بخشی از مقاله
چکیده
منحنی شکنندگی برای یک حالت حدی نشاندهنده احتمال فراگذشت میزانی از آسیب در سازه تحت زلزلهای با شدت مشخص است - مورد استفاده در تحلیل قابلیت اعتماد لرزهای سازهها - . در این مقاله، دو مدل شبکه عصبی دقیقتر نسبت به پژوهشی قبلأ انجام شده با شبکه عصبی برای تخمین منحنی شکنندگی فروریزش در سازه فولادی خمشی با در نظر گرفتن اثرات تغییرات موجود در پارامترهای مدل ممان- چرخش اصلاح شده آیبارا- کراوینکلر ارائه شده است. متغیرهای خروجی، میانگین و انحراف استاندارد در معادله بیانکننده منحنی شکنندگی فروریزش خواهند بود. ورودیهای مدل تخمین میانگین، 6 ورودی پژوهش قبلأ انجام شده و مقادیر متغیر خروجی - میانگین - بهترین مدل ساخته شده با 6 ورودی توسط نویسندگان این مقاله است.
ورودیهای مدل تخمین انحراف استاندارد نیز 6 ورودی پژوهش قبلأ انجام شده، مقادیر متغیر خروجی بهترین مدل ساخته شده توسط نویسندگان این مقاله برای تخمین میانگین با 6 ورودی و مقادیر متغیر خروجی بهترین مدل ساخته شده توسط نویسندگان این مقاله برای پیشبینی انحراف استاندارد با 6 ورودی است. در انتها این نتیجه بدست آمده است که مدلهای ارائه شده در این مقاله، دارای خطای کمتری در پیشبینی میانگین و انحراف استاندارد نسبت به مدلهای ارائه شده در تحقیق قبلأ انجام شده هستند.
-1 مقدمه
هدف از طراحی لرزهای بر اساس عملکرد، تعیین سازههایی است که در برابر اثرات احتمالی زلزله با شدتهای مختلف، عملکرد مناسبی داشته باشند. حالت حدی فروریزش جانبی در سالهای اخیر که به صورت ناپایداری جانبی سازهها تحت جنبشهای شدید زمین تعریف میگردد؛ توجه بسیاری از محققین را به خود معطوف نموده است. فروریزش ساختمانها یکی از عوامل اساسی خسارتهای مالی و جانی در زلزلههای گذشته بوده است. علاوه بر این مسئله، جلوگیری از فروریزش سازهها دغدغه دستورالعملهای نیرویی، عملکردی و نوین ارزیابی سازهها در برابر زلزله است. استفاده از الگوهای پیشبینی دقیقتر به منظور تعیین ظرفیت فروریزش سازهها با در نظر گرفتن منابع مختلف عدم قطعیتها به نتایج قابلاطمینانتر در ارزیابی لرزهای سازهها، تحلیل خطرپذیری سازهها در برابر زلزله و مدیریت عواقب ناشی از زلزله منتهی خواهد شد.[1]
دو منبع عدم قطعیت اصلی بر احتمال فروریزش سازهها تأثیرگذار هستند. این منابع شامل: عدم قطعیت تصادفی، ناشی از طبیعت ذاتی جنبشهای شدید زمین و عدم قطعیت دانش، ناشی از کمبود دانش و نادقیق بودن مدلهای احتمالی میباشند. در تعیین احتمال فروریزش، خصوصیت جنبشهای شدید زلزله، همانند : مدت زمان شتابنگاشت زلزله، محتوای فرکانسی زلزله و شدت زلزله به عنوان عدم قطعیتهای تصادفی و فرضیات استفاده شده در تعیین مدل مورد استفاده به عنوان بخش عدم قطعیتهای دانش طبقهبندی میشوند.[1]
در مطالعات محدودی از رویکرد شبکه مصنوعی در تخمین منحنیهای شکنندگی حالات حدی مختلف استفاده شده است.[1] در مقاله پاپی و خستهفر[1]، به منظور پیشبینی منحنی احتمالی فروریزش سازهها، دو مدل برای تخمین مقادیر میانگین و انحراف استاندارد منحنی احتمالی فروریزش ارائه شده است. در مقاله مذکور برای یک نمونه سازه فولادی که اطلاعات آن از مقاله خجسته فر و همکاران[2] برداشت شده است؛
100 مقدار احتمال فروریزش برای هر کدام از متغیرهای مدلسازی در بازه توزیعهای ارائه شده در منبع اصلی حاوی اطلاعات سازه فولادی با استفاده از دستور Latin Hypercube Sampling - LHSdesign - در نرمافزار MATLAB شبیهسازی شده است و سپس برای هر کدام از مقادیر احتمال بدست آمده، مقدار متناظر آن پارامتر مدلسازی محاسبه شده است. در انتها نیز مقادیر میانگین و انحراف استاندارد منحنیهای شکنندگی هر شبیهسازی با استفاده از دادههای منحنیهای روش تحلیل دینامیکی غیرخطی افزایشی Increased nonlinear dynamic analysis - IDA - محاسبه شده است. در این مقاله سعی میشود که با اضافه نمودن ورودیهای جدید، مدلهایی با خطای کمتر ارائه شود. شایان ذکر است که از نرمافزار MATLAB 2014 و جعبهابزار nftool - شبکه عصبی - برای مدلسازی استفاده میشود.
-2 توزیع احتمالی بهینه برای بیان منحنی شکنندگی فروریزش
در تحقیقات گذشته نشان داده شده است که توزیع احتمال لوگ- نرمال، توزیع احتمالی بهینه برای بیان منحنی شکنندگی فروریزش است.[1] با استفاده از توزیع احتمالی لوگ- نرمال، معادله شکنندگی به صورت معادله - 1 - بدست خواهد آمد: که در آن، تابع توزیع گوسی، IM پارامتر شدت زلزله، c مقدار میانگین و c پراکندگی تابع احتمالی فروریزش است.[1]
-3 مطالعه موردی: سازه نمونه فولادی
قاب مورد نظر، قاب سه دهانه 5 طبقه میباشد. تعداد گرهها 24 و تعداد المانها 35 میباشد. ستونها با مقطع Box و تیرها با مقطع W section تعریف شدهاند. ارتفاع طبقات، 3 متر و طول دهانهها 5 متر و تمامی دیافراگمها به صورت صلب در نظر گرفته شدهاند. نوع خاک منطقه نیز D لحاظ شده است. بارهای ثقلی بر مبنای جدول1 در نظر گرفته شدهاند. دوره تناوب طبیعی ساختمان در مود اول ارتعاشی، 12128 ثانیه در نرمافزار OpeSees برآورد شده است. ضمنأ از فولاد ST37 استفاده شده است - مقاومت تسلیم اسمی مصالح فولادی، 241 مگاپاسکال در نظر گرفته شده است - . پلان ساختمان مورد مطالعه در شکل1و همچنین مدل تحلیلی در نظر گرفته شده برای قاب نمونه در شکل2 نشان داده شده است.
سازه در پلان و ارتفاع متقارن فرض شده است. بنابراین امکان تحلیل دو بعدی یک قاب به عنوان نشاندهنده عملکرد کل سازه امکانپذیر است. بیشینه گریز نسبی طبقه Inter-story Drift Ratio - IDR - به عنوان پارامتر نیاز مهندسی انتخاب شده است. به این دلیل که این پارامتر نشاندهنده عملکرد کلی ساختمان است و ارتباط مناسبی با فروریزش کلی سازه دارد. شتاب طیفی در دوره تناوب اول سازه، SA - T1 - به عنوان معیار شدت انتخاب شده است. این پارامتر شدت در بسیاری از تحقیقات استفاده شده است و کارایی و کفایت آن در تعیین آسیب لرزهای سازهای که هدف اصلی تحلیل شکنندگی است، به اثبات رسیده است.[1]
