طراحی بهینه مبتنی بر عملکرد و تحلیل قابلیت اطمینان لرزه ای قاب های فولادی

در سال های اخیر ترکیب روش های بهینه سازی سازه با تحلیل قابلیت اطمینان به عنوان رویکردی موثر برای دستیابی به طرح های سازه ای اقتصادی و در عین حال ایمن مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش عملکرد قابلیت اطمینان قاب های خمشی فولادی بهینه شده با در نظر گرفتن عدم قطعیت های موجود در پارامترهای مقاومتی و تقاضای لرزه ای مورد بررسی قرار گرفته است. فرآیند بهینه سازی با هدف حداقل سازی وزن سازه انجام شده و ارزیابی قابلیت اطمینان سازه ها در چارچوب طراحی مبتنی بر عملکرد صورت گرفته است. برای در نظر گرفتن عدم قطعیت ها از روش نمونه برداری Latin Hypercube Sampling (LHS) استفاده شد و تابع حالت حدی بر اساس دریفت بین طبقه ای تعریف گردید؛ به طوری که وقوع خرابی زمانی در نظر گرفته شد که مقدار دریفت تقاضا از حد مجاز متناظر با سطح عملکرد فراتر رود. متغیرهای تصادفی اصلی شامل مدول الاستیسیته فولاد، تنش تسلیم فولاد و شتاب طیفی به عنوان نماینده شدت تقاضای لرزه ای در تحلیل احتمالاتی لحاظ شدند. در این مطالعه نتایج قابلیت اطمینان برای قاب های فولادی ۵ و ۱۰ طبقه بهینه شده مورد بررسی قرار گرفت. برای سازه های ۵ طبقه احتمال خرابی در حدود ۱۰⁻⁴۰ تا ۱۰⁻³ است. در مقابل برای سازه های ۱۰ طبقه به دلیل افزایش انعطاف پذیری سازه و افزایش تقاضای دریفت احتمال خرابی متناظر آن در حدود ۱۰⁻³ برآورد شد. همچنین نتایج نشان داد که در میان طرح های بهینه با وزن های نزدیک با افزایش وزن سازه شاخص قابلیت اطمینان اندکی افزایش یافته و احتمال خرابی کاهش می یابد هرچند اختلاف میان طرح های بهینه نسبتا محدود است. به طور کلی، یافته های پژوهش نشان می دهد که قاب های فولادی بهینه شده می توانند ضمن دستیابی به وزن کمتر سطح قابل قبولی از قابلیت اطمینان لرزه ای را حفظ کنند. رویکرد ارائه شده می تواند به عنوان چارچوبی مناسب برای ترکیب بهینه سازی سازه با ارزیابی احتمالاتی در طراحی لرزه ای مبتنی بر عملکرد مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

طراحی بهینه مبتنی بر عملکرد ، قابلیت اطمینان لرزه ای ، قاب های فولادی ، الگوریتم CMO ، تحلیل غیرخطی ، نرم افزار RT ، بهینه سازی سازه ، عملکرد لرزه ای