طراحی بهینه قاب های خمشی فولادی تحت خرابی پیش رونده با استفاده از الگوریتم ترکیبی اجتماع ذرات و جستجوی هارمونی

با افزایش روز افزون رو به رشد منابع طبیعی، استفاده بهینه از این منابع به ویژه در صنعت ساخت و ساز بیشتر احساس می شود. از طرف دیگر با توجه به هزینه تحلیلی بالا جهت امور بهینه سازی در سازه ها، اغلب مهندسین اجرایی از این امر اجتناب می کنند. اما امروزه افزایش قدرت پردازش سیستم های کامپیوتری زمینه را جهت بهینه سازی مهیا نموده است. معمولاً در بهینه سازی سازه، وزن حداقل به عنوان تابع هدف بهینه سازی در نظر گرفته می-شود. به دست آوردن طرح بهینه در سازه هایی که تحت طراحی جهت مقابله با خرابی پیش رونده قرار می گیرند، به دلیل پیچیدگی ناشی از آن و همچنین افزایش وزن سازه در اثر این نوع طراحی در سازه از اهمیت بسیاری برخوردار است. آیین نامه ufc-4-023-03 به عنوان یکی از پیشروان در زمینه خرابی پیش رونده از مقبولیت بسیاری برخوردار است. در سال 2009 آخرین ویرایش این آیین نامه، در زمینه استفاده از این ضوابط در کلیه ساختمان ها است. در این تحقیق با استفاده از الگوریتم ترکیبی hs-pso و طبق ضوابط آیین نامه ufc-4-023-03 از روش بار جایگزین با تحلیل دینامیکی غیر خطی به طراحی بهینه قاب های فولادی تحت خرابی پیش رونده پرداخته شود. در این پژوهش به طراحی 5 قاب، 5 طبقه 3 دهانه، 5 طبقه 4 دهانه، 9 طبقه 3 دهانه، 10 طبقه 4 دهانه و 15 طبقه 4 دهانه در دو نوع حالت طراحی پرداخته شده است. در حالت اول صرفاً قیود آیین نامه طراحی فولاد (aisc) به عنوان قیود بهینه سازی لحاظ گردیده است. در حالت دوم علاوه بر ضوابط aisc، ضوابط آیین نامه ufc نیز به کار گرفته شده است. برای مقاصد تحلیل سازه از نرم افزار opensees و جهت کنترل روند بهینه سازی از برنامه نویسی در فضای matlab بهیره گیری شده است. نمودار همگرایی به پاسخ بهینه در دو حالت طراحی برای 5 قاب مدل شده مبین این امر بود که الگوریتم بهینه سازی به کار گرفته شده در این پژوهش در تعداد تکرارهای پایین به جواب رسیده است. سرعت بالای این الگوریتم بهینه سازی در همگرایی به جواب می تواند یک نکته مثبت این پژوهش تلقی بشود. نتایج حاصله نشان دهنده این حقیقت می باشد که صرفاً ضوابط aisc جهت مقابله با خرابی پیش رونده کافی نمی باشد؛ به طوری که وزن قاب های 5 طبقه 3 دهانه، 5 طبقه 4 دهانه، 9 طبقه 3 دهانه،10 طبقه 4 دهانه و 15 طبقه 4 دهانه ی طراحی شده برای مقابله با خرابی پیش رونده به ترتیب 42 درصد، 31 درصد، 12 درصد 9 درصد و 7.2 درصد بیشتر از حالتی است که قاب ها فقط طبق ضوابط لرزه ای aisc طراحی شده اند. بررسی قاب های طراحی شده این نتیجه را داد که افزایش تعداد طبقات و تعداد دهانه و کاهش طول دهانه باعث بهبود عملکرد سازه در برابر پدیده خرابی پیش رونده می شود. در واقع در قاب های با تعداد طیقات و دهانه بیشتر، المان های سازه ای بیشتری وجود داشته و این موضوع موجب تقویت کنش زنجیره ای اعضا جهت حمل و انتقال بار از عضو آسیب دیده به سایر عضوهای باربر می گردد.