توسعه‌ی روش تحلیل پلاستیک برای قاب‌های مهاربندی و بهینه‌سازی آن با استفاده از الگوریتم ژنتیک جهت پیش‌بینی فروریزش قاب‌های فولادی با مهاربند

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار دانشگاه شهید بهشتی

2 کارشناسی ارشد گروه مهندسی عمران، دانشکده عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

روش تحلیل پلاستیک از جمله موثرترین و پرکاربردترین روش­ها در این حوزه می­باشد. با وجود این که استفاده از روش تحلیل پلاستیک در قاب­های خمشی به صورت دستی امری بسیار زمان­بر و خسته­کننده می­باشد، روند تحلیل ساده بوده و محققین متعدد در این حوزه فعالیت­هایی داشته­اند. لکن تحلیل قاب­های مهاربندی به دلیل مسئله کمانش مهاربندها و وجود نیروهای محوری و برشی در اعضای قاب بسیار پیچیده بوده و لذا تحقیق چندانی در این حوزه انجام شده‌استنشده‌است. در این تحقیق، ابتدا روشی ویژه جهت تحلیل پلاستیک قاب­های فولادی مهاربندی بر اساس روش ترکیب مکانیزم­های پایه ارائه شده‌است و در ادامه با استفاده از الگوریتم ژنتیک، برنامه‌ی مدونی جهت تعیین مکانیزم خرابی و بار فروریزش قاب­های فولادی مهاربندی بر اساس این روش ابداعی ارائه شده‌است. مقایسه‌ی نتایج نشان می­دهد روش ارائه شده بسیار دقیق بوده و با دقت بالایی توانایی تعیین مود خرابی و بار معادل آن را دارد. بر این اساس، سه قاب فرضی مختلف مورد بررسی قرار گرفت. مکانیزم فروریزش متناظر با ضریب بار فروریزش بحرانی، با کمک تئوری کار مجازی و بهینه­یابی با استفاده از الگوریتم ژنتیک به‌دست آمد. به منظور صحت­سنجی، یک تحلیل پوش­اور هم برای تعیین مود فروریزش در هر مثال انجام شد. در دو مثال اول که سازه­ها کوتاه مرتبه­تر بودند، مود فروریزش هر دو روش یکسان بود. در حالی که اندکی خطا در تشکیل مفاصل در قاب بلندمرتبه مشاهده شد که این خطا به دلیل تفاوت بین دو روش تحلیل در برخی قاب­های خمشی هم مشاهده شده بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Developing the plastic analysis theory for braced frames and its optimization using genetic algorithm to predict the collapse of steel braced frames

نویسندگان [English]

  • Amir Saedi Daryan 1
  • Soheil Palizi 2
2 M.Sc. of Earthquake Engineering, Faculty of Civil Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده [English]

The plastic analysis method is one of the most effective and most used methods in this field. Analysis of moment frames has been carried out with the aid of simple plastic analysis by many researchers. However, the analysis of braced frames due to the buckling of braces and the presence of axial and shear forces simultaneously in the frame members is very complex, and therefore, little research has been done in this area. In this research, a special theory based on a combination of mechanisms method for the plastic analysis of steel braced frames has been presented. Using the genetic algorithm, a program has been proposed to determine the failure mechanism and collapse load of the steel braced frames based on this methodology. The comparison of the results shows that the proposed formula is very accurate and can accurately determine the failure mode and its corresponding load. According to this, three arbitrary frames with differences in the number of stories are investigated. The collapse mechanism corresponding to the critical load factor is obtained using of the Genetic optimization algorithm and the virtual work theory. For Verification, a pushover analysis is performed for the determination of the collapse mode of each frame. In examples one and two which the frames are low-rise, the solution is the same, while in the third example, a slight difference is observed in the location of hinge formations. However, this error had been observed in moment frames due to the difference of the principals in the two applied analysis.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Plastic Analysis
  • Kinematic Theory
  • Braced frame
  • optimization
  • genetic algorithm
1. Man, K. and Tang K. and Kwong, S. “Genetic algorithms: concepts and applications [in engineering design]”, IEE Trans Industr Electron, 43(5): 519-34 (1996).
2. Gen, M. and Cheng, R. “Genetic algorithms and engineering optimization”, John Wiley & Sons; vol. 7 (2000).
3. Rajeev, S. and Krishnamoorthy, CS. “Discrete optimization of structures using genetic algorithms”. J Struct Eng; 118(5): 1233-50 (1992).
4.  Kohama, Y. and Takada, T. and Kozawa, N. and Miyamura, A. “Collapse analysis of rigid frames by genetic algorithm”, In Proceedings of the computer aided optimum design of structures, P 193-202 (1997).
5.   Kaveh, A. and Khanlari, K. “Collapse load factor for Rigid-Plastic Analysis of Frames using a Genetic Algorithm”, Civil-Comp Proceedings, 78. 10.4203/ccp.78.33 (2003).
6.  Kaveh, A. and Khanlari K. “Collapse load factor of planar frames using a modified genetic algorithm”, Commun Numer Methods Eng, 20: 911-25 (2004).
7.   Kaveh, A. and Jahanshahi, M. “Plastic analysis of planar frames using kinematic method and genetic algorithm”, Asian J Civil Eng(building and housing), In Persian, Tehran, Iran, 5(3-4): 145-60 (2004).
8.  Kaveh, A. Jahanshahi, M. “Plastic design of frames using heuristic algorithms”, In Topping BHV, Montero G, Montenegro R, edotors. Proceedings of the eighth international conference on computational structures technology, Stirlingshire, Scotland, Civil-Comp Press. Paper No. 108 (2006).
9.  Kaveh, A. Jahanshahi, M. “Plastic limit analysis of frames using ant colony systems”, Comput Struct, 86: 1152-63 (2008).
10.    Kaveh, A. and Jahanshahi, M. and Khanzadi, M. “Plastic analysis of frames using genetic algorithm and ant colony algorithm”, Asian J Civil Eng, 9(3): 227-46 (2008).
11.  Jahanshahi, M. and Pouraghajan, M. and Pouraghajan M. “Enhanced ACS algorithms for plastic analysis of planar frames”, Comput Methods Civil Eng, 4(1):65-82 (2013).
12.  Kaveh, A. and Ilchi Ghazaan, M. “Computer codes for colliding bodies optimization and it's enhanced version”, Int J Optim Civil Eng 3(4): 321-32 (2014).
13.   Kaveh, A. and Ghafari, MH. “Plastic analysis of planar frames using CBO and ECBO algorithms”, Int J Optim Civil Eng, 5(4): 479-92 (2015).
14.   Jahanshahi, M. and Maleki, E. and Ghiami, A. “On the efficiency of artificial neural networks for plastic analysis of planar frames in comparison with genetic algorithms and ant colony systems”, Neural Comput Appl, http://dx.doi.org/10.1007/s00521-016-2228-5. Published online (2016).
15.   Greco, A. and Cannizzaro, F. and Pluchino, A. “Seismic Collapse Prediction of Frame Structures by Means of Genetic Algorithm”, J Engineering Structures, Vol. 153, p. 152-168 (2017).
16.    Saedi, A. and Palizi, S. “Optimization of plastic analysis of moment frames using modified Dolphin Echolocation algorithm”. Submitted in J Advances in Structural Engineering. (2018).
17.   Chen, W.F. and Sohal, I. “Plastic Design and Second-order Analysis of Steel Frames”, In Springer, New York Inc. (1995).
18.  Wong, M.B. “Plastic Analysis and Design of Steel Structures”. Butterworth-Heinmann,, 1st Edn. (2009).
19. Neal, BG. and Symonds, PS. “The rapid calculation of plastic collapse loads for a framed structure”, Proceedings of the institution of civil engineers, London, vol. 1, part 3, p. 58-100 (1952).
20.   Neal, BG. Symonds, PS. “The calculations of collapse loads for framed structure”, J Struct Div ASCE, 109: 1-15 (1979).
21.  Watwood, VB. “Mechanism generation for limit analysis of frames”, J Struct Div ASCE, 109:1-15 (1979).
22.  Strang, G. “Linear Algebra and its Applications”, Academic Press, New York (1976).