بخشی از مقاله
چکیده
امروزه میخکوبی در بسیاری از نقاط جهان برای پایدار کردن گودها و شیبها مورد استفاده قرار میگیرد و به دلیل اقتصادی بودن و مزایای منحصربهفرد خود، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به اینکه در اکثر پروژههای عمرانی مسئله هزینه و اقتصادی کردن پروژه یکی از دغدغههای اصلی مهندسان است، همواره تلاش شده است که با راهحلهایی هزینههای پروژه تا حدی قابل قبولی پایین آورده شود. یکی از این روشها استفاده از الگوریتمهای بهینهسازی است.
در این مقاله با استفاده از الگوریتم بهینهسازی گرگ خاکستری یک طرح بهینه میخکوبی برای شیب ها ارائه شده است. فرمولهای تعادل حدی برای محاسبهی پایداری کلی و داخلی منظور شده است. ضریب توزیع نیرو، زاویهی انحراف و فاصله قائم به عنوان متغیر در نظر گرفته شده است و مقدار نیروی بهینهی کل میخهای مورد نیاز برای بالا بردن ضریب اطمینان به حد مطلوب، به دست آمده است. در این مقاله استفاده از زاویه انحراف افقی برای میخها، سهم بسزای میخهای ناحیه پایینی نسبت به میخهای ناحیه بالایی و موثر نبودن افزایش طول میخها از یک حد مشخص، در جهت افزایش ضریب اطمینان نتیجهگیری شده است.
-1 مقدمه
لزوم توجه به پایدارسازی شیبها با روشهای مدرن و کم هزینه که رفتار سازهای مناسبی را نیز از خود به نمایش می گذارند، استفاده از روش میخکوبی را به عنوان یک روش تسلیح مناسب مورد توجه قرار میدهد. در شرایط طبیعی، زمین و خاک های تشکیل دهنده لایههای آن در حال تحمل و انتقال تنشهای موجود میباشند . هر عملی که باعث شود تعادل تنشها بر هم بخورد می تواند پایداری آن را به مخاطره بیندازد. با توجه به بارهای وارده و مشخصات مکانیکی و مهندسی خاک، عدم تعادل سیستم می تواند به فرم های مختلفی خود را نشان دهد که از جمله آنها میتوان به نشست زمینهای اطراف، ناپایداری دیوارهای گودبرداری شده و فروریزش ساختمانهای مجاور و ... اشاره کرد که باید با روشهای مناسب پایدارسازی، و ایمنی آنها تأمین گردد
یکی از روشهای پایدارسازی شیبها و گودبرداریهای ساختمانی، روش میخکوبی است که برای اولین بار در سال 1973 در کشور فرانسه به کار گرفته شد و در سالهای اخیر به طور روزافزونی برای پایدارسازی گودها و شیبها بکار میرود ]ٌ. [ تاکنون روشهای مختلفی برای طراحی این قبیل سیستمها ارائه گردیده که از جمله آنها میتوان به روش FHWA، روش فرانسوی، روش آلمانی و روش Davis که بیشتر در آمریکا مورد استفاده قرار میگیرد، اشاره کرد.
امروزه با توجه به اینکه در اکثر پروژههای عمرانی مسئله هزینه و اقتصادی کردن پروژه یکی از دغدغههای اصلی مهندسان است همواره تلاش بر این شده است که با راهحلهایی هزینههای پروژه تا حدی قابل قبولی پایین آورده شود. یکی از این روشها استفاده از الگوریتمهای بهینهسازی است. فرآیند بهینهسازی در حقیقت یافتن بهترین خروجی یا نتیجه، در عملکرد یک سیستم با توجه به شرایط و قیود حاکم بر آن است. در طراحی بهینه سازه، هدف تعیین بهترین و سبکتررین سازه، یا بهبود متغیرهای هندسی و مصالح سازه است.
-2 بهینه سازی
بهینهسازی به عنوان ترکیبی از مباحث ریاضیات و اقتصاد در سالهای اخیر کاربرد وسیعی در شاخههای گوناگون علوم نظیر مهندسی، علوم طبیعی، شیمی و ... داشته است. در دهههای اخیر، روشهای مبتنی بر پدیدههای طبیعی مطرح شدهاند که با توجه به مزیتهایی همچون عدم وابستگی به نقاط انتخابی اولیه، عدم نیاز به محاسبات مربوط به گرادیان و امکان بهینهیابی کلی، این روشها بسیار مورد توجه قرارگرفته اند. بهینهسازی عبارت است از رسیدن به بهترین نتیجه، در مورد یک عملیات، درحالی که محدودیتهای مشخصی برآورده شده باشد. تمایل به داشتن سازههایی سبک، کارا و ارزان به نوبهی خود بر ضرورت آگاهی یافتن مهندسان از فنون بهینهسازی وزن، حجم و هزینهی سازهها تأکید میکند.
بهینهسازی مربوط به شاخهای از علوم است که سعی در یافتن راه حل های مناسب برای مسائلی که به صورت تابع هدف، همراه با تعدادی تابع محدودیتی بیان میشوند، دارد. یک تابع هدف، یک بردار ورودی به عنوان متغیر مستقل می گیرد و بردار خروجی یا همان بردار جواب را پس میدهد. معمولاً مناسب است که تابع هدف به صورت یک فضای n بعدی تعریف شود که n تعداد مقادیر ورودی است که متغیری در آن حرکت میکند تا به بالاترین یا پایینترین نقطه برسد. توابع محدودیتی، جستوجوی این منطقه را به مناطق ویژه محدود میکنند.
به طور ساده همهی مسائل بهینهسازی، تنها یک جستوجو برای یافتن بهترین ترکیب از مقادیر ورودی به یک تابع هدف است که با در نظر گرفتن محدودیتهایی، یک سری جواب بهینه از مقادیر خروجی ایجاد میکند. اگر چه این کار از لحاظ مفهوم و اصول ساده به نظر میرسد، ولی یافتن راهحلهای مناسب برای تمام توابع محدودیتی و تابع هدف بسیار مشکل است. چرا که غالباً فضاهای جستوجو بسیار بزرگ هستند. علاوه بر آن بسیاری از مسائل، شامل تعدادی از بیشینه و کمینههای محلی هستند که محل یابی آن ها مشکل است. هر مجموعهای از متغیرها بیانگر یک طرح سازهای میباشند. بدیهی است که برخی از طرح ها جواب های مناسبی برای مسئله بهینهسازی میباشند و بقیه طرح ها ممکن است به لحاظ رفتار و عملکرد مناسب نباشند ]ٍ. [ هر طرحی که تمامی نیازهای مورد لزوم را برآورده سازد، یک طرح مجاز نامیده میشود و به تمامی محدودیتهایی که باید برآورده شوند تا طرح به عنوان یک طرح مجاز تلقی شود، قیود گفته میشودقیود. معمولاً به کمک یک مجموعه نامساوی به صورت زیر بیان میشود:
که Ng تعداد قیود نامساوی است و x بردار متغیرهای طراحی میباشد.
مفهوم بهینهسازی ایجاب میکند که تابع شایستگی F x یا توابع شایستگی f1 x , f2 x , ..., fn x F x وجود داشته باشد
تا بتواند بهبود یابد و از آن به عنوان معیار مؤثر بودن طراحی استفاده شود. اصطلاح معمول برای چنین توابعی، توابع هدف است. انتخاب تابع هدف در مسائل بهینهسازی یک امر مهم میباشد، زیرا با انتخاب نادرست آن فرآیند طراحی فاقد ارزش خواهد بود. در بیشتر کارهای علمی، حجم سازه به عنوان تابع هدف انتخاب میشود و ما به دنبال کمینه کردن این پارامتر خواهیم بود. در حالت کلی تابع هدف، یک تابع غیرخطی از متغیرهای طراحی میباشد.
-3 الگوریتم بهینه سازی گرگ خاکستری
یکی از روش های جدیدی که در زمینه بهینه سازی توسط آقایان سید علی میرجلالی و همکاران در سال 2013 ارائه شده است، روش الگوریتم بهینهسازی گرگ خاکستری - GWO - است .[3] الگوریتم بهینهسازی گرگ خاکستری، از سلسله مراتب رهبری و مکانیزم شکار طبیعی گرگها تبعیت میکند. 4 مدل گرگ خاکستری آلفا،بتا،دلتا و امگا برای شبیهسازی سلسله مراتب رهبری در این روش مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین در این الگوریتم 3 مرحله اصلی شکار یعنی، جستجو برای طعمه، احاطه کردن طعمه و حمله به طعمه استفاده شده است. این روش جزو دستهای از روشهای فراکاوشی است که از رفتار اجتماعی جمعیت تبعیت میکند.
-1-3 چگونگی الهام گرفتن الگوریتم
گرگهای خاکستری به خانواده سگ سانان - Canidae - تعلق دارند. آنها به عنوان رأس شکارچیان در نظر گرفته میشوند، به این معنی که در بالای زنجیره غذایی قرار دارند. گرگهای خاکستری عمدتاً ترجیح میدهند تا در یک گروه زندگی کنند و اندازه جمعیت گروه به طور میانگین 5 تا 12 عدد است. از ویژگیهای به خصوص آنها این است که یک سلسله مراتب غالب اجتماعی سخت دارند، همانگونه که در شکل - 1-3 - نشان داده شده است. رهبران گروه از جنس، 1 نر و 1 ماده بوده و به عنوان آلفا شناخته میشوند.
آلفا عمدتاً پاسخگو برای تصمیم گیری در مورد خواب، مکان، زمان خواب، و هر چیز دیگری هستند. تصمیمات آلفاها به گروه تحمیل می-شود. با این وجود برخی رفتار دموکراتیک نیز مشاهده شده است که یک آلفا از گرگهای دیگر گروه تبعیت میکنند. در نتیجه گروه-های داخلی، آلفا را با پایین آوردن دمشان تأیید میکنند. گرگ آلفا به عنوان گرگ غالب نامیده میشود به این دلیل که دستوراتش بایستی توسط سایر اعضای گروه اطاعت شود.
