13918

13918

طراحي بهينة چندهدفة سازه‌هاي فولادي بر مبناي عملكرد

دكتري

عمران - سازه

آذر ماه 1393

آذر ماه 1393

پروفسور علي كاوه

مهمترين فايدة گذر از روش‌هايآئين‌نامه‌هاي طراحي ساختمان فعلي به روش‌هاي طراحي بر مبناي عملكرد،تسهيلامكان گفتگو بين مهندس طراح و كارفرما براي تصميم‌گيريدر مورد انتخاب بهترين طرح است.با استفاده روش‌هايطراحي بر مبناي عملكرد، كارفرما مي‌تواند سطح عملكرد مورد انتظار از ساختمان را مشخص كند و مهندس طراح با توجه به مطالبات كارفرما، طرح پيشنهادي خود را ارائه دهد. در طول دو دهة گذشته،پيشرفت‌هاي قابل‌ملاحظه‌اي در حوزة طراحي لرزه‌اي بر مبناي عملكرد حاصل شده است؛ چه در توسعةروش‌هاي تعيين ميزان طلب زلزله، چه در معرفي معيارهاي جديد براي ارزيابي بهتر عملكرد لرزه‌ايسازه‌ها و تخمين دقيق‌تر ميزان خرابي احتمالي در آنها. با اين وجود،نياز به تعريف راه‌كارهايي كه بتوانند تصوير روشن‌تر و قابل درك‌تري از تفاوت بين سطح عملكردهاي مختلف به كارفرما ارائه دهند و به قضاوت دربارةهزينه‌هايمرتبط با هر سطح عملكرد و ريسك انتخاب آن كمك كنند، ضروري به نظر مي‌رسد.بهينه‌يابيچند هدفةسازه‌ها در چهارچوب روش‌هاي طراحي بر مبناي عملكرد،مي‌تواندبه مهندس طراح در معرفي طرح‌هاي مختلف با عملكردهاي متفاوت و ارائة مشورت به كارفرما جهت اخذ بهترين تصميم كمك كند.در اين رساله سعي خواهيم كرد، با استفاده از روش‌هايبهينه‌يابي و در نظر گرفتن توابع هدفي كه بتوانند مطالبات كارفرما را در مورد برآورد مالي پروژه و ميزان آسيب‌پذيريلرزه‌اي پوشش دهند، راه‌كارهاييمعرفيكنيم كه تصميم‌گيري را براي انتخاب مقرون به صرفه‌ترينطرح تسهيل كند. طراحي بهينةسازه‌ها با استفاده از روش‌هاي طراحي بر مبناي عملكرد، بسيار زمان‌بر است زيرا روش‌هاي تحليل سازة موجود كه براي تعيين پاسخ غيرخطيسازه‌ها به كار گرفته مي‌شوند، بار محاسباتي سنگيني را به همراه دارند. اين بار محاسباتي، با توجه به نياز الگوريتم‌هايبهينه‌يابي به ارزيابي‌هاي متعدد و تكرارهاي فراوان، منجر مي‌شود تا زمان مورد نياز براي حل اين گونه از مسائل بهينه‌يابي حتي براي سازه‌هايكوچك‌مقياس از چند ده ساعت فراتر رود. در اين رساله، سه مسئلة طراحي بهينه بر مبناي عملكرد مختلف، با اهداف بهينه‌يابي و قيدهاي متفاوت معرفي مي‌شوند و سعي خواهد شد، با استفاده از شگردهايي كه براي كاهش بار محاسباتيتحليل‌هايغيرخطي و حل مسائل بهينه‌يابي سنگين وجود دارند، راه‌حل‌هايي ارائه شود كه حل مسائل مورد نظر را در مدت زمان قابل‌قبول ممكن سازد. مسئلة اول و دوم، مسائل طراحي بهينة چند هدفةقاب‌هايخمشي فولادي مي‌باشند كه در آنها قيدهاي مسئله مطابق با ضوابط دستورالعمل طراحي بر مبناي عملكرد فيما-350 لحاظ مي‌شود. در مسئلة اول، كمينه‌سازيهزينةتمام‌شدةقاب‌هايخمشي با در نظر گرفتن هزينة اوليه و هزينة خرابي لرزه‌اي به عنوان دو تابع هدف مستقل مسئلةبهينه‌يابي انجام مي‌پذيرد. اما در مسئلة دوم، كمينه‌سازي شاخص خرابي پارك-انگ به عنوان تابع هدف دوم در نظر گرفته مي‌شود. مسئلة سوم يك مسئله طراحي بهينه براي سازه‌هاي اسكلت فولادي بزرگ‌مقياس است كه در آن هدف ارزيابي عملكرد، محدود‌ كردن سطح خرابي تحت زمين‌لرزه‌هايزلزلة طرح مي‌باشد. در اين مسئله، همانند مسئله دوم، از شاخص خرابي پارك-انگ براي سنجش ميزان خرابي در سازه استفاده مي‌شود. شگردهايي كه در اين رساله به منظور كم‌ كردن بار محاسباتي فرآيند بهينه‌يابي به كار گرفته مي‌شوند، بسته به ويژگي‌‌هاي هر مسئله متفاوت است. اين شگردهاي ساده‌كننده عبارتند از: مدل‌سازيساده‌شدةغيرخطيقاب‌هايخمشي فولادي، تجزيةموجك ركورد زلزله، تخمين برازش و مدل‌سازي تك درجه آزادي معادل. كارآيي و توانمندي هر يك از اين شگردها با مطالعة عددي طراحي بهينةسازه‌هاي فولادي مختلف مورد بررسي قرار مي‌گيرد. واژه‌هاي كليدي: بهينه‌يابي چند هدفه؛ سازه‌هاي فولادي؛ طراحي بر مبناي عملكرد؛ هزينة خرابي لرزه‌اي؛ شاخص خرابي پارك-انگ.