23229

طراحي لرزه اي بهينه سازه‌هاي كامپوزيتي با الگوريتم‌هاي فراكاوشي

دكتري

زلزله

1396

1399/11/11

دكتر علي كاوه

عمران

بهينه‌سازي سازه‌ها به نحوه‌هاي گوناگوني امكان‌پذير است. در طراحي سازه‌ها انتخاب نوع مصالح و تركيب آن‌ها، انتخاب هندسه و همچنين مشخصات هندسي مناسب مقاطع داراي اهميت مي‌باشد. در پايان‌نامه حاضر تلاش شده است تا با استفاده از بروزترين تكنولوژي‌هاي ساخت و روش‌هاي بهينه يابي پيشرفته، به طرح بهينه سازه ازنظر اقتصادي و عملكردي دست‌يابيم. در ساليان اخير استفاده از مقاطع مركب به‌منظور استفاده حداكثري از ويژگي‌هاي مطلوب مصالح افزايش چشمگيري داشته است. ستون‌هاي كامپوزيت بتني-فولادي، سقف‌هاي كامپوزيت و همچنين بادبندهاي كمانش تاب از رايج‌ترين اين مقاطع هستند. در اين‌گونه سازه‌ها تلاش آن است كه حداكثر عملكرد از سازه حاصل گردد. مقاومت در برابر آتش، خوردگي، افزايش شعاع ژيراسيون با كمترين هزينه، بهبود پايداري، افزايش شكل پذيري و بهبود چرخه هاي هيسترتيك و بسياري موارد ديگر محققان، طراحان و سازندگان را به استفاده از اين مقاطع سوق داده است. به‌منظور دستيابي به طرح بهينه، استفاده از روش‌هاي فراكاوشي محبوبيت فراواني يافته است. سرعت‌بالاي اين الگوريتم‌ها، عدم قفل شدن فرآيند بهينه¬يابي در بهينه محلي، عدم نياز به مشخصات گراديان و بسياري مزاياي ديگر سبب شده است اين الگوريتم‌ها به‌عنوان جايگزين مناسبي براي روش‌هاي بهينه يابي رياضياتي كلاسيك مطرح شوند. در بسياري از مطالعاتي كه بر روي طراحي بهينه سازه‌ها انجام‌شده است، سازه‌هاي قابي فولادي بررسي شده‌اند و مطالعات كمي روي بهينه‌سازي سازه‌هاي با مقياس واقعي مخصوصاً با سيستم كامپوزيت انجام‌شده است. در اين پايان‌نامه تلاش شده است بروزترين تكنيك‌ها و الگوريتم‌هاي فراكاوشي براي دستيابي به طرح بهينه سازه‌هاي كامپوزيت با مقياس واقعي موردمطالعه قرار گيرند. در بررسي كاربرد بهينه يابي در سازه‌هاي كامپوزيتي از انواع مختلف تحليل‌هاي طيفي و تاريخچه زماني بهره گرفته‌شده است. همچنين دو روش براي انتخاب ركوردهاي مناسب براي انجام تحليل ديناميكي ارائه‌شده است. درروش اول، با استفاده از الگوريتم¬هاي بهينه¬سازي چند هدفه شتاب‌نگاشت‌هاي مناسب با در نظرگيري محدوديت‌هاي آيين‌نامه‌اي و كمينه نمودن هم‌زمان فاصله ميانگين و پراكندگي مجموعه ركوردهاي انتخاب‌شده با طيف هدف پيشنهادشده است. درروش دوم، چارچوبي براي انتخاب زمين¬لرزه مناسب با استفاده از بهينه¬سازي براي انجام تحليل ديناميكي افزايشي و تخمين منحني‌هاي شكنندگي ارائه-شده است. در حل مثال‌هاي طراحي بهينه انجام‌شده در اين مطالعه، از روش‌هاي انتخاب ركورد پيشنهادشده براي انجام تحليل‌هاي ديناميكي بهره گرفته‌شده است. در اين پايان‌نامه، مثال‌هاي گوناگوني از سازه‌هاي بزرگ‌مقياس واقعي با استفاده از الگوريتم‌هاي بهينه يابي مطالعه شده است. مسئله اول طراحي بهينه بر اساس عملكرد دو نمونه قاب دوبعدي هشت و بيست طبقه با ستون¬هاي كامپوزيت مي¬باشد كه براي انتخاب بهترين طراحي از مفهوم نسبت محدوده خرابي استفاده‌شده است. در مسئله دوم و سوم طراحي بهينه 10 طبقه منظم و ساختمان 12 طبقه نامنظم موردبررسي قرارگرفته است كه درروند بهينه‌سازي از تحليل تاريخچه زماني خطي بهره گرفته‌شده است و درنهايت در دو مسئله آخر، طراحي بهينه دو سازه ده و بيست طبقه با بادبندهاي كمانش¬تاب انجام‌شده است.

1399/11/27

Optimal seismic design of composite structures using metaheuristic algorithms

12/21/2021 12:00:00 AM

Structures can be optimized in a variety of ways. In designing structures, choosing the type of materials and their composition, choosing the geometry as well as the appropriate geometric characteristics of the sections are important. In the present dissertation, an attempt has been made to achieve an economically and functionally efficient structural design using the latest construction technologies and advanced optimization methods. In recent years, the use of composite sections in order to make the most of the desired properties of materials has increased significantly. Concrete-steel composite columns, composite roofs as well as restrained buckling braces are the most common of these sections. In such structures, the effort is to achieve maximum performance of the structure. Fire resistance, corrosion, increased radius of gyration, improved stability, increased ductility and improved hysteretic cycles and many other cases have led researchers, designers and manufacturers to use these sections. In order to achieve the optimal design, the use of metaheuristc methods has become very popular. The high speed of these algorithms, the lack of locking of the optimization process in the local optimization, the lack of need for gradient specifications and many other advantages have made these algorithms a suitable alternative to classical mathematical optimization methods. In many studies that have been done on the optimal design of structures, steel frame structures have been studied and few studies have been done on the optimization of real scale structures, especially with composite systems. In this dissertation, an attempt has been made to study the latest techniques and algorithms of extraction exploration to achieve the optimal design of composite structures with real scale. In studying the application of optimization in composite structures, various types of spectral analysis and time history analysis have been used. In this study two methods for selecting appropriate records for performing dynamic analysis are proposed. In the first method, using multi-objective optimization algorithms, suitable records are selected by considering the code regulations and minimizing at the same time the mean distance and dispersion of the selected record set with the target spectrum. In the second method, a framework for selecting the appropriate records using optimization for performing incremental dynamic analysis and estimation of fragility curves is presented. In solving the optimal design examples performed in this study, the proposed record selection methods for conducting dynamic analysis have been used. In this dissertation, various examples of real large-scale structures have been studied using optimization algorithms. The first problem is the optimal design based on the performance of two samples of two-dimensional frames of eight and twenty stories with composite columns, which has been used to select the best design from the concept of damage margin ratio. In the second and third examples, the optimal design of 10 regular stories and 12 irregular stories buildings has been studied. In the optimization process, linear time history analysis has been used and finally, in the last two examples, the optimal design of two ten- and twenty-story structures with buckling restrained braces has been performed.

طراحي لرزه اي , بهينه‌سازي سازه ها , مقاطع كامپوزيت , الگوريتم‌هاي فرا كاوشي , انتخاب ركورد

Seismic Design , Structural Optimization , Composite Sections , Metaheuristic algorithms , Record selection