طراحي بهينه عملكردي سازه هاي بتن آرمه تحت سطوح خطر زلزله طرح و حداكثر

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

عمران

كارشناسي ارشد

در پژوهش حاضر، طراحي بهينه عملكردي سازه¬هاي قاب¬خمشي بتن¬آرمه ويژه تحت سطوح خطر زلزله طرح و حداكثر انجام شده است. در ساليان اخير بسياري از مطالعات بر روي طراحي بهينه عملكردي سازه¬ها تمركز داشته¬اند. اما اغلب هدف طراحي آن مطالعات، محدود نمودن جابه¬جايي نسبي طبقه¬اي سازه¬ها بوده است، در حالي كه در اين مطالعه چرخش مفصل پلاستيك به حدود مجاز محدود شده است. بدين منظور ابتدا قاب¬هاي خمشي ويژه بتن¬آرمه 4، 8 و12 طبقه به صورت سه¬بعدي توسط نرم¬افزار ETABSبر اساس معيارهاي آيين¬نامه ACI318-19، طراحي اوليه شدند. مدلسازي سازه¬اي در نرم¬افزار اجزا محدود شئ¬گراي OpenSEES، به صورت غيرخطي و با روش مفصل پلاستيك متمركز بوده است. تحليل¬ها به صورت تاريخچه¬زماني غيرخطي تحت 11عدد از زوج¬ شتاب¬نگاشت¬هاي متناسب با خاك نوع D آيين¬نامه بارگذاري ASCE7-16 در دو سطح خطر زلزله طرح و حداكثر بوده است. لازم به ذكر است كه دليل استفاده از روش مدلسازي غيرخطي فوق، بررسي اثر زوال چرخه¬اي تحت معيار چرخش مفاصل خميري تيرها و ستون¬ها بوده است. روند بهينه¬سازي به صورتي بوده است كه از آلگوريتم يكنواخت¬¬سازي تغييرشكل¬ها (دوران مفاصل خميري) استفاده شده است. بدين ترتيب در هر بار تكرار، نتايج پاسخ¬هاي غيرخطي چرخش مفاصل خميري تيرها و ستون¬ها از نرم¬افزار استخراج شده و پس از ميانگين¬گيري از پاسخ¬هاي مربوط به 11 زوج شتاب¬نگاشت، پاسخ¬هاي ميانگين دوران مفاصل خميري اعضا توسط آلگوريتم بهينه¬سازي فوق در نرم¬افزار MATLAB، با مقادير مجاز آيين¬نامه بهسازي ASCE41-17 كنترل شده¬اند. به طور همزمان شاخص¬آسيب هر عضو از اعضاي سازه¬اي محاسبه شده و بر اساس مقادير شاخص آسيب، مقادير نسبت آرماتور مصرفي بهينه¬ جديد مقاطع تير و ستون¬ و همچنين سطح مقطع بهينه جديد تيرها و ستون¬ها، براساس معيارهاي فوق تعيين شدند. لازم به ذكر است كه در هر بار فرآيند بهينه¬سازي، تمامي معيارهاي آيين¬نامه¬اي طراحي و بهسازي، از جمله معيارهاي مقاومت، جابه¬جايي نسبي طبقات سازه، كنترل ابعاد هندسي تير و ستون¬ها، كنترل¬¬هاي مربوط به ضوابط قاب خمشي ويژه بتن¬آرمه شامل تير ضعيف-ستون قوي و كنترل مقدار مجاز نسبت آرماتور طولي در محل چشمه اتصال و همچنين ميزان چرخش مفاصل خميري اعضا كنترل شدند. نتايج نشان داد كه هزينه¬ سازه¬هاي 4، 8 و 12 طبقه تحت زلزله طرح به¬ترتيب به ميزان 42/43%، 55/46% و 58/45% همچنين تحت زلزله حداكثر به¬ترتيب به ميزان 83/20%، 36/30% و 23/30% بهينه شده¬اند. مقدار فولاد مصرفي سازه¬هاي 4، 8 و 12 طبقه تحت زلزله طرح به ¬ترتيب 41/58%، 57/60% و 04/61% و تحت زلزله حداكثر به¬ترتيب 43/37% ، 91/40% و 76/42% بهينه شده¬ است. همچنين مقدار بتن مصرفي تحت زلزله طرح 53/44%، 29/44% و 33/42% و تحت زلزله حداكثر 74/10%، 23/28% و 76/24% بهينه شده¬ است. زمان مورد نياز براي رسيدن به حالت بهينه در حالت انجام عمليات موازي با 8 هسته، براي سازه¬هاي 4، 8 و 12 طبقه تحت زلزله طرح به¬ترتيب 17، 44، 64 ساعت و همچنين تحت زلزله حداكثر به¬ترتيب 10، 30 و 35 ساعت بوده است كه اين موضوع كارايي روش بهينه¬سازي مورد استفاده را نشان مي¬دهد. بهينه¬سازي تحت زلزله طرح به ميزان بيشتري نسبت به زلزله حداكثر انجام شده¬است. نتايج نشان داد كه تغييرشكل اعضا (دوران) به طور يكنواختي توزيع شده و عملكرد لرزه¬اي سازه¬ها بهبود يافته است.

211449

سازه

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان

مرتضي مدح خوان، حسين تاجمير رياحي

پيام اسدي