طراحی لرزه‌ای بهینه برپایه‌ی عملکرد قاب‌ خمشی فولادی با به‌کارگیری تحلیل دینامیکی غیرخطی و الگوریتم بهینه‌یابی اجتماع ذرات

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه اراک

10.22065/jsce.2020.222915.2100

چکیده

به دلیل اهمیت کاهش هزینه‌های ساخت‌و‌سازهای مهندسی، پژوهش‌های بسیاری در زمینه بهینه‌یابی سازه‌ها انجام می‌شود. از این ‌رو کاهش وزن سازهها می‌تواند در راستای کاهش هزینهها سودمند باشد. در این پژوهش، یک مسئله نوین بهینه‌یابی تک هدفه برای طراحی برپایه عملکرد قاب خمشی فولادی دوبعدی مبتنی بر تحلیل دینامیکی غیرخطی با تکیه بر آئین‌نامه‌های جدید طراحی بر اساس عملکرد ارائه شده است. تابع هدف وزن قاب خمشی است که مقدار آن باید کمینه شود و برای حل مسئله از الگوریتم فراکاوشی بهینه‌یابی اجتماع ذرات (PSO) کمک گرفته شده است. با به‌کارگیری تحلیل دینامیکی غیرخطی به عنوان یک روش تحلیل لرزه‌ای که با لحاظ رفتار غیرارتجاعی مصالح و غیرخطی هندسی، ماهیت دینامیکی سازه را تحت زلزله نزدیک به واقعیت در نظر می‌گیرد، طراحی برای سطح خطر لرزهای و سطح عملکردی معین صورت گرفته است. با توجه به آئین‌نامه‌های مورد استفاده در این پژوهش، نیاز به مقیاس شتاب‌نگاشت‌هایی برای تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی است که برای این منظور از روش هم‌پایه‌سازی طیفی برای روند مقیاس یازده شتاب‌نگاشت زلزله بهره‌گیری شد. همچنین قیدهای طراحی گوناگونی از جمله قیود سازگاری ابعادی مقاطع، خدمت‌پذیری و عملکردی پیشنهاد شده است. مثال طراحی ارائه‌شده نمایانگر کارایی مسئله پیشنهادی و توانایی الگوریتم بهینه‌یابی اجتماع ذرات در طراحی بهینه بر پایه عملکرد است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Performance based optimal seismic design of steel moment frame using nonlinear dynamic analysis and particle swarm optimization algorithm

نویسندگان [English]

  • Mahtab Badamaki
  • Pooya Zakian
Arak University
چکیده [English]

Due to the importance of economic issues in building constructions, in recent decades, many studies have been performed on structural design optimization to reduce the constructional costs in various stages. Meanwhile, the structural weight is one of the important objective functions that is often applied to structural design optimization. In this study, a new single-objective optimization problem is proposed for performance based seismic design of two-dimensional steel moment resisting frame using nonlinear dynamic analysis based on the recent design codes. The objective function is defined as the weight of the frame, which should be minimized subject to some design constraints including section size compatibility, serviceability and performance-based limitations. As a well-known meta-heuristic method, particle swarm optimization (PSO) algorithm is utilized for solving this continuous optimization problem. Nonlinear dynamic analysis is employed for performance based seismic design based on specific seismic performance and seismic hazard levels. Since nonlinear time history analysis considers both material and geometric nonlinearities, it is the best choice to obtain accurate and realistic results among other seismic analysis methods. Also, spectral matching method is used for the scaling procedure of eleven accelerograms. Design example shows applicability and capability of the proposed optimization problem as well as the PSO algorithm.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Seismic Design
  • Structural Optimization
  • Nonlinear dynamics analysis. Particle swarm optimization (PSO)
  • Performance-based design
  • Steel moment frame