بهينه‌سازي دومرحله‌اي سازه‌هاي بتن مسلح به‌همراه جانمايي ديوارهاي برشي به وسيله‌ي الگوريتم ژنتيك بي بازگشت

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

دكتري

با پيشرفت پردازنده‌ها و توسعه‌ي روش‌هاي عددي، طراحي سازه دقيق‌تر، ارزان‌تر و شبيه‌سازي سيستم‌هاي پيچيده‌تر ممكن شده است. در زمينه‌ي سازه‍هاي بتن مسلح، به علت ماهيت پيچيده‍تر رفتار مقاطع و سازه نسبت به سازه‍هاي فولادي و قدمت بيشتر سازه‍هاي فولادي، تحقيقات به‌نسبت كم‌تري در زمينه‍ي بهينه‍سازي اين نوع سازه‍ها صورت پذيرفته است. اين امر جاي خالي تحقيقات بيشتر را فراهم ساخته است و مجال بررسي بيشتر رفتار اين سازه‍ها و روش‍هاي بهتر براي بهينه‍سازي آن‍ها را فراهم مي‌كند. در اين پژوهش با استفاده از ابزارهايي نظير Python، Matlab، PyMOO و OpenSees، به مدل‍سازي، تحليل و طراحي سازه بتن مسلح همراه با ديوارهاي برشي پرداخته شده و از الگوريتم ژنتيك بدون بازگشت براي بهينه‍سازي استفاده مي‍گردد. به اين منظور با مدل‍سازي در مقياس‍هاي مختلف (مصالح، المان‍ها و سازه)، نتايج با مدل‍هاي پيشين عددي و آزمايشگاهي مقايسه و صحت‍سنجي شده و مسائل پيشنهادي به همراه مسائل شاخص در بهينه‍سازي سازه بررسي خواهند شد. در مرحله بعد با بهينه‍سازي هر كدام از المان‌ها (تير، ستون و ديوار برشي) ليستي از مقاطع بهينه تهيه شده تا براي بهينه‍سازي سازه استفاده گردد. از اين مقاطع بهينه به‌عنوان متغيرهاي طراحي براي بهينه‍سازي سازه بتن مسلح استفاده مي‍گردد. پس از اثبات‌مفهوم و نشان دادن موثر بودن روش دو‌مرحله‌اي پيشنهادي، چند مثال كاربردي با شرايط مختلف بهينه‌سازي شده تا عمل‌كرد اين روش بيشتر بررسي گردد. در اين راستا، علاوه‌بر بهينه‌سازي قاب سه‌بعدي، محل ديوارهاي برشي نيز بر اساس طرح معماري بهينه گرديد. در آخرين مرحله، روش پيشنهادي دومرحله‌اي براي بهينه‌سازي چند هدفه با درنظر گرفتن هزينه و مصرف آب به عنوان توابع هدف ثانويه مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داده كه روش پيشنهادي دومرحله‌اي نه‌تنها به افزايش سرعت بهينه‌سازي كمك نموده، بلكه نتيجه نهايي را نيز به ميزان قابل‌توجهي بهبود بخشيده است. همچنين اين روش علاوه‌بر كارايي بالا در بهينه‌سازي تك‌هدفه، مي‌تواند براي بهينه‌سازي و مسائل تصميم‌گيري چند‌هدفه نيز مورد استفاده قرار بگيرد. اين روش كاهش فضاي جست‌وجو و افزايش كارايي بهينه‌سازي را به همراه دارد، به‌طوري‌كه هزينه كل سازه‌ها تا 34% كاهش مي‌يابد و هزينه‌هاي محاسباتي به ميزان 51% كمتر مي‌شود. همچنين، روش دو‌مرحله‌اي موفق شد پايداري فرآيند بهينه‌سازي را تا 100% افزايش دهد و با كاهش مصرف آب تا 5.4%، تأثيرات زيست‌محيطي را كاهش دهد. اين تحقيق نشان مي‌دهد كه الگوريتم پيشنهادي مي‌تواند پاسخ‌هاي بهينه بيشتري در مقايسه با روش‌هاي مرسوم بيابد و مقدار مصالح مصرفي را تا 50% كاهش دهد. همچنين مي‌تواند امكان بهينه‌سازي جانمايي ديوار برشي براي كاهش هزينه سازه تا 35% و طراحي پايدارتر را فراهم كند. درنهايت برنامه‍ي ارائه شده قابليت بهينه‍سازي يك سازه بتن مسلح بر اساس آيين‍نامه‍هاي موجود و با رويكرد طرح بهينه در مقياس واقعي را داشته و علاوه بر بهينه‌سازي سازه بتني و محل ديوارهاي برشي، با قابليت توسعه مي‌تواند در تحقيقات آينده نيز مورداستفاده قرار گيرد.

233330

سازه

پرديس

دانشگاه صنعتي اصفهان