عنوان پایان‌نامه
بهینه یابی سازه فولادی با سیستم دوگانه قاب خمشی و مهاربندی BRB با استفاده از الگوریتم ژنتیک
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - سازه
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2312;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78569;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2312;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78569
- تاریخ دفاع
- ۲۹ آذر ۱۳۹۵
- دانشجو
- عاطفه شمسائی
- استاد راهنما
- عبدالله حسینی
- چکیده
- در ساختمان های فولادی سیستم قاب خمشی به دلیل شکل پذیری مناسب و امکان اتلاف زیاد انرژی زلزله سیستم مطلوب و مناسب به شمار می رود. مشکل اصلی این سیستم، تغییر مکان جانبی زیاد و به عبارتی عدم سختی جانبی کافی است. یکی از گزینه های برتر در طراحی و مقاوم‌سازی سازه ها که در سال های اخیر مورد توجه کارشناسان قرار گرفته به کارگیری مهاربندی با جذب انرژی بیشتر و سختی مناسب است. مهاربندهای مقید در برابر کمانش از سیستم های نوین لرزه ای می باشد که به دلیل عملکرد مناسب تر جایگزین مهاربندهای معمولی شدند. BRB ها دارای حلقه های هیسترزیس از نوع پایدار بوده و طی چرخه های بارگذاری و باربرداری متعدد، دچار افت در مقاومت و سختی نمی‌شوند. از آنجایی که روند ساخت و تولید این نوع از مهاربندها گران قیمت است در این مطالعه به بهینه‌سازی سیستم های دوگانه قاب خمشی و مهاربند کمانش تاب پرداخته شده است. هدف از بهینه سازی کاهش وزن قاب می باشد. به منظور دست یابی به طرح بهینه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و قیدهای مساله بهینه سازی با استفاده از مفهوم تابع جریمه مورد بررسی قرار می‌گیرند. بدین صورت که با جریمه افراد غیرممکن، از مقدار شایستگی آنها برای حضور در نسل بعد می کاهد. قیدهای حاکم بر مساله قیود عملکردی برای سطح L.S در نظر گرفته شده است. در ابتدا تلاش شد تا سه تیپ سازه 3، 6 و 12 طبقه، تا حد امکان به صورت بهینه، در نرم افزار ETABS طراحی گردند. سپس یک قاب دوبعدی (متشکل از قاب خمشی و BRB)، از هر یک از این سازه ها با استفاده از نرم افزار OpenSees به شکل غیر خطی مدل سازی شدند تا وارد سیکل بهینه سازی شوند. کدنویسی الگوریتم ژنتیک در محیط برنامه نویسی MATLAB انجام گرفت و قاب ها در نرم افزار OpenSees تحت آنالیز دینامیکی غیرخطی با سه رکورد زلزله کوبه، امپریال ولی و نورث ریج قرار گرفتند. نتایج ماکزیمم حاصل از این سه تحلیل برای قیود مختلف، به عنوان ورودی الگوریتم ژنتیک استفاده شدند تا به پاسخ بهینه برسیم. بر اساس نتایج حاصل از این پژوهش، قاب 3 طبقه 41 درصد، قاب 6 طبقه 46 درصد و قاب 12 طبقه 56 درصد نسبت به طرح اولیه¬ی تحلیل خطی با ETABS، بهینه شدند. همچنین سهم تیر و ستون ها و مهاربندها به طور جداگانه، در کاهش وزن قاب معین شد و تاثیر این کاهش وزن بر قیمت قاب و اعضای آن، به دست آمد.
- Abstract
- In steel structures, moment frame system, because of the adequate ductility and significant energy dissipation capability, is a suitable and well known system. However, its biggest issue is high drift amounts and in other words insufficient lateral stiffness. One of the best options for seismic design and retrofitting projects which has been considered by researchers, is to use bracing with higher energy absorption and adequate stiffness. Buckling-restrained brace frames are one of the new steel seismic load resisting systems which has substituted the conventional braces because of their better seismic performance. BRB’s have balanced hysteresis loops and their stiffness and strength are not affected by multiple loading and unloading cycles. Since the production procedure of these braces are rather expensive, in this study dual moment-resistant frame with buckling restrained brace are optimized. The goal is to reduce frame’s weight. To achieve an optimized design genetic algorithm is used and the constraints of the optimization problem are examined using the penalty function concept. In this concept, impossible members are fined and their fitness for the next population roles are reduced. Constraints ruled by performance constraint problem are considered for life safety performance level. At first three structures, 3, 6 and 12 stories, were designed and optimized using the ETABS software. Then a two dimensional frame (including moment frame and BRB) of each structure were nonlinearly modeled, using OpenSees software and entered the optimization cycle. Genetic algorithm codes were written in MATLAB programming software and time history analysis of frames were done using seismic records of Kobe, Imperial Valley and Northridge earthquake. Maximum results of these three analysis for different constraints were used as genetic algorithm input to reach the optimized response. According to results obtained from this study, the 3 story frame, 6 story and 12 story were optimized 41%, 46% and 56% respectively compared to preliminary linear analysis using ETABS. Also, the contribution of beams, columns, and braces on weight reduction were separately calculated and its effect on the cost of frames and their members were obtained. Keywords: Buckling Restrained Brace, Optimization, Genetic algorithm, Time history analysis, Performance constraints
