بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله طرح بهینه ساختمانهای بلند در برابر زلزله در حالت الاستوپلاستیک با متغیرهای پیوسته و گسسته مورد نظر است. ابتدا سازه اصلی با استفاده از روش تکرار در زیرفضا، به سازه با درجات آزادی کوچکتر تبدیل میشود. سپس سازه حاصل با استفاده از روش تقریبی بار استاتیکی افزایشی، به یک سازه با یک درجه آزادی تبدیل شده و پاسخ سازه با یک درجه آزادی محاسبه میشود. سپس با یک روند معکوس پاسخ سازه اصلی محاسبه شده و سازه با محدودیت پاسخ دینامیکی بهینه میشود. جهت بهینهسازی از روش ترکیبی الگوریتم وراثتی و شبیهسازی بازپخت فلزات استفاده میشود. در روش ترکیبی، بهینهسازی بر اساس الگوریتم وراثتی انجام شده، و احتمال انجام عملگرهای الگوریتم وراثتی با در نظر گرفتن معیار سیگموید کنترل میشود.
١- مقدمه
جهت طرح بهینه سازهها در برابر زلزله نیاز به محاسبه پاسخ دینامیکی و تنش در نقاط مختلف سازه است. در روشهای معمول بهینهسازی در برابر زلزله، ابتدا نیروهای مؤثر بر درجات آزادی سازه بدست آمده، سپس براساس این نیروها، پاسخ دینامیکی سازه محاسبه میگردد. جهت ایمنی سازه در برابر زلزله محتمل، طرح سازه در محدوده الاستیک-پلاستیک ضروری است. با توجه به نوع اعمال بار ناشی از زلزله بر یک سازه که در یک مدت زمان نسبتاﹰ طولانی اعمال میشود، محاسبه تاریخچه زمانی پاسخ سازه مخصوصاﹰ برای سازهای بزرگ امر مشکلی است. با توجه به این موضوع، لزوم استفاده از تحلیلهای تقریبی بدیهی به نظر میرسد. در این زمینه در مراجع ]١-٤[ با استفاده از روشهای تقریبی، سازها در برابر زلزله تحلیل و بهینه شدهاند.
مشکل طرح بهینه سازهها در مقابل بارهای دینامیکی با توجه به مطالب گفته شده حادتر است. این امر نیز به دلیل ماهیت بهینهیابی است. در این زمینه قابهای دو بعدی در برابر زلزله با استفاده از تبدیل سازه اصلی به سازه با یک درجه آزادی با استفاده از بار استاتیکی افزایشی ] - Push Over - ٥[ بهینه شدند ]٤.[ روش مذکور برای سازههای کوتاه عملکرد مناسبی دارد. دلیل این موضوع آن است که در سازههای کوتاه مود اول ارتعاشی سازه غالب بوده، و روش مذکور در واقع مشابهسازی مود ارتعاشی اول سازه است. ولیکن در سازههای بلند به دلیل آنکه بیش از یک مود - مود اول - در پاسخ دینامیکی سازه موثر است کارایی خوبی نشان نمیدهد.
در این مقاله طرح بهینه ساختمانهای برشی بلند در برابر زلزله با روش دقیق و تقریبی در محدوده الاستیک- پلاستیک مورد نظر است. در روش دقیق، پاسخ دینامیکی سازه، با یکی از روشهای تحلیل دینامیکی سازهها محاسبه شده، و سازه مورد نظر با محدودیت پاسخ دینامیکی بهینه میشود. در روش تقریبی، ابتدا با استفاده از روش تکرار در زیر فضا ]٦[ و بار استاتیکی افزایشی، سازه اصلی به یک سازه با یک درجه آزادی تبدیل شده، و پاسخ سازه حاصل محاسبه میگردد. سپس با یک روند معکوس پاسخ سازه اصلی بدست میآید.
پس از اینکار سازه مذکور با استفاده از متغیرهای پیوسته و گسسته با محدودیت پاسخ دینامیکی بهینه میشود. برای بهینهسازی، از روش ترکیبی ﮊنتیک و شبیهسازی بازپخت فلزات استفاده میشود. در مراجع ]٧-٩[ اصلاحاتی در الگوریتم وراثتی ساده برای طرح بهینه، پیشنهاد شده است. روش پیشنهادی نوسانات الگوریتم وراثتی ساده را در روند همگرایی کمتر کرده، و تعداد نسلهای لازم برای رسیدن به جواب کمینه را کاهش داده است. در انتها نتایج بهینهسازی یک ساختمان ٣٥ طبقه در برابر زلزله ناغان ارائه میشود.
٢- تحلیل دینامیکی سازه با N درجه آزادی
در روش دقیق، پاسخ دینامیکی سازه با روش آنالیز مودال محاسبه میشود ]١٠.[ در روش تقریبی ابتدا سازه اصلی با N درجه آزادی با روش تکرار در زیر فضا به یک سازه با n درجه آزادی - - N n تبدیل میشود، سپس با استفاده از روش بار استاتیکی افزایشی سازه مورد نظر به سازه با یک درجه آزادی تبدیل شده و پاسخ دینامیکی الاستوپلاستیک سازه حاصل محاسبه میشود. حال با داشتن پاسخ دینامیکی سازه با یک درجه آزادی پاسخ دینامیکی سازه باn درجه آزادی با یک روند معکوس محاسبه میشود؛ سپس پاسخ سازه اصلی از روی پاسخ سازه باn درجه آزادی با استفاده از روش تکرار در زیرفضا محاسبه میگردد.
