تحقیق درمورد الگوریتم ژنتیک و مطالعات نظری

دانلود پایان نامه

ساکا [7] رفتار تعدادی از سازه‌های فضاکار را در زلزله 2/7 ریشتری کوبه‌ی سال 1995 در ژاپن گزارش نموده است. این ساختمان‌ها شامل نمونه‌های دولایه و تک لایه در ناحیه‌ی مرکزی زلزله می‌باشند. نکته جالب توجه در گزارش ساکا این است که وی هیچ موردی از تخریب سازه‌های فضاکار را در این زلزله‌ی سنگین مشاهده نکرده است و این تأکیدی بر استقامت و پایداری چشم‌گیر این نوع سازه‌ها در برابر زلزله است. تنها مواردی را که وی به عنوان حالت شکست ذکر کرده عبارت است از بروز خرابی در محل اتصال سازه به تکیه‌گاه‌، ترک در اتصالات و کمانش خمیری برخی از اعضا در مجاورت تکیه‌گاه.
مشاهدات مشابهی توسط کاواگوشی [8] گزارش شده است همچنین وی در مقاله‌ی خود به این نتیجه رسیده است که نیروهای اعمال شده بر سازه در هنگام زلزله‌های واقعی بیشتر از نیروهای تخمین زده شده بر سازه ‌در هنگام طراحی است.
کارامانس [9] تأثیر انعطاف تکیه‌گاه‌ها بر پاسخ لرزه‌ای و شکست زنجیره‌ای را مطالعه کرده و به این نتیجه رسیده که کاهش مقاوت زیرسازه‌ها در کاهش نیروهای زلزله مؤثر است همچنین شکست‌‌های مشاهده شده به دلیل بر‌آورد اشتباه نیروهای زلزله در هنگام طراحی می‌باشد.
کونیدا [10] پاسخ دینامیکی ارتجاعی سازه‌های پوسته‌ای گنبدی شکل را تحت شتاب افقی و قائم زلزله‌ی کوبه‌ی سال 1995 را بررسی نموده و به این نتیجه رسیده است که در این سازه‌ها بر خلاف سازه‌های عادی مدهای بالاتر و نیز مودهای قائم نقش تعیین کنننده‌ای در پاسخ دینامیکی سازه ایفا می‌کنند.
یامادا [11] نیز مطالعات نظری مشابهی در زمینه‌ی سازه‌های پوسته‌ای استوانه‌ای انجام و نشان داد که رفتار دینامیکی سازه‌ی فضاکار چلیکی شبیه سازه‌ی پوسته‌ای است. به طور کلی وی در مقاله‌ی خود چنین نتیجه‌گیری نموده است که وقتی سازه‌ی فضارکار چلیکی به حالت قوسی نزدیک شود (نسبت H/B بیشتر از 3/0) در این صورت مدهای ارتعاشی قائم نقش خود را از دست می‌دهند ولی در عوض مدهای ارتعاشی افقی نقش مؤثرتری بازی می‌کنند و مدهای افقی مدهای غالب هستند و وقتی این سازه به حالت مسطح نزدیک می‌شود مدهای ارتعاشی قائم غالب بوده و اثرات مدهای افقی کمتر می‌شود (H خیز سازه و B دهانه‌ی آن می‌باشد).
کاتو و موراتا [12] و کاتو و موکی یاما [13] نیز در مطالعات خود در مورد سازه‌های گنبدی شکل به این نتیجه رسیده است که وقتی سازه‌ی فضاکار از حالت مسطح دورتر می‌گردد (نسبت H/B بیشتر از 3/0) در این صورت مد غالب مد اول است و تأثیر مدهای بالاتر کمتر است.
ساکا [14]-‌[16] در سال 2007 به بررسی طراحی بهینه‌ی هندسه‌ی گنبدهای مهار شده پرداخته است. در این مطالعه تابع هدف وزن گنبد در نظر گرفته شده و سطح مقطع اعضا و ارتفاع رأس گنبد به عنوان متغیرهای تصمیم می‌باشند. در مدل بهینه‌یابی پیشنهادی با در نظر گرفتن محدودیت‌های تغیرمکان و کنترل پایداری سازه، رفتار گنبدها با آنالیز غیرخطی بررسی شده است. آیین‌نامه‌ی مورد استفاده برای طراحی گنبدها در این مقاله آیین‌نامه‌ی BS5950 [17] بوده و برای حل مسئله‌ی بهینه‌‌یابی از الگوریتم ژنتیک استفاده شده و نشان داده شده است که دسته‌بندی اعضا تأثیر مهمی در بهینه شدن مقاطع گنبد دارد به این صورت که هر قدر تعداد این دسته‌بندی بیشتر باشد وزن کمتری حاصل خواهد شد. همچنین وی در مقاله‌ای دیگر به بهینه‌یابی توپولوژی گنبدهای شبکه‌ای تک لایه با استفاده از نوع موازی الگوریتم ژنتیک پرداخته و مینیمم تعداد گره‌ها و حلقه‌ها را بدست آورده است.
سلاجقه [18] در سال 1391 با در نظر گرفتن پارامترهای هندسی مانند نسبت‌های خیز به دهانه به طراحی بهینه‌ی چلیک‌های دولایه‌ی تحت بارهای دینامیکی پرداخته است. وی در این تحقیق به دلیل وجود گره‌ها و المان‌های زیاد به روشی دست یافته است که به کمک آن تعداد گره‌ها و المان‌ها کاهش یافته و در نتیجه جرم سازه بهینه می‌گردد همچنین وی در بارگذاری دینامیکی اثرات قائم زلزله را نیز در نظر گرفته و به این نتیجه رسیده است که هر چقدر H/B (H خیز سازه و B دهانه‌ی آن می‌باشد) افزوده گردد (بیشتر از 3/0) یعنی سازه‌ی فضاکار از حالت مسطح به قوسی حرکت کند پریود طبیعی اول آن افزوده می‌شود و این مؤید این مطلب است که تأثیر زلزله بروی سازه‌هایی که نسبت H/B بالاتری دارند بیشتر از حالت مسطح است.
مقدم [19] در سال 1997 رفتار لرزه‌ای سازه‌های چلیکی و گنبدی رابررسی نموده و با انجام آنالیز دینامیکی تحت شرایط مختلف تکیه‌گاهی و زوایای پوشش مختلف با استفاده از آیین‌نامه‌ی FEMA [5] پرداخته است. مهمترین پارامترهایی که وی در این تحقیق به بررسی آنها پرداخته است عبارت‌اند از:
تأثیر خیز بر زمان تناوب و اشکال مدی: وی در این قسمت این طور نتیجه‌گیری کرده است که تناوب پایه با افزایش زاویه‌ی پوشش φ (زاویه‌ی پوشش داخلی گنبدها) زیاد می‌شود، همچنین تأثیر خیز سازه بر شکل مدی را بررسی نموده و به این نتیجه رسیده است که حرکت مد اول برای مدل‌های گنبدی با زاویه پوشش°‌‌90=φ تقریباً به صورت افقی است، در حالی که برای°‌60=φ یک حرکت دورانی راستگرد است به طوری که هنگامی که رأس سازه به سمت راست می‌رود، سمت چپ آن به پایین و سمت راست به بالا حرکت می‌کند. برعکس، برای°‌120=φ مد اول به صورت یک حرکت دورانی چپگرد می‌باشد به طوری که سمت چپ سازه به سمت بالا و سمت راست آن به پایین حرکت می‌کند. بنابراین چنین نتیجه‌گیری کرده است که خیز سازه یا زاویه‌ی پوشش آن نقش تعیین کننده‌ای در شکل حرکت مدی آن دارد.
تأثیر بار برف بر زمان تناوب: وی در این قسمت از تحقیق خود به این موضوع اشاره کرده است که در یک سازه‌ی فضاکار، وزن واحد سطح بار مرده می‌تواند تا حد 40 تا 50 کیلوگرم بر متر مربع کاهش یابد. بنابراین، برای پوشش یک فضای 400 متر مربعی، وزن خود سازه حدود 20 تن خواهد بود در حالی که وزن بار برف با احتساب تخفیف بام شیب‌دار ممکن است به 60 تن (150/0 × 400) برسد که سه برابر وزن خود سازه است. بدین ترتیب این طور نتیجه‌گیری کرده است که بار برف تأثیر زیادی بر خصوصیات دینامیکی و پاسخ لرزه‌ای سازه‌های فضاکار دارد.
علمدار [20] و [21] در سال 1391 به ارزیابی میزان بار استاتیکی معادل زلزله بر روی گنبدهای مشبک تک لایه پرداخته است. در این مقاله سعی شده است جهت تخمین نیروهای برش پایه و همچنین نیروهای ناشی از زلزله در ترازهای مختلف گنبد مشبک تک لایه روابطی ارایه گردد که این روابط قادرند نیروی زلزله را براحتی و بدون انجام محاسبات زمان‌بر دینامیکی و یا استفاده از فرمول‌های پیچیده‌ی ریاضی تخمین بزند.
بررسی رفتار لرزه‌ای گنبدهای تک لایه‌ی دنده‌ای، اشتودلر و دیامتیک با استفاده از روش آنالیز تاریخچه‌ی زمانی تحت آیین نامه‌ی FEMA که توسط هریسچیان [22] در سال 2010 انجام شده است. در این مطالعه این طور نتیجه‌گیری شده است که در بین گنبدهای مقایسه شده گنبد اشتودلر آسیب‌پذیرترین و گنبد دنده‌ای مقاوم‌ترین گنبد در برابر نیروهای زلزله می‌باشد و همچنین گنبدهایی با نسبت خیز به دهانه‌ی بزرگتر از یک پنجم در برابر نیروهای افقی و کمتر از آن در برابر نیروهای قائم زلزله آسیب‌پذیر‌تر هستند.
کامیاب و نوشین [23] در سال 2012 به بررسی اثر ایجاد قاچ و طرح آن در رفتار وزنی گنبدهای اسکالپ دو لایه پرداخته‌اند. برخی از نتایجی که آنها در این تحقیق با مطالعه‌ی پارامترهایی مانند تعداد قاچ‌ها، نوع و نسبت‌‌های هندسی (نسبت خیز به دهانه) به آن اشاره کرده‌اند عبارتند از:
انتخاب طرح سهمی شکل در مقایسه با طرح سینوسی شکل منجر به وزن کمتری در گنبدها شده‌است.
نسبت هندسی بهینه در گنبدها در حدود نسبت یک پنجم می‌باشد.
ماکاوشی [24] در سال 1984 به معرفی، مقایسه و کاربرد انواع سازه‌های فضاکار پرداخته است. به طور مثال او در این مقاله به استفاده از شبکه‌ها در پوشش دهانه‌های نسبتاً بزرگ و عمدتاً همراه با ستون‌ها در اطراف و همچنین استفاده از چلیک‌ها در پوشش دهانه‌های دالانی شکل و عمدتاً با دیواره‌هایی در اطراف کار اشاره می‌کند. او همچنین در ادامه به معرفی انواع گنبدها شامل گنبدهای ذکر شده در قسمت 1-3-4، کاربرد، معایب و مزایای گنبدها اشاره می‌کند. از مهمترین مزایایی که می‌توان به آنها اشاره کرد عبارتند از عدم وجود محدودیت در کاربرد آنها، سبکی به دلیل استفاده دو یا چندگانه‌ی انحنا در آنها، ظاهری زیباتر نسبت به سایر سازه‌های فضاکار و امکان مانور بیشتر در بهینه‌سازی آنها اشاره کرده است و از مهمتریم معایب برخی از گنبدها می‌توان به مشکل تراکم اعضا در تاج گنبد اشاره کرد. او در مقاله خود گنبدها را به عنوان سبکترین دسته از سازه‌های فضاکار معرفی کرده است.
کاتو و برک [25] در سال 1987 با مطالعه‌ی الگوریتم‌های مختلف در بهینه کردن یک گنبد با ابعاد ثابت به خصوص در مورد تعریف قید تغییرمکان‌های سازه که در بحث ناپایداری‌ها در گنبد از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است و همچنین کنترل آنها به این نتیجه رسیدند که در هر الگوریتم روش خاصی برای این کنترل‌ وجود دارد که آن روش مختص همان الگوریتم است و استفاده از آن در سایر الگوریتم‌ها نتایج خوبی را به دنبال ندارد و به طور کلی می‌توان چنین نتیجه‌گیری کرد که ایجاد ایده‌های بهینه‌یابی در یک الگوریتم با استفاده از تعاریف مختلف قیدها از کاربردن روش‌های مختلف بهینه‌یابی از اهمیت بیشتری برخوردار است.
اسمائو و اسمیت [26] در سال 1988 با استفاده از روش آنالیز غیرخطی هندسی در سازه‌های فضاکار، نمودارهایی را جهت نشان دادن پاسخ‌های عضو و سازه‌ی باقی‌مانده‌ی اتصالی به هنگام پدیده فروجهش دینامیکی ارایه نمودند. این نمودارها بیانگر این مطلب می‌باشند که اگر سختی مؤثر سازه‌ی باقی مانده در اتصال کمتر از سختی منفی پس‌کمانشی عضو باشد، ذر این صورت یک ناپایداری محلی وجود خواهد داشت. عضو در حالت نایادار خواهد بود و به ازای یک اختلال کوچک کوتاه خواهد شد تا اینکه تعادل و سازگاری بین عضو و سازه‌ی اتصالی باقی‌مانده حاصل شود. ولی اگر سختی مؤثر سازه‌ی اتصالی باقی‌مانده بزرگتر از سختی منفی پس‌کمانشی عضو باشد، در این صورت وضعیت پایدار می‌باشد. عضو پایدار خواهد بود و مسی باربرداری عضو بدون یک پرش دینامیکی دنبال شود و بار اضافی خارجی مورد نیاز است تا اینکه بخش پایینی پاسخ پس‌کمانشی عضو دنبال شود.
واندر‌پلات و موسیز [27] در سال 1972 با انجام آنالیز غیر خطی و با استفاده از الگوریتم ژنتیک به بهینه‌یابی وزنی خرپاها پرداخته‌اند. ایشان با در نظر گرفتن وزن گنبد به عنوان تابع هدف و محدودیت تغییرمکان به عنوان قید و همچنین ارتفاع خرپا و سطح مقطع آنها به عنوان متغیرهای تصمصمیم به این نتیجه دست یافتند که علاوه بر اینکه با استفاده از این الگوریتم می‌توان ارتفاع و سطع مقطع خرپاها را بهینه نمود بلکه می‌توان از این الگوریتم برای سایر سازه‌های فضاکار نیز استفاده نمود و به نتایج خوبی دست یافت.
رینگرتز [28] در سال 1985 با انجام آنالیز غیر خطی و با استفاده از الگوریتم ژنتیک به طراحی بهینه توپولوژی خرپاها پرداخته ا‌ست. ایشان با در نظر گرفتن وزن گنبد به عنوان تابع هدف و محدودیت تغییرمکان و کنترل ناپایداری به عنوان قید و همچنین ارتفاع خرپا و طول دهانه‌ی آن به عنوان متغیر تصمیم موفق به یافتن مینیمم تعداد گره‌ها و اعضا در خرپا که منجر به وزن مینیمم در آن می‌شود شده‌اند.
کیرچ [29] در سال 1989 با استفاده از دو الگوریتم انفجار بزرگ و الگوریتم سیستم جستجوی ذرات باردار به بهینه‌یابی وزنی خرپاها پرداخته‌ است. وی با مقایسه این دو الگوریتم به این نتیجه رسیده است که استفاده از الگوریتم جستجوی ذرات باردار به دلیل وجود امکان پرواز به مرزها در مقایسه با الگوریتم انفجار بزرگ منجر به نتایج بهتری شده است.
شیباتا ، کاتو و یامادا [30] و یوکی ، ماتسوشیتا و شیباتا[31] در سال‌ 1993 دو گروه از دانشمندانی بودند که در مورد رده‌های مختلف پدیده‌ی ناپایداری در سازه‌های فضاکار مطالعات و آزمایشات زیادی انجام داده‌اند. آنها خرابی سازه‌های فضاکار را در سه رده‌ی مختلف ناپایداری شامل فروجهش گرهی، کمانش عضوی و خرابی پیشرونده طبقه‌بندی کرده و به این نتیجه رسیده‌اند که اگر سازه قادر به مقاومت در برابر بازتوزیع دینامیکی نیروهای داخلی باشد در این صورت می‌تواند بار خارجی اضافی را تحمل نماید ولی اگر کاهش بار در اعضای فشاری به گونه‌ای ناگهانی و شکننده باشد که سایر اعضا نتوانند بارهای بازتوزیع شده دینامیکی را سریعاً جذب نمایند، این بازتوزیع موجب خواهد شد که سایر اعضا خراب شوند و بازتوزیع‌های دیگری ایجاد شوند. در نتیجه خرابی می‌تواند در سازه پیشرفت کند و در نهایت موجب خرابی کل سازه شود. آنها در ادامه‌ی تحقیقات خود ظرفیت نهایی انواع گنبدها که نمونه‌های آنها گنبدهای دنده‌ای و اشودلر هستند را تخمین زده و در پایان سولات مهمی را در مورد ناپایداری گنبدها مطرح نمودند.
اسوادیودهی پونک و کوه [32] در سال 1994 به مطالعه‌‌ی اتصالات مرو که در آن زمان از رایجترین
اتصالات بوده است پرداخته است. ایشان در این مقاله به مطالعه‌ی اجزای اتصال پرداخته و به این نتیجه رسیده‌اند که هنگامی که اتصال عمدتاً فشاری است به دلیل اینکه پیچ مرو در گرفتن و انتقال نیروی فشاری مشارکت نمی‌کند باید سطح مقطع کوچکی داشته باشد و مخروط و غلاف از سطح اتکای کافی برخوردار باشند و برعکس در کشش باید پیچ از سطح مقطع کافی برخوردار باشد و غلاف نقش چندانی ایفا نمی‌کند. در هر حال باید توجه داشت که در هنگام زلزله ممکن است اتصال هم بصورت فشاری و هم کششی کار کند که در این صورت طراحی قدری پیچیده می‌‌شود و مشکل خواهد بود.
ایتزیبر ، پونته و میگوئل [33] و [35] در سال 2007 به مقایسه‌ی مدل‌های عددی موجود و نتایج آزمایشگاهی در مورد بارهای کمانشی متقارن گنبدهای مهارشده‌ی تک لایه با اتصالات نیمه صلب پرداخته‌‌اند . آنها در این مقاله بارهای کمانشی برخی از گنبدهای این دسته را تخمین زده‌اند.