های یک شرکت محصول ساختارسازمانی و نظام های کنترل آن می باشد. (علی احمدی ، الهیاری ،1382،ص44) بنابراین به نظر می رسد شرکت ها جهت بهبود عملکرد بازرگانی خود (عملکرد بازار- عملکرد مالی ) باید به استراتژی های بازار یابی که سبب خلق ارزش برای مشتریان و متمایز کردن شرکت در میان رقبا می شوند توجه نمایند. حال این تحقیق می خواهد در قالب یک مدل علّی به تبیین عملکرد بازرگانی شرکت های تولیدی استان گیلان با تأکید بر استراتژی های بازاریابی، منابع شرکت، قابلیت ها و مزیّت های رقابتی بپردازد.
1-3) ضرورت و اهمیت تحقیق
در مطالعات علمی مشاهده شده که رشد اقتصادی کشورها به دلایلی چند با رشد تولید و صادرات آن ها ارتباط مستقیم دارد. این امر موجب افزایش سرمایه گذاری و انتقال منابع تولیدی از بخش های کم بازده به بخش های پربازده و نهایتا انتقال منابع از بخش های غیر رقابتی درون گرا به بخش های پر بازده و برون گرا می شود.(اله وردی،1391،ص4) بهبود عملکرد بازرگانی شرکت ها از نقش کلیدی در توسعه رونق بنگاهها ،صنایع و اقتصاد کشورها برخوردار بوده و تلاش برای به دست آوردن بازارهای پر بازده با رقابت فشردهای مواجه است. شرکت های پیشرو در کشورهای پیشرفته با شناخت دقیق و به روز نیاز بازارها و فراهم آوردن بسترهای لازم توانستهاند به خوبی به این نیازها پاسخ دهند و سهم قابل ملاحظهای از این بازار را از آن خود کنند.این در حالی است که در شرکت های تولیدی ایران با وجود فعالیت های رضایت بخش در داخل کشور سهم ناچیزی از بازارهای داخلی و خارجی را از آن خود کردهاند. غفلت از مزیّت نسبی ، استراتژیهای بازاریابی ، منابع و قابلیت های شرکت و عدم توجه به دیگر امکانات بالقوه در شرکت های ایرانی ، کشور را به سمتی سوق داده که علی رغم برخورداری از مزیّتهای نسبی بی شمار درامر تولید و صادرات ، فاقد مکانیزم های مناسب جهت تطبیق ، معرفی و ارسال محصولات و خدمات به مصرف کنندگان نهایی هستیم. شرکت های تولیدی بایستی ویژگی های بازارهای هدف ، خصوصیات و نیازهای مشتریان و عملکرد رقبای خود را در بازارها به خوبی شناسایی کرده و الزامات مورد نیاز در این بازارها را به گونهای در سیستم سازمانی خود فراهم کنند که رقابت پذیری خویش را رقم بزنند. (اله وردی،1391،ص6) شرکتهای تولیدی یکی از اجزای حیاتی رشد در اقتصاد جهانی می باشند و اهمیت آن ها در توسعه اقتصادی کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه به خوبی شناخته شده است. کشورهای در حال توسعه باید قدرت شرکت های تولیدی را در ایجاد توسعه صنعتی پایدار در برنامه ریزی مدنظر قرار دهند. در کشور ایران شرکتهای تولیدی بیش از 90 درصد جامعه تجاری را تشکیل می دهند به این جهت برای استفاده از مزایای رقابتی در ترتیبات اقتصاد جدید در حال ظهور و فائق آمدن بر چالش های مختلف در بازارهای محلی ، شرکتهای تولیدی نیاز دارند که برای آن ها برنامه های بستر سازی و ظرفیت سازی مناسب پیشبینی شود. از سوی دیگر بر اساس برنامه چهارم توسعه حدود 5 درصد از رشد بخش صنعت به رشد بهره وری کلیه عوامل اختصاص دارد که با توسعه شرکت های تولیدی این امر می بایست تحقق یابد.(وب سایت سازمان صنایع شهرک های صنعتی ایران)
در شرایط کنونی وضعیت صادرات غیر نفتی در کشور در حالت بحرانی قرار دارد و با کاهش رو به رو شده است و این امر برای سازمان ها ، شرکت ها و مسئولین ذیربط در کشور یک هشدار محسوب می شود. برخی از صنایع در ایران تاریخچهای دیرینه دارند و کشور ما در این زمینه قابلیت فراوانی دارد و می توان با برنامه ریزی درست و خط مشی بازاریابی مناسب در این صنعت،گام مؤثری در این زمینه بردارد و جایگاه خود را در عرصه ملی و بین المللی تثبیت کند. ضرورت این امر در حالی است که بسیاری از صنایع کشور ما از قابلیت بسیار بالایی برای ورود به بازارهای هدف برخوردارند و می توانند با ایجاد برنامه ریزی مناسب در قیاس با رقبا به مزیّت رقابتی دست یابند. با شناسایی عوامل مؤثر بر عملکرد بازرگانی شرکتها می توان برنامه ریزی بهتری برای افزایش بهره وری انجام داد.عوامل مؤثر بر توسعه عملکرد بازرگانی شرکتها را می توان بر دو گروه عوامل داخلی (درون بنگاه)و عوامل خارجی (محیطی) تقسیم کرد.(اله وردی،1391،ص8) بر این اساس، انگیزه انجام این تحقیق فراهم آوردن دانش تجربی درباره چگونگی تاثیرگذاری منابع، قابلیتها، استراتژیهای بازاریابی و مزیّت رقابتی بر عملکرد بازرگانی شرکت های تولیدی استان گیلان میباشد.
1-4)اهداف تحقیق
هدف اصلی تحقیق تبیین عملکرد بازرگانی شرکت های تولیدی استان گیلان با تاکید بر استراتژی های بازاریابی در قالب یک مدل علّی است که در این راستا اهداف فرعی زیر قابل دست یابی است:
اندازهگیری متغیرهای عملکرد بازار، عملکرد مالی ،مزیّت رقابتی، استراتژیهای بازاریابی، منابع و قابلیتهای شرکت.
برقرار نمودن ارتباط بین متغیرهای فوق الذکر مطابق مدل علّی تحقیق جهت تبیین عملکرد بازرگانی شرکتها.
آزمون فرضیه های تحقیق.
اهداف کاربردی تحقیق :
در مورد اهداف کاربردی این تحقیق می توان گفت که از نتایج آن می شود برای ارزیابی و بهبود عملکرد بازرگانی شرکت های تولیدی استان گیلان و سایر استان های کشور استفاده نمود. هم چنین مدیران این شرکت ها می توانند با طراحی استراتژی های مناسب در زمینه بازاریابی و بهره مندی از منابع و قابلیت های شرکت و نیز استفاده از مزیّت های رقابتی گامی بلند در جهت ارتقای عملکرد بازرگانی شرکت ها بردارند.
1-5)سوالات تحقیق
در این تحقیق با استفاده از مدل علّی سعی در پاسخ به سوال اصلی و سوالات فرعی تحقیق می باشد. سوال اصلی تحقیق این است که چه عواملی با عملکرد بازرگانی شرکت های تولیدی استان گیلان مرتبط می باشد؟ جهت نیل به پاسخ این سوال می توان سوالات فرعی زیر را طراحی نمود.
آیا بین منابع و استراتژیهای بازاریابی شرکت های تولیدی استان گیلان رابطه مثبت وجود دارد؟
آیا بین قابلیتها و استراتژیهای بازاریابی شرکت های تولیدی استان گیلان رابطه مثبت وجود دارد؟
آیا بین استراتژیهای بازاریابی و مزیّت رقابتی شرکت های تولیدی استان گیلان رابطه مثبت وجود دارد؟
آیا بین مزیّت رقابتی و عملکرد بازار شرکتهای تولیدی استان گیلان رابطه مثبت وجود دارد؟
آیا بین مزیّت رقابتی و عملکرد مالی شرکتهای تولیدی استان گیلان رابطه مثبت وجود دارد؟
آیا بین عملکرد بازار و عملکرد مالی شرکتهای تولیدی استان گیلان رابطه مثبت وجود دارد؟
1-6)چهارچوب نظری تحقیق
چهارچوب نظری ، الگویی است که محقق بر اساس آن درباره روابط بین عواملی که در ایجاد مساله مهم تشخیص داده شدهاند نظریه پردازی می کند. چهارچوب نظری ضرورتا نباید سخن محقق باشد و گاه به طور منطقی از نتایج تحقیقات قبلی پیرامون مساله نشات می گیرد. در بسیاری از موارد ادغام باورهای منطقی فرد محقق و تحقیقات مرتبط منتشر شده با مساله تحقیق در ایجاد مبنایی برای بررسی موضوع تحقیق نقش محوری دارد. بر مبنای چهارچوب نظری متغیرهایی مانند متغیرهای مستقل، وابسته، مداخله گر و تعدیل گر که تصور می شود در پاسخ و حل مساله تحقیق نقش دارند شناسایی می شوند. ایجاد چهارچوب نظری در تکمیل درک محقق از مساله تحقیق به فرضیه سازی وآزمون آن ها کمک می کند. به طور کلی می توان گفت:چهارچوب نظری مبنایی است که تمام تحقیق بر روی آن قرار داده می شود. چهارچوب نظری یک شبکه منطقی ،توسعه یافته، توصیف شده و کامل بین متغیرهایی است که از طریق فرایندهایی مانند مصاحبه ، مشاهده و بررسی ادبیات موضوع (پیشینه تحقیق) فراهم آمده است.(خاکی،1390 ص163) در این راستا ادبیات اخیر نشان می دهد که در یک سازمان، اندازه گیری عملکرد بازرگانی ، کار چندان سادهای نیست. معمولا سازمان ها بزرگ هستند و فعالیت های مختلف و گوناگونی دارند و در نقاط مختلف پراکندهاند. آن ها در پی تامین هدفهای متنوع ،گوناگون و مختلفی هستند و به نتایج مختلفی می رسند. برای سنجش و اندازهگیری عملکرد سازمان ها، شاخصها و روشهای متعددی ارائه شده است.(دفت،1390،ص104) محققین مختلف نیز برای سنجش عملکرد بازرگانی ازمؤلفههای مختلف استفاده کردهاند و هیچ رویه ثابت و استانداردی در این زمینه دیده نمی شود. رویه معمول به این صورت است که در ابتدا چند مؤلفه در ارتباط با عملکرد بازرگانی انتخاب شده و سپس به روش عینی یا ذهنی هریک از مؤلفه ها را می سنجند. نخست مفهوم ذهنی ، در وهلهی اول مرتبط است با عملکرد شرکتها نسبت به رقبای آن ها و دیدگاه دوم مفهوم عینی است که بر پایهی اندازهگیری مطلق عملکرد میباشد. (p558، 2005 ،Sin et.al)
به هر حال علی رغم کاربرد شاخصهای فراوان برای سنجش عملکرد بازرگانی توسط محققین مختلف،گروهی از محققان مؤلفه هایی از عملکرد را که بیشتر باهم مرتبط هستند در گروههایی جای داده و آن ها را نام گذاری میکنند. برای مثال یوسیبا و همکاران معتقدند که عملکرد شرکت بسته به نوع سازمان، تفکرات مدیریت ، فلسفه وجودی و رسالت سازمان، شرایط محیطی و موارد بیشمار دیگری بررسی و اندازهگیری می شود. لذا به همین دلیل است که از شاخصها و معیارهای متعددی استفاده می کنند.(p30،2007،Eusebio et.al) به عنوان مثال ناوارو مؤلفههای عملکرد بازرگانی را در دو دسته اهداف اقتصادی (سود، فروشی و هزینه) و اهداف استراتژیک (گسترش بازار، افزاش دامنه سهم بازار و...) جای داده است.(p53،2010،Navarro et.al) در تحقیق حاضر از مؤلفه عملکرد بازار و عملکرد مالی برای سنجش عملکرد بازرگانی در نظرگرفته شده است. ضمنا از بین مؤلفههای مؤثر بر بهبود عملکرد بازرگانی ، مؤلفههای مزیّت رقابت استراتژیهای بازاریابی، منابع و قابلیتهای شرکت به عنوان عوامل مرتبط و تاثیر گذار که منجر به عملکرد برتر می شوند انتخاب شدهاند.
عملکرد بازار ، به عنوان اثر بخشی فعالیت های سازمان تعریف شده است و از سه جزء رشد فروش ،سهم بازار و سودآوری تشکیل می شود. هم چنین عملکرد بازار درجه یا مقیاسی است که شرکت به اهداف صادراتی خود نائل شده است. (p18 ،2006،Shimsuddoha & yunus) هامبارگ در تحقیقات خود به این نتیجه رسیده است که یک فرهنگ سازمانی با تفکر بازارگرا می تواند از طریق عملکرد بازار بر عملکرد مالی تاثیر مثبت بگذارد و حاشیه سود را افزایش دهد. (p448،2002،Homburg & Pflessev) عملکرد مالی عبارتست از درجه یا میزانی که شرکت به اهداف مالی سهامداران در راستای افزایش ثروت آنان نائل میآید.(عیسی زاده ،1389،ص61)
مزیّت رقابتی ، وضعیتی است که یک بنگاه را قادر می سازد که با کارایی بالاتر و به کارگیری روش های برتر ، محصول را با کیفیت بالاتر عرضه نماید و در رقابت سود بیشتری را برای بنگاه فراهم آورد. یک واحد اقتصادی زمانی دارای مزیّت رقابتی است که به تواند به دلایل خاص که ناشی از ویژگی های آن واحد است (مانند وضعیت مکانی، فن آورانه پرسنلی، ...) به طور مداوم تولیدات خود را نسبت به رقبایش با هزینه پایینتر و کیفیت بالاتر عرضه کند. (p108، 2008،Yilmaz)
ساوهنی و پیپر در سال 2002 در تحقیقات خود دریافتند مدیران شرکت هایی که به جای تمرکز بر مبادله و منافع اقتصادی به ایجاد و حفظ روابط ارزش مند با مشتریان از طریق خلق ارزش برتر در راستای مزیّت رقابتی متمایل شدهاند و فرهنگ مبتنی بر ارائه ارزش به مشتری را در تمام فرایندها و اقدامات خود تقویت می کنند عملکرد تجاری و مالی برتری نسبت به سایر رقبا و شرکت ها دارند. (p262،2002،Sawheny & Piper)
استراتژیهای بازاریابی شامل سیاستها، اعمال و روشهایی در بخش های بازاریابی و فروش می باشند که هدف آنها خلق و ایجاد عایدات و درآمدها و منابع است. قلمروی استراتژی های بازاریابی، عبارتست از بازارهای هدف خاص برای یک خانواده محصول یا یک محصول خاص. سپس،شرکتها از طریق یک طراحی و اجرای برنامه مناسب عناصر آمیخته بازاریابی (محصول یا خدمت،قیمت،توزیع،تبلیغ) طبق نیازها و خواستههای مشتریان بالقوه در آن بازار هدف، به دنبال کسب مزیّت رقابتی و ایجاد هم افزایی می باشند.(ثنایی،1391،ص20)
کارمونا و همکارانش درسال 2004 بر روی شرکتهای اسپانیایی تحقیقی انجام دادند که نتیجه آن ثابت کرد که استفاده از استراتژیهای بازاریابی برای شرکتها می تواند موجبات مزیّت رقابتی را فراهم کند و در گام بعدی بر روی عملکرد بازار و عملکرد مالی تاثیر مثبت بگذارد.(p108،2004،Carmona et.al) منابع شرکت شامل تمامی داراییها ، ظرفیتها، فرایندهای سازمانی ، ویژگیهای بنگاه، اطلاعات ، دانش و غیره است که بنگاه را قادر می سازد تا استراتژیهایی را به کار گیرد که کارایی و بهره وری را افزایش دهد. لئونیدو و همکارانش منابع شرکت را در سه سازه منابع فیزیکی ، مالی و تجربی معرفی نمودهاند. (p98،2013، Leonidou et.al)
قابلیت های شرکت، ترکیبی است از مهارت، دانش و رفتارهایی که در سرتاسر شرکت وجود دارد و در افراد ، سیستمها، فرایندها و ساختارها منعکس می شود.(p103،2003، Dess & lumpkin)
لئونیدو و همکارانش قابلیتهای شرکت را مشتمل بر سازهی دیدگاه تسهیمی ، ساختار ارتباطی ، درک / پاسخ به فن آوری معرفی نمودهاند.(p99،2013، Leonidou et.al)
فاهی در سال 2002 به بررسی تاثیر منابع و قابلیت های شرکت در ایجاد مزیّت رقابتی از طریق اتخاذ استراتژی های مناسب بازاریابی پرداخت. نتیجه تحقیق نشان داد که شرکتهای با عملکرد بالا به طور معنادارتری، اهمیت بیشتری به منابع و قابلیتهای خود دادهاند.(p96،2002،Fahy) لذا با توجه به ادبیات موضوع ، مدل علّی تحقیق طراحی شده است.

منابع شرکت
قابلیت های شرکت
H2
استراتژی های
بازایابی
H3
مزیّت رقابتی
عملکرد بازار
عملکرد مالی

عملکرد بازرگانی

شکل1- 1) مدل علّی تحقیق( 2013، Leonidou et.al)
در مدل فوق هریک از عوامل به شرح زیر است:
عملکرد بازار- به عنوان اثربخشی فعالیت های بازاریابی سازمان تعریف شده است. هم چنین به معنی توانایی شرکت در جهت ارضا کردن و حفظ مشتریان ار طریق ارائه محصولات و خدمات با کیفیت می باشد.(p268،2010،Cheng et.al)
عملکرد مالی - عبارتست از درجه یا میزانی که شرکت به اهداف مالی سهام داران در راستای افزایش ثروت آنان نائل می آید.(عیسی زاده،1389،ص61) هم چنین به معنای قابلیت سود آوری سازمان و تاثیر گذاری بر بازار می باشد. ونیز شاخصهای مالی موفقیت در دست یابی به اهداف اقتصادی را برای شرکت ها مشخص می کند. (چیرانی و همکاران،1391،ص4) محققان در مطالعات مربوط به عملکرد بازرگانی مؤلفههای مختلفی را برای سنجش آن به کار بردهاند. محدودی از محققان مؤلفههایی از عملکرد که بیشتر به هم مربوط هستند را در گروه هایی جای دادهاند و آنان را نام گذاری کرده اند. به عنوان مثال پلهام عملکرد را در سه دسته جای داده است:
اثر بخشی سازمانی ـ شامل مؤلفه های کیفیت محصول ، موفقیت محصول جدید، نرخ حفظ و جذب مشتری.
رشد/ سهم ـ شامل مؤلفههای سطح فروش، نرخ رشد فروش ، سهم بازار.
سودآوری ـ شامل مؤلفههای نرخ بازده حقوق صاحبان سهام شرکت ( ROE) ، نرخ بازگشت سرمایه ، حاشیه سود ناویژه.(یوسفی،1389،ص10)
در اندازه گیری عملکرد شرکتها صاحب نظران تفاوت اساسی بین شاخصهای مبتنی بر بازار و شاخص های عملکرد مالی قائل شدهاند. با وجود این که در اغلب موارد بین سهم بازار (یکی از مهم ترین شاخصهای عملکرد بازار) و سودآوری (یکی از مهم ترین شاخصهای عملکرد مالی) ارتباط معناداری وجود دارد، اما در برخی موارد نظیر شرایط نفوذ در بازار، این ارتباط لزوما مثبت و معنادار نخواهد بود. بنابراین بر خلاف بسیاری محققان که معمولا تفکیکی بین این دو دسته شاخص قائل نمی شوند در جریان ارزیابی عملکرد شرکتها یکی از مهمترین اقداماتی که باید صورت بگیرد، تفکیک شاخصهای مبتنی بر عملکرد بازار از شاخصهای عملکرد مالی است.(p47،2004،Devinney et.al) از بین استراتژی های مؤثر بر بهبود عملکرد بازرگانی، استراتژی مزیّت رقابتی، استراتژیهای بازاریابی،منابع و قابلیتهای شرکت به عنوان عوامل مرتبط و تاثیر گذار که منجر به عملکرد برتر می شود، انتخاب گردیده اند. در این تحقیق از طریق یک مدل علّی، سعی در تبیین تعیین کنندههای عملکرد بازرگانی شرکت است.
ساوهنی و پیپر در سال 2002 بیان کردند شرکتهایی که به جای تمرکز بر مبادله و ومنافع اقتصادی به ایجاد و حفظ روابط ارزش مند با مشتریان از طریق خلق ارزش برتر در راستای مزیّت رقابتی متمایل شده اند و فرهنگ مبتنی بر ارائه ارزش به مشتری را در تمام فرایندها و اقدامات خود تقویت می کنند. عملکرد تجاری و مالی برتری نیست به سایر رقبا و شرکتها دارند. (P262،2002، Sawheny & piper) داویس و همکارانش معتقدند که در مسیر ایجاد مزیّت رقابتی دو نکته قابل تعمق میباشد ؛ نخست، این مسیر فرایند دنباله داری است که بر عملکرد عالی و رقابت پذیری سازمان منجر میشود. یعنی این که در صورتی که سازمان به تواند به واسطهی شایستگی های خود ، مزیّت رقابتی پایداری را خلق نماید که برای مشتریان ارزش مند بوده و همواره برتر از رقبا باشد. در واقع عملکردی شایسته از خود بر جای گذاشته و رقابت پذیری را به ارمغان آورده است. دوم، به خاطره افزایش پیچیدگی های محیطی و شدت رقابت ، مزیّت رقابتی یا به راحتی توسط رقبا تقلید می شود یا از نظر مشتریان به زودی رنگ میبازد و بایستی با مزیّت های جدیدی جایگزین شوند. با این اساس سازمان باید به فکر پیدا نمودن مزیّتهای رقابتی خود باشد. (p64،2010،Davis et.al) هم چنین مطابق بررسی های انجام شده توسط کارمونا و همکارانش استراتژیهای بازریابی برای شرکتها می تواند موجبات مزیّت رقابتی را فراهم کند و در گام بعدی بر روی عملکرد بازار و عملکرد مالی تاثیر مثبت بگذارد. (p108،2004،Carmona et.al) استراتژیهای بازاریابی را مجموعهای از متغیرهای قابل کنترل می نامند که شرکت آن ها را برای کسب واکنش مورد انتظار خود در بازار هدف با هم ترکیب می کند.(زرگریان،1391،ص7)لئونیدو و همکارانش استراتژیهای بازاریابی را مشتمل بر سازههای محصول / خدمت، قیمت، توزیع و تبلیغ معرفی نمودهاند.(p99،2013،Leonidou et.al)
محصول/ خدمت - محصول یا خدمت را به عنوان هر چیزی تعریف می کنیم که به تواند در بازار برای جلب توجه ،تملک، استفاده یا مصرف عرضه کرد و احتمالا توان رفع یک نیاز یا خواسته را نیز داشته باشد.( کاتلر، 1390،ص338)
قیمت - قیمت تنها رکن آمیخته بازاریابی است که درآمد ایجاد میکند. به زبان ساده قیمت مقدار پولی است که برای کالا یا خدمت پرداخت می شود. در تعریف دیگر می توان گفت قیمت میزان فایدهای است که مصرف کنندگان برای مزایای حاصل از داشتن یا استفاده از کالا یا خدمت پرداخت می کنند.(کاتلر،1390،ص534)
توزیع - یک کانال توزیع مجموعهای از سازمان ها هستند که درگیر فرایند بازاریابی کالاها یا خدمات برای استفاده یا مصرف توسط مصرف کننده یا استفاده کننده میباشند. به عبارت دیگر میتوان گفت یک کانال توزیع مجموعهای از مؤسسات وابسته به یکدیگرند که مسؤلیت تحویل کالا یا خدمات به مصرف کننده یا استفاده کننده صنعتی به عهده ایشان گذاشته شده است.(کاتلر،1390،ص571)
تبلیغ- تبلیغات یکی از متداولترین ابزارهایی است که شرکتها برای هدایت ارتباطات ترغیب کننده خود به سوی خریداران و جوامع هدف خود از آن استفاده می کنند. تعریف ما از تبلیغات چنین است: تبلیغات هر گونه ارائه و پیشبرد غیر شخصی ایده،کالا یا خدمت توسط یک تبلیغ کننده است که انجام آن مستلزم پرداخت هزینه باشد.(کاتلر،1390،ص681)
منابع شرکت- شامل تمامی داراییها، ظرفیتها، فرایندهای سازمانی، ویژگی بنگاه، اطلاعات، دانش و غیره است که بنگاه را قادر می سازد تا استراتژی هایی را به کار بگیرند که کارایی و بهرهوری را افزایش دهد. لئونیدو و همکارانش منابع شرکت را مشتمل بر منابع فیزیکی، مالی و تجربی معرفی نمودهاند.
1) منابع فیزیکی - منابع فیزیکی به منابعی گفته می شوندکه مربوط به تجهیزات مدرن و فن آوری جدید و قابلیت دسترسی به ظرفیت عملیاتی یا زیرساخت های مورد نیاز دیگری به منظور تسهیل کارایی و اثربخشی محصول یا خدمات می باشد. (p98 ،2013، Leonidou et.al)
2) منابع مالی- درواقع مربوط به ابعادمالی می باشد مثل جریان مالی،بهره وری ،کار و قدرت بازسازی و احیا،که در به دست آوردن ثبات و موفقیت استراتژی های بازاریابی مهم و اساسی هستند. ( p98 ، 2013، Leonidou et.al)
3) منابع تجربی - منبعی با یک ماهیت تجربی است که درواقع دانش و اطلاعات به دست آمده ازتجارب عملکردی سازمان است که به تشخیص و شناسایی و تامین نیازهای مشتریان و فراهم کردن تمایلات و گرایش های بازار کمک می کند. ( p98 ، 2013، Leonidou et.al)
قابلیتهای شرکت: قابلیتهای شرکت، ترکیبی است از مهارتها، دانش و رفتارهایی که در سرتاسر شرکت وجود دارد و در افراد، سیستمها، فرایندها و ساختارها منعکس می شود. لئونیدو و همکارانش قابلیت های شرکت را در سه بخش دیدگاه تسهیمی ، ساختار ارتباطی و درک / پاسخ به فن آوری معرفی کردهاند.
1)دیدگاه تسهیمی- نشان دهنده دیدگاه سازمان است و در واقع اشاره به ایده های موجود در سازمان ، تعهد و گذشت یا فداکاری بین کارکنان شرکت به منظور رسیدن به اهداف سازمانی دارد. ( p98 ، 2013، Leonidou et.al)
2) ساختار ارتباطی- توانایی سازمان برای تشکیل روابط نزدیک با مشتریانش، عرضه کنندگانش و سایر سهامداران است. ( p99 ، 2013، Leonidou et.al)
3) درک / پاسخ به فن آوری- که به توانایی سازمان به درک و پاسخ سریع به فن آوری های جدید اطلاق می شود. فن آوری قدرت لازم برای تاثیر گذاری برروی فرایندهای تجاری، محصولات و خدمات را دارد همان طور که می تواند برروی استراتژی های بازاریابی و سایراشکال استراتژی اثر بگذارد. (p99، 2013، Leonidou et.al)
فاهی در سال 2002 در تحقیقی به بررسی تاثیر منابع و قابلیتهای شرکت در ایجاد مزیّت رقابتی از طریق اتخاذ استراتژیهای مناسب بازاریابی پرداخت. نتیجه تحقیق نشان داد که منابع و قابلیتها نقش به سزایی در بهبود عملکرد بازرگانی شرکتها دارند.(p96،2002،Fahy)
بر اساس مدل تحقیق ، فرضیههای این تحقیق عبارتند از:
1-7) فرضیه های تحقیق
بین منابع و استراتژی های بازاریابی رابطه مثبت وجود دارد.
بین قابلیت ها و استراتژی های بازاریابی رابطه مثبت وجود دارد.
بین استراتژی های بازاریابی و مزیّت رقابتی رابطه مثبت وجودارد.
بین مزیّت رقابتی و عملکرد بازار رابطه مثبت وجود دارد.
بین مزیّت رقابتی و عملکرد مالی رابطه مثبت وجود دارد.
بین عملکرد بازار و عملکرد مالی رابطه مثبت وجوددارد.
1-8) تعریف مفهومی و عملیاتی متغیرها
عملیاتی کردن یا تعریف عملیاتی یک مفهوم ، به این جهت است که آن مفهوم قابل اندازهگیری شود و این امر از طریق دقت در ابعاد و خصوصیات رفتاری متعلق به آن مفهوم و طبقهبندی کردن آن به عناصر قابل مشاهده و قابل اندازهگیری میسر است.(سکاران ،1390،ص195) تعریف عملیاتی متغیرهای تحقیق به شرح زیر است:
1-8-1) متغیر وابسته- عملکرد بازرگانی ـ منظور از متغیرهای وابسته ، متغیری است که هدف محقق تشریح یا پیش بینی تغییر پذیری آن است. به عبارت دیگر یک متغیراصلی است که در قالب یک مسئله برای تحقیق مورد بررسی قرار می گیرد. (خاکی،1390،ص166) متغیر وابسته در این تحقیق عملکرد بازرگانی میباشد.
موفقیت استراتژی های شرکت در عملکرد شرکت منعکس می گردد، عملکرد شرکت، میزان موفقیت یک شرکت در خلق ارزش برای قسمتهای مختلف بازار است. در نهایت عملکرد شرکت بر اساس دستیابی به اهداف کسب و کار از طریق واحدهای مختلف شرکت ، تعیین میشود. شرکتهای با عملکرد مطلوب، ارزش را در طول زمان خلق مینمایند. این امر در شرکتهای با عملکرد نامطلوب، صورت نمیگیرد. قسمتهای مختلف بازار به دنبال ارزشهای مختلفی هستند. بنابراین ، خلق ارزش و عملکرد شرکت تنها از قسمت های مختلف بازار قابل ارزیابی است.(یوسفی،1389،ص13)
عملکرد بازرگانی یکی از مهم ترین متغیرهای مورد بحث در تحقیق های مدیریتی است و بدون شک مهمترین معیار سنجش موفقیت در شرکتهای تجاری به حساب میآید و به ارزیابی و سنجش اهداف واقعی به دست آمده یک سازمان بر مبنای برنامههای پیش بینی شده اشاره دارد. سنجش عملکرد وسیله ای برای اندازه گیری و حصول اطمینان از این که استراتژی های سازمان منجر به دستیابی به اهداف شده است می باشد.(چیرانی و همکارانش ،1390،ص4) در تحقیق حاضر عملکرد بازرگانی در دو بخش مورد بررسی قرار میگیرد:
الف) عملکرد بازار- به عنوان اثربخشی فعالیت های بازاریابی سازمان تعریف شده است. هم چنین به معنی توانایی شرکت در جهت ارضا کردن و حفظ مشتریان از طریق ارائه محصولات و خدمات با کیفیت می باشد. (p268،2010،Cheng et.al) این سازه در این تحقیق به وسیله زیر سازههای رضایت مشتری، جایگاه رقابتی شرکت، جذب مشتری جدید و حفظ مشتری با استفاده از ابزار پرسشنامه و براساس نظرات مدیران شرکتها اندازهگیری می شود.
ب)عملکرد مالی- عبارتست از درجه یا میزانی که شرکت به اهداف مالی سهام داران در راستای افزایش ثروت آنان نائل میآید. (عیسی زاده،1389،ص61) هم چنین به معنای قابلیت سودآوری سازمان و تاثیر گذاری بر بازار می باشد و شاخصهای موفقیت در دستیابی به اهداف اقتصادی را برای شرکتها مشخص می کند. این سازه در این تحقیق به وسیلهی زیرسازهی میزان فروش، برگشت سرمایه، سهام بازار و سرمایه در گردش با استفاده از ابزار پرسشنامه و بر اساس نظرات مدیران شرکتها اندازهگیری میشود.
1-8-2) متغیرهای مستقل ـ متغیر مستقل، یک ویژگی و خصوصیت است و تاثیرش بر روی متغیر وابسته مشاهده می شود.
تغییر در یک متغیر مستقل، تغییرات قانونمندی در متغیر وابسته به وجود میآورد، بنابراین برای این تحقیق متغیر مستقل همان محرک است. متغیر مستقل ، شرط مقدم یا پیشین یا شرط لازم قبل از وقوع یک پیامد، یا نتیجه به خصوص است که می تواند معلول احتمالی یا فرضی نیز باشد (خاکی،1390،ص167) که در این تحقیق عبارت است از مزیّت رقابتی، استراتژیهای بازاریابی،منابع و قابلیتهای شرکت.
1-8-2-1) مزیّت رقابتی- مزیّت رقابتی، وضعیتی است که یک واحد تولیدی را قادر میسازد با کارایی بالاتر و روش های برتر محصول را با کیفیت بالاتر عرضه نماید و در رقابت با رقبا سود بیشتری را برای بنگاه فراهم آورد. یک واحد تولیدی زمانی دارای مزیّت رقابتی است که به تواند به دلایل خاص که ناشی از ویژگی های آن واحد است (مانند وضعیت مکانی،فن آوری ،پرسنلی و...) به طور مداوم تولیدات خود را نسبت به رقبایش با هزینه پایین تر و کیفیت بالاتر عرضه کند.(حسینی و همکاران،1385،ص169)
مفهوم مزیّت رقابتی ،ارتباط مستقیم با ارزش های مورد نظر مشتری دارد به نحوی که در یک طیف مقایسهای هر چه قدر ارزشهای عرضه شده یک سازمان به ارزش های مورد نظر مشتری نزدیک تر یا با آن منطبق تر باشد می توان گفت که سازمان ، نسبت به رقبای خود در یک یا چند معیار رقابتی دارای برتری و مزیّت است.(نوروز،1390،ص5)
ساوهنی و پیپر طی تحقیقی در سال 2002 بیان کردند شرکتهایی که به جای تمرکز بر مبادله و منافع اقتصادی به ایجاد و حفظ روابط ارزشمند با مشتریان از طریق خلق ارزش برتر در راستای مزیّت رقابتی متمایل شدهاند و فرهنگ مبتنی بر ارائه ارزش به مشتری را در تمام فرایندها و اقدامات خود تقویت می کنند عملکردمالی و تجاری برتری نسبت به رقبا و شرکتها دارند. ( p262،2002، Sawneny & Piper) این متغیر به وسیلهی سازه های بهبود کیفیت محصولات وخدمات و میزان ورود به بازارهای پر منفعت با استفاده از ابزار پرسشنامه اندازهگیری می شود.
1-8-2-2) استراتژی های بازاریابی – استراتژیهای بازاریابی را مجموعهای از متغیرهای قابل کنترل می نامند که شرکت آن ها را برای کسب واکنش مورد انتظار خود در بازار هدف با هم ترکیب می کند.(زرگریان،1391،ص7) این استراتژی ها شامل سیاستها ، اعمال و روش هایی در بخشهای بازاریابی و فروش می باشند که هدف آن ها خلق و ایجاد عایدات و درآمدها و منابع است و نیز حصول و دست یابی به اهداف فردی و سازمانی.(p99،2013،Leonidou et.al) این متغیر به وسیله سازههای توسعه محصولات و خدمات ،کاهش هزینه و قیمت و شفافیت تبلیغات با استفاده از ابزار پرسشنامه اندازهگیری می شود.
محصول/خدمت- محصول یا خدمت به عنوان هر چیزی تعریف می شود که به تواند در بازار برای جلب توجه،تملک،استفاده یا مصرف عرضه کرد و احتمالا توان رفع یک نیاز یا خواسته را نیز داشته باشد.(کاتلر،1390،ص338)
قیمت- قیمت تنها رکن آمیخته بازاریابی است که درآمد ایجاد می کند. به زبان ساده قیمت مقدار پولی است که برای کالا یا خدمت پرداخت می شود.در تعریف دیگر می توان گفت قیمت میزان فایدهای است که مصرف کنندگان برای مزایای حاصل از داشتن یا استفاده از کالا یا خدمت پرداخت میکند.(کاتلر،1390،ص534)
توزیع - یک کانال توزیع مجموعهای از سازمان ها هستند که درگیر فرایند بازاریابی کالاها یا خدمات برای استفاده یا مصرف توسط مصرف کننده یا استفاده کننده میباشند. به عبارت دیگر می توان گفت یک کانال توزیع مجموعهای از مؤسسات وابسته به یکدیگرند که مسئولیت تحویل کالا یا خدمات به مصرف کننده یا استفاده کننده صنعتی به عهده ایشان گذاشته شده است.(کاتلر،1390،ص571)
تبلیغ - تبلیغات یکی از متداولترین ابزارهایی است که شرکت ها برای هدایت ارتباطات ترغیب کننده خود به سوی خریداران و جوامع هدف خود از آن استفاده می کنند.
تبلیغات هر گونه ارائه و پیشبرد غیر شخصی ایده ، کالا یا خدمات توسط یک تبلیغ کننده است که انجام آن مستلزم پرداخت هزینه باشد.(کاتلر،1390،ص681) مطابق بررسیهای انجام شده توسط کارمونا و همکارانش استراتژیهای بازاریابی برای شرکتها می تواند موجبات مزیّت رقابتی را فراهم کند و در گام بعدی بر روی عملکرد بازار و عملکرد مالی تاثیر مثبت بگذارد. (p108،2004،Carmona et.al)
1-8-2-3) منابع شرکت - شامل تمامی داراییها،ظرفیتها، فرایندهای سازمانی ،ویژگی بنگاه، اطلاعات ، دانش وغیره است که بنگاه را قادر میسازد تا استراتژی هایی را به کار بگیرند که کارایی و بهرهوریاش را افزایش دهد . منابع عبارتست از عوامل تولیدی که یک شرکت به وسیله آن ها کالا و خدمات با ارزش را برای مشتریانش تولید می نماید.(p98،2013،Leonidou et.al) این متغیر در این تحقیق به وسیله ی سازههایی مانند منابع فیزیکی ، منابع مالی، منابع تجربی با استفاده از ابزار پرسشنامه اندازه گیری شود.
1) منابع فیزیکی - منابع فیزیکی به منابعی گفته می شوندکه مربوط به تجهیزات مدرن و فن آوری جدید و قابلیت دسترسی به ظرفیت عملیاتی یا زیرساخت های مورد نیاز دیگری به منظور تسهیل کارایی و اثربخشی محصول یا خدمات می باشد. (p98 ،2013،Leonidou et.al) این متغیر به وسیله سازه های فن آوری ، تجهیزات و ظرفیت خدمات در این تحقیق اندازه گیری می شود.
2) منابع مالی- درواقع مربوط به ابعادمالی می باشد مثل جریان مالی،بهره وری ،کار و قدرت بازسازی و احیا، که در به دست آوردن ثبات و موفقیت استراتژی های بازاریابی مهم و اساسی هستند . (p98 ،2013،Leonidou et.al) این متغیر به وسیله سازه های نقدینگی و توانایی به دست آوردن منابع مالی در این تحقیق اندازه گیری می شود.
3) منابع تجربی - منبعی با یک ماهیت تجربی است که درواقع دانش و اطلاعات به دست آمده ازتجارب عملکردی سازمان است که به تشخیص و شناسایی و تامین نیازهای مشتریان و فراهم کردن تمایلات وگرایش های بازار کمک می کند. (p98 ،2013،Leonidou et.al) این متغیر به وسیله سازه های دانش و تخصص در این تحقیق اندازه گیری می شود.
1-8-2-4) قابلیتهای شرکت- قابلیتهای شرکت، ترکیبی است از مهارتها، دانش و رفتارهایی که در سرتاسر سازمان وجود دارد و در افراد ، سیستم ها، فرایندها، و ساختارها منعکس می شود. در یک تعریف دیگر ، مهارت هایی که شرکت برای تبدیل دادهها به ستادهها به کار می گیرد تا در قالب فرایندهای سازمانی از ترکیب منابع محسوس و نامحسوس برای بدست آوردن اهداف مورد نظر مانند خدمت به مشتری ، توانمندی های توسعه محصولات برتر ، نوآور بودن خدمات و کالاها استفاده نماید. (P103،2003،Dess & Lumpin)
این متغیر در این تحقیق به وسیله سازه هایی مانند دیدگاه تسهیمی ، ساختار ارتباطی، درک / پاسخ به فن آوری با استفاده از ابزار پرسشنامه اندازه گیری میشود.
1)دیدگاه تسهیمی - نشان دهنده دیدگاه سازمان است .و در واقع اشاره به ایده های موجود در سازمان، تعهد و گذشت یا فداکاری بین کارکنان شرکت به منظور رسیدن به اهداف سازمانی دارد. (p98 ،2013،Leonidou et.al) این سازه به وسیله زیرسازه های عقیده مشترک و توسعه توانایی های شرکت اندازه گیری می شود.
2) ساختار ارتباطی - توانایی سازمان برای تشکیل روابط نزدیک با مشتریانش، عرضه کنندگانش و سایر سهامداران است. (p99 ،2013،Leonidou et.al) این سازه به وسیله زیرسازه های روابط نزدیک با عرضه کنندگان، شناخت نیازهای مشتریان و سهامداران اندازه گیری می شود.
3) درک /پاسخ به فن آوری - که به توانایی سازمان به درک و پاسخ سریع به فن آوری های جدید اطلاق می شود. فن آوری قدرت لازم برای تاثیر گذاری برروی فرایندهای تجاری،محصولات و خدمات را دارد همان طورکه می تواند برروی استراتژی های بازاریابی و سایراشکال استراتژی اثربگذارد. (p99 ،2013،Leonidou et.al) این سازه به وسیله زیرسازه های فراگرفتن پیشرفت های فن آوری و پاسخ سریع به تغییرات فناوری اندازه گیری می شود.
زمانی که شرکتی منابع و توانایی هایی را در اختیار دارد که منحصر به فرد و تقلید از آن بسیار سخت می باشد و از طریق آن می توان ارزش بیشتری را نسبت به رقبا به مشتریان عرضه داشت ، گفته میشود که شرکت دارای مزیّت رقابتی میباشد. (p94،2004،Morgan et.al)
فاهی در سال 2002 در تحقیقی به بررسی تاثیر منابع و قابلیت های شرکت در ایجاد مزیّت رقابتی از طریق اتخاذ استراتژی های مناسب بازاریابی پرداخت. نتیجه تحقیق نشان داد که منابع و قابلیتها نقش به سزایی در بهبود عملکرد بازرگانی شرکتها دارند.(p96،2002،Fahy)
1-9) قلمرو تحقیق
گستره این تحقیق در سه قلمرو موضوعی ،زمانی و مکانی قرار دارد.
قلمرو موضوعی : از لحاظ موضوعی این تحقیق بر عملکرد بازرگانی تاکید دارد که این عملکرد می تواند ناشی از اجرای استراتژی های مختلف باشد که در این تحقیق تاکید بر استراتژیهای مزیّت رقابتی، استراتژیهای بازاریابی ،منابع و قابلیتهای شرکت است.
قلمرو زمانی : داده ها و اطلاعات این تحقیق ، به وسیله نظرسنجی از مدیران شرکت های تولیدی استان گیلان، در سال 1392 جمع آوری شده است.
قلمرو مکانی: قلمرو مکانی این تحقیق شامل شرکتهای تولیدی استان گیلان می باشد.

-912495-1056640
فصل دوم

bew206

چهارچوب نظری ، بنیانی است که تمامی تحقیق بر آن استوار می شود. این چهارچوب ، شبکه ای است منطقی ، توصیفی و پرورده مشتمل بر روابط موجود میان متغیرهایی که در پی اجرای فرآیندهایی چون مصاحبه ، مشاهده و بررسی پیشینه شناسایی شده اند. چهارچوب نظری روابط میان متغیرها را روشن می کند.همانگونه که بررسی پیشینه مبنای چهارچوب نظری را تشکیل می دهد، یک چهارچوب خوب نیز در جای خود مبنای منطقی لازم برای تدوین فرضیه های آزمون پذیر را فراهم می آورد ( سکاران، 1385،ص94 ). براساس شواهد و یافته های حاصل از بررسی ادبیات موضوعی ، این تحقیق براساس مدل های لی و هسیه ، باتانی و الزوابی ، زرنلر و همکاران ، میچالسکی و همکاران طراحی شده است.

قابلیت بازاریابی

مزیت رقابتی پایدار
کارآفرینی
قابلیت نوآوری

شکل(1-1) مدل ارائه شده در تحقیق لی و هسیهسرمایه فکری
سرمایه انسانی
سرمایه ساختاری
سرمایه مشتری

مزیت رقابتی پایدار

شکل (1-2) مدل ارائه شده در تحقیق باتانی و الزوابیسرمایه فکری
سرمایه انسانی
سرمایه ساختاری
سرمایه مشتری

عملکرد نوآوری

شکل(1ـ3) مدل ارائه شده در تحقیق مامر زرنلر و همکارانخود کارایی
تشخیص فرصت ها
پشتکار
سرمایه انسانی
مهارت ها

کارآفرینی

موفقیت شرکت کارآفرین

سود
رشد زیاد
تعداد کارکنان
بقای شرکت های جدید
سرمایه فکری

سرمایه انسانی
سرمایه ساختاری
سرمایه مشتری

شکل (1-4) مدل ارائه شده در تحقیق میچالسکی و همکاران
شکل (1-5) مدل مفهومی تحقیقبر اساس مدل مفهومی تحقیق، به بیان فرضیههای پژوهش می پردازیم:
1ـ 7) فرضیه های تحقیقبر اساس مدل تحقیق ، فرضیه های این تحقیق عبارتند از :
1)بین سرمایه فکری و قابلیت های سازمان رابطه مثبت وجود دارد.
2)بین کارآفرینی و قابلیت ها رابطه مثبت وجود دارد.
3)بین سرمایه فکری و مزیت رقابتی رابطه مثبت وجود دارد.
4)بین قابلیت ها و مزیت رقابتی رابطه مثبت وجود دارد.
5)بین کارآفرینی و مزیت رقابتی رابطه مثبت وجود دارد.
6)بین سرمایه فکری و کارآفرینی رابطه مثبت وجود دارد.

1ـ 8) تعریف عملیاتی متغیرهای تحقیق1ـ 8ـ 1) مزیت رقابتی
مزیت رقابتی توانایی شرکت در جذب نظر مشتریان نسبت به رقبا با تکیه بر قابلیت ها و ظرفیت های سازمانی است ( مومنی ، 1388 ،ص80 ). مزیت رقابتی پایدار سود بلند مدتی است که از تحقق استراتژی های با ارزش و منحصر به فرد حاصل می شود و به وطور هم زمان توسط رقبای جاری و بالقوه قابل تقلید و جایگزینی نمی باشد ( kim et al , 2011,p 1207 ). یک شرکت زمانی دارای مزیت رقابتی است که صاحب منابع و قابلیت هایی باشد که منحصر به فرد و متفاوتند به طوری که از سمت سایر رقبا به راحتی قابل تقلید نبوده و ارزش بیشتری را به مشتریان ارایه می دهد ( Navarro,2010,p50 ). مزیت رقابتی در این تحقیق بر اساس سازه های کیفیت، زمان و هزینه سنجیده می شود(Zhao et al,2006,p131).
کیفیت- کیفیت به عنوان قابلیت شرکت برای رقابت در بازار جهانی می باشد. کیفیت مکانیسمی موثر برای جذب و نگهداری مشتریان است. کیفیت مکانیسمی موثر برای جذب و نگهداری مشتریان است. کیفیت به معنای ویژگی برتر با حداقل خطا برای یک محصول است. کیفیت شامل کیفیت طراحی محصول ، کیفیت تولید ، مهارت های فنی کارکنان ، یادگیری و آموزش آن ها و همچنین عملکرد قابل اطمینان محصول می باشد( Li et al,2006,p133). کیفیت دراین تحقیق بر اساس عملکرد قابل اطمینان خدمات ، ارائه خدمات فوری به مشتریان، همدلی و ایجاد روابط صمیمانه با مشتریان سنجیده می شود( اردستانی و سعدی ، 1390، ص328).
هزینه - رقابت در بازار براساس کارایی هزینه نیازمند تلاش برای کاهش هزینه تولید است.به این منظور مدیران برای حفظ هزینه های رقابتی باید به هزینه های مواد اولیه ، نیروی کار ، سربار و هزینه های دیگر توجه کنند. هزینه مواد اولیه بر کاهش هزینه ها در شرکت های تولیدی متمرکز است.بنابراین مواد اولیه و خرید مرتبط به فعالیت هایی هستند که به عنوان شاخص های قابلیت هزینه در نظر گرفته می شوند. هزینه در این تحقیق براساس سازه های هزینه نیروی کار و مواد اولیه و درآمد سنجیده می شود (Li et al , 2006,p133 ).
زمان -استفاده از زمان به عنوان یک مزیت رقابتی بر کاهش زمانی که برای کامل کردن فعالیت های تجاری به منظور رضایت مشتریان لازم است متمرکز می باشد. در سال های اخیر ، شرکت های تولیدی به کاهش زمان در حوزه های مختلف موفق شده اند. تحویل کالا و خدمات به عنوان یکی از جنبه های عملیاتی سازمان تعریف شده است به این صورت که یک کالا و خدمات به چه صورتی سریع تر در اختیار مشتری قرار بگیرد. موضوع دیگر نرخ رشد پیشرفت و توسعه تولیدات و فرآیند است. بسیاری از شرکت ها در جستجوی حفظ و یا افزایش مشتریانشان بر اساس تمرکز بر فرصت های رقابتی بر اساس توسعه سریع محصولات جدید ، تغییر و تبدیل موجودی ، چرخه زمانی و تحویل به موقع و سریع کالا و خدمات است. مدیریت زمان می تواند کمک کند به کاهش هزینه و افزایش بهره وری .مدیرانی که بر اساس زمان رقابت می کنند نیازمندند به اینکه به دقت جنبه ها و زمانی را که نیازمندند برای تحویل کالا و خدمات به دقت شناسایی کنند و روابط بین هزینه و زمان و زمان و کیفیت را بررسی کنند. در این تحقیق زمان بر اساس سازه های سرعت ارائه خدمات به مشتری ،سرعت توسعه محصولات جدید، سرعت بهبود فرآیند ، چرخه زمانی بازده سنجیده می شود. ( Li et al,2006,p133 )
1ـ 8ـ 2) سرمایه فکری- حوزه دانش از حوزه صنعتی سبقت گرفته است. سرمایه فکری کلیدی در حوزه دانش است که موجب موفقیت تجارت جهانی می شود و آن به عنوان یک دارایی استراتژیک با ارزش در تجارت امروزی می باشد که به سوی مزیت رقابتی پایدار سوق می دهد. سرمایه فکری به عنوان مجموع ایده های شرکت، اختراعات، فناوری ها ، برندها ، دانش عمومی ، برنامه های رایانه ای ، طرح ها ، مهارت ها ، داده ها ، فرآیندها ، خلاقیت و انتشار آن ها و در مجموع دانشی که در کوتاه مدت منجر به سود می شود. سرمایه فکری در این تحقیق بر اساس سازه های سرمایه انسانی ، سرمایه ساختاری و سرمایه مشتری سنجیده می شود. (,2011,p3 Ranjani et al ).
سرمایه انسانی - سرمایه انسانی به عنوان مجموع دانش مهارت ها ، نوآوری و قابلیت های کارکنان برای رسیدن به هدف تعریف می شود (Chen,2007,p273 ). سرمایه انسانی نشان دهنده موجودی دانش افراد یک سازمان است. روس و همکاران نیز بحث می کنند که کارکنان ، سرمایه فکری را از طریق شایستگی ، نگرش و چالاکی فکری شان ایجاد می کنند. همچنین دارایی انسانی یک سازمان شامل مهارت ها ، تخصص ، توانایی حل مساله و رضایت کارکنان است. سرمایه انسانی در این تحقیق بر اساس سازه های همکاری و همدلی کارکنان، مهارت ها و توانمندی ها، نگرش و چالاکی کارکنان اندازه گیری می شود ( خیرخواه ، 1390، ص9 ).
سرمایه مشتری - سرمایه مشتری نمایانگر روابط با مشتریان ، تامین کنندگان و ذی نفعان خارجی می باشد.ارزش سرمایه فکری به وسیله حفظ اعتماد در مشتریان توسط سازمان تعیین می شود که موجب اعتبار سازمان است (,p90 Suciu,2004 ). موضوع اصلی سرمایه مشتری ، دانش موجود در کانال های بازاریابی و روابط با مشتریان است. سرمایه مشتری نشان دهنده توانایی بالقوه یک سازمان به خاطر عوامل نامشهود بیرونی اش است.سرمایه انسانی در این تحقیق بر اساس سازه های سهم بازار، وفاداری مشتریان و قابلیت بازاریابی اندازه گیری می شود. ( خیرخواه ، 1390، ص9).
سرمایه ساختاری - سرمایه ساختاری به عنوان دانش سازمانی ، فرآیند تجاری ، رویه ها و سیستم ها تعریف می شود ( Moghadam et al ,2013,p2). سرمایه ساختاری شامل همه ذخایر غیر انسانی دانش در سازمان می شود که دربرگیرنده پایگاه های داده ، نمودارهای سازمانی ، دستورالعمل های اجرایی فرآیندها ، استراتژی ها ، برنامه های اجرایی و به طور کلی هر آنچه که ارزش آن برای سازمان بالاتر از ارزش مادی اش باشد ، است. سرمایه ساختاری به طور واضح تر می تواند به صورت فرهنگ سازمانی ، یادگیری سازمانی ، فرآیند عملیاتی و سیستم اطلاعاتی طبقه بندی شود ( قلیچ لی ، 1388 ، ص133 ). به عبارت روشن تر سرمایه ساختاری عبارت است از " هر آن چه که در شرکت باقی می ماند پس از آن که کارکنان به هنگام شب به خانه می روند " سرمایه ساختاری در این تحقیق بر اساس سازه های روابط بین افراد، سازمان مناسب، رویه ها و سیستم های کاری سنجیده می شود ( خیرخواه ،1390 ، ص10 ).
1ـ 8ـ 3) کارآفرینی
کارآفرینی را فرآیند شکار فرصت ها به وسیله افراد ، یا به طور انفرادی ( کارآفرینی مستقل ) یا در سازمان ( کارآفرینی سازمانی ) ، بدون در نظر گرفتن منابع موجود در اختیار آن ها می دانند ( رضاییان ، 1385، ص28 ). کارآفرینی در این تحقیق بر اساس سازه های نوآوری، پیشگامی و ریسک پذیری سنجیده می شوند.
نوآوری - نوآوری سومین مرحله از فرآیند سه مرحله ای تکامل فناوری است : 1- اختراع ، رویداد فکری ، ایده 2- توسعه ، تبدیل ایده به چیزی که اجرا می شود و 3- نوآوری ، تبدیل چیزی که اجرا می شود که آن هم منجر به ماندن در بازار می شود. نوآوری ها به توانایی شرکت برای ایجاد محصولات و معرفی موفقیت آمیز آن ها به بازار گفته می شود ( ابراهیم پور و همکاران ، 1390 ، ص 125-126 ).
ریسک پذیری- مطالعات سازمانی بروچووس ( 1980 ) ، شپیرا ( 1995 ) نشان می دهد که ریسک پذیری به عنوان وظیفه جدایی ناپذیر کارآفرینی تلقی می شود.این ریسک دربرگیرنده ریسک مالی ( شامل تعهد به میزان زیادی از دارایی ها یا وام سنگین ) و ریسک شخصی است. ریسک پذیری آرایش شرکت برای پشتیبانی از پروژه های نوآورانه ، حتی وقتی که این فعالیت ها در عدم اطمینان صورت گیرد، شامل فعالیت هایی است که می تواند شرکت را با تشخیص و بهره برداری از فرصت های بازار افزایش دهد تا در مقابل رقیبان خودش پیشرو باشد که منجر به فرآیند تقویت و نهایتا محصولات و خدمات جدید با فنون نوآوری می شود. ریسک از طریق مهندسی ریسک و مدیریت ریسک قابل اداره کردن و کنترل است.مدیران می توانند عوامل ریسک را کاوش و ارزیابی کنند، به عبارت دیگر برای مدیریت ریسک عدم اطمینان را کاهش دهند و فنون مفیدی را به کار گیرند. بنابراین مدیران در عوض اینکه یک سطح قابل قبولی از ریسک را به طور ساده قبول کنند ریسک را تعدیل می کنند ( ابراهیم پور و همکاران ، 1390 ، ص126-127 ). ریسک پذیری در این تحقیق براساس سازه های مدیریت ریسک و فنون مدیریت ریسک اندازه گیری می شود.
پیشگامی - بعد پیشگامی بر ادراک فرصت های بازار جهت تحریک نوآوری تاکید می کند. پیش قدم شدن به وسیله پیش بینی و پیگیری فرصت های کسب و کار جدید و همچنین به وسیله پیش بینی بازارهای جدید اغلب پیشگامی نامیده می شود ( ابراهیم پور و دیگران ، 1390 ، ص127).پیشگامی در این تحقیق بر اساس سازه های ایجاد فرصت های جدید، تقاضای مشتریان و رقبا اندازه گیری می شود.
1ـ 8ـ 4) قابلیت ها
قابلیت ها به توانایی سازمان در بهره برداری از منابعش وابسته است. در نگرش منبع مدار ، قابلیت ها عبارتن از مهارت های مورد نیاز یک شرکت برای کسب مزیت کامل از منابع در اختیارش ( نیک بخش ، 1390، ص164 ). قابلیت ها در این تحقیق بر اساس سازه های بازاریابی و نوآوری سنجیده می شوند.
قابلیت های بازاریابی - قابلیت های بازاریابی به عنوان فرآیند به کارگیری دانش ، مهارت و منابع سازمان جهت ایجاد ارزش افزوده به کالاها و خدمات ، برآوردن تقاضای رقابتی و پاسخ گویی به نیازهای مرتبط با بازار تعریف شده است ( دولت آبادی ، 1384 ، ص12 ). قابلیت های بازاریابی در این تحقیق بر اساس سازه های خدمت رسانی به مشتری، قابلیت اعتماد، کیفیت خدمات، فناوری، تصویر ذهنی و تمایز خدمات سنجیده می شود( فروزنده ، 1385، 681-318).
قابلیت نوآوری- نوآوری به معنای ارایه تولیدات و خدمات نو حاصل از کاربرد موفق عقاید خلاق در یک سازمان است. خلق ایده و فرآیند جدید ، مسیری است که به واسطه آن سازمان ها می توانند خود را با محیط منطبق کرده و به مزیت رقابتی دست یابند ( باقری ، 1391 ). نوآوری در این تحقیق براساس سازه های نوآوری در تولید ، نوآوری در فرآیند و نوآوری در فن اوری سنجیده می شود( صالحی، 1387، ص19(
1ـ 9ـ قلمرو تحقیقگستره این تحقیق در سه قلمرو موضوعی ، زمانی و مکانی قرار دارد :
قلمرو موضوعی – قلمرو موضوعی این تحقیق ،متمرکز بر تبیین مزیت رقابتی پایدار در نظام بانکداری می باشد.
قلمرو زمانی – قلمرو زمانی این تحقیق ، نیم سال اول 1392 می باشد.
قلمرو مکانی – قلمرو مکانی این تحقیق ، بانک های خصوصی و دولتی در سطح استان گیلان می باشد.

فصل دوم:ادبیات موضوعی تحقیق

بخش اول:مزیت رقابتی
2- 1-1) مقدمهدر دنیای امروز به منظور کسب رشد بلند مدت، شرکت ها باید عوامل رقابتی یا شایستگی های خود را توسعه دهند و هرگونه فعالیتی را که باعث ایجاد مزیت رقابتی برای آن ها می شود را در نظر بگیرند. مزیت رقابتی از جمله مفاهیمی است که سازگاری سازمانی را تضمین می کند.کسب مزیت رقابتی به صورت تصادفی و بدون برنامه حاصل نمی شود ، بلکه بایستی سازمان ها با تفکر و طراحی چهارچوب های علمی در این راستا حرکت کنند.باید دانست رقابت پذیری فرآیندی است که هر نهادی می کوشد تا از طریق بهتر از دیگری عمل نموده پیشی گیرد.کسب توانمندی های رقابتی در جهان امروز به یکی از چالش های اساسی کشورهای مختلف در سطح بین المللی نیز تبدیل شده است .در محیط متغیر امروزه برای حضور و رشد در بازار رقابتی باید نسبت به رقیب رقابتی داشت.محصولات برجسته ، فناوری پیشرفته و مانند آن ، اگر در خلق مزیت رقابتی موثر نباشند ، هیچ اثری در موفقیت شرکت نخواهند داشت.( حمیدی ، 1387،صص7-6) مزیت رقابتی توانایی شرکت در جذب نظر مشتریان نسبت به رقبا با تکیه بر قابلیت ها و ظرفیت های سازمان است.( مومنی،1388،ص80) یکی از اصول بازاریابی ایجاد مزیت رقابتی است.در این رشته، مزیت رقابتی عبارت است از میزان جذابیت پیشنهادهای شرکت در مقایسه با رقبا از نظر مشتریان. این مزیت می تواند در هریک از عناصر آمیخته بازاریابی شرکت ( محصول، قیمت، تبلیغات و فعالیت های تشویقی ترغیبی و توزیع وجود داشته باشد).
ایده مزیت رقابتی پایدار در سال 1984 زمانی ظهور پیدا کرد که نشان داده شد که انواع مختلفی از استراتژی ها به ایجاد مزیت رقابتی پایدار کمک می کند. اصطلاح واقعی مزیت رقابتی پایدار در سال 1985 توسط پورتر بیان شد که گفته شد انواع مختلف استراتژی های رقابتی شر کت ها که شامل تمایز و هزینه پایین می باشد موجب به وجود آمدن مزیت رقابتی پایدار خواهد شد. بارنی در سال 1991 بیان کرد که زمانی شرکت ها می توانند به مزیت رقابتی پایدار دست یابند که از طریق خلق استراتژی ها برای مشتریان ایجاد ارزش های منحصر به فرد کنند به طوری که رقبای بالقوه و کنونی قادر نباشند به طور هم زمان به تحقق این ارزش ها و ایجاد جایگزین برای آن اقدام کنند.مزیت رقابتی پایدار یک سودآوری بلند مدت می باشد که از طریق ایجاد ارزش های منحصر به فرد برای مشتریان توسط شرکت ایجاد می شود و به راحتی توسط رقبای بالقوه و بالفعل قابل بکارگیری و تقلید نمی باشد.(Kim et al,2011,p1207-1208) منابع شرکت شامل همه دارایی ها ، توانایی ها و قابلیت ها، فرآیندهای سازمانی، شهرت شرکت، اطلاعات و دانش که شرکت را قادر می سازد استراتژی هایی را تحقق بخشد که موجب بهبود کارایی و اثربخشی و ایجاد مزیت رقابتی پایدار برای شرکت شود.تعدادی از منابع که موجب ایجاد مزیت رقابتی پایدار می شود شامل منابع فیزیکی،منابع سازمانی و منابع انسانی می باشد.سرمایه فیزیکی مانند تکنولوژی به کارگرفته شده ،تجهیزات شرکت و مواد خام می باشد.سرمایه انسانی شامل آموزش، تجربه،هوش و استعداد،روابط می باشد.سرمایه سازمانی مانند ساختار گزارش دهی رسمی،برنامه ریزی رسمی و غیر رسمی ،کنترل، هماهنگی بین سیستم ها و روابط غیررسمی بین گروه ها. (Barny,1991,p101)
2-1-2) انواع مزیت های رقابتیالف)مزیت موقعیتی در مقابل مزیت جنبشی(پویا)- مزیت های موقعیتی از ویژگی ها و موجودی های شرکت ایجاد می شود که عوامل ایجاد کننده این نوع مزیت ها معمولأ ایستابوده و بر اساس مالکیت منابع و دارائی ها و یا بر اساس دسترسی هستند.به طور کلی مزیت رقابتی موقعیتی شامل مزیت رقابتی بر اساس موهبت ها،شامل استعدادهای مدیریتی،کارکنان ماهرومتخصص و فرهنگی سازمانی برتر،مزیت رقابتی بر اساس اندازه ،شامل قدرت بازار،اقتصاد مقیاس و اقتصاد تجزیه،مزیت بر اساس دسترسی،شامل رابطه خوب با همکاران،رابطه مناسب با تکمیل کننده ها ،کنترل بهتر شبکه عرضه و دسترسی مطلوب به شبکه توزیع و داشتن استاندارد فنی صنعت است.مزیت های رقابتی جنبشی(پویا) اساس کارایی و اثر بخشی شرکت ها در بازار است. زیرا این نوع مزایا باعث می شود که شرکت ها فعالیت های کسب و کار خود را کاراتر و اثربخش تر از رقبا انجام دهند که معمولأ بر مبنای دانش و قابلیت های سازمان استوار است .
ب ) مزیت های جنبشی(پویا):
قابلیت های کار آفرینی:این نوع قابلیت ها،بیانگر توانایی شرکت در شناسایی و جذب مشتریان با ارزش و بهره برداری از فرصت های موجود بازار و ایجاد فرصت های جدید است.
قابلیت های فنی:این نوع قابلیت ها،باعث توسعه و ارتقای خلاقیت کارایی،انعطاف پذیری،سرعت یا کیفیت فرایندهای شرکت و نیز بهبود کیفیت محصولات شرکت می گردد.
قابلیت سازمانی:این نوع قابلیت ها،شامل ویژگی های ساختاری و فرهنگی سازمان است که برای متحرک . پویایی تغییرات کارکنان،یادگیری سریعتر سازمانی و تسهیل تغییرات ضروری لازم است.
قابلیت های استراتژیک:این نوع قابلیت ها برای ایجاد ،انسجام بخشی و هماهنگی های کارآمد و موثر دانش و شایستگی های گوناگون شرکت و نیز ساختار دهی مجدد و ایجاد تحرک و نقل و انتقال موثر آن ها به موازات تغییرات و پویائی های محیطی و فرصت های فراروی،ضرورت دارد.بدیهی است که بین مزیت های موقعیتی و مزیت های پویا تعامل وجود دارد. و این دو،روی همدیگر تاثیر گذاشته و از یکدیگر نیرو می گیرند.در واقع مزیت های پویا،می توانند مزیت های موقعیتی را تقویت کننندوبه موازات ارتقای موقعیت سازمان و شاخصهای موقعیتی و به کارگیری سازو کار مدیریتی کارآمد، معیارهای مزیت های پویا را نیز ارتقا می یابند.
ج ) مزیت متجانس در مقابل مزیت نامتجانس - مزیت های موقعیتی و مزیت های پویا می توانند متجانس یا غیر متجانس باشند. وقتی که شرکت و رقبایش اساسأ با استفاده از مهارت ها و قابلیت های متجانس و مشابه به روش یکسان رقابت می کنند،در این صورت مزیت رقابتی از انجام فعالیت های مشابه به صورت بهتر حاصل می شود. به بیان دیگر وقتی مزیت رقابتی شرکت ها از منابع و روش های مشابه حاصل می شود در این صورت شرکت ها به مزیت رقابتی با دوام دست خواهند یافت که به صورت کاراتر و اثربخش تر منابع را به کار گرفته و روش ها را اجرا کنند. زیرا در این صورت شرکت ها بدون این که فرصت متمایز بودن در بازی مشابه را داشته باشند،مجبور به ایفای نقش هستند و لذا تنها تعیین کننده مزیت رقابتی بادوام کارایی عملیاتی است.این گونه مزیت ها نمی توانند استراتژیک باشند. زیرا انجام برخی امور به صورت متمایز و نه انجام امور مشابه به صورت بهتر یکی از ضرورت های اساسی استراتژی است. البته این مطلب اهمیت مزیت های متجانس برای عملکرد برتر یک بنگاه اقتصادی را با چالش مواجه نمی کند.در نقطه مقابل مزیت متجانس،مزیت های نامتجانس قرار می گیرد که اساسأ ایفای نقش متمایز است.در این نوع مزیت "متفاوت بودن"نقش تعیین کننده و اساسی دارد. به نحوی که به وسیله مهارت ها،ترکیبات متفاوت منابع و یا محصولات متفاوت،خدمات بهتر و ارزش بیشتری برای مشتری فراهم می کند.شرکت هایی که محور مزیت رقابتی خود را انجام متفاوت امور قرار داده اند این کار را از طریق ایجاد تمایز در فرهنگ سازمانی فرایند و سیستم سازمانی،ساختار سازمانی،شیوه های متفاوت هماهنگی و همکاری، روش های متفاوت بازاریابی و استراتژی های متفاوت تعقیب می کنند. دیدگاه مزیت رقابتی بر مبنای منابع و قابلیت ها بر اهمیت مزیت های نامتجانس تاکید دارد.وقتی منابع و قابلیت های شرکت، منحصر به فرد،خاص و مشکل برای تقلید باشد،در آن مزیت رقابتی ایجاد می شود. به عنوان مثال می توان به فرهنگ سازمانی به عنوان مفروضات و اعتقادات اساسی مشترک بین کلیه کارکنان سازمان شامل مدیران و نیروهای صف و ستاد اشاره کرد که می تواند منبع مزیت رقابتی نامتجانس باشد. البته توانایی فرهنگ به عنوان منبع مزیت رقابتی به میزان سازگاری آن با شرایط محیط خارجی بستگی دارد.در این صورت هرچه فرهنگ سازمانی با شرایط و الزامات محیط پیرامونی سازگارتر باشد ،توانایی سازمان در پاسخ به طریق دسترسی سازمان به مشتریان را بهبود بخشیده و موجبات ارتقای موقعیت رقابتی به شاخص ها و متغیرهای موثر مزیت رقابتی و عناصر تشکیل دهنده آن بیشتر اشاره خواهد شد.
د) مزیت مشهود در مقابل نامشهود- مزیت رقابتی مشهود آن نوع مزیت است که منشای آن منابع مشهود بوده که به صورت داده فیزیکی مانند ماشین آلات تجهیزات می توان آن را مشاهده کرد.مزیت های معمولأ ناشی از تعهد شرکت به مقدار زیادی منابع در عرصه های ،خاص است که به راحتی قابل تغییر نیست. که از آن جمله می توان به سرمایه گذاری ماشین آلات اشاره نمود. در مقابل مزیت نامشهود آن نوع مزیت است که امکان مشاهده آن در شکل فیزیکی به راحتی مقدور نیست.این نوع مزیت ها،معمولأ زیر عوامل مشخص پنهان است،این نوع مزیت می تواند ناشی از نامهای تجاری شرکت ،یادگیری و شیوه یادگیری و دانستن کارکنان،فرهنگ سازمانی و ... باشد.به طور کلی می توان گفت که هر چقدر مزیت های رقابتی سازمان مبتنی بر مزیت های نامشهود باشد،امکان تقلید آن مشکل تر و زمان برتر خواهد بود. ضمن اینکه جابجایی و جذب مزیت نامشهود بسیار مشکل تر از مزیت مشهود است زیرا به احتمال زیاد مزیت نامشهود از خصائص،مشخصات و قابلیت های سازمان مشتق می شوند که از نظر علی مبهم و از نظر اجتماعی پیچیده هستند.
در واقع مزیت های مشهود از منابع فیزیکی و قابل مشاهده سازمان ناشی می شود ولی مزیت های نامشهود از قابلیت های سازمان منتج می گردد که ناشی از شیوه های برنامه ریزی سبک های مدیریتی فرایندها،ساختارو سیستم های سازمانی،چگونگی یادگیری روش های هماهنگی و نیز کارهای تیمی است و به همین علت تقلید پذیری آن مشکل خواهد بود. برای این که هرکدام از مقولات فوق یا ترکیبی از آن ها کارکرد اثربخش داشته باشند. مستلزم الزامات ساز و کار و مناسب هستند که فراهم آوری آن برای سازمان های رقیب مشکل است .
ه) مزیت ساده در مقابل مزیت مرکب- مزیت رقابتی از حیث عملکرد می تواند به تنهایی عمل کرده یا به صورت ترکیبی از مزیت های چندگانه به عنوان یک کلیت ادغامی و در تعامل با یکدیگر کار کند. که در حالت اول مزیت رقابتی از نوع ساده و در حالت دوم از نوع ترکیبی یا مرکب است. بدیهی است که مزیت ترکیبی از حیث رتبه نسبت به مزیت ساده جایگاه بالاتر و تعیین کننده تری دارد. مزیت های ساده در ابتدا از مالکیت یا منابع دسترسی ناشی می شوند معمولأ از نوع مزیت های موقعیتی هستند. چند نمونه از این نوع مزیت ها عبارت است از موقعیت محلی،دارائیهای منحصر به فرد فیزیکی،امتیازات ،ویژگی ها و دارائی های فکری،قراردادهای همکاری ،توان بالالی نقدینگی. وقتی که مزیت های ترکیبی اساسأ از دانش و قابلیت های شرکت ناشی می شوند. معمولأ از نوع مزیت های جنبشی و پویا هستند. چنین مزیت های ترکیبی می توانند از قابلیت برتر تحرک زائی و هماهنگی کاراکتر دارائیها و مهارتهای متفاوت برای ایجاد مزیت رقابتی در تمایز محصوللات و خدمات کیفی،هزینه پایین،پاسخ سریع به بازار و نیز نوآوری مستمر ناشی شوند.
ز) مزیت موقتی در مقابل پایدار- مزیت رقابتی از هر نوع که باشد ،می تواند از حیث عملکرد رقابتی به صورت پایدار یا موقتی باشد. مزیت موقتی اشاره به مزیتی دارد که کوتاه مدت و انتقالی است. با وجود این اگر شرکت دارای فرهنگ سازمانی نوآور ومحور و قابلیت نوآوری بازار محوری بالا داشته باشد. می تواند اولأ به صورت هوشمندانه از ویژگی خود بهره برده و مزیت موقعیتی خود را ارتقاء دهد،ثانیأ قبل از این که رقبا به مزیت موقتی آن دست یابند مزیت جدیدی را خلق کرده و رقبا را همواره پشت سر خود داشته باشند ( مدبرنیا ، 1386، صص 30-25 ).
2-1-3)دیدگاه های مزیت رقابتی
دیدگاه سازمان صنعتی- دیدگاه سازمان صنعتی دیدگاه خارج مداری است که درآن ساختار صنعت حائز اهمیت است.ویژگی های ساختاری صنعت عبارتند از وجود و ارتفاع موانع برای ورود، تعداد بنگاه ها و اندازه نسبی آن ها، وجود و درجه تمایز محصول در صنعت . تاکید اولیه این دیدگاه بر تجزیه و تحلیل بیرونی رقابت متمرکز است.نظریه پرداز معروف این گروه پورتر است که از دیدگاه وی، واحد اصلی در تجزیه و تحلیل، صنعت می باشد. ولی نظریه مزیت رقابتی به شکل منظم و منسجم از آغاز دهه 1960 در دانشگاه هاروارد مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و برای تبیین مزیت رقابتی، بر اثر محیط بیرونی بر استراتژی بنگاه تمرکز گردید.بر اساس این دیدگاه، بنگاه ها در صنعت یکسان، داده های یکسانی را دریافت می کنند و در نتیجه باید استراتژی های یکسانی را بپذیرند و در نهایت نتایج یکسانی را مشاهده کنند.در این وضعیت، امکان کسب مزیت رقابتی وجود ندارد و تفاوت عملکرد بنگاه ها احتمالا تنها در کوتاه مدت امکان پذیر است (kalkagno,1996,p2). نظریه پورتر مبتنی بر سه عنصر است : محیط بیرون، رفتار بنگاه و نتایج بازاری که بنگاه با اعمال استراتژی اش مشاهده می کند( راسخی و همکاران ،1387،صص39-38). شدت رقابت در یک صنعت را نمی توان به تصادف و یا به بد شانسی ربط داد ، بلکه رقابت در یک صنعت ریشه در ساختار پایه ای اقتصاد آن دارد و فراتر از عملکرد رقبای موجود می باشد . ماهیت رقابت در یک صنعت بستگی به پنج عامل اساسی رقابتی دارد. توان جمعی این چند عامل توان سود آوری را در یک صنعت تعیین می کند . این توان سوددهی با توجه به بازده دراز مدت سرمایه اندازه گیری می شود. شکـل (2-1) نیروهای پیش برنده رقابت در صنعت را نشان میدهد.

شکل (2ـ1) نیروهای پیش برنده رقابت در صنعت ( مجیدی ، 1391 ، ص 42 )این پنج عامل رقابتی ورود سرمایه گذاران جدید ، تهدید جایگزینی ، قدرت چانه زنی خریداران ، قدرت چانه زنی تامین کنندگان و رقابت در بین رقبای موجود ، منعکس کننده این واقعیت است که رقابت در یک صنعت به مراتب از سطح بازیگران جا افتاده در آن فراتر می رود . مشتریان ، تامین کنندگان و وارد کنندگان بالقوه همگی رقبایی برای بنگاه های موجود در یک صنعت محسوب می شوند که ممکن است بسته به شرایط خاص از اهمیت بالاتر یا پایین تری برخوردار باشند ، رقابت را در این حالت می توان رقابت گسترده نامید.همه پنج عامل مذکور با هم شدت رقابت در صنعت و سودآوری آن را تعیین کرده و قوی ترین نیرو و یا نیروها در تدوین استراتژی آن مهم هستند.به عنوان مثال حتی اگر یک شرکت از موقعیت عالی بازار یک صنعت برخوردار باشد و هیچ گونه تهدیدی از جانب رقبای بالقوه وجود نداشته باشد ، در صورتی که با محصول جایگزین برتر و کم هزینه تر روبرو شود ، بازدهی سرمایه پایینی خواهد داشت. حتی اگر هیچ جایگزینی وجود نداشته باشد . و هیچ رقیب جدیدی وارد نشود ، رقابت شدید بین رقبای موجود سود بالقوه را محدود می کند. به رغم اقتصاددانان نهایت شدت رقابت در صنعت کاملا رقابتی زمانی است که ورود سرمایه به آن آزاد است و بنگاه های موجود هیچ گونه توان چانه زنی در مقابل تامین کنندگان و مشتریان ندارند و به واسطه وجود شرکت های متعدد شبیه به هم محصولات مشابه رقابت غیر قابل کنترل می گردد.البته در شکل گیری رقابت در هر صنعتی عوامل مختلف برجستگی می یابد.زیر ساختار یک صنعت که در توان نیروها منعکس می شود باید از بسیاری عوامل کوتاه مدت که می توانند به صورت گذرا رقابت و سوددهی را تحت تاثیر قرار دهند ، متمایز گردد.
تهدید ورود- تهدید ورود به یک صنعت بستگی به موانع حاضر بر سر راه ورود به آن و واکنش رقبای موجود در آن دارد که شرکت تازه وارد انتظار آن را می تواند داشته باشد .اگر موانع زیاد باشند و یا شرکت تازه وارد انتظار برخورد انتقام جویانه از طرف رقبای موجود داشته باشد ، خطر ورود پایین خواهد بود. شش منبع اصلی برای موانع ورود وجود دارد : مزیت مقیاس ، تمایز محصول ، نیاز به سرمایه ، هزینه های تغییر ، دسترسی به کانال های توزیع ، سیاست دولت.
شدت رقابت در بین رقبای موجود- هنگامی که شرکت ها زیاد هستند احتمال وجود شرکت های تک رو و خود مدار بالاست و بعضی از شرکت ها ممکن است از روی عادت بر این باور باشند که می توانند اقداماتی صورت دهند بدون آن که مورد توجه قرار گیرند. حتی در جاهایی که تعداد شرکت ها نسبتا محدود است اگر شرکت های موجود در یک صنعت از نظر اندازه و منابع شناخته شده هم سطح باشند باعث ایجاد بی ثباتی می شود ، چون ممکن است آن ها مترصد مبارزه با هم باشند و منابع شان را مدام صرف اقدامات تلافی جویانه و شدید کنند. از طرف دیگر صنعت به شکل بالایی متمرکز باشد یا در کنترل یک یا دو شرکت باشد ، شکی در مورد قدرت نسبی آن ها وجود نخواهد داشت. شرکت یا شرکت های پیشرو می توانند نظم رفتاری را تحمیل کنند و هم از طریق رهبری در تعیین قیمت نوعی نقش کمکی در صنعت ایفا کنند. در بسیاری از صنایع رقبای خارجی خواه با صادرات به صنعت و یا از طریق سرمایه گذاری خارجی مستقیم در صنعت نقش عمده ای در رقابت ایفا می کنند.رقابت کنندگان خارجی اگر چه ممکن است دارای تفاوت هایی باشند باید با توجه به اهداف تحلیل ساختاری با آن ها همانند رقابت کنندگان داخلی برخورد شود.از دیگر موارد که موجب شدت رقابت در بین رقبا خواهد شد شامل رشد کند صنعت ، هزینه های ثابت بالا یا هزینه های انبارداری ، نبود تمایز و یا هزینه های تغییر ، رقبای مختلف و سهام استراتژیک بالا از صنعت می باشد.
فشار ناشی از محصولات جایگزین- تمامی شرکت های موجود در یک صنعت در سطح گسترده ای با صنایعی که محصولات جایگزین تولید می کنند در رقابت هستند. محصولات جایگزین با ایجاد سقفی برای قیمت هایی که شرکت ها می توانند با هدف سود آوری برای محصولات خود بگذارند بازدهی بالقوه صنعت را محدود می کند . هرچه قیمت کالاهای جایگزین مناسب تر باشد محدویت های ایجاد شده در سود صنعت پایدارتر خواهد بود. محصولات جایگزین نه تنها در حالت عادی میزان سود را محدود می کنند بلکه باعث کاهش میزان ثروتی می شوند که صنعت می تواند در دوران رونق کسب کند. شناسایی محصولات جایگزین موضوعی است که نیازمند جستجو برای دیگر محصولاتی است که می توانند عملکردی مشابه عملکرد محصول صنعت داشته باشند.موضوع موقعیت در برابر محصولات جایگزین موضوعی است که به فعالیت های جمعی صنعت مربوط است.مهم ترین و قابل توجه ترین کالاهای جایگزین آن هایی هستند که :