دفاعیه دکتری در دانشکده مهندسی عمران
محسن کلاته آهنی (دانشجوی دوره دکتری مهندسی عمران- سازه)، دوم آذرماه 1393 از رساله دکتری خود با عنوان «طراحی لرزه ای سازه های اسکلتی با استفاده از یک الگوریتم چند منظوره» دفاع می کند.
چکیده این رساله که راهنمایی آن را دکتر علی کاوه بر عهده دارد، به شرح زیر است. ضمنا این جلسه دفاعیه، ساعت 17:30 در محل سالن کنفرانس شماره یک دانشکده مهندسی عمران برگزار می شود.
چکیده
مهمترین فایده گذر از روش‌های آئین‌نامه‌های طراحی ساختمان فعلی به روش‌های طراحی بر مبنای عملکرد، تسهیل امکان گفتگو بین مهندس طراح و کارفرما برای تصمیم‌گیری در مورد انتخاب بهترین طرح است. با استفاده روش‌های طراحی بر مبنای عملکرد، کارفرما می‌تواند سطح عملکرد مورد انتظار از ساختمان را مشخص کند و مهندس طراح با توجه به مطالبات کارفرما طرح پیشنهادی خود را ارائه دهد. در طول دو دهه گذشته پیشرفت‌های قابل‌ ملاحظه‌ای در حوزه طراحی لرزه‌ای بر مبنای عملکرد حاصل شده است؛ چه در توسعه روش‌های تعیین میزان طلب زلزله، چه در معرفی معیارهای جدید برای ارزیابی بهتر عملکرد لرزه‌ای سازه‌ها و تخمین دقیق‌تر میزان خرابی احتمالی در آنها. با این وجود، نیاز به تعریف راه‌کارهایی که بتوانند تصویر روشن‌تر و قابل درک‌تری از تفاوت بین سطح عملکردهای مختلف به کارفرما ارائه دهند و به قضاوت درباره هزینه‌های مرتبط با هر سطح عملکرد و ریسک انتخاب آن کمک کنند، ضروری به نظر می‌رسد. بهینه‌یابی چند هدفه سازه‌ها در چهارچوب روش‌های طراحی بر مبنای عملکرد می‌تواند به مهندس طراح در معرفی طرح‌های مختلف با عملکردهای متفاوت و ارائه مشورت به کارفرما جهت اخذ بهترین تصمیم کمک کند. در این رساله سعی خواهیم کرد با استفاده از روش‌های بهینه‌یابی و در نظر گرفتن توابع هدفی که بتوانند مطالبات کارفرما را در مورد برآورد مالی پروژه و میزان آسیب‌پذیری لرزه‌ای پوشش دهند، راه‌کارهایی معرفی کنیم که تصمیم‌گیری را برای انتخاب مقرون به صرفه‌ترین طرح تسهیل کند.
طراحی بهینه سازه‌ها با استفاده از روش‌های طراحی بر مبنای عملکرد بسیار زمان‌بر است زیرا روش‌های تحلیل سازه موجود که برای تعیین پاسخ غیرخطی سازه‌ها به کار گرفته می‌شوند، بار محاسباتی سنگینی را به همراه دارند. این بار محاسباتی با توجه به نیاز الگوریتم‌های بهینه‌یابی به ارزیابی‌های متعدد و تکرارهای فراوان منجر می‌شود زمان مورد نیاز برای حل این گونه از مسائل بهینه‌یابی حتی برای سازه‌های کوچک‌مقیاس از چند ده ساعت فراتر رود.
در این رساله، سه مسئله طراحی بهینه بر مبنای عملکرد مختلف با اهداف بهینه‌یابی و قیدهای متفاوت معرفی می‌شوند و سعی خواهد شد با استفاده از شگردهایی که برای کاهش بار محاسباتی تحلیل‌های غیرخطی و حل مسائل بهینه‌یابی سنگین وجود دارند، راه‌حل‌هایی ارائه شود که حل مسائل مورد نظر را در مدت زمان قابل‌ قبول ممکن سازد. مسئله اول و دوم، مسائل طراحی بهینه چند هدفه قاب‌های خمشی فولادی می‌باشند که در آنها قیدهای مسئله مطابق با ضوابط دستورالعمل طراحی بر مبنای عملکرد فیما-350 لحاظ می‌شود. در مسئله اول، کمینه‌سازی هزینه تمام‌شده قاب‌های خمشی با در نظر گرفتن هزینه اولیه و هزینه خرابی لرزه‌ای به عنوان دو تابع هدف مستقل مسئله بهینه‌یابی انجام می‌پذیرد. اما در مسئله دوم، کمینه‌سازی شاخص خرابی پارک-انگ به عنوان تابع هدف دوم در نظر گرفته می‌شود. مسئله سوم یک مسئله طراحی بهینه برای سازه‌های اسکلت فولادی بزرگ‌مقیاس است که در آن هدف ارزیابی عملکرد محدود‌ کردن سطح خرابی تحت زمین‌لرزه‌های زلزله طرح می‌باشد. در این مسئله، همانند مسئله دوم، از شاخص خرابی پارک-انگ برای سنجش میزان خرابی در سازه استفاده می‌شود.
شگردهایی که در این رساله به منظور کم‌ کردن بار محاسباتی فرآیند بهینه‌یابی به کار گرفته می‌شوند، بسته به ویژگی‌‌های هر مسئله متفاوت است. این شگردهای ساده‌کننده عبارتند از: مدل‌سازی ساده‌شده غیرخطی قاب‌های خمشی فولادی، تجزیه موجک رکورد زلزله، تخمین برازش و مدل‌سازی تک درجه آزادی معادل. کارآیی و توانمندی هر یک از این شگردها با مطالعه عددی طراحی بهینه سازه‌های فولادی مختلف مورد بررسی قرار می‌گیرد.
واژه‌های کلیدی: بهینه‌یابی چند هدفه؛ سازه‌های فولادی؛ طراحی بر مبنای عملکرد؛ هزینه خرابی لرزه‌ای؛ شاخص خرابی پارک-انگ.
ایمیل دانشجو: m.kalatehahani@gmail.com