طراحی بهینه مخازن آب بتنی دایروی به روش شبیه¬سازی زیرمجموعه ای MCMC
محورهای موضوعی : تحلیل، طراحی و ساخت سازه های آبی
محمد آقایی
1
(گروه عمران، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد، اصفهان، ایران)
یاسین آقایی شلمانی
2
(استادیار سازه های هیدرولیکی، گروه عمران، دانشکده مهندسی مکانیک و عمران، واحد خمینی شهر، دانشگاه آزاد اسلامی، خمینی شهر، اصفهان، ایران)
کلید واژه: : قابلیت اعتماد, بهینه‌سازی, قیود احتمالاتی, RBDO, MCMC ,
چکیده مقاله :
امروزه یکی از موضوعات موردعلاقه پژوهشگران حوزه مهندسی سازه، روش¬های مبتنی بر بهینه¬سازی سازه¬ها با نام RBDO یا همان بهینه¬سازی برپایه قابلیت¬اعتماد سازه¬ها است. در این حوزه، مسائل بهینه¬سازی با توجه به قیود احتمالاتی، طراحی و بهینه می¬گردند. در پژوهش حاضر مسئله بهینه¬سازی مخزن دایروی آب، مورد طراحی بهینه قرار¬گرفته است. تابع هدف در این پژوهش، هزینه ساخت مخزن بتن¬آرمه بوده و قیود احتمالاتی آن شامل قیود مقاومتی و خدمت¬پذیری نظیر نسبت تقاضا به ظرفیت، میزان عرض¬ترک و تغییرشکل¬های سازه می¬باشد که آیین¬نامه مورداستفاده نیز برای بارگذاری، طراحی ضوابط مقاومتی و خدمت¬پذیری، آیین¬نامه ¬123 سازمان مدیریت و برنامه¬ریزی کشور می¬باشد. در¬نهایت برای نشان¬دادن کارآیی و عملکرد مناسب روش شبیه¬سازی و بهینه¬سازی MCMCکه در این پژوهش، برای حل مسئله طراحی مخزن به‌کاررفته است به بررسی یک مخزن آب با حجم 113 m³ پرداخته¬شده است. همچنین مدل¬سازی این مخزن در نرم¬افزارSAP2000 و برنامه¬نویسی کامپیوتری به روش MCMC در نرم¬افزار MATLAB صورت ¬گرفته است.
Today, one of the favorite subjects of structural engineering researchers is the methods based on the optimization of structures called RBDO, or the optimization based on the reliability of structures. In this field, optimization problems are designed and optimized according to probabilistic constraints. In the current research, the problem of optimizing the circular water tank has been optimally designed. The target function in this research is the cost of building a reinforced concrete tank, and its possible limitations include resistance and serviceability limitations such as the ratio of demand to capacity, the amount of crack width, and deformations of the structure. Designing resistance and serviceability criteria is Regulation 123 of the country's management and planning organization. Finally, to show the efficiency and proper performance of the MCMC simulation and optimization method used in this research to solve the problem of tank design, a water tank with a volume of 113 m³ has been investigated. Also, the modeling of this reservoir has been done in SAP2000 software and computer programming by MCMC method in MATLAB software.
مقررات ملی ایران، مبحث نهم. ۱۳۹۲. طرح و اجراي ساختمانهاي بتن آرمه. ايران. وزارت راه و شهرسازي. دفتر امور مقررات ملّي ساختمان
Ahmadi, G. Optimization of construction of concrete water ground tanks by reducing the compressive strength of concrete and increasing the tensile
strength of steel. 4th National Conference of Concrete. Tehran, Iran. (In Persian). Chiti, H., Khatibinia, M., Akbarpoor, A., & Naseri, H. (2015). Optimal design of weighted dams based on reliability 2nd International & 6th National Conference on Earthquake and Structure, Kerman, Iran. (In Persian)
Dilip, D. M., & Sivakumar Babu, G. L. (2013). Methodology for pavement design reliability and back analysis using Markov chain Monte Carlo simulation. Journal of Transportation Engineering, 139(1), 65-74.
Havaei, G. R., & Kia, S. (2015). Optimization of Reinforced Concrete Reservoir with Circumferential Stiffeners Strips by Particle Swarm Algorithm. Structural Engineering and Construction, 2(2), 28-42, (In Persian).
Hastings, W.K. (1970). Monte Carlo Sampling Methods Using Markov Chains and Their Applications. Biometrika. 57 (1): 97–109. Jahanshahi, M., Fakhimi, B., Fakhimi, A. (2016). Application of New Optimization Methods in Concrete Structures. 4th International Congress on Civil Architecture and Urban Development, Tehran, Iran. (In Persian).
Jensen, H., Jerez, D., & Beer, M. (2021). A general two-phase Markov chain Monte Carlo approach for constrained design optimization: Application to stochastic structural optimization. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 373, 113487.
Khanmohammadi, M., Hejazi, F., & Hataminia, H. (2014). Investigating the Fundamentals of Design of Concrete Water Storage Tanks in Regulations EN
1998-4:2006(E), NZS 3106-2009, ACI 350.3-06, Publication 123, 8th National Congress on Civil Engineering, Babol, Iran, (In Persian). Kia, S. and Ghasemi, M.R., (2012). Durability-Based optimization of reinforced concrete reservoirs using artificial bee colony algorithm Global Journal of Researches in Engineering 12, 9-18.
Li, H. S., & Au, S. K. (2010). Design optimization using subset simulation algorithm. Structural Safety, 32(6), 384-392.
Li, H. S., & Cao, Z. J. (2016). Matlab codes of Subset Simulation for reliability analysis and structural optimization. Structural and Multidisciplinary Optimization, 54, 391-410.
Li, H. S., & Ma, Y. Z. (2015). Discrete optimum design for truss structures by subset simulation algorithm. Journal of Aerospace Engineering, 28(4),
04014091. Lopez, R. H., & Beck, A. T. (2012). Reliability-based design optimization strategies based on FORM: a review. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 34, 506-514.
Mirsharifi, A., & Baba, H. (Safety of structures based on reliability theory. No-Avar publication, 2017. Nowak, A. S., & Collins, K. R. (2012). Reliability of structures. CRC press.
Proppe. C., (2017). Markov chain Monte Carlo simulation methods for structural reliability analysis. Procedia Engineering, 199 1122-1127.
Regulation No. 123, (1992). Rules and criteria for the design and calculation of underground water reservoirs, First revision, Iran Management and Planning Organization.
Wankhede, S., Salunke, P. J., & Gore, N. G. (2015). Cost optimization of elevated circular water storage tank. The International Journal of Engineering and Science, 4(2015).
Xiao, S., & Nowak, W. (2022). Reliability sensitivity analysis based on a two-stage Markov chain Monte Carlo simulation. Aerospace Science and Technology, 130, 107938.