دانلود پایان نامه ارشد : طراحی بهینه لرزه­ای قاب­های فولادی

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 :

دكتر جلال اکبری

استاد مشاور:

دکتر علیرضا جهانپور

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده:

در مهندسی عمران بهینه­سازی سازه‌ها برای بارگذاریهای استاتیكی به طور قابل ملاحظه­ای توسعه داده شده‌اند. لیكن، در بهینه‌سازی برای بارهای لرزه­ای مشكلات عدیده‌ای مانند وابستگی قیود نسبت به زمان، متغیر بودن فضای طراحی در زمان و محاسبات گرادیان نمود پیدا می كند. برای بهینه­سازی در برابر زلزله در این تحقیق از روش تحلیل دینامیکی طیفی استفاده شده است كه دقت قابل قبولی داشته و با مشكلات فوق­الذكر نیز درگیر نمی­باشد. برای این منظور، به بهینه­سازی قاب­های فولادی كوتاه، متوسط و بلند در برابر زلزله پرداخته شده است. نتایج حاصل از بهینه­سازی با بهره گرفتن از روش کلاسیک‌ (روش های بر مبنای گرادیان) با نتایج حاصل از بهینه­سازی گسسته الگوریتم ژنتیکی، برای اطمینان از بدست آمدن طرح بهینه كلی، مقایسه شده‌اند. در روش کلاسیک، برای محاسبه گرادیان­ها و تحلیل حساسیت، از روش تفاضل محدود پیش­رونده استفاده شده است. با بهره گرفتن 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 است. با در نظر گرفتن سختی هندسی، اثرات ثانویه در تحلیل استاتیکی اعمال شده است. جهت انجام تحلیل لرزه­ای، با محاسبه طیف پاسخ الاستیک زلزله دلخواه، به تحلیل دینامیکی طیف پاسخ سازه پرداخته شده است.

در این پایان نامه ، قابلیت روش های 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 است. نتایج با یکدیگر مقایسه و اقتصادیترین سیستم سازه­ای 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-روش­های برنامه ­ریزی ریاضی…………………………………………………………………………………12

2-2-2-روش­های معیار بهینگی……………………………………………………………………………………………19

2-2-3-الگوریتم­های تکامل………………………………………………………………………………………………….22

2-3- نتیجه­گیری……………………………………………………………………………………………………………………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 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 تحقیق 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 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-  نتیجه­گیری…………………………………………………………………………………………………………………79

فصل پنجم : نتیجه­گیری و کاربرد…………………………………………………………………….81

5-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………..82

5-2- نتیجه‌گیری كلی درباره مساله اصلی تحقیق……………………………………………………………….82

5-2-1- بهینه‌سازی لرزه­ای………………………………………………………………………………………………….83

5-2-2- روش­های بهینه­سازی…………………………………………………………………………………………….83

5-2-3- مقایسه نتایج حاصل از این تحقیق و تحقیقات پیشین………………………………………..84

5-3- كاربردهای نظری و تحقیقی………………………………………………………………………………………85

5-4- كاربردهای عملی………………………………………………………………………………………………………..86

5-5- پیشنهاد تحقیقات آتی…………………………………………………………………………………………………86

منابع و مآخذ ………………………………………………………………………………………………………………………..88

پیوست ………………………………………………………………………………………………………………………………….96

زمینه تحقیق

منظور از بهینه­سازی[1]در مهندسی عمران یافتن طرحی برای سازه است كه ضمن رعایت ضوابط فنی، حداقل هزینه اقتصادی را داشته باشد. قابهای ساختمانی معمول­ترین سازه­های مهندسی عمران می­باشند. بنابراین، بهینه­سازی این نوع سازه­ها كمك 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 است. از دهه 80 میلادی با پیشرفت سریع تکنولوژی کامپیوتر، روش­ها و برنامه ­های کامپیوتری زیادی در زمینه بهینه­سازی سازه­های واقعی، تحت قیود طراحی عملی[2]، ارائه شده است ]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 است ]2[. در حالت کلی، روش­های بهینه­سازی مورد استفاده در مهندسی را می­توان به دو دسته متمایز تقسیم نمود:

الف) گرادیانی[3]

ب)  اکتشافی[4]

از مشهورترین روش­های بهینه­سازی گرادیانی می­توان به روش­های برنامه ­ریزی خطی (LP)[5]، برنامه ­ریزی مرتبه دوم (QP)[6] و برنامه ­ریزی 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] اشاره نمود. در بهینه­سازی گرادیانی، بدست آوردن جواب بهینه نیازمند محاسبه گرادیان­ها و تحلیل حساسیت[12] است. روش­های تحلیل حساسیت در شکل 1-1 آورده شده­اند.

شکل 1-1- رویکردهای مختلف برای تحلیل حساسیت ]3[

علاوه بر مشکلات موجود در زمینه انتخاب روش بهینه­سازی و نحوه تحلیل حساسیت، نحوه 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 تحقیق به بهینه­سازی قاب­های مهاربندی شده و مهاربندی نشده فولادی، تحت بارهای ثقلی و لرزه­ای، با بهره گرفتن از روش برنامه ­ریزی درجه دو متوالی (SQP)[16]و الگوریتم ژنتیکی (GA) پرداخته شده است. بار ناشی از زلزله نیز مستقیما با بهره گرفتن از روش تحلیل طیف پاسخ (RSA) بر روی سازه اعمال می­شود. 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 بررسی­های لازم صورت گرفته است.

1-2-فرضیات تحقیق

فرضیات اعمال شده در این تحقیق 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 تحقیق

در مناطق لرزه­خیز مانند کشور ما ایران، نیاز مبرمی به طراحی بهینه سازه­های مقاوم در برابر زلزله می­باشد. طراحی بهینه این سازه­ها نقش بسزایی در کاهش آمار خسارات و تلفات ناشی از زلزله دارد. در اکثر تحقیقات صورت گرفته که در فصل آتی به آنها اشاره می­گردد، فرضیات ساده کننده زیادی مورد استفاده قرار گرفته­اند که در میان آنها می­توان به قاب برشی[17]، ستون قوی-تیر ضعیف[18] و غیره اشاره کرد. علاوه بر این فرضیات، هدف بسیاری از تحقیقات سال­های اخیر، مقایسه روش­های بهینه­سازی با یکدیگر و کاهش زمان همگرایی نتایج بوده است. بنابراین لزوم تحقیقی که در آن، بهینه­سازی با بهره گرفتن 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 می­شود.

1-4-شیوه تحقیق

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 می­شود ]4[. برای انجام این روش، در ابتدا باید تحلیل مودال[19] صورت گرفته و فرکانس­های طبیعی سازه محاسبه شوند. سپس با بهره گرفتن از طیف طرح، که در آن تمامی فرکانس­های ممکن در مقابل پاسخ­های حداکثر رسم شده ­اند و با بهره گرفتن از روش­ آماری ترکیب مربعی کامل (CQC)[20]،پاسخ­های حداکثر سازه محاسبه ­شوند. بنابراین تابعی در محیط MATLAB برای تولید طیف پاسخ الاستیک نوشته شده است که طیف جا به ­جایی (Sd)[21]، شبه سرعت (Spv)[22] و شبه شتاب (Spa)[23] زلزله دلخواه را با بهره گرفتن از حل عددی روش خطی نیومارک، برای محدوده دوره تناوب و میرایی دلخواه، محاسبه می­نماید.

بجای استفاده از برنامه ­های تجاری آماده، برنامه­ای در محیط MATLAB نوشته شده است که قادر به انجام تحلیلهای استاتیکی، P-Delta و دینامیکی طیف پاسخ می­باشد. این برنامه بر­اساس روش المان محدود (FEM)[24] نوشته شده است، برای ایجاد محیطی کاربر پسند، ورودی­ های برنامه در فایل پیوست اکسل (Excel) به برنامه معرفی می­شوند. در این فایل باید مختصات گره­ها، شماره المان­ها و گره­های ابتدا 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

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

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

پشتیبانی سایت :        *       asa.goharii@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.