بهينه سازي لرزه اي سازه هاي بتني بلند مرتبه داراي مهارهاي بازويي با سيستم هسته ي مركزي و لوله در لوله

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

دكتري

با افزايش روزافزون سازه¬هاي بلند در دنياي معاصر، نياز به روش¬هاي نوين در طراحي سازه براي مقابله با بارهاي جانبي افزايش يافته¬است. به همين دليل سيستم¬هاي سازه¬اي لوله¬اي معرفي شده¬اند كه امروزه اغلب ساختمان¬هاي بلندمرتبه از يكي از اين سيستم¬هاي سازه¬اي استفاده مي-كنند. اما با اين حال، ضعف اساسي سيستم¬هاي لوله¬اي، مسئله¬ي تأخير برشي است كه به¬شدت بر روي كارايي اين سيستم¬ها تأثيرگذار است. يكي از روش¬ها براي كاهش اثرات تأخير برشي در سازه¬هاي لوله¬اي، استفاده از سيستم مهار بازويي و ديوار كمربندي است. مهارهاي بازويي بتني معمولاً تيرهايي با عمق يك تا دو طبقه هستند كه به صورت گيردار به هسته¬ي مركزي متصل مي¬شوند و به عنوان اجزاي اصلي سازه، نه تنها اثرات تأخير برشي را كاهش داده و سختي جانبي سازه را بهبود مي¬دهند، بلكه مي¬توان با بهينه¬سازي موقعيت آن¬ها، مسئله¬ي كوتاه¬شدگي¬هاي متفاوت محوري در سازه¬هاي بلند بتني را كه به دليل تغييرشكل¬هاي وابسته به زمان بتن اتفاق مي¬افتد را مرتفع كرد. از اين رو در اين مطالعه بهينه¬سازي موقعيت مهارهاي بازويي و ديوارهاي كمربندي بتني با هدف كمينه¬كردن تغييرمكان جانبي و حداكثر كوتاه¬شدگي¬هاي متفاوت محوري انجام شده¬است. براي حل مسئله¬ از دو روش تركيبي الگوريتم ژنتيك-هوك¬جيوز و الگوريتم ژنتيك-گراديان نزولي بهره گرفته شده،¬ به طوري¬كه دو روش هوك¬جيوز و گراديان نزولي با هدف بهبود روند جست¬وجوي محلي الگوريتم ژنتيك، با آن تركيب شده¬اند. همچنين از دو روش فاز مرزي و بهينه¬سازي نسبت طلايي با هدف افزايش سرعت همگرايي روش گراديان نزولي نيز استفاده شده¬است. مدل¬سازي و تحليل سازه¬¬ها، با استفاده از نرم¬افزار المان¬محدود ايتبس انجام شد و همچنين براي ارزيابي مقدار كوتاه¬شدگي¬هاي متفاوت محوري از مدل CEB براي تخمين رفتار بلندمدت بتن استفاده شد. . نتايج بدست آمده نشان مي¬دهد كه موقعيت و سختي مهارهاي بازويي در كاهش مقادير تغييرمكان جانبي سازه و كوتاه¬شدگي¬هاي متفاوت محوري بسيار تأثيرگذار است؛ به¬طوري¬كه نتايج مربوط به بهينه¬سازي سازه با تعداد طبقات 80 با استفاده از روش الگوريتم ژنتيك-هوك¬جيوز نشان مي¬دهد كه با قرار دادن يك مهار بازويي در موقعيت¬ بهينه¬ي خود مقدار تغييرمكان جانبي سازه تا 16% كاهش يافته كه اين مقدار در صورتي¬كه مهار بازويي در حالت سختي بهينه¬ي خود باشد، به 25% نيز مي¬رسد؛ همچنين در اين حالت حداكثر كوتاه¬شدگي ¬متفاوت محوري در سازه نيز تا 36% كاهش مي¬يابد. با توجه به تأثير چشمگير مهارهاي بازويي در بهبود عملكرد سازه و در نتيجه كاهش هزينه¬هاي ساخت، در اين مطالعه علاوه بر يافتن موقعيت و سختي بهينه¬ي مهارهاي بازويي، بهينه¬سازي مقاطع تيرها و ستون¬ها و همچنين ضخامت بهينه¬¬ي هسته¬ي ديوار برشي نيز انجام شده¬است. نتايج نشان مي¬دهد كه با نصب يك مهار بازويي در سازه سختي جانبي براي دو سازه با تعداد طبقات 80 و 100 به¬ترتيب حدوداً 43% و 38% نسبت به سازه بدون مهار بازويي كاهش داشته¬است؛ در حالي¬كه مقادير متناظر در حالت استفاده از چهار مهار بازويي به¬ترتيب برابر 85% و 77% مي¬باشد. با افزايش سختي جانبي سازه و توزيع بهتر لنگر خمشي بين اجزاي سازه هزينه¬ي كلي ساخت و لنگر خمشي هسته¬ي ديوار برشي نيز براي سازه با تعداد طبقات 80، به¬ترتيب تا 42% و 36% كاهش ¬داشته¬¬است؛ به¬طوري¬كه مقادير متناظر براي سازه با تعداد طبقات 100 نيز به¬ترتيب برابر 58% و 38% مي¬باشد. همچنين مقايسه¬ي سرعت همگرايي روش الگوريتم ژنتيك-گراديان نزولي با الگوريتم ژنتيك، عملكرد بهتر روش تركيبي ژنتيك-گراديان نزولي را نشان مي¬دهد. پس از يافتن موقعيت و سختي بهينه¬ي مهارهاي بازويي در سازه¬ها، طراحي بهينه¬ي آرايش ميلگردها با استفاده از روش بست¬وبند انجام شده¬است. پس از حل مسئله¬ي بهينه¬سازي و تعيين موقعيت و سختي بهينه¬ي مهارهاي بازويي در سازه¬ها، براي طراحي ميلگرد مهارهاي بازويي نياز است تا به سبب توزيع غيرخطي كرنش در آن¬ها، از روش¬هاي آناليز غيرخطي استفاده شود. اما به دليل پرهزينه بودن اين روش¬ها از روش مدل¬سازي بست¬وبند استفاده شده تا بتوان براي آناليز و طراحي نواحي گسسته از آن بهره برد. درواقع اساس اين روش شبيه¬سازي مسير نيرو در عضو با يك مدل خرپايي مي¬باشد كه با محاسبه¬ي نيروها در اعضاي فشاري و كششي خرپا بتوان به آرايش ميلگرد بهينه در عضو داراي گسستگي رسيد.

233049

سازه

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان