رشته مهندسی عمران – مهندسی زلزله (گرایش سازه) دوره سوم سال تحصیلی ۱۳۷۹-۱۳۷۸

طرح بهینه قابهای فولادی مهاربندی شده به منظو رکاهش پاسخ های معادل لرزه ای با کاربرد روشهای جستجوی متعین و آماری درترکیب با نظریه نگارها

رساله حاضر مسئله یافتن مناسبترین طرح یک سیستم قاب فولادی را برای کمترین استعداد فروریزش حین زمین لرزه طرح مورد بررسی قرارداده است. بدی منظور با توجه به اهمیت جابجایی نسبی طبقه بعنوان یک معیار از خرابی از طریق تغییر پیکر بندی سیستم مهاربندی و مقاطع مجموعه اعضای قاب و مهاربندها توزیع مناسب مقاومت و سختی سازه با اهداف مختلف از جمه کاهش وزن مصالح و جابجایی حداکثر و نیز کمترین پراکندگی مقادیر گریز نسبی طبقات جستجو گردید. در هر مورد مسئله برای محدودیتهای متاظر از جمله برقراری تعادل قید روی تنش و ابعغد مقاطع دربهینه یابی ابعادی با تابع هدف مزبور حل شد. برای بهینه یابی در دو حوزه متعین و نامتعین روشهایی معرفی و کارایی آنها افزایش داه شد .کاربرد نشان های عملکردی برای مشخص نممودن بهینه کلی در روشهای متعین با شیوه محک بهینگی ترکیب شده و پس از مطالعه نتایج اولیه ضمن ترکیب روشها با عملگرهای نظریه نگرا اثر قیدها و توابع هدف اگلویی نیز د رمسئله وارد گردید. طی بررسی اجمالی سه روش متعین در حل یک مسئله عددی ویژگیهای عمومی آنها مشخص گردید تا در فصلهای بعد ترکیب مناسبی از آنها به عنوان روشهای جستجوی آماری کارا به خدمت گرفته شود. برای بهینه سازی پیکربندی به شیوه نامتعین الگوریتم وراثتی با قابلیت جستجوی تصادفی در حیطه متغیرهای گسسته و انتخاب بین مقاطع استاندارد/موجود و نیز تکنیک شبیه سازی بازپخت فلزات د رکنار عملگرهای نظریه نگارها برای افزایش دقت و کارایی عددی گسرتش داده شد. همچنین ترکیب الگوریتم وراثتی با تکنیک عددی اتفاق مورها در ایجاد خانواده ای از حل های بهینه ارائه گردید.
نهایتاً مقایسه ای بین کارایی روشهای اخیر ارائه شدک حتاکی از برتری روشهای نا متعین و در میان آنها الگوریتم وراثتی تعمیم یافته در بهینه یابی پیکربندی قاب مهارشده بود. آرایشهای ویژه مهاربندی که به کمک نظریه نگار به نام ابربادبندها تعریف شدند هم در نقاط بهینه روشهای متعین و هم درخانواده طرح بهینه به روشهای نامتعین بروز یافتند و بدین ترتبی برتری عمرکد آنها در اهداف گوناگون بررس و تحت الگوهای بارگذاری ایستای معادل در محدوده اعتبار فرمولبندیهای این رساله به اثبات رسید.

آسیب پذیری لرزه ای، تعیین احتمال میزان خرابی تجهیزات و سازه ها در مقابل زلزله احتمالی آینده می باشد. به منظور برآورد آسیب پذیری لرزه ای ، نیاز به آگاهی از حاشیه اطمینان موجود در طراحیها، ساخت، پیشاییهای موجود در نوع بار ( دوره بازگشت ، تداوم، بزرگی، انرژی، و …) ، و عدم قطعیتهای موجود در ظرفیت سازه ها و تجهیزات، می باشد. از جانب دیگر، تجهیزات پالایشگاهی عمدتا بر اساس آئین نامه های مختلف مانند ACI، AISC ، ASME، API طراحی و اجرا شده اند، که دارای یک فرمت تعینی و قطعی هستند. لذا بررسی آسیب پذیری لرزه ای این تجهیزات ، تنها با استفاده از یک روش سیستماتیک احتمالاتی که توانایی در نظر گرفتن عدم قطعیتهای موجود را داشته باشد، میسر می گردد.
در این پایان نامه با استفاده از تکنیک به روز آوری بایسین، که توانایی در نظر گرفتن عدم قطعیتهای Epistemic و Aleatory را در یک فرمت احتمالاتی دارا است، توابع حالت حدی و یا ظرفیت و نیاز لرزه ای به طور جداگانه تعیین می گردند، سپس میزان آسیب پذیری لرزه یا تجهیزات با استفاده از تئوری قابلیت اعتماد سازه ها و انتگرالگیری مستقیم از تابع حالت حدی ، تعیین می گردد.
بدین منظور یک الگوریتم موثر که شامل: انتخاب مودهای بحرانی ، انتخاب ورودی زلزله، مدل سازی، تحلیل ، پردازش اطلاعات، و در نهایت تولید منحنی های درهم شکنی است، ارائه می گردد. واضح است که این روش قابل کاربرد در مورد تمامی تجهیزات پالایشگاهی می باشد ولیکن به منظور مطالعه موردی، مخازن استوانه ای فلزی مهار نشده جهت بررسی انتخاب گردیده اند. شایان ذکر است که نتایج بدست آمده در خصوص مخازن همگی قابل کاربرد مستقیم برای بررسی آسیب پذیری لرزه ای مخازن می باشد.

اهمیت سامانه‎های ترابری برون‎شهری به عنوان مهمترین نماد و اساسی‎ترین پیش‎نیاز توسعه در هر کشور بر کسی پوشیده نیست. از سوی دیگر آسیب‎پذیری نسبتاً بالای این سامانه‎ها تحت اثر زلزله به ویژه در کشورهای در حال توسعه، از جمله ایران، در دهه‎های اخیر بر اهل فن روشن گردیده است. علیرغم اهمیت فوق‎العاده این سامانه‎ها و آسیب‎پذیری لرزه‎ای بالای آنها موضوع خطرپذیری لرزه‎ای و مدیریت خطرپذیری در مورد این سامانه‎ها هنوز آنطور که باید و شاید مورد توجه متخصصین مهندسی زلزله قرار نگرفته است. واضح است که اساسی‎ترین اقدام برای کاهش خطرپذیری لرزه‎ای این سامانه‎ها بهسازی و ایمن‎سازی لرزه‌ای آنها در سطح کشور می‎باشد، ولی از آنجا که چه از لحاظ مالی و چه از لحاظ فنی (متخصصین و فناوری مورد نیاز برای بهسازی) کشور با محدودیت روبروست و زلزله بعدی نیز ممکن است هر لحظه در بخشی از کشور روی دهد، ضرورت دارد که اقدام برای بهسازی و ایمن‎سازی مستحدثات براساس “اولویت‎بندی” باشد. اولویت‎بندی نیز مستلزم برآورد خطرپذیری در سطح کلان و سپس در سطح خرد می‎باشد. انجام این برآوردها و براساس آن، اولویت‌بندی نهایی و تصمیم‌گیری مدیریتی برای اعمال راهکارهای کاهنده خطرپذیری، نیازمند مدل می‌باشد. ارزش یک مدل نیز به دقت و سطح قابلیت اعتماد آن بستگی دارد.
باتوجه به این نیاز اساسی در این رساله سعی گردیده مدلی حتی‎الامکان جامع برای مدیریت خطرپذیری لرزه‎ای این سامانه‎ها براساس معیارهای قابلیت اعتماد، که سالهاست در مورد سامانه‎های ساختمانی مطرح گردیده‌اند، ارائه شود. برای این منظور ابتدا به کمک آمار و ارقام اهمیت ویژه‌ی سامانه‎های ترابری برون‎شهری در کشور نشان داده شده و سپس به تبیین مفاهیم دخیل در بحث مدیریت خطرپذیری، و به طور ویژه مدیریت خطرپذیری لرزه‎ای، پرداخته شده و مروری نسبتاً جامع بر کارهای پژوهشگران پیشین درخصوص این مفاهیم و کاربردهای آنها صورت گرفته است. به دنبال آن مفاهیم قابلیت اعتماد و روابط مربوطه به طور خلاصه توضیح داده شده است. سپس به معرفی مدل پیشنهادی برای مدیریت خطرپذیری لرزه‎ای و نیز ویژگیهای آن پرداخته شده و توانمندی آن در برآورد آسیب‎پذیری اقتصادی نشان داده شده است. مدل پیشنهادی این ویژگی را دارد که قادر است متغیرهای موجود مهمی که بدانها کمتر توجه شده‌است را مستقلاً یا در ترکیب با یکدیگر درنظر بگیرد. همچنین برقراری یک ارتباط مناسب بین متغیرها (ازلحاظ نوع، وزن، اولویت و …) از دیگر خصایص این مدل به ویژه برای جاده‌هاست. بدین منظور نمودارهایی بصورت شماتیک پیشنهاد شده‌است تا در آینده با دردست داشتن آمار و اطلاعات جامع و دقیق نمودارهای واقعی جایگزین گردند. خروجی نهایی این مدل برآورد مالی خطرپذیری لرزه‌ای است که به‌کارگیری آن در دو حالت “برآورد سریع (اجمالی) خطرپذیری” و سپس “برآورد تفصیلی خطرپذیری” طبق روندنماهای (فلوچارتهای) ارائه‌شده می‌تواند مبنای تصمیمات مدیریتی در هر دو سطح خرد و کلان قرارگیرد.
جهت نشان دادن توانایی مدل در برآورد سریع خطرپذیری با استفاده از آن، سامانه ترابری برون‎شهری کل کشور مورد بررسی قرار گرفته و اولویت‎بندی موردنظر براساس مدل پیشنهادی صورت گرفته است. با انجام تحلیل حساسیت برروی معیارها و وزن متناظر آنها مشخص‌شده‌است که اگر برای ارزیابی خطرپذیری لرزه‌ای جاده‌های برون‌شهری تنها به معیارهای لرزه‌ای مانند خطر منطقه یا به معیارهای آسیب‌پذیری بدنه راه و ابنیه فنی ویا به معیارهای ترافیکی مانند حجم آمد و شد، بطور مجزا بسنده‌گردد، نتایج بسیار متفاوتی حاصل خواهدشد.
برای نشان دادن قابلیت استفاده از مدل در برآورد تفصیلی خطرپذیری نیز یک مثال عددی ارائه گردیده است. در پایان موضوعاتی که جهت تکمیل این نوع مطالعات و گسترش مدلهای مدیریت خطرپذیری توجه به آنها لازم است معرفی گردیده‎اند