نشریه علمی سازه و فولاد

نشریه علمی سازه و فولاد

استفاده از الگوریتم ژنتیک در بهینه‌سازی قاب‌های فولادی با اتصالات نیمه‌صلب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران
2 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد سازه، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی
10.22034/jss.2025.238235
چکیده
با توجه به نقش اتصال تیر به ستون در عملکرد قاب‌های فولادی، در این مقاله سعی شده است جهت تحلیل غیرخطی و طراحی بهینه قاب‌های فولادی نیمه‌صلب، از الگوریتم ژنتیک استفاده شود. در الگوریتم استفاده شده با ارضای محدودیت‌ها و قیود اعمالی (کنترل تنش‌های محوری و اندرکنشی، جابجایی نسبی و تعداد مفاصل پلاستیک ایجاد شده)، سعی در طراحی قاب با مناسب‌ترین و کمترین وزن شده است. اعمال قید تعداد و محل رخداد مفاصل پلاستیک در کنار سایر قیود، موردی است که می‌تواند در عملکرد غیرخطی قاب نقش مهمی داشته باشد. جهت تحلیل و طراحی اعضای قاب‌های انتخاب شده از مقاطع استاندارد I شکل (برای تیرها) و Box (برای ستون‌ها) استفاده شده است. با توجه به ابعاد تیر و ستون و همچنین مقدار بار اعمال شده، بر اساس آزمایش‌های انجام شده، سختی اولیه به گره‌های اتصال اختصاص داده شده است. مقدار این سختی‌ها توسط الگوریتم ژنتیک در طی روند بهینه‌سازی تغییر یافته و با حداقل شدن وزن قاب انتخابی، مقدار سختی مناسب آن نیز به‌دست آمده است. در این مقاله جهت بهینه‌کردن وزن قاب، برنامه کامپیوتری تحت نرم‌افزار MATLAB نوشته شده است که به کمک نرم‌افزار Excel توانایی ارتباط (انتقال و دریافت داده) با نرم‌افزار SAP2000 جهت تحلیل و طراحی را دارا می‌باشد. در فرایند بهینه‌سازی وزن سازه به وسیله الگوریتم ژنتیک، از روش‌های تحلیل استاتیکی خطی و غیرخطی با در نظر گرفتن اثر Δ−P بهره گرفته شده است. با توجه به نتایج به‌دست آمده، تأثیر کاهش سختی اتصال تیر به ستون (اتصال نیمه‌صلب) در بهینه‌کردن وزن قاب‌های کوتاه‌مرتبه کمتر از قاب‌های بلندمرتبه انتخاب شده می‌باشد؛ به‌طوری‌که در قاب‌های کوتاه‌مرتبه با کاهش سختی اتصالات، وزن سازه افزایش می‌یابد و در قاب‌های بلندمرتبه، کاهش سختی اتصال منجر به کاهش وزن سازه شده است. همچنین در قاب‌های بهینه‌شده مقدار سختی اتصالات مورد نیاز در حالت تحلیل خطی بیشتر از تحلیل غیرخطی می‌باشد و این اختلاف در طبقات بالا زیاد و در طبقات پایین‌تر تقریباً کمتر می‌باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Using Genetic Algorithm for Optimization of Steel Frames with Semi-Rigid Connection

نویسندگان English

Asghar Vatani Oskouei 1
Sahand Sarioletlagh Fard 2
چکیده English

Beam-column connection have a significant role on the results of analysis and design of steel structures. In this paper, a genetic algorithm has been used for non-linear analysis and design of steel frames. In this paper for minimized the weight of frame by satisfying the applied constraint and restraints such as amount of axial and combined stresses, target displacement and the number and location of plastic hinges criteria was used.
To analyze and design the frame elements, I and Box shape standard sections have been used for beams and columns, respectively. Finally, semi-rigid connection stiffness allocated to the beam to column connection will be obtained. The degrees of these rigidities are made by genetic algorithm during the procedure of optimization in order to finally result in the creation of a frame with the minimum weight.
To perform modal analysis, linear static and non-linear static operations as well as design of elements, SAP2000 software and to perform the optimization procedure, the program written in MATLAB software domain have been used. Optimization procedure based on weight minimization for 9 steel frames have done, therefore connection stiffness could obtain when the structure weight is minimized. The results of selected frames by assuming rigid and semi-rigid connection, linear and non-linear static (pushover) analysis are compared. The results showed that, for short period frames with rigid connections, non-linear analysis give less weight, but with increasing period of frames least weight are obtained in non-linear analysis with semi-rigid connections.

کلیدواژه‌ها English

Optimization
Genetic Algorithm
Semi-Rigid Connection
Non-linear Analysis
Plastic Hinge