بخشی از مقاله
چکیده
کنترل و کاهش ارتعاشات کنسول ها در ساختمانها به مسالهای مهم در فرآیند طراحی ساختمان تبدیل شده است. ارتعاش کنسول از یک سو سبب افزایش تنشهای ایجاد شده در ارتعاش نسبت به حالت بارگذاری استاتیکی شده و از سوی دیگر سبب نگرانی و ایجاد احساسی ناخوشایند توسط ساکنین میشود. آیین نامه طرح و اجرای ساختمان های فولادی ایران، رابطه ای برای کنترل ارتعاش تیرهای ساده در حالت بهره برداری ارائه کرده است اما برای تعیین فرکانس تیرهای طره ای رابطه ای را بیان نکرده است و برای محاسبه فرکانس این تیرها مراجعه به منابع معتبر پیشنهاد شده است.
از آنجا که این تیرها در قابهای ساختمانی کاربردی وسیعی دارند، کنترل ارتعاش آنها از اهمیت خاصی برخوردار می باشد. روابط ارائه شده در تحقیقات سال های اخیر برای تعیین فرکانس تیر های گیردار دارای پیچیدگی های زیاد می باشد که استفاده از آنها برای کنترل ارتعاش کنسول ها ساختمانی دشوار است. در این تحقیق رابطه ارائه شده در آیین نامه ی ایران بررسی شده است، همچنین با استفاده از تحلیل دینامیکی، روش اجزای محدود و شبکه های عصبی روابطی برای تعیین فرکانس تیر های طره پیشنهاد گردیده است.
1. مقدمه
در تدوین ضوابط آیین نامه های طراحی ساختمان ها توجه زیادی به آسایش و ایمنی ساکنان شده استاصولاً. به دو دلیل ارتعاش تیر های فولادی تحت اثر بار های زنده از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. اول آنکه تنش های ایجاد شده در ارتعاش نسبت به حالت بارگذاری استاتیکی افزایش می یابد. دوم اینکه ارتعاش زیاد ممکن است سبب نگرانی استفاده کنندگان از سازه شود.
در حالت بهره برداری تیرهایی با اتصال صلب که در قاب های خمشی مورد استفاده قرار می گیرند، با تقریب بسیار خوبی حالت تیر های گیر دار را دارا می باشند. روابط ارائه شده در آیین نامه ی طرح و اجرای ساختمان های فولادی ایران - مبحث دهم مقررات ملی ساختمان - تنها برای تیر های دو سر ساده مقادیر نزدیک به واقعیت را ارائه می دهد. تیر های دو سر گیر دار به علت سختی بیشتر نسبت به تیر های دو سر ساده، دارای فرکانس طبیعی بالاتری می باشند. آیین نامه ایران در خصوص کنترل ارتعاش تیرهای ساده، رابطه را برای تعیین فرکانس توصیه می کند.[1]
استفاده از این رابطه برای کلیه شرایط تکیه گاهی تیرهای مختلف با خطا های زیادی همراه می باشد لذا در این تحقیق با استفاده از شبکه عصبی و اجزای محدود فرکانس تیر های دو سر گیر دار محاسبه شده است. بر پایه مطالعات انجام شده در سال 2008 توسط K.Y.Yoon و همکاران بر روی فرکانس طبیعی تیرهای منحنی جدار نازک، معادلاتی به منظور محاسبه فرکانس طبیعی این تیرها ارائه شد.[2]
در سال 2008، M.S.Abdel-Jabar و همکاران مطالعاتی را بر روی فرکانس تیرهای کنسولی با مقطع کاهش یافته با استفاده از دو روش تعادل هارمونیکی و روش انتقال زمانی صورت دادند که بر طبق نتایج به دست آمده، فرکانس طبیعی تیرهای مذکور در قالب رابطه هایی بیان شده استH. Duan .[3] و همکاران در سال 2008 مطالعاتی را بر روی تیرهای منحنی شکل با مقطع نا متقارن انجام دادند که با توجه به تحلیل های اجزای محدود یک فرمول بندی برای ارتعاش آزاد این تیرها ارائه گردید.[4]
2. روابط دینامیکی حاکم بر ارتعاش تیرها
به منظور محاسبه فرکانس طبیعی تیر های فولادی با توجه به شرایط تکیه گاهی دو انتهای تیر، اولین نکته ای که در به دست آوردن معادلات حاکم بر فرکانس ارتعاشی تیر باید مورد توجه قرار گیرد خواص ابعادی و فیزیکی تیر از قبیل تغییرات سختی خمشی و جرم بر واحد طول است. در صورتی که تیر تحت بارگذاری عرضی متغیر نسبت به بعد زمان و مکان قرار داشته باشد، پاسخ تغییر مکانی سازه نسبت به تغییر بعد عمود بر محور طولی تیر در صفحه بارگذاری، تابعی از این دو بعد خواهد بود که هر متغیر نسبت به متغیر دیگر مستقل می باشد.[5]
با توجه به معادلات تعادل تیر نشان داده شده در شکل 1 با لحاظ نمودن اثرات نیروی محوری، رابطه 1 بدست می آید. نیروی برشی در مقطع عرضی تیر مطابق با رابطه 2 به دست می آید و در نهایت معادله کلی به فرم رابطه 3 خواهد بود .در صورتی که از اثرات نیروی محوری صرف نظر شود و ممان اینرسی در طول تیر ثابت در نظر گرفته شود معادله 3 به معادله 4 تبدیل می شود.
3. استفاده از شبکه های عصبی در تعیین فرکانس
شبکههای عصبی را میتوان با اغماض زیاد، مدلهای الکترونیکی از ساختار عصبی مغز انسان نامید که مکانیسم فراگیری و آموزش مغز اساساً بر تجربه استوار است .[7] شبکه عصبی مصنوعی متشکل از مجموعه ای از نرون ها - اجزای های پردازش - و نیز ارتباط دهنده بین آنها با وزن های قابل تنظیم وابسته به شرایط حاکم مسئله می باشد. شبکه عصبی متشکل از یک لایه ورودی ، یک یا چند لایه پنهان و یک لایه خروجی است. علائم و داده های به دست آمده از آزمایش در ابتدا به لایه ورودی شبکه عصبی اعمال می گردد.
لایه هایی که بین لایه ورودی و خروجی قرار دارند، لایه های پنهان نامیده می شوند، این لایه ها اطلاعات را از لایه ورودی دریافت کرده و بعد از پردازش، پاسخ خود را به لایه خروجی می فرستد. لایه خروجی نیز بعد از گرفتن اطلاعات از لایه پنهان یک بردار را به عنوان خروجی شبکه عصبی تولید می کند.[8] شکل 2 چگونگی ساختار شبکه عصبی مصنوعی به کار رفته در این تحقیق را نشان می دهد. مقادیر ممان اینرسی مقطع I و طول تیر L و بار گسترده روی تیر P به عنوان ورودی شبکه و فرکانس تیر f به عنوان خروجی شبکه در نظر گرفته شده اند.
