طراحی بهینه لرزه ای قاب های فولادی :پایان نامه کارشناسی ارشد عمران گرايش سازه
پایان نامه ای که معرفی میگردد از سری پایان نامه های جدید رشته عمران و با عنوان طراحی بهینه لرزه ای قاب های فولادی ، مطالعه موردی پل شهید حقانی تهران در 128 صفحه با فرمت Word (قابل ویرایش) در مقطع کارشناسی ارشد تهیه و نگارش شده است. امیدواریم مورد توجه کاربران سایت و دانشجویان عزیز مقاطع تحصیلات تکمیلی رشته های جذاب عمران قرار گیرد.
چکیده طراحی بهینه لرزه ای قاب های فولادی:
در مهندسي عمران بهينه سازي سازه‌ها براي بارگذاريهاي استاتيكي به طور قابل ملاحظهاي توسعه داده شده‌اند. ليكن، در بهينه‌سازي براي بارهاي لرزهاي مشكلات عديده‌اي مانند وابستگي قيود نسبت به زمان، متغير بودن فضاي طراحي در زمان و محاسبات گراديان نمود پيدا مي كند. براي بهينه سازي در برابر زلزله در اين تحقيق از روش تحليل دینامیکی طيفي استفاده شده است كه دقت قابل قبولي داشته و با مشكلات فوق الذكر نيز درگير نميباشد. براي اين منظور، به بهينه سازي قابهاي فولادي كوتاه، متوسط و بلند در برابر زلزله پرداخته شده است.
نتایج حاصل از بهینه سازی با استفاده از روش کلاسیک (روشهاي بر مبناي گراديان) با نتایج حاصل از بهینه سازی گسسته الگوریتم ژنتیکی، براي اطمينان از بدست آمدن طرح بهينه كلي، مقایسه شده‌اند.در روش کلاسیک، براي محاسبه گرادیانها و تحلیل حساسیت، از روش تفاضل محدود پیشرونده استفاده شده است. با استفاده از تحليل 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، قابليت روشهاي ارائه شده با حل چندمساله ازنوع بهينه سازي قابهاي فولادی مهاربندي شده و مهاربندی نشده و بارعايت ضوابط فني وآيين نامهاي تنش مجاز مبحث 10 مقررات ملی ساختمان، ارائه شده است. نتایج با یکدیگر مقایسه و اقتصادی ترین سیستم سازه ای در برابر ارتفاع مشخص شده است.
زمينه تحقيق
منظور از بهينه سازي در مهندسي عمران يافتن طرحي براي سازه است كه ضمن رعايت ضوابط فني، حداقل هزينه اقتصادي را داشته باشد. قابهاي ساختماني معمولترين سازه های مهندسي عمران میباشند. بنابراين، بهينه سازي اين نوع سازه ها كمك بزرگي از نظر اقتصادي 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 امکان پذیر است. از دهه 80 میلادی با پیشرفت سریع تکنولوژی کامپیوتر، روشها و برنامه های کامپیوتری زیادی در زمینه بهینه سازی سازه های واقعی، تحت قیود طراحی عملی، ارائه شده است ]1[. از آنجا که روش منحصر به فردی برای حل بهینه تمامی مسائل بهینه سازی وجود ندارد، از اینرو روشهای متعددی برای حل مسائل بهینه سازی توسعه یافته است ]2[. در حالت کلی، روشهای بهینه سازی مورد استفاده در مهندسی را میتوان به دو دسته متمایز تقسیم نمود:
الف) گرادیانی
ب) اکتشافی
از مشهورترین روشهای بهینه سازی گرادیانی میتوان به روشهای برنامه ریزی خطی (LP)، برنامه ریزی مرتبه دوم (QP) و برنامه ریزی غیرخطی (NLP) و از روشهای اکتشافی نیز میتوان به روشهای الگوریتم ژنتیکی (GA)، شبیه سازی بازپخت (SA)، بهینه سازی هجوم ذرات (PSO) و بهینه سازی فازی (FO) اشاره نمود. در بهینه سازی گرادیانی، بدست آوردن جواب بهینه نیازمند محاسبه گرادیانها و تحلیل حساسیت است.
فرضیات تحقیق
فرضیات اعمال شده در این تحقیق عبارتند از :
تحلیل الاستیک خطی
چشم پوشی از اثرات اندرکنش خاک و سازه
استخراج قابها بصورت دو بعدی از کل سازه
چشم پوشی از ضوابط طراحی لرزه ای و جزئیات اتصالات
لزوم انجام تحقيق
در مناطق لرزه خیز مانند کشور ما ایران، نیاز مبرمی به طراحی بهینه سازه های مقاوم در برابر زلزله میباشد. طراحی بهینه این سازه ها 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 گرفته اند که در میان آنها میتوان به قاب برشی، ستون قوی-تیر ضعیف و غیره اشاره کرد. علاوه بر این فرضیات، هدف بسیاری از تحقیقات سالهای اخیر، مقایسه روشهای بهینه سازی با یکدیگر و کاهش زمان همگرایی نتایج بوده است.
بنابراین لزوم تحقیقی که در آن، بهینه سازی با استفاده 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.
خلاصه پايان‌نامه
در فصل اول، موضوع اصلي تحقيق یعنی بهينه‌سازي قابهای فولادی، تحت بارهای ثقلی و جانبی لرزهای و مشکلات موجود در بهینه سازی سازه ها و نحوه تحلیل و بهینه سازی انجام گرفته در تحقیق بیان میگردد. در فصل دوم، تحقيقات انجام شده و ابزارها و جنبه‌هاي مختلف بهينه‌سازي كه تاكنون انجام پذيرفته، بيان مى‌شوند. در فصل سوم، نحوه بدست آوردن مقاطع بهینه، با ذکر جزئیات کامل كه شامل شرح تئوري‌هاي مورد استفاده مى‌باشد، بیان میگردد. با حل مثال‌هاي مختلف در فصل چهارم، چگونگي بهینه سازی قابهای فولادی با استفاده از دو روش SQP و GA بيان مي‌شود. نتيجه‌گيري كلي و كاربردهاي تحقيق انجام شده، در فصل پنجم تشريح شده و پيشنهادهايي جهت تحقيقات آينده، بيان مي‌گردد
فهرست مطالب
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 پایاننامه 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- نتیجه گیری 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 بهینه سازی 50
3-5-1- روش بهینه سازی گرادیانی SQP 50
3-5-2- روش بهینه سازی اکتشافی GA 52
3-6- فرمولبندی مساله بهینه سازی 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- نتیجه گیری 79
فصل پنجم : نتیجه گیری و کاربرد 81
5-1- مقدمه 82
5-2- نتيجه‌گيري كلي درباره مساله اصلي تحقيق 82
5-2-1- بهينه‌سازي لرزهای 83
5-2-2- روشهای بهینه سازی 83
5-2-3- مقایسه نتایج حاصل از این تحقیق و تحقیقات پیشین 84
5-3- كاربردهاي نظري و تحقيقي 85
5-4- كاربردهاي عملي 86
5-5- پيشنهاد تحقيقات آتي 86
منابع و مآخذ 88
پیوست 96
فهرست جدولها
جدول 3-1- مشخصات برخی از پروفیلهای IPB اشتال…………………………………………………….36
جدول 3-2- مقایسه برازش با استفاده از روشهای حداقل مربعات و درونیابی اسپلاین فضایی 37
جدول 3-3- فرکانسهای حاصل از نرم افزار S-Frame و برنامه نوشته شده……………………..48
جدول 3-4- مقایسه تحلیلهای صورت گرفته جهت صحت سنجی 48
جدول 4-1- نتایج اولیه حاصل از بهینه سازی SQP 65
جدول 4-2- نتایج نهایی حاصل از بهینه سازی SQP و GA قاب مهاربندی شده………………..67
جدول 4-3- نتایج نهایی حاصل از بهینه سازی SQP و GA قاب خمشی……………………………67
جدول 4-4- نتایج اولیه حاصل از بهینه سازی SQP……………………………………………………………..71
جدول 4-5- نتایج نهایی حاصل از بهینه سازی SQP و GA قاب مهاربندی شده………………..73
جدول 4-6- نتایج نهایی حاصل از بهینه سازی SQP و GA قاب خمشی……………………………73
جدول 4-7- نتایج اولیه حاصل از بهینه سازی SQP……………………………………………………………..77
جدول 4-8- نتایج نهایی حاصل از بهینه سازی SQP قاب مهاربندی شده…………………………..78
جدول 4-9- نتایج نهایی حاصل از بهینه سازی SQP قاب خمشی………………………………………78
فهرست شکلها
شکل 1-1- رویکردهای مختلف برای تحلیل حساسیت………………………………………………………3
شکل 1-2- فلوچارت برنامه نوشته شده در محیط MATLAB…………………………………………….7
شکل 2-1- (الف) مساله بهینه سازی واقعی (ب) مساله با تقریب خطی……………………………12
شکل 2-2- قاب فولادی مهاربندی شده 8 طبقه، تحت بار لرزهای……………………………………20
شکل 2-3- کاهش وزن قاب هنگام روند بهینه سازی…………………………………………………………..21
شکل 2-4- قاب فضایی 6 طبقه و گروه بندی المان ها………………………………………………………..25
شکل 2-5- تاریخچه همگرایی روند بهینه سازی…………………………………………………………………..26
شکل 2-6- مقایسه وزن نرمالیزه شده قابهای ساده مهاربندی شده با تکیه گاههای مفصلی در برابر قاب خمشی با تکیه گاههای صلب 26
شکل 2-7- a) مدل تقریبی دو بعدی، b)مدل تیر چند درجه آزادی 27
شکل 3-1- سیستم SDOF دینامیکی ساده 31
شکل 3-2- روش عددی خطی نیومارک……………………………………………………………………………….33
شکل 3-3- شتاب نگاشت مؤلفه افقی زلزله طبس……………………………………………………………………33
شکل 3-4- طیف پاسخ شبه شتاب مؤلفه افقی زلزله طبس ………………………………………………..34
شکل 3-5- صحت سنجی طیف پاسخ الاستیک…………………………………………………………………..34
شکل 3-6- تبدیل مختصات برای المانهای قاب …………………………………………………………………38
شکل 3-7- (الف) اثرات P-δ، (ب)اثرات P-D ……………………………………………………………………41
شکل 3-8- بردار ضریب تاثیر هنگام اعمال زلزله در جهت X …………………………………………..44
شکل 3-9- قاب مهاربندی شده 4 طبقه و 3 دهانه……………………………………………………………….47
شکل 3-10- تغییر شکل نهایی سازه توسط SAP2000……………………………………………………….49
شکل 3-11- تغییر شکل نهایی سازه توسط برنامه نوشته شده در MATLAB ………………….49
شکل 3-12- مود اول سازه توسط SAP2000………………………………………………………………………50
شکل 3-13- مود اول سازه توسط برنامه نوشته شده در محیط MATLAB……………………….50
شکل 3-14- انواع فرزندان……………………………………………………………………………………………………..55
شکل 4-1- طیف شبه شتاب مؤلفه افقی زلزله السنترو (El Centro) ………………………………….63
شکل 4-2- قاب مهاربندی شده 4 طبقه و 3 دهانه و گروهبندی اعضای آن …………………….63
شکل 4-3- قاب خمشی 4 طبقه و 3 دهانه و گروهبندی اعضای آن………………………………….63
شکل 4-4- تابع هدف (وزن) در برابر تکرار، تحت بارگذاری D+L ………………………………….64
شکل 4-5- تابع هدف (وزن) در برابر تکرار، تحت بارگذاری 0.75 (D+L+E)…………………….65
شکل 4-6- تابع هدف (وزن) در برابر تولید نسل، تحت بارگذاری D+L ………………………….66
شکل 4-7- تابع هدف (وزن) در برابر تولید نسل، تحت بارگذاری 0.75 (D+L+E)…………….66
شکل 4-8- قاب مهاربندی شده 10 طبقه و 5 دهانه و گروه بندی اعضای آن……………………69
شکل 4-9- قاب خمشی 10 طبقه و 5 دهانه و گروه بندی اعضای آن……………………………….69
شکل 4-10- تابع هدف (وزن) در برابر تکرار، تحت بارگذاری D+L…………………………………70
شکل 4-11- تابع هدف (وزن) در برابر تکرار، تحت بارگذاری 0.75 (D+L+E)…………………..71
شکل 4-12- تابع هدف (وزن) در برابر تولید نسل، تحت بارگذاری D+L…………………………72
شکل 4-13- تابع هدف (وزن) در برابر تولید نسل، تحت بارگذاری 0.75 (D+L+E)………….72
شکل 4-14- قاب مهاربندی شده 18 طبقه و 7 دهانه و گروه بندی اعضای آن…………………75
شکل 4-15- قاب خمشی 18 طبقه و 7 دهانه و گروه بندی اعضای آن……………………………..75
شکل 4-16- تابع هدف (وزن) در برابر تکرار، تحت بارگذاری D+L…………………………………76
شکل 4-17- تابع هدف (وزن) در برابر تکرار، تحت بارگذاری 0.75 (D+L+E)…………………..77
راهنمای خرید و دانلود فایل
برای پرداخت، از کلیه کارتهای عضو شتاب میتوانید استفاده نمائید.
بعد از پرداخت آنلاین لینک دانلود فعال و نمایش داده میشود ، همچنین یک نسخه از فایل همان لحظه به ایمیل شما ارسال میگردد.
در صورت بروز هر مشکلی،میتوانید از طریق تماس با ما پیغام بگذارید و یا در تلگرام با ما در تماس باشید، تا مشکل مورد بررسی قرار گیرد. دیجی لود متعهد میشود که هر طور شده فایل خریداری شده ، به دست شما خواهد رسید.
برای دانلود فابل روی دکمه خرید و دانلود کلیک نمایید.
ديدگاه ها