نام مسئول هسته: دکتر حسین تاجمیر ریاحی

دانشکده مرتبط : مهندسی عمران و حمل نقل

تیم راهبری هسته:

دانشجویان تحت راهنمایی تیم راهبری هسته (با موضوع پروپوزال در راستای برنامه پژوهشی هسته):

طرح برون‌دانشگاهی یا گرنت جذب شده جاری یا خاتمه یافته در ۵ سال گذشته توسط اعضای تیم راهبری هسته

برنامه پژوهشی هسته:

یکی از اولویت‌های اصلی دانشکده، توسعه و کاربرد علوم مهندسی عمران در پایش و حل مشکلات کشور با رویکرد توسعه پایدار است. همان‌گونه که از عنوان هسته نیز مشخص است، این هسته اولویت دانشکده را در حوزه سازه و مخاطرات طبیعی و غیر طبیعی مربوط به آن پیگیری می‌کند. همچنین در حال حاضر در سند نقشه جامع علمی کشور "مقابله با زلزله" در اولویت ب فناوری در نظر گرفته شده است، ضمن آن که در سیاست‌ها و اولویت‌های پژوهش و فناوری کشور (مصوب شورای عالی علوم، تحقیقات و فناوری) در زیرمجموعه کمیسیون حمل و نقل و عمران تحت عناوین "بهینه‌سازی و مقاوم‌سازی در طرح‌های عمرانی" و "کاهش خطرات بلایای طبیعی با اولویت زلزله" به این موضوع توجه گردیده است. مطابق با این ضرورت‌ها و با در نظر گرفتن تخصص‌های اعضا تیم تحقیقاتی، عنوان کلی برنامه پژوهشی هسته " طراحی نوین و توسعه پایدار سازه‌ها در برابر مخاطرات " انتخاب شده است، که هدف کلی آن به این شرح است که علاوه بر توجه به دانش روز جهانی در این موضوع به منظور نیل به مرزهای دانش و گسترش آن، جنبه کاربردی و رفع نیازهای ملی نیز لحاظ گردد. در این راستا محورهای اصلی در نظر گرفته شده برای این هسته شامل موارد زیر است:

§ پایش سلامت سازه‌ها

§ کنترل سازه‌ها

§ مصالح و سازه‌های نوین

§ بهینه‌سازی و بررسی قابلیت اعتماد سازه‌ها

§ سازه‌های مرکب سازگار با محیط زیست

§ بررسی تاثیر آتش بر روی رفتار سازه‌ای ساختمان‌ها

با توجه به محورهای اصلی پژوهشی این هسته، توضیحات مربوط به هر یک از آنها به صورت جداگانه ارایه می‌شود.

§ پایش سلامت سازه‌ها

سازه‌ها در طول عمر مفید خود با عوامل مخرب بسیاری روبرو هستند که این عوامل می‌توانند طبیعی مانند زلزله، و یا غیرطبیعی مانند خوردگی باشند. این اثرات مخرب گاهی سطحی و قابل مشاهده هستند، بنابراین تعیین محل و بررسی شدت آنها به وسیله بازرسی چشمی امکان‌پذیر است. اما در بسیاری از مواقع، این اثرات مخرب در داخل سازه هستند و با بازدیدهای چشمی قابل ارزیابی نیستند. بنابراین در این حالت، تشخیص مکان و شدت آسیب وارد شده به سازه، نیازمند بررسی‌های دقیق‌تر و استفاده از روش‌هایی است که بتوان با استفاده از خواص سازه‌ای (مانند خواص ارتعاشی)، در مرحله اول، آسیب دیده بودن، و سپس میزان شدت آسیب دیدگی را مشخص کند. با توجه به تنوع سازه‌های عمرانی و هزینه‌های هنگفتی که سالیانه برای تعمیر و نگهداری این سازه‌ها هزینه می شود، شناسایی به موقع خسارت و تحلیل سازه‌ی آسیب‌ دیده و ارزیابی سلامت سازه جهت مقاوم‌سازی و حفظ ایمنی آن‌ها برای افزایش طول عمر مفیدشان، امری بسیار مهم و ضروری به شمار می‌آید. در حال حاضر بسیاری از سازه‌های موجود در کشور عمر بالایی داشته و در طول عمر خود دچار آسیب‌های فراوانی شده‌اند. تشخیص این آسیب‌ها و اقدام به موقع برای رفع آنها باعث کارایی بیشتر آنها، حفظ این سازه‌های زیر بنایی و نهایتا صرفه جویی مناسب در منابع مالی کشور خواهد شد.

هدف اصلی در این محور، راه اندازی مرکز پایش سلامت سازه در دانشگاه اصفهان است. خوشبختانه چند سالی است که دستگاهی برای این کار خریداری شده است و با استفاده از این دستگاه، پروژه­های دانشجویان تحصیلات تکمیلی و پروژه­های برون دانشگاهی انجام شده است. همچنین بومی‌سازی سنسورهای لازم به صورت بی سیم نیز توسط برخی از همکاران انجام شده است که استفاده از آنها را در پروژه‌های خاص میسر می‌کند. بدین ترتیب امکان راه اندازی مرکز پایش سلامت سازه در دانشگاه اصفهان میسر می­شود. این مرکز می‎تواند برای پایش سازه‌های با ارزش میراث فرهنگی بالا، زیرساختهای شهری و زیرساختهای حمل و نقل کشور فعال شود.

§ کنترل سازه‌ها

در سال­های اخیر رویکرد جدیدی در طراحی لرزه­ای سازه­ها مطرح شده که با افزودن تجهیزات الحاقی نظیر میراگر و جداساز لرزه­ای و یا اعمال نیروی کمکی به سازه، می­توان اتلاف انرژی لرزه­ای در اجزای اصلی سازه را به شدت کاهش داد. این روش­های نوین کنترل ارتعاشات سازه ضمن اقتصادی بودن در مورد ساختمان­های موجود این امکان را فراهم می­کند که بدون ایجاد خرابی عمده در سازه هنگام وقوع زلزله، ساختمان به سرویس‌دهی خود ادامه دهد. کنترل فعال و غیر فعال سازه در برابر نیروهای دینامیکی (زلزله و باد) علاوه بر این که موضوع روز تحقیقات لرزه­ای است و مطالعات فراوان تحلیلی و عددی در این زمینه در حال انجام است، بستر مناسبی برای ساخت تجهیزات مرتبط و تجاری­سازی این محصولات نیز هست. هر ساله نوآوری­های مختلف و پتنت­های فراوانی در این زمینه مطرح می­شود و در صورت تجاری­سازی محصولات، زمینه درآمدزایی مناسبی نیز دارد. متاسفانه در حال حاضر در ایران، بیشتر این تجهیزات به صورت وارداتی مورد مصرف قرار می­گیرند.

هدف اصلی در این محور، بومی سازی و تجاری سازی دستگاه­های مستهلک کننده انرژی در داخل کشور و همچنین ساخت دستگاه­های نوین میراگر و جداساز است. تاکنون تحقیقات فراوانی در این هسته در زمینه ساخت میراگرها و جداسازهای لرزه‌ای انجام شده است و چندین ثبت اختراع نیز انجام شده است. خوشبختانه مطالعات آزمایشگاهی با توجه به وجود سیستم قاب قوی و جکهای آن در آزمایشگاه سازه گروه مهندسی عمران تا به حال انجام شده است. اما در زمینه تجاری سازی، هنوز فعالیت جدی انجام نشده است زیرا این موضوع نیازمند هزینه‌ بیشتر و همچنین بازاریابی مناسب برای ارایه محصول دارد. در صورت تجاری سازی این محصولات، نه تنها رفتار سازه‌ها در زمان وقوع زلزله بهبود پیدا کرده و منابع مالی کشور به هدر نمی‌روند بلکه زمینه صادرات این محصولات به سایر کشورها نیز حاصل می‌شود.

§ مصالح و سازه‌های نوین

در خلال سال‌های اخیر، انواع مختلف مصالح و سازه‌های نوین (همانند سازه‌های سرد نورد شده فولادی، سازه‌های پانلی پیش ساخته، بتن ژئوپلیمری، ...) به سرعت به داخل کشور انتقال یافته و امروزه در پروژه‌های بزرگ انبوه‌سازی مورد استفاده قرار می‌گیرند. با وجود محاسن بالای این سیستم‌های ساختمانی، عدم بومی‌سازی آن‌ها و عدم استفاده صحیح از این نوع سازه‌ها در مراحل مختلف طراحی، اجرا و ساخت، باعث بروز مشکلاتی در استفاده از این سیستم‌ها شده است؛ و بیم این می‌رود که این فرصت به یک تهدید برای صنعت ساختمان تبدیل شود. لذا لازم است ضمن بررسی‌های همه جانبه این سیستم‌های سازه‌ای و مصالح وابسته به آن‌ها، نسبت به بومی سازی آن‌ها و ارائه دستورالعمل‌های طرح و ساخت لازم برای استفاده صحیح از آن‌ها در داخل کشور اقدام نمود. در این راستا لازم است ضمن شناسایی عوامل مؤثر در پایین آمدن کیفیت ساخت این سازه‌ها که باعث بالا رفتن زمان و هزینه و پرت مصالح در کشور شده است، موانع و مشکلات استفاده از آن‌ها در کشور شناسایی شوند و با ارائه راهکارهای مناسب بتوان از مزایای این سازه‌ها با توجه به اقلیم‌های متفاوت کشور از نظر آب و هوایی، زلزله خیزی، منابع و مصالح و جمعیت، به بهترین نحو استفاده نمود.

هدف اصلی این محور، امکان سنجی استفاده از مصالح و سیستم­های نوین سازه­ای در کشور است. تاکنون تحقیقات فراوانی در زمینه سازه‌های فولادی سرد نورد شده در این هسته پژوهشی انجام شده است. همچنین در زمینه تکنولوژی پیشرفته بتن و بتن‌های خاص و دوست‌دار محیط زیست نیز در این هسته تحقیقات متنوعی انجام شده است. در صورت همکاری مداوم با مراجع ذی ربط نظیر مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی و اداره استاندارد، می‌توان نتایج این تحقیقات و تحقیقات آتی را در تدوین آیین‌نامه، توسعه سیستم‌ها و مصالح نوین سازه‌ای برای اجرای در سازه‌های کشور و کاهش هزینه‌های ساخت و ساز، افزایش کیفیت ساخت و ساز و کاهش اثرات مخرب زیست محیطی مرتبط با صنعت ساختمان به کار برد.

§ بهینه‌سازی و بررسی قابلیت اعتماد سازه‌ها

امروزه با پیشرفت تکنولوژی در مهندسی سازه دیگر الزاما طرحی که حداقل الزامات فنی و کاربردی را رعایت کند دارای اهمیت نمی‌باشد و طراح‌ها به دنبال بدست آوردن راه‌حل‌های بهینه می‌باشند. در مهندسی سازه بحث بهینه‌سازی در ساده‌ترین شکل می‌تواند به صورت طراحی سازه سبک‌تر و رسیدن به جواب اقتصادی مطرح شود، ضمن این که سبک‌سازی می‌تواند به نوعی منجر به کاهش نیروی زلزله و ایمن‌سازی سازه نیز گردد. اما فراتر از این دیدگاه، در بحث ارزیابی لرزه‌ای سازه‌ها می‌توان رفتار مطلوب لرزه‌ای را به عنوان یک تابع هدف در نظر گرفت و با بهره‌گیری از تکنیک‌های بهینه‌یابی مساله را تحلیل و طراحی نمود. به طور متداول بهینه‌یابی و یا به طور کل محاسبات سازه‌ای با فرض قطعی بودن پارامترهای دخیل در مسئله انجام می‌گردد، در حالی‌که در واقعیت طراحی مهندسی همواره همراه با عدم قطعیت‌هایی در پارامترهای محاسباتی می‌باشد و به خصوص با توجه به ماهیت طبیعی تصادفی زلزله این امر در محاسبات لرزه‌ای قابل توجه است. به کمک نظریه قابلیت اعتماد سازه‌‌ها، می‌توان عدم قطعیت‌های ناشی از طبیعت احتمالاتی پارامترهای سازه‌ای را به صورت روابط ریاضی درآورد و ملاحظات ایمنی و عملکرد را با در نظر گرفتن رفتار احتمالاتی، به طور کمی وارد روند محاسبات نمود.

هدف این محور، توسعه روش­های بهینه­یابی در مهندسی سازه با در نظر گرفتن عدم قطعیت­هاست. با این که این محور بیشتر جنبه تئوری دارد اما نتایج آن می­تواند در سایر محورها مورد استفاده قرار گیرد. از اهداف دیگر این بخش، توسعه برنامه‌های نرم افزاری برای طراحی بهینه انواع سازه‌ها است که نه تنها فروش این محصولات درآمدزایی دارد بلکه استفاده از چنین محصولاتی توسط مهندسین کشور باعث صرفه جویی در هزینه‌های مرتبط با ساخت و ساز خواهد شد.

§ سازه‌های مرکب سازگار با محیط زیست

عملکرد مرکب دال بتنی و تیر فولادی در ساختمان‌های مرکب بتنی-فولادی عموماً به وسیله برش‌گیرهای جوش شده روی بال بالایی تیر فولادی تامین می‌شود. از مشکلات اصلی این نوع از اتصالات، عدم امکان استفاده مجدد از اعضای سازه‌ای (دال بتنی، تیر و ستون فولادی) در دیگر ساختمان‌ها و یا بازیافت کامل آنها در پایان دوره بهره‌برداری آنها، تولید مقدار زیادی مواد زاید ساختمانی ناشی از تخریب، صرف مقدار قابل توجهی از انرژی و مصرف مواد اولیه و طبیعی برای تولید مصالح جدید ساختمانی است که عدم توجه به این موضوعات صدمات جبران‌ناپذیری به محیط زیست وارد خواهد کرد. علاوه بر این، عملیات بتن‌ریزی برای اجرای دال‌های بتنی، آرماتوربندی و قالب‌بندی در محل پروژه انجام می‌شود که زمان‌بر بوده و باعث افزایش هزینه‌های ساخت و کاهش کیفیت ساخت و ساز خواهد شد.

هدف اصلی این محور، امکان‌سنجی استفاده از سازه‌های مرکب سازگار با محیط زیست و قابل دمونتاژ در کشور و کاهش خسارت‌ها و صدمات زیست محیطی ناشی از ساخت و ساز با روش‌های سنتی است. در این زمینه تاکنون مطالعات آزمایشگاهی فراوانی توسط این هسته انجام شده و رفتار سازه‌ای این سیستم­های جدید مورد بررسی قرار گرفته است. در صورت تعامل مناسب با مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، می‎توان تاییدیه استفاده از این سیستم‌های پیشنهادی را در کشور اخذ نمود.

§ بررسی تاثیر آتش بر روی رفتار سازه‌ای ساختمان‌ها

آتش‌سوزی همیشه یکی از تهدیدات جدی برای تمامی جنبه‌های حیات بشری بوده است و یکی از عوامل محیطی زیان‌آور برای سازه‌ها است که همه ساله در اکثر کشورها تلفات جانی و خسارات مالی سنگینی به ساختمان‌های مسکونی، تجاری و غیره وارد می‌کند. بر اساس آمار سازمان بهداشت جهانی سالانه بیش از ۳۰۰۰۰۰ مرگ در اثر سوختگی ناشی از آتش‌سوزی اتفاق می‌افتد که بیش از ۹۵ درصد از این مرگ‌ها در کشورهای توسعه نیافته و در حال توسعه است. از جمله اتفاقات تلخ در ایران می‌توان به آتش‌سوزی ساختمان پلاسکو تهران اشاره کرد که در آن خسارات جانی و مالی جبران‌ناپذیری وارد شد. با وجود مزایای زیاد سازه‌های فولادی و مرکب (بتنی-فولادی)، حساسیت فولاد به دما یکی از ضعف‌های مهم آن است. خواص مکانیکی فولاد در دماهای بالا به طور چشمگیری کم می‌شود، لذا ظرفیت باربری این نوع سازه‌ها در مواقع آتش‌سوزی به شدت کاهش می‌یابد. با توجه به ضعف فولاد در برابر افزایش حرارت، شبیه‌سازی تجربی و نرم‌افزاری اثرات آتش‌سوزی در سازه‌های فولادی و مرکب از اهمیت خاصی برخوردار است. به ویژه اگر آتش‌سوزی بعد از وقوع زلزله اتفاق افتاده باشد که در این حالت ممکن است خسارات به وجود آمده شدیدتر از خسارت خود زلزله باشد و این به دلیل از بین رفتن پوشش اعضای سازه‌ای آسیب‌دیده و تغییرشکل‌های به وجود آمده و تنش‌های پس‌ماند حاصله در اثر زلزله است. بنابراین در سالیان اخیر در اکثر مراکز تحقیقاتی دنیا بحث طراحی و مقاوم‌سازی سازه‌ها در برابر آتش‌سوزی مورد بررسی و توجه قرار گرفته و در آیین‌نامه‌های طراحی سازه‌ها، ضوابط خاصی برای این مورد در نظر گرفته شده است.

هدف اصلی این محور، بررسی و ارزیابی رفتار سازه‌های فولادی و مرکب تحت اثر آتش و حریق است. رفتار اعضای مختلف یک سازه از جمله تیر، ستون و اتصالات مختلف یک سازه سازگار با محیط زیست با انجام مطالعات آزمایشگاهی و مدل‌سازی‌های مختلف مورد بررسی قرار خواهد گرفت. همچنین در زمینه پوشش‌های مقاوم در برابر آتش که بتوانند دوام مناسبی داشته و اتصال خود را با سازه فولادی به خوبی حفظ کنند، لازم است تحقیقاتی انجام شود که تاکنون تحقیقات مختصری در این هسته انجام شده است.

مسایل مورد بررسی در برنامه پژوهشی هسته در بخش قبل تشریح شدند. همان‌گونه که ذکر شد برخی از این پژوهش‌ها انجام شده، برخی در حال انجام است و برخی در آینده مورد بررسی قرار می‌گیرند. در این بخش در هر یک از محورها، اقداماتی که تا سه سال آینده انجام خواهد شد و پیش‌بینی برون دادها ارایه خواهد شد.

§ برنامه سال اول:

- بهینه‌سازی و بررسی قابلیت اعتماد سازه‌ها

بهینه‌سازی سیستم‌های مختلف سازه‌ای در برابر بارهای لرزه‌ای، تهیه نسخه اولیه نرم افزار بهینه‌یابی سازه‌ها به صورت تجاری برای فروش به مهندسین و شرکت‌های طراحی سازه، بهینه‌یابی طراحی سازه‌های شرکت‌های انبوه‌سازی. مقالات پژوهشی، قرارداد برون دانشگاهی و محصول نرم‌افزاری از برون دادهای این محور خواهد بود.

- کنترل سازه‌ها

بررسی عملکرد چند میراگر ابداعی در یک قاب سازه‌ای. تاکنون تحقیقات هسته بیشتر بر روی عملکرد میراگر و جداساز به صورت مستقل بوده است ولی در تحقیقات بعدی این کار در یک قاب سازه‌ای انجام می‌شود. همچنین برای تجاری سازی نمونه‌های آزمایشگاهی ساخته شده، تلاش خواهد شد. این امر نیز نیازمند حمایت دانشگاه و بازاریابی مناسب برای این محصولات است. مقالات پژوهشی و ثبت اختراع از دیگر برون دادهای این محور خواهد بود.

§ برنامه سال دوم:

- مصالح و سازه‌های نوین

توسعه سیستم‌های سازه‌ای سرد نورد فولادی، توسعه بتن‌های دوست دار محیط زیست نظیر بتن ژئوپلیمری و بتن با مصرف سیمان کمتر. تلاش برای اخذ تاییدیه‌های مرتبط و تجاری‌سازی محصولات. تلاش برای انعقاد قرارداد با کارخانجات تولید سیمان و بتن آماده برای استفاده از نتایج پژوهش‌های مرتبط. مقالات پژوهشی، قرارداد برون دانشگاهی و ثبت اختراع از دیگر برون دادهای این محور خواهد بود.

- سازه‌های مرکب سازگار با محیط زیست

توسعه سیستم‌های پیش ساخته بتنی، توسعه سیستم‌های با قابلیت دمونتاژ، تلاش برای اخذ تاییدیه‌های مرتبط و تجاری‌سازی محصولات و سیستم‌ها. مقالات پژوهشی، قرارداد برون دانشگاهی و تاییدیه سازمانهای مرتبط از برون دادهای این محور خواهد بود.

§ برنامه سال سوم:

- پایش سلامت سازه‌ها

استفاده از سیستم پایش سلامت سازه در تشخیص خرابی اجزای سازه‌ای در طول آزمایش، توسعه روش‌های نوین پایش سلامت سازه با استفاده از پردازش تصویر و ویدیو، تلاش برای راه اندازی مرکز پایش سلامت سازه در دانشگاه اصفهان. رسیدن به هدف آخر نیازمند حمایت دانشگاه و برقراری ارتباط موثر با ارگان های ذی نفع در این حوزه است. مشابه چنین مرکزی در دانشگاه های خارج از کشور وجود دارند. همچنین این مراکز زمینه تحقیقاتی مناسبی را برای دانشجویان ارشد و دکتری ایجاد می‌کند. مقالات پژوهشی از دیگر برون دادهای این محور خواهد بود.

- بررسی تاثیر آتش بر روی رفتار سازه‌ای ساختمان‌ها

تولید عایق‌ ضد آتش به صورت تخته‌ای. مقالات پژوهشی، قرارداد برون دانشگاهی و تاییدیه سازمانهای مرتبط از برون دادهای این محور خواهد بود.