طراحی بهینه لرزه ای قاب های فولادی

چکیده:
در مهندسي عمران بهينه سازي سازه‌ها براي بارگذاريهاي استاتيكي به طور قابل ملاحظه-اي توسعه داده شده‌اند. ليكن، در بهينه‌سازي براي بارهاي لرزه اي مشكلات عديده‌اي مانند وابستگي قيود نسبت به زمان، متغير بودن فضاي طراحي در زمان و محاسبات گراديان نمود پيدا مي كند. براي بهينه سازي در برابر زلزله در اين تحقيق از روش تحليل دینامیکی طيفي استفاده شده است كه دقت قابل قبولي داشته و با مشكلات فوق الذكر نيز درگير نمي باشد. براي اين منظور، به بهينه سازي قاب هاي فولادي كوتاه، متوسط و بلند در برابر زلزله پرداخته شده است. نتایج حاصل از بهینه سازی با استفاده از روش کلاسیک‌ (روشهاي بر مبناي گراديان) با نتایج حاصل از بهینه سازی گسسته الگوریتم ژنتیکی، براي اطمينان از بدست آمدن طرح بهينه كلي، مقایسه شده‌اند. در روش کلاسیک، براي محاسبه گرادیان ها و تحلیل حساسیت، از روش تفاضل محدود پیش رونده استفاده شده است. با استفاده از تحليل المان محدود، تحلیل استاتیکی انجام شده و با در نظر گرفتن جرم سازه بصورت سازگار از فرض ساده کننده قاب برشی، اجتناب گردیده است. با در نظر گرفتن سختی هندسی، اثرات ثانویه در تحلیل استاتیکی اعمال شده است. جهت انجام تحلیل لرزه ای، با محاسبه طیف پاسخ الاستیک زلزله دلخواه، به تحلیل دینامیکی طیف پاسخ سازه پرداخته شده است. در این پایان نامه، قابليت روشهاي ارائه شده با حل چند مساله از نوع بهينه سازي قاب-هاي فولادی مهاربندي شده و مهاربندی نشده و بارعايت ضوابط فني و آيين نامه اي تنش مجاز مبحث 10 مقررات ملی ساختمان، ارائه شده است. نتایج با یکدیگر مقایسه و اقتصادیترین سیستم سازه ای در برابر ارتفاع مشخص شده است.
 
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول :مقدمه.........................................................................................................1
1-1- زمینه تحقیق ................................................................................................................................2
1-2-فرضیات تحقیق.............................................................................................................................4
1-3- لزوم انجام تحقیق........................................................................................................................5
1-4- شیوه تحقیق..................................................................................................................................5
1-5- خلاصه پایان¬نامه..........................................................................................................................9
فصل دوم :مروری بر تحقیقات گذشته........................................................................10
2-1- مقدمه ............................................................................................................................................11
2-2- تاریخچه تحقیقات......................................................................................................................12
2-2-1-روش¬های برنامه¬ریزی ریاضی.............................................................................................12
2-2-2-روش¬های معیار بهینگی.........................................................................................................19
2-2-3-الگوریتم¬های تکامل................................................................................................................22
2-3- نتیجه¬گیری....................................................................................................................................27
فصل سوم : روش تحقیق...........................................................................................29
3-1- مقدمه............................................................................................................................................30
3-2- دلیل بکارگیری روش تحقیق..................................................................................................30
3-3-مراحل کار و جزئیات آن...........................................................................................................31
3-4-صحت سنجی برنامه نوشته شده برای بارگذاری¬های مختلف.........................................46
3-5- روش¬های بهینه¬سازی................................................................................................................50
3-5-1- روش بهینه¬سازی¬ گرادیانی SQP......................................................................................50
3-5-2- روش بهینه¬سازی¬ اکتشافی GA.........................................................................................52
3-6- فرمولبندی مساله بهینه¬سازی....................................................................................................55
3-6-1- تابع هدف...............................................................................................................................55
3-6-2- قیود طراحی...........................................................................................................................55
3-7- مزایای تحقیق انجام گرفته.......................................................................................................58
3-8- نتیجه¬گیری...................................................................................................................................59
فصل چهارم : تحلیل نتایج و بحث............................................................................60
4-1- مقدمه ..........................................................................................................................................61
4-2- اطلاعات بدست آمده برای موضوعات تحقیق..................................................................61
4-2-1- مساله اول (قاب چهار طبقه و سه دهانه).....................................................................62
4-2-2- مساله دوم (قاب ده طبقه و پنج دهانه).........................................................................68
4-2-3- مساله سوم (قاب هجده طبقه و هفت دهانه)..............................................................74
4-3- نتیجه¬گیری.................................................................................................................................79
فصل پنجم : نتیجه¬گیری و کاربرد...............................................................................81
5-1- مقدمه............................................................................................................................................82
5-2- نتيجه‌گيري كلي درباره مساله اصلي تحقيق.........................................................................82
5-2-1- بهينه‌سازي لرزه¬ای................................................................................................................83
5-2-2- روش¬های بهینه¬سازی..........................................................................................................83
5-2-3- مقایسه نتایج حاصل از این تحقیق و تحقیقات پیشین...............................................84
5-3- كاربردهاي نظري و تحقيقي...................................................................................................85
5-4- كاربردهاي عملي.......................................................................................................................86
5-5- پيشنهاد تحقيقات آتي...............................................................................................................86
منابع و مآخذ .........................................................................................................................................88
پیوست ....................................................................................................................................................96