بخشی از مقاله
چکیده
تیرهای پیوند مرکب بتنی- فولادی در سیستم دیوار برشی کوپله، یک فرم توسعه یافته جدید از تیرهای کوپله میباشند.×این تیرهای پیوندی دارای ظرفیت تغییر شکل زیادی بوده و در نتیجه از قابلیت استهلاک انرژی بسیار خوبی برخوردارند. در مطالعه حاضر، ظرفیت برشی تیرهای پیوند مرکب به صورت مقاطع فولادی پر شده با بتن بهدقت مورد بررسی قرار گرفته و سپس به کمک برنامهریزی ژنتیک رابطهای جهت تخمین ظرفیت برشی تیر پیوند مرکب ارائه میشود.
جهت آموزش و آزمایش مدلهای ایجاد شده به وسیله برنامهریزی ژنتیک از 8 مجموعه داده استفاده شدهاست، این دادهها از مقالات منتشر شده استخراج شده اند. در نهایت برای صحت سنجی و بهدست آوردن میزان خطای عملکرد مدلهای ایجاد شده، از شاخصهای آماری مانند ضریب همبستگی، میانگین مربعات، جذر میانگین مربعات و قدرمطلق میانگین استفاده شده است. نتایج نشان میدهند که روش برنامهریزی ژنتیک مدلهای دقیقی ارائه میدهد. علاوه بر این، از آنجایی که برنامهریزی ژنتیک رابطهای صریح بین متغیرها ارائه میکند، میتواند به عنوان معیاری مناسب برای تخمین ظرفیت برشی تیر پیوند استفاده شود.
-1 مقدمه
سیستم دیوار برشی کوپله متشکل از دو یا چند دیوار برشی است، که به وسیلهی تیرهای رابط به یکدیگر متصل میشوند، دیوار برشی یک سیستم بسیار مقاوم در برابر بارهای جانبی ناشی از زلزله میباشد. این سیستم به طور گسترده در ساختمانهای با ارتفاع متوسط و بلند استفاده شده است. با افزایش ارتفاع ساختمان، نیروهای داخلی در اعضای سازه ای آن به طرز قابل توجهی افزایش مییابد. برای غلبه بر این مشکل، یک سیستم دیوار برشی کوپله جدید، تشکیل شده از تیرهای پیوند کامپوزیتی توسط Nie و همکاران پیشنهاد گردید . - Nie, 2014 - در این سیستم پیشنهادی به دلیل پیکربندی مشابه دیوارهای برشی و تیرهای پیوند - هر دو از مصالح و مقاطع یکسان تشکیل شدهاند - به آسانی میتوان آنها را با سختی، ظرفیت برشی و ظرفیت تغییر شکل منطبق با هم طراحی نمود.
در سه دههی گذشته تلاشهای زیادی برای توسعه فرمهای موثر و جدید تیرهای پیوند انجام شده است، که هدف از این تحقیقات، بهبود عملکرد لرزه ای دیوارهای برشی کوپله میباشد. استفاده از تیرهای بتنی تقویت شده با ورقهای فولادی یک گزینه مناسب جهت جایگزینی با تیرهای رابط بتنی رایج میباشد. این تیرهای رابط بتنی که توسط ورقهای فولادی تقویت میشوند، نیروی برشی بیشتری را تحمل کرده و در برابر تغییر شکلهای پلاستیک، مقاومت قابل توجهی از خود نشان میدهند مشکلات رایج تیرهای پیوند بتن مسلح، به مقدار زیادی با جایگزینی این تیرهای پیوند با مقاطع فولادی مدفون در بتن کاهش یافتند.
علاوه بر این مطالعات آزمایشگاهی، مدلسازی اجزای محدود و روند طراحی برای تیرهای رابط کامپوزیت توسعه داده شدند - . - Lam, 2005; Su, 2009 تیر رابط کامپوزیت پیشنهاد شده توسط - 2001 - Gong مشابه سایر تیرهای رابط کامپوزیت بتنی- فولادی میباشند؛ با این تفاوت که در آن ورقهای فولادی با مقاطع آی شکل فولادی جایگزین شده اند - شکل . - 1 آزمایش اعضای سازهای و غیر سازه ای انجام شد تا رفتار لرزه ای تیر رابط، اتصالات تیر رابط و دیوار برشی و همچنین رفتار کلی دیوار برشی کوپله مورد بررسی قرار گیرد. بر اساس مطالعات آزمایشگاهی صورت گرفته، راهنما و نشریههای مختلفی در جهت طراحی بهتر و درک بهتر جزئیات تیر رابط کامپوزیت و اتصالات تیر رابط به دیوار برشی پیشنهاد گردید . - Gong, 2001 -
در ایالات متحده، پژوهشهای اخیر در رابطه با سیستم دیوار برشی، بر روی سیستم دیوار برشی مرکب تمرکز دارند. که در آن دیوارهای برشی بتن مسلح توسط تیرهای رابط فولادی به یکدیگر متصل میشوند. تحلیلهای پوش اور توسط Tawilو - 2002 - Kuenzil، تحلیلهای دینامیکی غیرخطی توسط Hassan و - 2004 - Tawli، شدند و نظریههای طراحی توسعه یافتند . - El-Tawli, 2010 - تحقیقات متعددی رفتار تیرهای رابط کامپوزیت بتنی- فولادی را مورد بررسی قرار داده اند .
همچنین برای دیوارهای برشی کامپوزیت بتنی- فولادی نیز مطالعات تئوری و آزمایشگاهی صورت گرفت و نظریههای طراحی با دقت قابل قبولی نیز پیشنهاد شدند . - Nie, 2013; Hu, 2014 - مطالعات آزمایشگاهی به جهت شناخت رفتار لرزهای و مکانیزم تیرهای رابط کامپوزیتی صورت میگیرند. به این جهت 8 نمونه تیر رابط کامپوزیت با نسبت طول دهانه به ارتفاع، ضخامت ورق فولادی و نسبت ظرفیت خمشی به ظرفیت برشی متفاومت تحت بارگذاری دورهای معکوس، مورد آزمایش قرار گرفته اند. روند پیشرفت حالات حدی، رفتار هیسترزیس و میزان تغییر شکل و استهلاک انرژی تیرهای رابط کامپوزیتی مورد مطالعه قرار گرفت . - Nie, 2014 - حال بر اساس نتایج این آزمایشات ظرفیت برشی تیر رابط کامپوزیت بهطور دقیق در این پژوهش مورد مطالعه قرار میگیرد.
همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است؛ وقتی یک دیوار برشی کوپله تحت بار جانبی قرار میگیرد در طول تیر پیوند نیروی برشی ثابتی ایجاد میگردد و نقطه عطف نمودار توزیع خمشی تقریبا در وسط دهانه قرار میگیرد؛ زیرا معمولا سختی جانبی پایههای دیوار برشی کوپله به مقدار قابل توجهی بیشتر از سختی جانبی تیر پیوند متصل به آن میباشد. بنابراین سختی برشی تیر پیوند - vu - که عبارت است از حداکثر نیروی برشیای که تیر پیوند می تواند تحمل کند، از رابطه - 1 - بدست میآید: - با فرض چشم پوشی از برهم کنش نیروهای خمشی و برشی -
:Mu,fle لنگر خمشی در دو انتهای تیر پیوند :lb طول دهانه تیر پیوند
رابطه - 1 - در اکثر آیین نامههای معتبر طراحی نظیر ACI318-11 و ANSI/AISC341-10 جهت بدست آوردن ظرفیت برشی فرمهای مختلف تیر پیوند نظیر تیرهای پیوند بتن مسلح، تیرهای پیوند فولادی و همچنین تیرهای پیوند مرکب، به صورت تقویت تیر پیوند بتنی با مقاطع فولادی بیان شده است. روابط طراحی بر اساس نیروی برشی به دلیل مکانیزمهای مختلف برش در فرمهای مختلف تیر پیوند متفاوت میباشند. بنابراین برای تیرهای پیوند مرکب به صورت مقاطع فولادی پر شده با بتن، به دلیل داشتن مکانیزم برش متفاوت با تیرهای پیوند بتن مسلح، نیاز به روابطی متفاوت با رابطه - 1 - به شدت احساس میشود.
-2 مواد و روشها
• برنامه ریزی ژنتیک
برنامهریزی ژنتیک - GP - که اولین بار توسط Koza در سال 1992 معرفی شد، شاخه ای از الگوریتم ژنتیک است که جزء الگوریتمهای تکاملی میباشد . - Goldberg, 1989 - برنامهریزی ژنتیک همانند الگوریتم ژنتیک عمل میکند. با این تفاوت که الگوریتم ژنتیک بر روی رشتههای بیتی ولی برنامهریزی ژنتیک از ساختارهای درختی برای تولید جواب بهینه، استفاده میکند. در روش برنامهریزی ژنتیک هیچ ساختار از قبل تعیین شده ای بین متغیرهای ورودی خروجی وجود ندارد و ساختار مدل و نیز ضرایب بهینه طی فرایند مدل سازی تولید میشوند - . - Ghorbani, 2010 ساختارهای درختی برنامه ریزی ژنتیک از مجموعه عملگرها یا توابع - که همان عملگرهای ریاضی و یا منطقی مورد استفاده در روابط است - و مجموعه ترمینالها یا پایانه - که متغیرها و اعداد ثابت مساله مورد بررسی را در بر میگیرد - تشکیل شده اند.
برنامهریزی ژنتیک کار مدلسازی را با انتخاب تصادفی مدلهایی از فضای موجود شروع میکند، سپس بر اساس روشهای مختلف انتخاب، مانند رتبه بندی - افراد با برازندگی بیشتر رتبههای بالاتری کسب میکنند - و یا انتخاب تورنمتی یا مسابقه ای، - از مجموعه مدلهای موجود مدلهایی به صورت تصادفی انتخاب میشوند و این افراد بر اساس برازندگی مرتب شده و برازندهترین آنها انتخاب میشوند. - افرادی برای اعمال عملگرهای ژنتیکی مانند تلاقی و یا جهش انتخاب میشوند. این عملگرهای ژنتیکی به افراد انتخاب شده فرزندان تولید میشوند. لازم به ذکر است که عملگر تلاقی ژن یا والد مربوطه را حفظ میکند ولی جهش باعث تغییر ناگهانی در ساختارهای درختی میشود . - Ghorbani, 2010 - فرآیند مدلسازی با توجه به معیار خاتمه ادامه مییابد و زمانی
