بهینه سازی شکل سدهای وزنی در مقابل بارهای لرزه ای با در نظر گرفتن اندرکنش سد و مخزن

سد به دلیل ماهیت پیچیده خود دارای ابهاماتی در تحلیل می باشد. طراحی سدها همواره دارای قیدها و مسائلی در خود هستند که انجام آن را تبدیل به یکی از ظریف ترین، و در عین حال، پیچیده ترین فعالیت های موجود در مهندسی سازه نموده است. سد به دلیل حجم بسیار بالای بتن ریزی وخاکبرداری و خاکریزی و نیز سطح فراوان قالب بندی و همچنین سازه های جانبی بسیار آن، یکی از مهمترین انواع سازه و پروژه برای هر جامعه ای است که باعث می شود در اکثر نقاط دنیا به پروژه های سد سازی به چشم پروژه های ملی نگاه شود. با توجه به چشم انداز فوق، می توان تصور کرد که کمینه سازی هر یک از اجزا و فعالیت ها در یک پروژه سدسازی چه مقدار با اهمیت جلوه می کند. با نگاهی کوتاه به هزینه ها و ارزش مالی یک پروژه سدسازی، به راحتی می توان درک کرد که از چه روست که سد در زمانی که دارای طراحی مناسب باشد، می تواند چه تاثیر ژرفی بر اقتصاد پروژه داشته باشد. از همین روست که پژوهشگران مدتهای زیادی است که به دنبال یافتن راه مناسب جهت طراحی بهینه شکل سدها از جمله سدهای وزنی می باشند. این نوع سدها با دلیل دارا بودن سطح مقطع ثابت در مقاطع مختلف به صورت دو بعدی طراحی می شوند و این مسئله باعث می گردد که طراحان در انتخاب مقطع نهایی وسواس زیادی به خرج دهند. این دقت عمل از این روست که در صورتی که طرح مقطع بیش از مقدار مورد نیاز باشد، این مقدار در طول سد از بین می رود و این مسئله باعث از بین رفتن بتن می گردد. علیرغم این مسئله هنوز در بسیاری موارد سدها به صورت سعی و خطا طراحی می شود که باعث می گردد طرح ارائه شده، با توجه به بارهای طراحی، لزوما بهترین طرح نباشد. از دیگر سو طراحان معمولا سعی بر آن دارند که تحلیل را بر اساس شرایط واقعی در محل انجام دهند. بر همین اساس است که در طراحی و محاسبه سدها در بسیاری موارد اثر زلزله بر سازه با توجه به ویژگی های ساختاری محل مورد توجه قرار می گیرد. با توجه به اینکه احتمال وقوع زلزله در زمان پر بودن مخزن سد در هنگام زلزله وجود دارد، نیاز است که سد برای این حالت بحرانی نیز طراحی گردد. این مسئله باعث داخل شدن مسئله اندرکنش سد و مخزن می گردد. در بسیاری موارد، به جای تحلیل سد و در نظر گرفتن اندرکنش، از اثر بار جرم افزوده وسترگارد استفاده می شود. متاسفانه در بهینه سازی شکل سدها، پژوهشگران استفاده از جرم افزوده را کافی در نظر گرفته بودند و به همین دلیل یا تا کنون کسی اثر اندرکنش سد و مخزن را در بهینه سازی شکل سدها در نظر نگرفته بود و یا اگر که در نظر گرفته باشد، چنان کم مقدار است که از چشم نگارنده دور مانده است. از همین روست که در این پژوهش، عزم بر یافتن شکل بهینه سد وزنی است که در آن اثر وجود سیال و نیز اثر زلزله ای مشخص بر آنها در نظر گرفته شده باشد. به دلیل تاکید بر یافتن جوابی که بتوان با قاطعیت بالایی از کلی بودن جواب بهینه و فرار از بهینه های محلی -که معمولا در الگوریتم های کلاسیک وجود دارد- استفاده از الگوریتم های هوشمند مورد توجه قرار گرفت. آنچه که در این پژوهش مورد استفاده بود، روش الگوریتم ژنتیک بود که به دلیل دقت قابل قبولش در ارائه جوابهای بهینه کلی، گزینه مناسبی در نظر گرفته شد. این روش در دو قسمت مختلف از پژوهش، به وسیله دو زبان برنامه نویسی متلب و فرترن مورد استفاده قرار گرفت. برای تحلیل هم استفاده از نرم افزار تجاری موجود که کارآیی خود را به اثبات رسانده باشد، مناسبتر از سعی و خطا برای نوشتن برنامه جهت حل اندرکنش تشخیص داده شد و بدین منظور از نرم افزار انسیس استفاده گردید. شتابنگاشت اعمال شده در حل برنامه نیز شتابنگاشت زلزله طبس در ایستگاه دیهوک بود که به دلیل ساختار سنگی آن مشابه بستر سد در نظر گرفته شد و برای استفاده برنامه الگوریتم ژنتیک در سعی و خطاهای خود از نتایج تحلیل، جوابهای به دست آمده از تحلی های نرم افزار به یک شبکه عصبی آموزش داده شد تا بتواند آن را برای هر شکل دلخواه آموزش دهد. برنامه های الگوریتم ژتنیک و شبکه عصبی در زبان برنامه نویسی متلب نوشته شد، که البته برای روش شبکه عصبی از جعبه ابزار آماده نرم افزار مذکور استفاده گردید. برای مقایسه با حالت بدون اندر کنش، برنامه الگوریتم ژنتیک با استفاده از زبان برنامه نویسی فرترن نوشته شد و بار جرم افزوده بر آن اعمال گردید و شکل بهینه به دست آمد. همچنین جوابهای به دست آمده با جواب پژوهشگران پیشین که از بار جرم افزوده استفاده نمودند مقایسه شد . در نهایت برای مقایسه جواب به دست آمده از الگوریتم ژنتیک با در نظر گرفتن اندر کنش و جوابهای غیر آن، به دلیل عدم دسترسی به پژوهش مشابه، الگوریتمی پیشنهادی مورد استفاده قرار گرفت که جزئیات آن در متن آمده است. برای این منظور برنامه ای به زبان فرترن نوشته شد و زلزله طبس به علاوه بار هیدرو استاتیک بر سد اعمال گردید تا نهایتا شکلی مناسب جهت مقایسه به دست آید.