27737

طراحي بهينه سازه هاي بتني تحت بارگذاري تاريخچه زماني با استفاده از الگوريتم‌هاي فراكاوشي

دكتري تخصصي (PhD)

مهندسي عمران- مهندسي زلزله

1397

1401/10/3

علي كاوه

مهندسي عمران

پس از ورود رايانه‌ها به طراحي سازه‌ها، برخي نرم افزارهاي برجسته مانند ايتبس و سپ در تحليل و طراحي سازه‌ها به كار گرفته شده‌اند. اين نرم‌افزارها نتايج خود را از طريق آزمون و خطا بهينه مي‌كنند. اگرچه روش‌هاي بهينه‌سازي بسياري توسعه يافته است، اما سازه‌هاي بتني برخلاف سازه‌هاي فولادي در دنياي واقعي با استفاده از روش سنتي آزمون و خطا طراحي شده‌اند كه معمولاً طراحي سازه اقتصادي نمي‌باشد. دليل آن مي‌تواند وجود متغيرهاي مختلف طراحي، اندازه بزرگ فضاي جستجو و وجود قيدها و الزامات متعدد طراحي در سازه‌هاي بتني باشد. پياده‌سازي طراحي بهينه براي سازه‌هاي بتني، به دليل نياز به شبيه سازي عددي دقيق و تحليل سيستم سازه‌اي، به محاسبات قابل توجهي نياز دارد. در نتيجه، يافتن يك الگوريتم بهينه‌سازي كه الزامات طراحي، معيارهاي اقتصادي و قابليت طراحي در يك زمان معقول را برآورده كند، يك ابزار بسيار ارزشمند خواهد بود. با توجه به اين واقعيت كه بار محاسباتي بهينه‌سازي سازه براي بارگذاري تاريخچه زمان معمولاً زياد است، مطالعات اخير، شرايط بارگذاري را به صورت استاتيكي خطي و سازه را به صورت دوبعدي و با در نظرگرفتن فرض‌هاي ساده‌كننده مدل كرده‌اند. هدف اول اين پژوهش، استفاده از الگوريتم‌ فراكاوشي قوي‌ و بهبود عملكرد آن‌ براي طراحي بهينه سازه‌هاي بتني بر مبناي تحليل تاريخچه زماني مي‌باشد. همچنين، مدلسازي سه بعدي قاب‌هاي بتني براي طراحي بهينه اين سازه‌ها، مسئله مهم ديگري است كه در موارد بسيار محدودي مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف دوم اين پژوهش، طراحي بهينه سازه‌هاي بتني بر مبناي مدلسازي سه بعدي مي‌باشد كه بر اساس چارچوب پيشنهاد شده انجام مي‌گيرد. از طرفي، پيشرفت در طراحي و ساخت مدرن سازه‌هاي مختلط، رشد چشمگيري از زمان معرفي آن داشته است، بطوريكه جايگزين سازه‌هاي بتن آرمه و فولادي در سازه‌هاي بلندمرتبه شده است. از اين رو به كارگيري هر دو بتن و فولاد موجب مي‌شود تا از مزاياي هر دو مصالح بهره برده شود. تركيب هوشمندانه اين دو مصالح، يك سيستم موثر و كارا در مقايسه با استفاده مجزا از آن‌ها را نتيجه مي‌دهد. سازه‌هايي كه شامل قسمت‌هاي بتني و فولادي هستند كه به آن‌ها سازه‌هاي مختلط مي‌گويند، از جمله سازه‌هايي مي‌باشند كه با توجه به ضوابط آيين‌نامه‌‌اي انجام تحليل و طراحي با نرم‌افزارهاي موجود مثل ايتبس و سپ امكان‌پذير نيست، به علت تفاوت‌هاي ذاتي كه در طبيعت هر قسمت وجود دارد و زماني كه سازه تحت نوسان ديناميكي قرار مي‌گيرد، پاسخ اين دو قسمت با هم متفاوت خواهد بود. علت اين تفاوت، سختي و مكانيسم استهلاك انرژي متفاوت هر قسمت مي‌باشد و علت ديگر آن توزيع نامناسب مواد در ارتفاع است. آيين‌نامه‌هاي طراحي لرزه‌اي، تحليل و طراحي سازه‌هاي مختلط تحت بار زلزله را شامل نمي‌شوند و به دليل فقدان آيين‌نامه، دانشمندان به بررسي تحليل و طراحي اين سازه‌ها پرداخته‌اند اما در زمينه طراحي بهينه اين سازه‌ها مطالعاتي انجام نگرفته است. با توجه به اهميت سيستم‌هاي مختلط بتن- فولاد، طراحي بهينه سازه‌هاي مختلط با استفاده از الگوريتم‌هاي فراكاوشي، هدف ديگر اين پژوهش مي‌باشد.

1401/10/22

Optimal design of reinforced concrete frames under time-history loading using meta-heuristic algorithms

12/24/2023 12:00:00 AM

After the use of the computers in the structure design, some softwares such as Etabs and Sap have been used in the analysis and design of structures. These softwares optimize their results using trial and error method. Although many optimization methods have been developed, but unlike steel structures, concrete structures are designed using the traditional trial and error method, which is usually not an economical design, due to the various design variables, the large size of search space, the numerous constraints, and design requirements in reinforced concrete structures. The optimal design of the reinforced concrete structures requires significant calculations due to the accurate numerical simulation. Consequently, finding an optimization algorithm will be a very valuable tool that satisfies design requirements, economic criteria, and design in a reasonable time. Because the computational burden of structural optimization for time history analysis is high, the recent studies is usually considered the equivalent static analysis and the two dimensions structure. The first goal of this research is to use a strong meta-heuristic algorithm and its improvement for the optimal design of concrete structures using time history analysis. Also, the 3D model of concrete frames for the optimal design is another important issue that has been studied in very limited cases. The second goal of this research is the optimal design of concrete structures based on 3D model of the structure. On the other hand, development of the modern design and construction has caused that mixed structures have replaced reinforced concrete and steel structures in high-rise structures. Therefore, the use of both concrete and steel makes the advantages of both materials. The combination of these materials results in an effective and efficient system. Structures that include concrete and steel parts, called mixed structures, it is not possible to perform analysis and design with existing software such as Etabs and Sap, due to the inherent differences in the nature of each part. When the structure is subjected to dynamic oscillation, the response of these two parts will be different. Seismic design codes do not include the analysis and design of mixed structures under earthquake load, so researchers have investigated the analysis and design of these structures, but no studies have been conducted in the field of optimal design of mixed structures. Due to the importance of concrete-steel mixed systems, the optimal design of mixed structures using meta-heuristic algorithms is another goal of this research.

طراحي بهينه سازه‌هاي بتني , الگوريتم فراكاوشي , تحليل تاريخچه زماني , طراحي بهينه سازه‌هاي مختلط

optimal design of reinforced concrete structures , Meta-Heuristic algorithms , time history analysis , optimal design of mixed structures

Shaylin Rezazade

Dr. Kave