بخشی از مقاله
چکیده:
با توجه با ضرورت استفاده از قابهای شکلپذیری در مناطق لرزه خیز و با عنایت به روابط نسبتا پیچیده و وقتگیر ارایه شده در آیین نامهها به منظور کنترل شکلپذیری، در این تحقیق جهت تسهیل در کنترل شکلپذیری قابهای خمشی، رابطهای ساده به جای روابط پیچیدهی آیین نامه ارائه گردید. بدین منظور 500 قاب که تحلیل وطراحی شدهاند به طور تصادفی انتخاب و به کمک تحلیل استاتیکی غیر خطی نرم افزار MATLAB شکلپذیری آنها محاسبه گردید. با بررسی نتایج مشخص گردید که نسبت ممان اینرسی ستون به تیر بیشترین نقش را در شکلپذیری دارد و اگر این نسبت از 2/8 بیشتر باشد، رابطهی نسبتا پیچیدهی آیین نامه جهت کنترل شکلپذیری قاب خمشی ویژه قطعا جوابگو خواهد بود.
ضمنا در این تلاش به بررسی نقش تعداد دهانه، طول دهانه، تعداد طبقات، ارتفاع طبقات، نسبت ممان اینرسی ستون به تیر و فاصله مفصل پلاستیک از بر ستون در شکلپذیری قاب خمشی نیز پرداخته شدهاست. در پایان شکلپذیرترین قابهای این تحقیق به کمک الگوریتم ژنتیک وشبکهی عصبی نرم افزار MATLAB بدست آمدند و نتایج حاصل از این قابها منطبق بر نتایج بدست آمده از تحلیلهای استاتیکی غیر خطی توسط نرم افزار ETABS بود.
واژگان کلیدی: قاب خمشی، شکلپذیری، تحلیل استاتیکی غیرخطی، الگوریتم ژنتیک، شبکه عصبی.
-1 مقدمه
امروزه در مناطق با لرزهخیزی شدید استفاده از سیستمهایی با شکلپذیری بالا گسترش چشمگیری یافتهاست. در این میان قاب خمش به علت شکلپذیری زیادی که دارد حائز اهمیت میباشد. دو عامل اتصالات و اعضای قاب - تیرها و ستونها - در شکلپذیری قابهای خمشی مؤثر میباشند. در این پژوهش بر روی اعضای قابها تمرکز شدهاست و عوامل زیر برای شکلپذیری قابهای خمشی درنظر گرفته شدهاست:تعداد دهانهها طول دهانهها تعداد طبقات ارتفاع طبقه ممان اینرسی تیرممان اینرسی ستون موقعیت مفصل پلاستیک از برستون. هر یک از این متغیرها با دامنههای 15 تا 20 عضوی مطابق جدول یک درنظرگرفتهشدهاست.
برای بررسی این قابها باید تعداد 20 × 13 × 30 × 6 × 20 ×20 = 18720000 قاب بهطور جداگانه در نرمافزارهای تحلیل ساختمان ETABS , SAP ترسیمشده و تحلیل گردند . اگر ترسیم و تحلیل هریک از این قابها 5 دقیقه طول بکشد و در هر روز 15 ساعت وقت صرف شود حدود 57 سال طول میکشد تا شکلپذیری تمام قابهای - موردنظر بررسیگردد. در بعضی از تحقیقات مهندسی عمران نیازمند به بررسی دامنهی وسیعی از اطلاعات هستیم که این اطلاعات باید با نرمافزارهای کامپیوتری تجزیه و تحلیل گردد و این موضوع به وقت زیادی نیازمند است و حتی انجام بعضی از این تحقیقات را غیرممکن میکند.
برای این منظور نیاز ضروری به الگوریتمهای ژنتیک داریم. در این تحقیق تعداد 500 قاب که بعضی به صورت تصادفی و بعضی انتخابی درنظر گرفتهشدهبود تحلل وطراحی گردید و سپس به کمک نرمافزار ETABS تحلیل استاتیکی غیرخطی - پوشآور - انجامگردید. برای بررسی اثر هریک از عوامل در شکل-پذیری، آن عامل را تغییر داده و سایر متغیرها ثابت درنظر گرفتهشد؛ پس از بررسی نتایج بدستآمده نقش هر یک از عوامل دخیل در شکلپذیری بدستآمد.در مبحث دهم از مقرراتملی] دفتر تدوین وترویج مقررات ملی ساختمان، 1387، [377 و آییننامهی طراحی ساختمانها دربرابر زلزله ] 2800 کمیتهی دائمی بازنگری آییننامهی طراحی در برابر زلزله، 1385 ،[96 برای مناطق با لرزهخیزی شدید فرمولهایی نسبتا پیچیده ارائهشده که پس از طراحی قابها باید شکلپذیری آنها با این فرمولها کنترل گردد.
در این تحقیق نیز جهت سادهسازی طراحی با بررسی این فرمولها برای بیش از 100 قاب طراحیشده عددی بدست آمد که اگر نسبت ستون به تیر از این عدد بیشتر شد دیگر نیازی به کنترل روابط ذکرشده در مراجع فوقالذکر نباشد.به جهت بررسی شکلپذیرترین قابها در بین میلیونها قاب درنظر گرفتهشده در این تحقیق از الگوریتم ژنتیک نرم-افزار MATLAB استفاده گردید؛ از آنجایی که رابطهی بین متغیرها غیرخطی بود برای تابع برازش الگوریتم ژنتیک به شبکهیعصبی نیازگردید؛ به کمک شبکهیعصبی رابطهی بین متغیرها بدستآمد و سپس به کمک الگوریتم ژنتیک و بهینهسازی رابطهی بدستآمده تعدادی از شکلپذیرترین این قابها بدستآمد.
مطالعات ارزشمندی در زمینهی بهینهسازی قابهای فولادی با استفاده از الگوریتم ژنتیک و شبکهیعصبی انجام شده-است.[kameshki, and saka, Hayalioylv and deyertekin, 2006, 52] برای مثال حداقلسازی وزن سازهها و خرپاهای فضای کار [saka, erbatur, hasan celebi, 2003]حداقلسازی هزینههای ساخت kameshki] [saka, Hayalioylv, and deyertekin, 2006,52 بهینهسازی هندسی مقاطع سوله [saka, 2003 ,1969] مطالعات فراوانی نیز به کمک الگوریتم ژنتیک در داخل ]افکار، مظلوم،1390، 135، عبدلی، ابراهیم زاده ، کارگریان ،26،[1388 و خارج ازکشور Nobahari,]Seyedpoor,2011,1801.chaekuk,Sun,Pil,Kim,2011,2775.Kameshki,Saka,2001,1087] انجام شدهاست که این نشاندهندهی کاربرد فراوان این الگوریتم در تحقیقات مهندسی عمران میباشد.
-2 قاب خمشی
-1-2 مشخصات قاب خمشی
در حالت کلی از لحاظ پیکربندی،این سیستم ازشبکههای مستطیلی تیرهای افقی و ستونهای قائم با اتصالات صلب تشکیل یافتهاست. این سیستم باید مقاومت و سختی لازم را جهت مقابله با بارهای ثقلی و نیروهای زلزله و تغییرشکلهای ناشی از آن داشته باشد.سیستم قاب خمشی به لحاظ رفتاری که در برابر بارهای جانبی از خود نشانمیدهد در اغلب سازههای فولادی بهکاربرده-میشود. مهمترین خاصیت این سیستم نحوهی اتصال اعضای آن میباشد که به نحو مؤثری در رفتار سازهای و پایداری
