وزارت علوم، تحقیقات و فناوری

دانشگاه ملایر

دانشکده مهندسی عمران و معماری-گروه عمران

پایان نامه کارشناسی ارشد عمران )گرایش سازه(

 طراحی بهینه لرزه­ای قاب­های فولادی

 استاد راهنما :

دکتر جلال اکبری

استاد مشاور:

دکتر علیرضا جهانپور

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
چکیده:
در مهندسی عمران بهینه­سازی سازه‌ها برای بارگذاریهای استاتیکی به گونه قابل ملاحظه­ای توسعه داده شده‌اند. لیکن، در بهینه‌سازی برای بارهای لرزه­ای معضلات عدیده‌ای مانند وابستگی قیود نسبت به زمان، متغیر بودن فضای طراحی در زمان و محاسبات گرادیان نمود پیدا می کند. برای بهینه­سازی در برابر زلزله در این پژوهش از روش تحلیل دینامیکی طیفی بهره گیری شده می باشد که دقت قابل قبولی داشته و با معضلات فوق­الذکر نیز درگیر نمی­باشد. برای این مقصود، به بهینه­سازی قاب­های فولادی کوتاه، متوسط و بلند در برابر زلزله پرداخته شده می باشد. نتایج حاصل از بهینه­سازی با بهره گیری از روش کلاسیک‌ (روشهای بر مبنای گرادیان) با نتایج حاصل از بهینه­سازی گسسته الگوریتم ژنتیکی، برای اطمینان از بدست آمدن طرح بهینه کلی، مقایسه شده‌اند. در روش کلاسیک، برای محاسبه گرادیان­ها و تحلیل حساسیت، از روش تفاضل محدود پیش­رونده بهره گیری شده می باشد. با بهره گیری از تحلیل المان محدود، تحلیل استاتیکی انجام شده و با در نظر گرفتن جرم سازه بصورت سازگار از فرض ساده کننده قاب برشی، اجتناب گردیده می باشد. با در نظر گرفتن سختی هندسی، اثرات ثانویه در تحلیل استاتیکی اعمال شده می باشد. جهت انجام تحلیل لرزه­ای، با محاسبه طیف پاسخ الاستیک زلزله دلخواه، به تحلیل دینامیکی طیف پاسخ سازه پرداخته شده می باشد.
در این پایان­نامه، قابلیت روشهای ارائه شده با حل چند مساله از نوع بهینه­سازی قاب­های فولادی مهاربندی شده و مهاربندی نشده و بارعایت ضوابط فنی و آیین­نامه­ای تنش مجاز مبحث 10 مقررات ملی ساختمان، ارائه شده می باشد. نتایج با یکدیگر مقایسه و اقتصادیترین سیستم سازه­ای در برابر ارتفاع مشخص شده می باشد.
فهرست مطالب
عنوان                                                                          صفحه
فصل اول :مقدمه……………………………………………………………………………………………1
1-1- زمینه پژوهش ………………………………………………………………………………………………………………..2
1-2-فرضیات پژوهش……………………………………………………………………………………………………………..4
1-3- لزوم انجام پژوهش…………………………………………………………………………………………………………5
1-4- شیوه پژوهش………………………………………………………………………………………………………………….5
1-5- اختصار پایان­نامه…………………………………………………………………………………………………………..9
فصل دوم :مروری بر تحقیقات گذشته…………………………………………..………………….10
2-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………..11
2-2- تاریخچه تحقیقات……………………………………………………………………………………………………….12
2-2-1-روش­های برنامه­ریزی ریاضی…………………………………………………………………………………12
2-2-2-روش­های معیار بهینگی……………………………………………………………………………………………19
2-2-3-الگوریتم­های تکامل………………………………………………………………………………………………….22
2-3- نتیجه­گیری……………………………………………………………………………………………………………………27
فصل سوم : روش پژوهش……………………………………………………………………………….29
3-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………..30
3-2- دلیل بکارگیری روش پژوهش……………………………………………………………………………………..30
3-3-مراحل کار و جزئیات آن……………………………………………………………………………………………..31
3-4-صحت سنجی برنامه نوشته شده برای بارگذاری­های مختلف…………………………………..46
3-5- روش­های بهینه­سازی………………………………………………………………………………………………….50
3-5-1- روش بهینه­سازی­ گرادیانی SQP…………………………………………………………………………..50
3-5-2- روش بهینه­سازی­ اکتشافی GA……………………………………………………………………………..52
3-6- فرمولبندی مساله بهینه­سازی……………………………………………………………………………………….55
3-6-1- تابع هدف……………………………………………………………………………………………………………….55
3-6-2- قیود طراحی……………………………………………………………………………………………………………55
3-7- مزایای پژوهش انجام گرفته………………………………………………………………………………………….58
3-8- نتیجه­گیری…………………………………………………………………………………………………………………..59
فصل چهارم : تحلیل نتایج و بحث………………………………………………………………….60
4-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………61
4-2- اطلاعات بدست آمده برای موضوعات پژوهش…………………………………………………………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-  نتیجه­گیری…………………………………………………………………………………………………………………79
فصل پنجم : نتیجه­گیری و کاربرد…………………………………………………………………….81
5-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………..82
5-2- نتیجه‌گیری کلی درمورد مساله اصلی پژوهش……………………………………………………………….82
5-2-1- بهینه‌سازی لرزه­ای………………………………………………………………………………………………….83
5-2-2- روش­های بهینه­سازی…………………………………………………………………………………………….83
5-2-3- مقایسه نتایج حاصل از این پژوهش و تحقیقات پیشین………………………………………..84
5-3- کاربردهای نظری و تحقیقی………………………………………………………………………………………85
5-4- کاربردهای عملی………………………………………………………………………………………………………..86
5-5- پیشنهاد تحقیقات آتی…………………………………………………………………………………………………86
منابع و مآخذ ………………………………………………………………………………………………………………………..88
پیوست ………………………………………………………………………………………………………………………………….96
زمینه پژوهش
مقصود از بهینه­سازی[1]در مهندسی عمران یافتن طرحی برای سازه می باشد که ضمن رعایت ضوابط فنی، حداقل هزینه اقتصادی را داشته باشد. قابهای ساختمانی معمول­ترین سازه­های مهندسی عمران می­باشند. پس، بهینه­سازی این نوع سازه­ها کمک بزرگی از نظراقتصادی خواهدبود. طراحی بهینه قاب­های ساختمانی بصورت گسترده در دهه­ 60 میلادی مورد مطالعه قرار گرفت؛ زیرا یافتن پاسخ بهینه بصورت تحلیلی، تنها برای قاب­های ساده و منظم امکان­پذیر می باشد. از دهه 80 میلادی با پیشرفت سریع تکنولوژی کامپیوتر، روش­ها و برنامه­های کامپیوتری زیادی در زمینه بهینه­سازی سازه­های واقعی، تحت قیود طراحی عملی[2]، ارائه شده می باشد ]1[. از آنجا که روش منحصر به فردی برای حل بهینه تمامی مسائل بهینه­سازی وجود ندارد، از اینرو روش­های متعددی برای حل مسائل بهینه­سازی توسعه یافته می باشد ]2[. در حالت کلی، روش­های بهینه­سازی مورد بهره گیری در مهندسی را می­توان به دو دسته متمایز تقسیم نمود:
الف) گرادیانی[3]
ب)  اکتشافی[4]
از مشهورترین روش­های بهینه­سازی گرادیانی می­توان به روش­های برنامه­ریزی خطی (LP)[5]، برنامه­ریزی مرتبه دوم (QP)[6] و برنامه­ریزی غیرخطی (NLP)[7] و از روش­های اکتشافی نیز می­توان به روش­های الگوریتم ژنتیکی (GA)[8]، شبیه­سازی بازپخت (SA)[9]، بهینه­سازی هجوم ذرات (PSO)[10] و بهینه­سازی فازی (FO)[11] تصریح نمود. در بهینه­سازی گرادیانی، بدست آوردن جواب بهینه نیازمند محاسبه گرادیان­ها و تحلیل حساسیت[12] می باشد. روش­های تحلیل حساسیت در شکل 1-1 آورده شده­اند.
شکل 1-1- رویکردهای مختلف برای تحلیل حساسیت ]3[
علاوه بر معضلات موجود در زمینه انتخاب روش بهینه­سازی و چگونگی تحلیل حساسیت، چگونگی اعمال بار لرزه­ای نیز از عوامل مهم موجود در مساله بهینه­سازی می­باشد. بطور کلی بار ناشی از زلزله را می­توان به سه طریق بر سازه اعمال نمود:
الف. استاتیکی معادل (ESL)[13]
ب. تحلیل طیف پاسخ (RSA)[14]
پ. تحلیل تاریخچه زمانی (THA)[15]
در این پژوهش به بهینه­سازی قاب­های مهاربندی شده و مهاربندی نشده فولادی، تحت بارهای ثقلی و لرزه­ای، با بهره گیری از روش برنامه­ریزی درجه دو متوالی (SQP)[16]و الگوریتم ژنتیکی (GA) پرداخته شده می باشد. بار ناشی از زلزله نیز مستقیما با بهره گیری از روش تحلیل طیف پاسخ (RSA) بر روی سازه اعمال می­گردد. در انتها نتایج حاصل از اعمال این روش­ها بر روی قاب­های 4، 10 و 18 طبقه مهاربندی شده و مهاربندی نشده فولادی با یکدیگر مقایسه و بحث و مطالعه­های لازم صورت گرفته می باشد.
1-2-فرضیات پژوهش
فرضیات اعمال شده در این پژوهش عبارتند از :

  • تحلیل الاستیک خطی
  • چشم­پوشی از اثرات اندرکنش خاک و سازه
  • استخراج قاب­ها بصورت دو بعدی از کل سازه
  • چشم­پوشی از ضوابط طراحی لرزه­ای و جزئیات اتصالات

1-3-لزوم انجام پژوهش
در مناطق لرزه­خیز مانند کشور ما ایران، نیاز مبرمی به طراحی بهینه سازه­های مقاوم در برابر زلزله می­باشد. طراحی بهینه این سازه­ها تأثیر بسزایی در کاهش آمار خسارات و تلفات ناشی از زلزله دارد. در اکثر تحقیقات صورت گرفته که در فصل آتی به آنها تصریح می­گردد، فرضیات ساده کننده زیادی مورد بهره گیری قرار گرفته­اند که در میان آنها می­توان به قاب برشی[17]، ستون قوی-تیر ضعیف[18] و غیره تصریح نمود. به علاوه فرضیات، هدف بسیاری از تحقیقات سال­های اخیر، مقایسه روش­های بهینه­سازی با یکدیگر و کاهش زمان همگرایی نتایج بوده می باشد. پس لزوم تحقیقی که در آن، بهینه­سازی با بهره گیری از قیود طراحی موجود در مبحث 10 مقررات ملی ساختمان ایران (1387) و استاندارد 2800 (ویرایش سوم) و اعمال بارگذاری واقعی زلزله انجام شده باشد، به شدت احساس می­گردد.
1-4-شیوه پژوهش
برای طراحی یک سازه مقاوم در برابر زلزله، یکی از بهترین روش­های توصیه شده در آیین­نامه­های طراحی، روش تحلیل طیف پاسخ (RSA) می­باشد. در این روش، پاسخ­های سازه در محدوده الاستیک خطی می­باشند و برخلاف روش تحلیل تاریخه زمانی، متغیر زمان از پاسخ حذف می­گردد ]4[. برای انجام این روش، در آغاز بایستی تحلیل مودال[19] صورت گرفته و فرکانس­های طبیعی سازه محاسبه شوند. سپس با بهره گیری از طیف طرح، که در آن تمامی فرکانس­های ممکن پیش روی پاسخ­های حداکثر رسم شده­اند و با بهره گیری از روش­ آماری ترکیب مربعی کامل (CQC)[20]،پاسخ­های حداکثر سازه محاسبه ­شوند. پس تابعی در محیط MATLAB برای تولید طیف پاسخ الاستیک نوشته شده می باشد که طیف جابه­جایی (Sd)[21]، شبه سرعت (Spv)[22] و شبه شتاب (Spa)[23] زلزله دلخواه را با بهره گیری از حل عددی روش خطی نیومارک، برای محدوده دوره تناوب و میرایی دلخواه، محاسبه می­نماید.
بجای بهره گیری از برنامه­های تجاری آماده، برنامه­ای در محیط MATLAB نوشته شده می باشد که قادر به انجام تحلیلهای استاتیکی، P-Delta و دینامیکی طیف پاسخ می­باشد. این برنامه بر­اساس روش المان محدود (FEM)[24] نوشته شده می باشد، برای ایجاد محیطی کاربر پسند، ورودی­های برنامه در فایل پیوست اکسل (Excel) به برنامه معرفی می­شوند. در این فایل بایستی مختصات گره­ها، شماره المان­ها و گره­های آغاز و انتهای آن­ها، درجه آزادی هر گره، بارهای متمرکز استاتیکی در هر گره، بارهای یکنواخت بر روی هر المان، مشخصات هر المان که شامل مدول الاستیسیته و جرم مخصوص می­باشند و در انتها شتابنگاشت زلزله مورد نظر و میرایی ثابت سازه، وارد شوند. شکل 1-2 فلوچارت برنامه نوشته شده را نشان می­دهد.


تعداد صفحه : 127
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه کارشناسی ارشد رشته عمران گرایش سازه :بررسی مقاومت برشی سطوح بتنی با پیوستگی چسبی

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]

دسته‌ها: عمران