طراحي بهينه ستون‌هاي بتني تقويت شده با FRP به كمك الگوريتم‌ آموزش و يادگيري

Optimum Design of R.C. Columns Reinforced by FRP Using TLBO Algorithm

طراحي بهينه اقتصادي يكي از اهداف اصلي مهندسي عمران مي‌باشد. امروزه جهت تقويت مقاطع بتني ستون‌ها از اليافي تحت عنوان الياف FRP استفاده مي‌شود. اين الياف در سه نوع كربني، شيشه و آراميد در بازار موجود است. در اين مطالعه از الگوريتم فراابتكاري آموزش و يادگيري براي تعيين ابعاد مقطع ستون و ميلگردهاي ستون و همچنين تعداد لايه‌هاي FRP مورد نياز جهت تقويت استفاده شده است. الگوريتم فراابتكاري مورد نظر با توجه به محدوديت‌ها و قيدهايي كه براي طراحي درنظر گرفته شده است، ابعاد مقطع بتني و ميلگردها را تعيين مي‌كند و سپس ظرفيت مقطع را بررسي كرده چنانچه به مقاوم‌سازي نياز داشته باشد، از تعدادي لايه FRP براي تقويت مقطع استفاده مي‌كند. تابع هزينه‌ شامل هزينه بتن، ميلگرد و FRP مصرفي جهت تقويت است، كه به‌عنوان تابع هدف معرفي گرديده‌است. ضوابط طراحي و محدوديت‌هاي طراحي بر مبناي آيين‌نامه ACI 440-08 و ACI 318-14، به‌صورت قيد پياده‌سازي و فرمول‌نويسي شده است. بنابراين مجموعه تابع هدف و قيدها به‌نحوي با هم در ارتباط هستند تا كمترين هزينه بر مبناي تابع هدف با برقراري تمام قيود (طرحي قابل قبول)، در نقطه‌اي به نام طرح بهينه حاصل شود. با توجه به نتايج حالت هاي مختلف، در صورت استفاده از ابعاد و تعداد ميلگرد‌هاي معرفي شده توسط الگوريتم استفاده از الياف كربني با صرفه اقتصادي بيشتري رو‌به‌رو مي‌شود.

Optimum economic design is one of the main goals of civil engineering. Today, reinforced concrete the columns reinforced fibers called FRP fibers. The fiber is available in three types of carbon, glass, and aramid. In this study, the teaching and learning metaheuristic algorithm used to determine the dimensions of the column and steel bars, as well as the number of FRP layers needed for reinforcement. Considering the limitations and constraint that are intended for design, the algorithm determines the dimensions of the concrete cross-section and the bars, and then examines the cross-sectional strength and, if required for reinforcement, a number of FRP layers to reinforce the cross-sectional will use. The cost function includes the cost of concrete, reinforcing, and the FRP, which has been introduced as a target function. Design criteria and design constraints are implemented and formulated in accordance with the ACI 440-08 and ACI 318-14. Therefore, the set of target functions and constraints are related to each other so that the lowest cost based on the objective function is achieved by establishing all constraints (acceptable design) at a point called the optimal design. According to the results, using the dimensions of the column and number of bars represented by the algorithm, CFRP use is more cost effective.