شکل ۳-۷- (الف) اثرات P-δ، (ب)اثرات P-D ……………………………………………………………………41
شکل ۳-۸- بردار ضریب تاثیر هنگام اعمال زلزله در جهت X …………………………………………..44
شکل ۳-۹- قاب مهاربندی شده ۴ طبقه و ۳ دهانه……………………………………………………………….۴۷
شکل ۳-۱۰- تغییر شکل نهایی سازه توسط SAP2000……………………………………………………….49
شکل ۳-۱۱- تغییر شکل نهایی سازه توسط برنامه نوشته شده در MATLAB ………………….49
شکل ۳-۱۲- مود اول سازه توسط SAP2000………………………………………………………………………50
شکل ۳-۱۳- مود اول سازه توسط برنامه نوشته شده در محیط MATLAB……………………….50
شکل ۳-۱۴- انواع فرزندان……………………………………………………………………………………………………..۵۵
شکل ۴-۱- طیف شبه شتاب مؤلفه افقی زلزله السنترو (El Centro) ………………………………….63
شکل ۴-۲- قاب مهاربندی شده ۴ طبقه و ۳ دهانه و گروهبندی اعضای آن …………………….۶۳
شکل ۴-۳- قاب خمشی ۴ طبقه و ۳ دهانه و گروهبندی اعضای آن………………………………….۶۳
شکل ۴-۴- تابع هدف (وزن) در برابر تکرار، تحت بارگذاری D+L ………………………………….64
شکل ۴-۵- تابع هدف (وزن) در برابر تکرار، تحت بارگذاری ۰.۷۵ (D+L+E)…………………….65
شکل ۴-۶- تابع هدف (وزن) در برابر تولید نسل، تحت بارگذاری D+L ………………………….66
شکل ۴-۷- تابع هدف (وزن) در برابر تولید نسل، تحت بارگذاری ۰.۷۵ (D+L+E)…………….66
شکل ۴-۸- قاب مهاربندی شده ۱۰ طبقه و ۵ دهانه و گروهبندی اعضای آن……………………۶۹
شکل ۴-۹- قاب خمشی ۱۰ طبقه و ۵ دهانه و گروهبندی اعضای آن……………………………….۶۹
شکل ۴-۱۰- تابع هدف (وزن) در برابر تکرار، تحت بارگذاری D+L…………………………………70
شکل ۴-۱۱- تابع هدف (وزن) در برابر تکرار، تحت بارگذاری ۰.۷۵ (D+L+E)…………………..71
شکل ۴-۱۲- تابع هدف (وزن) در برابر تولید نسل، تحت بارگذاری D+L…………………………72
شکل ۴-۱۳- تابع هدف (وزن) در برابر تولید نسل، تحت بارگذاری ۰.۷۵ (D+L+E)………….72
شکل ۴-۱۴- قاب مهاربندی شده ۱۸ طبقه و ۷ دهانه و گروهبندی اعضای آن…………………۷۵
شکل ۴-۱۵- قاب خمشی ۱۸ طبقه و ۷ دهانه و گروهبندی اعضای آن……………………………..۷۵
شکل ۴-۱۶- تابع هدف (وزن) در برابر تکرار، تحت بارگذاری D+L…………………………………76
شکل ۴-۱۷- تابع هدف (وزن) در برابر تکرار، تحت بارگذاری ۰.۷۵ (D+L+E)…………………..77
فصل اول
مقدمه
۱-۱-زمینه تحقیق
منظور از بهینهسازی[۱]در مهندسی عمران یافتن طرحی برای سازه است که ضمن رعایت ضوابط فنی، حداقل هزینه اقتصادی را داشته باشد. قابهای ساختمانی معمولترین سازههای مهندسی عمران میباشند. بنابراین، بهینهسازی این نوع سازهها کمک بزرگی از نظراقتصادی خواهدبود. طراحی بهینه قابهای ساختمانی بصورت گسترده در دهه ۶۰ میلادی مورد مطالعه قرار گرفت؛ زیرا یافتن پاسخ بهینه بصورت تحلیلی، تنها برای قابهای ساده و منظم امکان پذیر است. از دهه ۸۰ میلادی با پیشرفت سریع تکنولوژی کامپیوتر، روشها و برنامه های کامپیوتری زیادی در زمینه بهینهسازی سازههای واقعی، تحت قیود طراحی عملی[۲]، ارائه شده است ]۱[. از آنجا که روش منحصر به فردی برای حل بهینه تمامی مسائل بهینهسازی وجود ندارد، از اینرو روشهای متعددی برای حل مسائل بهینهسازی توسعه یافته است ]۲[. در حالت کلی، روشهای بهینهسازی مورد استفاده در مهندسی را میتوان به دو دسته متمایز تقسیم نمود:
( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
الف) گرادیانی[۳]
ب) اکتشافی[۴]
از مشهورترین روشهای بهینهسازی گرادیانی میتوان به روشهای برنامه ریزی خطی (LP)[5]، برنامه ریزی مرتبه دوم (QP)[6] و برنامه ریزی غیرخطی (NLP)[7] و از روشهای اکتشافی نیز میتوان به روشهای الگوریتم ژنتیکی (GA)[8]، شبیهسازی بازپخت (SA)[9]، بهینهسازی هجوم ذرات (PSO)[10] و بهینهسازی فازی (FO)[11] اشاره نمود. در بهینهسازی گرادیانی، بدست آوردن جواب بهینه نیازمند محاسبه گرادیانها و تحلیل حساسیت[۱۲] است. روشهای تحلیل حساسیت در شکل ۱-۱ آورده شده اند.
شکل ۱-۱- رویکردهای مختلف برای تحلیل حساسیت ]۳[
علاوه بر مشکلات موجود در زمینه انتخاب روش بهینهسازی و نحوه تحلیل حساسیت، نحوه اعمال بار لرزهای نیز از عوامل مهم موجود در مساله بهینهسازی میباشد. بطور کلی بار ناشی از زلزله را میتوان به سه طریق بر سازه اعمال نمود:
الف. استاتیکی معادل (ESL)[13]
ب. تحلیل طیف پاسخ (RSA)[14]
پ. تحلیل تاریخچه زمانی (THA)[15]
در این تحقیق به بهینهسازی قابهای مهاربندی شده و مهاربندی نشده فولادی، تحت بارهای ثقلی و لرزهای، با بهره گرفتن از روش برنامه ریزی درجه دو متوالی (SQP)[16]و الگوریتم ژنتیکی (GA) پرداخته شده است. بار ناشی از زلزله نیز مستقیما با بهره گرفتن از روش تحلیل طیف پاسخ (RSA) بر روی سازه اعمال می شود. در انتها نتایج حاصل از اعمال این روشها بر روی قابهای ۴، ۱۰ و ۱۸ طبقه مهاربندی شده و مهاربندی نشده فولادی با یکدیگر مقایسه و بحث و بررسیهای لازم صورت گرفته است.
۱-۲-فرضیات تحقیق
فرضیات اعمال شده در این تحقیق عبارتند از :
تحلیل الاستیک خطی
چشمپوشی از اثرات اندرکنش خاک و سازه
استخراج قابها بصورت دو بعدی از کل سازه
چشمپوشی از ضوابط طراحی لرزهای و جزئیات اتصالات
۱-۳-لزوم انجام تحقیق
در مناطق لرزهخیز مانند کشور ما ایران، نیاز مبرمی به طراحی بهینه سازههای مقاوم در برابر زلزله میباشد. طراحی بهینه این سازهها نقش بسزایی در کاهش آمار خسارات و تلفات ناشی از زلزله دارد. در اکثر تحقیقات صورت گرفته که در فصل آتی به آنها اشاره میگردد، فرضیات ساده کننده زیادی مورد استفاده قرار گرفتهاند که در میان آنها میتوان به قاب برشی[۱۷]، ستون قوی-تیر ضعیف[۱۸] و غیره اشاره کرد. علاوه بر این فرضیات، هدف بسیاری از تحقیقات سالهای اخیر، مقایسه روشهای بهینهسازی با یکدیگر و کاهش زمان همگرایی نتایج بوده است. بنابراین لزوم تحقیقی که در آن، بهینهسازی با بهره گرفتن از قیود طراحی موجود در مبحث ۱۰ مقررات ملی ساختمان ایران (۱۳۸۷) و استاندارد ۲۸۰۰ (ویرایش سوم) و اعمال بارگذاری واقعی زلزله انجام شده باشد، به شدت احساس می شود.
۱-۴-شیوه تحقیق
برای طراحی یک سازه مقاوم در برابر زلزله، یکی از بهترین روشهای توصیه شده در آیین نامه های طراحی، روش تحلیل طیف پاسخ (RSA) میباشد. در این روش، پاسخهای سازه در محدوده الاستیک خطی میباشند و برخلاف روش تحلیل تاریخه زمانی، متغیر زمان از پاسخ حذف می شود ]۴[. برای انجام این روش، در ابتدا باید تحلیل مودال[۱۹] صورت گرفته و فرکانسهای طبیعی سازه محاسبه شوند. سپس با بهره گرفتن از طیف طرح، که در آن تمامی فرکانسهای ممکن در مقابل پاسخهای حداکثر رسم شده اند و با بهره گرفتن از روش آماری ترکیب مربعی کامل (CQC)[20]،پاسخهای حداکثر سازه محاسبه شوند. بنابراین تابعی در محیط MATLAB برای تولید طیف پاسخ الاستیک نوشته شده است که طیف جا به جایی (Sd)[21]، شبه سرعت (Spv)[22] و شبه شتاب (Spa)[23] زلزله دلخواه را با بهره گرفتن از حل عددی روش خطی نیومارک، برای محدوده دوره تناوب و میرایی دلخواه، محاسبه مینماید.
بجای استفاده از برنامه های تجاری آماده، برنامهای در محیط MATLAB نوشته شده است که قادر به انجام تحلیلهای استاتیکی، P-Delta و دینامیکی طیف پاسخ میباشد. این برنامه براساس روش المان محدود (FEM)[24] نوشته شده است، برای ایجاد محیطی کاربر پسند، ورودیهای برنامه در فایل پیوست اکسل (Excel) به برنامه معرفی میشوند. در این فایل باید مختصات گرهها، شماره المانها و گرههای ابتدا و انتهای آنها، درجه آزادی هر گره، بارهای متمرکز استاتیکی در هر گره، بارهای یکنواخت بر روی هر المان، مشخصات هر المان که شامل مدول الاستیسیته و جرم مخصوص میباشند و در انتها شتابنگاشت زلزله مورد نظر و میرایی ثابت سازه، وارد شوند. شکل ۱-۲ فلوچارت برنامه نوشته شده را نشان میدهد.
