بهینه یابی تک هدفه و چند هدفه قاب خمشی خرپایی ویژه با استفاده ازالگوریتم ژنتیک جزیره ای

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی عمران،دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

2 دانشیار مهندسی عمران-سازه، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

3 استادیار، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

چکیده

در بسیاری از پژوهش‌های انجام شده در زمینه بهینه‌سازی، هدف تنها حداقل کردن هزینه بوده است. البته این امر با توجه به محدود بودن منابع اولیه و انرژی و افزایش روز‌افزون هزینه‌ها، امری ضروری است. ولی این کاهش هزینه‌ها باید تا جایی پیش ‌رود که به عملکرد مورد انتظار سازه آسیبی وارد نکند. در این پژوهش هدف بر این بوده است که علاوه بر بهینه نمودن وزن سازه، عملکرد لرزه‌ای سازه نیز بطور همزمان بهینه‌سازی گردد. برای بیان عملکرد لرزه‌ای سازه نیاز به معیاری بود که عملکرد لرزه‌ای سازه را بیان نماید که برای این منظور از پارامتر ضریب رفتار کمک گرفته شده است. در این مقاله طراحی بهینه قاب خمشی خرپایی ویژه با استفاده ازالگوریتم ژنتیک جزیره‌ای یکبار تحت تابع هدف تک هدفه با هدف کمینه کردن وزن و بار دیگر تحت تابع هدف چندهدفه با هدف کمینه کردن وزن و بیشینه کردن ضریب رفتار بصورت همزمان صورت می‌گیرد. بدین منظور طراحی 3 قاب 6،3 و 9 طبقه یک دهانه با ارتفاع طبقات 3 متر و طول دهانه 18 متر ارایه شده است. در این تحقیق بهینه‌یابی آرایش خرپا، سطح مقطع اعضا، مقادیر ارتفاع خرپا و طول ناحیه ویژه قاب خمشی خرپایی انجام می‌شود. کد بهینه‌سازی در محیط نرم‌افزار Matlab نوشته شده و برای تحلیل‌های سازه‌ای از نرم‌افزار OpenSees استفاده شده است. قیود مسائل بهینه‌سازی براساس ضوابط و محدودیت‌های آیین‌نامه AISC341-16 می‌باشد‌. در نهایت جواب های حاصل از بهینه سازی تک هدفه و چند هدفه با هم مقایسه گردید. نتایج نشان‌دهنده کارایی و عملکرد مناسب روش تابع هدف دو هدفه می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Optimization of Single-Objective and Multi-Objective Special Truss Moment Frame Using Island Genetic Algorithm

نویسندگان [English]

  • mohaddese sadeghpour 1
  • VahidReza Kalatjari 2
  • Hossein Pahlavan 3
1 Faculty of Civil Engineering, Shahrood University of Technology،shahrood,iran
2 Associat Professor, Faculty of Civil Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
3 Assistant Professor, Faculty of Civil Engineering, Shahrood University of Technology, Iran
چکیده [English]

In many optimization studies, the goal is to minimize the costs which is necessary due to the limited resources and energy and the constantly increasing costs. However, this reduction in costs must be to some extent so that the expected performance of the structure is not impaired. In this study, the aim is to optimize the seismic performance and the weight of the structure simultaneously. In order to demonstrate the seismic performance of the structure, a criterion is needed to represent the seismic performance of the structure, for which the behavior coefficient parameter is used. In this paper, the optimal design of a special moment resisting frame is performed using the island genetic algorithm, once under a single-objective, objective function with the aim of minimizing the weight and again under a multi-objective, objective function with the aim of minimizing weight and maximizing behavior coefficient simultaneously. For this purpose, the design of 3 frames of 3, 6 and 9 stories with one span with a story height of 3 meters and span length of 18 meters is presented. In this research, truss arrangement, cross section of truss members, truss height and length of special zone of the truss moment resisting frame are optimized. The optimization code is written in Matlab software environment and OpenSees software is used for structural analysis. The constraints of optimization problem are based on the regulations and restrictions of AISC341-16. Finally, the results of the single-objective and multi-objective optimization are compared. The results show the efficiency and performance of the two-objective, objective function method in comparison with the single-objective, objective method.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Special Truss Moment Frame
  • Optimization
  • Single-Objective
  • Multi-Objective
  • Island Genetic Algorithm
[1] Jiansinlapadamrong, C., Park, K., Hooper, J., & Chao, S. H. (2019). Seismic design and performance evaluation of long-span special truss moment frames. Journal of Structural Engineering, 145(7), 04019053.
[2] Kumar, R., & Sahoo, D. R. (2020). Seismic performance of highrise special truss moment frames with multiple Vierendeel ductile segments and high panel aspect ratios. The Structural Design of Tall and Special Buildings, 29(18), e1810.
[3] Kumar, R., Sahoo, D. R., & Gupta, A. (2020). Quantification of Seismic Performance Factors for Ductile Vierendeel Steel Truss Moment Frames. Journal of Earthquake Engineering, 1-22.
[4] Mousavi, S., Keramat, A., & Shekasteband, B. (2019). Investigation of the Effect of Geometric Parameters on Behavior of Special Truss Moment Frames. Int. Res. J. Eng. Technol, 6(7), 1566-1573.
[5] Abdollahzadeh, G., Sazjini, M., & Asghari, A. (2015). Seismic fragility assessment of Special Truss Moment Frames (STMF) using the capacity spectrum method. Civil engineering infrastructures journal, 48(1), 1-8.
[6] Chao, S. H., & Goel, S. C. (2008). Performance-based plastic design of special truss moment frames. Engineering journal, 45(2), 127.
[7] Chao, S. H., Jiansinlapadamrong, C., Simasathien, S., & Okazaki, T. (2020). Full-scale testing and design of special truss moment frames for high-seismic areas. Journal of Structural Engineering, 146(3), 04019229.
[8] AISC, (2016). Seismic provisions for structural steel buildings\. ANSI/AISC 341-16, American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.
[9] Haftka, R. T., & Gürdal, Z. (2012). Elements of structural optimization (Vol. 11). Springer Science & Business Media.
[10] Wang, Y., Wang, Z., Xia, Z., & Poh, L. H. (2018). Structural design optimization using isogeometric analysis: a comprehensive review. Computer Modeling in Engineering & Sciences, 117(3), 455-507.
[11] Akbari, J., & Ayubirad, M. S. (2017). Seismic optimum design of steel structures using gradient-based and genetic algorithm methods. International Journal of Civil Engineering, 15(2), 135-148.
[12] Kramer, O. (2017). Genetic algorithm essentials (Vol. 679). Springer.
[13] Shuzhi, M., Du Chunjiang, M. F., & Yu, Z. (2009). Topology Optimization of a Continuum Structure Using Multi-Island Genetic Algorithm (MIGA)[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 10.
[14] Nandy, A., Chakraborty, D., & Shah, M. S. (2019). Optimal sensors/actuators placement in smart structure using island model parallel genetic algorithm. International Journal of Computational Methods, 16(06), 1840018.
­[15] Maroofi E,KalatJari VR.(2019). Seismic Performance Improvement of Truss Moment Frames Using Genetic Algorithm. ‎‏6‏th National Conference on Applied Research in Civil Engineering, Architecture and ‎Urban Management and the ‎‏5‏th Specialized Exhibition of Housing and Building Mass Builders in Tehran ‎Province‏‎.‎
[16] CSI (‎‏2010‏‎). Analysis Reference Manual for Sap‎‏2000‏‎. Berkeley-California, USA.‎
[17] OpenSees(‎‏2013‏‎).Open System for Earthquake Engineering Simulation, version ‎‏2.4.5‏‎, Pacific ‎Earthquake Engineering Research Center: University of California, Berkeley, from: http:// ‎opensees.berkeley.edu/ .‎
[18] Iranian National Building Code (Design Loads for Buildings - Division ‎‏6‏‎), (‎‏2014‏‎).Tehran, Iran.‎
[19] Moustafa, A. and Takewaki, I. (‎‏2010‏‎), Deterministic and probabilistic representation of near-field pulse-like ground motion, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, ‎‏30‏‎, 412‏‎-‎‏422‏‎.‎
[20] Bray, J.D. and Rodriguez-Marek, A.(‎‏2004‏‎), Characterization of forward-directivity ground motions in the near-fault region\, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, ‎‏24‏‎, ‎‏815‏‎–‎‏828‏‎.‎
[21] Burks, L.S. and Baker, J.W., (‎‏2016‏‎). A predictive model for fling-step in near-fault ground motions based on recordings and simulations. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, ‎‏80‏‎, 119‏‎-‎‏126‏‎.‎
[22] Chen, X., Wang, D., & Zhang, R. (2019). Identification of Pulse Periods in NearFault Ground Motions Using the HHT Method. Bulletin of the Seismological Society of America, 109(6), 2384-2398.
[23] Qiu, D., Chen, J., & Xu, Q. (2019). 3-D numerical analysis on seismic responses of the underground large scale frame structure under near-fault ground motions. Tunnelling and Underground Space Technology, 91, 103020.
[24] PEER Ground Motion Database, http://peer.berkeley.edu/.‎
[25] The Math Works,Inc. (‎‏2020‏‎).MATLAB (version‎‏2013‏a).‎