طرح بهينه و بررسي عملكرد ميراگرهاي ويسكوز در سازه‌هاي فولادي بر اساس هزينه دوره عمر

Optimal Design and Performance Assessment of Viscous Dampers in Steel Frames Based on Life Cycle Cost

در سال­‌هاي اخير سعي شده است عملكرد مورد انتظار سازه­‌ها تحت خطرات لرزه‌­اي به صورت معيار­هاي اقتصادي و اجتماعي بيان شوند. بر اين اساس، در اين پژوهش الگوريتمي براي طراحي بهينه ميراگرهاي ويسكوز با هدف رسيدن به حداقل هزينه كل ارائه شده است. براي اين منظور يك مدل هزينه مناسب جهت تعيين هزينه اوليه مجهز كردن سازه به ميراگر­هاي ويسكوز ارائه شده و هزينه­‌هاي مورد انتظار در اثر زلزله­‌هاي محتمل در دوره­ي عمر سازه با استفاده از تحليل هزينه دوره­ي عمر (LCCA) تخمين زده شده است. نتايج اين تحليل در يك الگوريتم بهينه­‌سازي با هدف دستيابي به سازه­اي با هزينه­‌ي كل حداقل مورد استفاده قرار گرفته است. براي ارزيابي رفتار لرزه‌اي سازه‌ها از روش زمان­ دوام به عنوان يك روش تحليل ديناميكي كه نيازمند حجم محاسبات بسيار كمتري در مقايسه با روش‌هاي معمول تاريخچه زماني مي‌باشد، استفاده شده است. سه قاب خمشي 15 و 7 ،3 طبقه‌­ي منظم داراي ضعف در طراحي اوليه به صورت غيرخطي مدل شده و با به كارگيري الگوريتم ژنتيك، چينش ميراگر­هاي ويسكوز خطي و ميراگر­هاي ويسكوز غير­خطي به همراه توان سرعت (آلفا) در ارتفاع ساختمان به گونه‌­اي تعيين شده است كه سازه‌­ي به دست آمده كمترين هزينه­‌ي كل را در دوره عمر خود داشته باشد. همچنين از دو روش فرم ­بسته به نام‌­هاي طراحي ميراگر بر مبناي انرژي و طراحي بر اساس جابجايي مستقيم نيز براي طراحي ميراگر­ها استفاده شده است. در انتها عملكرد سازه‌­هاي مجهز به ميراگر­هاي طراحي شده بر اساس روش‌هاي مختلف تحت دوازده ركورد زلزله حوزه دور و حوزه نزديك بدون پالس مورد ارزيابي قرار گرفته است.

In recent years, it is tried to express the expected performance of structures as financial and social measures. In this study, an algorithm for the optimal design of viscous dampers with the goal of achieving minimum total cost is presented. For this purpose, an appropriate cost model to determine the initial cost of equipping structures with viscous dampers has been presented and the expected costs of the structure due to possible earthquakes over its life cycle have been estimated using life cycle cost analysis (LCCA). The results of this analysis have been used in an optimization algorithm with the aim of achieving the minimum total cost of structures. To evaluate the seismic behavior of structures, the Endurance Time (ET) method is used as a dynamic analysis method which requires much less computation effort than conventional time history methods. In this regard, three-moment frames with 3,7 and 15 stories having weakness in initial design are modeled nonlinearly, and then, using a genetic algorithm, the optimum arrangement of linear and nonlinear viscous dampers along with the damping exponent (Alpha) is acquired. Two closed-form methods have also been used for the design of viscous dampers, namely energy-based damping design and displacement-based design. Finally, the performance of the structures has been evaluated and compared under 12 far-field and 12 near-fault ground motion records.