طراحي بهينه ي قاب فولادي با اتصالات نيمه صلب با استفاده از الگوريتم هاي فراكاوشي

كارشناسي ارشد

طراحي بهينه ي سازه ها از جمله موضوعات مورد علاقه ي طراحان سازه به علت منافع اقتصادي آن است. اگرچه هزينه ي تمام شده ي يك سازه ي فولادي تحت تأثير عوامل زيادي از جمله مصالح، ساخت، نصب و حمل و نقل مي‌باشد، اما هزينه ي فولاد به كار رفته در سازه بخش زيادي از اين هزينه را شامل مي شود. لذا در طراحي بهينه ي سازه ها تمركز اصلي بر روي كمينه كردن وزن سازه ميباشد. يكي از عوامل تأثيرگذار بر روي وزن سازه، و همچنين برروي هزينه ي سازه(كه مي توان به صورت يك معادل وزني آن را لحاظ كرد) اتصالات آن مي باشد. در تحليل هاي معمول سازه ها رفتار اتصالات يا به صورت مفصلي و يا به صورت كاملأ صلب فرض مي شود. پس از پايان تحليل از طريق استخراج خروجي هاي لازم در محل اتصالات، اين اتصالات طراحي مي گردند. در بعضي از موارد تغيير شكل اعضاي اتصال بر روي مقاومت سازه در برابر بارهاي اعمالي تأثير گذار مي باشد. از طرفي طراحي اتصالات به صورت كاملأ گيردار بسيار هزينه بر بوده و احتياج به نظارت دقيق در زمان اجراي آن دارد. لذا ميتوان به منظور كاهش هزينه هاي سازه و لحاظ كردن اثر شكل پذيري اتصالات، آن ها را به صورت نيمه گيردار(Partially Restrained) طراحي نمود. فرض وجود اتصالات نيمه گيردار ايجاب مي كند كه رفتار اتصال در فرآيند تحليل وارد شود. مطالعات متعددي نشان داده است كه رفتار اتصالات (كه معمولأ منحني لنگر-دوران مشخصه ي اصلي آن است) به صورت غيرخطي مي باشد، و روش هاي مختلفي نيز براي مدلسازي اينگونه اتصالات در اين تحقيقات ارائه شده است. در اين تحقيق تلاش بر اين بوده تا با به كارگيري الگوريتم هاي فراكاوشي بهينه سازي برخورد اجسام (CBO) ، روش توسعه يافته ي بهينه سازي برخورد اجسام (ECBO) و سيستم ذرات مرتعش(VPS) و نيز با در نظر گرفتن رفتار نيمه صلب اتصالات تير به ستون، با انتخاب مدل مناسب از ميان مدل هاي پيشنهادي براي مدلسازي رفتار غير خطي آن ها، به يك طرح بهينه دست يافت. به اين منظور دو مثال سازه اي با استفاده از يك تابع هدف مناسب كه هزينه ي اتصالات را در بر مي گيرد بررسي شده است. در هر دو مثال مشاهده شد كه هزينه ي كلي سازه نسبت به حالتي كه از اتصالات صلب استفاده شود كاهش داشته است. همچنين عمكرد قابل قبول هر سه الگوريتم مشاهده شد. در بخش دوم اين تحقيق هدف بررسي اثر اتصالات نيمه صلب بر روي وزن سازه ها و هزينه ي كلي آن ها با احتساب هزينه ي اتصالات بوده است. بدين منظور قاب هاي مختلفي با تعداد دهانه ي يكسان و برابر با 4 و بارگذاري مشابه، اما طبقات مختلف بررسي شدند. نتيجه كلي اينكه در سازه هاي كوتاه مورد بحث در اين تحقيق به علت توزيع يكنواخت تر لنگر خمشي در اثر استفاده از اتصالات نيمه صلب، حداكثر لنگر در اكثر اعضاي سازه كاهش يافته كه منجر به سبكتر شدن قاب گرديده است. علاوه بر آن هزينه ي كلي سازه نسبت به حالتي كه از اتصالات صلب استفاده شد در همه ي قاب ها كاهش چشمگيري داشت. درمورد سازه هاي بلندتر مورد بحث در اين مطالعه اختلاف هزينه ي سازه بين دو حالت صلب و نيمه صلب كمتر شد و علت آن افزايش جابجايي هاي سازه در اثر استفاده از اتصالات نيمه صلب و سوق الگوريتم به سمت استفاده از اتصالات نزديك به صلب تشخيص داده شد. با توجه به اينكه استفاده از اتصالات نيمه¬صلب هزينه ي محاسبات را به مقدار قابل توجهي افزايش مي دهد، در مورد سازه هاي بلند پيش بيني مي شود افزايش بيشتر جابجايي ها و در نتيجه كاهش اختلاف هزينه سازه بين دو حالت مذكور، طراح را از استفاده از اتصالات نيمه صلب منصرف كند.

190136

دانشگاه علم و صنعت ايران

سازه

دكتر علي كاوه - دكتر محمد علي برخورداري