بخشی از مقاله
خلاصه
در مقاله حاضر الگويهایی با توزیعهاي متفاوت بار جانبی در ارتفاع، در روند طراحی قابهاي خمشی فولادي بکار گرفته شدهاند. سپس براي دستیابی به توزیع منحصر به فردي از مقاومت و سختی تحت هر یک از الگوهاي بکار رفته، از بهینه یابی مقاطع سازه با روش الگوریتم توارثی استفاده شده و در مرحله بعد مدلهاي حاصل با روش تاریخچه زمانی غیرخطی تحت زمین لرزههاي مختلف تحلیل شده اند.
مهمترین نتایج حاصل نشان میدهد که اختصاص نیروهاي جانبی کوچکتر به طبقات فوقانی، ضمن تعدیل بیشتر در برش پایه دینامیکی، به صرفه جویی بیشتري در وزن مصالح قاب منجر می شود و در مقابل اختصاص نیروهاي جانبی بزرگتر به طبقات فوقانی، میتواند به توزیع یکنواختتري از گریز در طبقات تحت محتواي فرکانسی زلزله واقعی منجر شود.
.1مقدمه
با توجه به ماهیت بارهاي لرزهاي که به صورت شتاب پایه در پاي ساختمان وارد میشود تحلیل دینامیکی غیرخطی، به عنوان دقیقترین روش جهت تعیین تقاضاي لرزهاي سازه مطرح میباشد. با اینحال به علت پیچیدگیها و مشکلات کاربردي، استفاده از این روش با محدودیتهایی روبرو است. سادگی روش استاتیکی معادل در مقابل روشهاي تحلیل طیفی و تحلیل تاریخچه زمانی سبب شده است تا طراحان تمایل به طرح سازه براساس این روش داشته باشند.
از طرفی عملکرد نامناسب سازههاي طرح شده بر اساس ضوابط آییننامههاي طراحی لرزهاي در برابر زلزلههاي اخیر از جمله خرابی در طبقات پایین تر و تشکیل طبقه نرم، حکایت از توزیع نامناسب عوامل مقاومت و سختی در ارتفاع این سازهها دارد. چرا که پاسخهاي سازه در برابر تحریک زلزله به توزیع مقاومت و سختی در سازه بستگی دارد که این توزیع خود وابسته به الگوي بارگذاري جانبی مبناي طراحی است .[1]
بنابراین انتخاب الگوي بار جانبی مناسب در مرحله طراحی از اهمیت و ضرورت ویژهاي برخوردار خواهد بود. کرمی محمدي و مقدم 2004 - م. - ، براي مدل جرم متمرکز طرح شده با الگوهاي مختلف به کمک روش شهودي محک بهینگی و اعمال گروهی از زلزلههاي شدید به بررسی نحوه توزیع شکلپذیري در ارتفاع پرداختند.[1] ناطقی الهی و معتمدي 2008 - م. - با پیشنهاد یک الگوي مثلثی-مستطیلی و یک مدل سه خطی رفتار الاستوپلاستیک براي اتصالات، به توزیع یکنواختتر انرژي زلزله در ارتفاع سازه دست یافتند .[2]
مقدم و حاجی رسولیها 2009 - م. - با استفاده از نظریه تغییرشکلهاي یکنواخت طی روند تکراري مبنی بر حداقل سازي تفاوت بین نیروهاي برش القایی زلزله و نیروهاي مورد استفاده براي طرح لرزهاي به اصلاح الگوي توزیع بارگذاري پرداختند.[3] شهروزي و راحمی 2011 - م. - جهت تعیین الگوي بارگذاري بهینه، بر مبناي تحلیل دینامیکی خطی، از یک فرآیند بهینهیابی همزمان الگوي بارگذاري جانبی و مقاطع سازه استفاده کردند با فرض آن که طبقات داراي حداکثر تنش در برابر بارهاي دینامیکی واقعی در اولویت خرابی قرار دارند .[4]
حسینی، حداد شرق و دانشور 2012 - م. - براي مدل برشی سازههاي فولادي میان مرتبه فرم سهمی واري از توزیع سختی در ارتفاع را ارائه دادند که در مقایسه با توزیع خطی و یکنواخت سختی عملکرد مناسبتري داشت.[5] پژوهش حاضر به کاربرد تحلیلهاي غیرخطی تحت نگاشت زلزلههاي موجود براي حصول نتایج واقعیتر در این مساله میپردازد. در این مطالعه الگوي- هایی با توزیع هاي متفاوت بارهاي جانبی در ارتفاع، در روند طراحی قابهاي خمشی فولادي بکار گرفته میشوند.
سپس براي دستیابی به توزیع منحصر به فردي از مقاومت و سختی تحت هر یک از الگوهاي بکار رفته، از بهینهیابی مقاطع سازه با روش الگوریتم توارثی استفاده و در مرحله بعد مدلهاي حاصل تحت زمین لرزههاي مختلف به شیوه دینامیکی تاریخچهزمانی غیرخطی تحلیل میشوند. معیارهایی از جمله اقتصاد طرح، گریز حداکثر طبقات و نسبت برش پایه دینامیکی به استاتیکی، ملاك ارزیابی الگوهاي توزیع بارهاي جانبی مد نظر قرار گرفته اند.
.2 الگوهاي بار جانبی بکار گرفته شده
در تحقیق حاضر از الگوهاي زیر براي توزیع برش پایه در طراحی استفاده شده است:
• الگوي : - I - الگوي مثلثی توزیع بارهاي جانبی مطابق پیشنهاد آیین نامه طرح لرزه اي ایران - ویرایش سوم استاندارد [6] - 2800 و [7] UBC97، می باشد.
• الگوي : - II - الگوي مستطیلی-مثلثی با توزیع یکنواخت بارهاي جانبی در تمام ارتفاع قاب و یک توزیع مثلثی در محدوده یک سوم فوقانی ارتفاع قاب میباشد.
• الگوي : - III - الگوي مستطیلی با توزیع یکنواخت بارهاي جانبی در ارتفاع قاب میباشد. الگوهاي بکار گرفته شده مطابق شکل 1، از الگوي - I - تا الگوي - III - با کاهش بارهاي جانبی از طبقات فوقانی و انتقال آن به طبقات پایین همراه می- باشند. در الگوریتم ژنتیک طرحهایی که به پاسخ مسئله نزدیکترند، بخت بیشتري براي بقاء در فرآیند تکامل تدریجی و ترکیب با دیگر طرحها دارند. در تحقیق حاضر عملیات انتخاب، به روش مسابقهاي و عملیات پیوند به روش تک نقطهاي صورت گرفته است.
نقطه قوت الگوریتم ژنتیک در امکان برقراري توازن بین استخراج و اکتشاف با تنظیم احتمال آستانه پیوند و جهش نهفته است. علاوه بر این، الگوریتم ویژه این تحقیق از رمزدهی اعداد صحیح بهره می برد تا با چالشهاي رمزدهی دودویی در مساله گسسته حاضر مواجه نشود. شرح کامل این چالشها و نحوه رمزدهی توسط کاوه و شهروزي ارائه گردیده است.[14]
شکل - 2 - گردش نماي الگوریتم بهینه یابی حاضر را نشان می دهد که کلیه مراحل آن با برنامه نویسی در محیط نرم افزار MATLAB پیاده سازي شده اند. بدین ترتیب در روند بهینهیابی با مشاهده کوچکترین نقضی در توابع قیود یا افزایش تابع هدف، شایستگی آن جواب کاهش می یابد. براي اطمینان از مجاز بودن طرح نهایی، ایجاد جمعیت اولیه تا جایی تکرار می شود که شامل یک یا چند طرح پذیرفتنی باشد و کرموزوم نخبه هم صرفا از میان بهترین طرحهاي مجاز هر نسل ذخیره و به نسل بعد ازآن تا رسیدن به نسل نهایی منتقل می شود.
