كاربرد روش زمان‌دوام در طراحي لرزه‌اي بهينۀ قاب‌هاي فولادي با استفاده از الگوريتم تغيير شكل‌هاي يكنواخت

بررسي عملكرد سازه‌ها تحت بارهاي لرزه‌اي نيازمند تحليل‌هاي پرحجم ديناميكي و تاريخچه‌ زماني است. در روش‌هاي طرح بهينه كه نيازمند تحليل‌هاي مكرر در طي فرآيند سعي و خطا مي‌باشند، حجم محاسبات مورد نياز در هر ارزيابي تابع هدف در كارايي الگوريتم‌هاي بهينه‌سازي بسيار تأثيرگذار است. اين موضوع باعث شده است تا محققين كماكان در پيِ يافتن شيوه‌هاي جديدي براي بررسي عملكرد سازه تحت زلزله با شدت‌هاي مختلف باشند. در اين مقاله سعي شده است تا با استفاده از روش زمان‌دوام، دريافتي درست از رفتار سازه در سطوح عملكردي پيوسته به دست آورده و از آن براي تعيين مقاطع بهينه در قاب‌هاي خمشي فولادي استفاده شود. در روش زمان ‌دوام، سازه تحت توابع شتاب فزاينده‌اي كه مدت زمان‌هاي مختلف اعمال آن نمايان‌گر شدت‌هاي مختلف زلزله است، قرار مي‌گيرد. استفاده از روش زمان‌دوام و در نتيجه كاهش حجم آناليزهاي انجام شده در هر گام امكان بهره‌گيري از الگوريتم­هاي مختلف بهينه‌سازي در تعيين پارامترهاي طراحي را فراهم مي‌كند. بدين منظور، مقاطع بهينه براي يك مدل قاب خمشي فولادي با رفتار غيرارتجاعي با به كارگيري تئوري تغيير شكل‌هاي يكنواخت تعيين شده است. در اين روش براي رسيدن به توزيع بهينۀ مقاطع المان‌هاي سازه‌اي، مصالح تدريجاً از بخش‌هاي قوي‌تر سازه به بخش‌هاي ضعيف‌تر آن منتقل مي‌شود. در نهايت در سازۀ به دست آمده، تغيير شكل‌ها در تمام اعضا به مقدار مجاز خود رسيده و از حداكثر ظرفيت سازه استفاده مي‌شود و مي‌توان به سازۀ سبك‌تري دست يافت. در اين تحقيق آيين‌نامه ASCE41-06 به عنوان معيار طراحي عملكردي در نظر گرفته شده است.

In recent years, many research works have been accomplished to reduce the amount of losses induced by seismic hazards. In this regard, performance-based design approaches are recognized as promising tools. These approaches consist three steps: determination of performance objective, initial design and revising the design until achieving the final design. Optimization algorithm is used to automate the revising procedure (Gallagher and Zienkiowicz, 1973; Estekanchi and Basim, 2011). In linear static approaches of seismic design loading, structures with more stiffness and lateral strength are preferred, but investigations show that some cases exist that structures with lower stiffness show better behavior under seismic loadings. Therefore, it is required to use more precise modeling and analysis techniques and consider performance of the structure is multiple hazard levels in optimum design process. On the other hand, one of the most important obstacles in optimum design procedure is accurate response estimation with an acceptable computational effort. In this study, the Endurance Time (ET) method is used to estimate the response of the structure at various hazard intensity levels (Estekanchi et al. 2004). Uniform deformations theory introduce by Gong et al. (2003) is used here to acquire the optimum sections of a prototype steel frame with the least structural weight satisfying performance objectives in multiple hazard levels. Efficiency of the method and performance of the prototype structure before and after optimization is investigated and discussed. ASCE41-06 (2007) is used to define performance objectives.