طراحی بهینه قاب های بتن مسلح با تکیه بر رویکرد فراابتکاری الگوریتم رقابت استعماری گسسته
چکیده
بهینه سازی می تواند در هر کجا، از فعالیت های روزمره تا برنامه ریزی برای تعطیلات، از طراحی مهندسی تا علم کامپیوتر و از زمان¬بندی پروژه تا کاربرد¬های صنعتی به کار آید. در علم مکانیک، یک سازه به مجموعه¬ای از مصالح گفته می¬شود که در برابر بار¬های اعمالی، ایستایی از خود نشان می¬دهد. بر این اساس، بهینه¬سازی سازه موضوع ساخت یک مجموعه از مصالح برای تحمل بار به بهترین نحو ممکن است. رشته بهینه¬سازی سازه¬ها، هنوز هم رشته نسبتا جدیدی است و همواره از نظر روش¬ها و رویکرد¬ها در معرض تغییرات سریع قرار دارد. مشخصه¬هایی نظیر وزن، هزینه، دوام، اثرات زیست محیطی و غیره نیز می¬تواند معیار بهینه¬سازی سازه قرار گیرند. توجه فزاینده به کمبود مواد خام و نقصان شدید منابع انرژی، موجب تمایل مهندسان به سازه¬های سبک، کارا و ارزان قیمت شده است. هدف اصلی پژوهش حاضر دستیابی به طرح بهینه قاب بتن مسلح با استفاده از الگوریتم رقابت استعماری است. این الگوریتم با شبیه¬سازی فرآیند تکامل اجتماعی-سیاسی، یک روش فرا¬ابتکاری برای بهینه¬سازی سازه¬ها ارائه می¬کند. برای دستیابی به طرح بهینه، نیاز به تعریف یک مسأله بهینه¬سازی داریم. در فرم کلی، مسأله بهینه¬سازی دارای متغیر طراحی، تابع هدف و تعدادی محدودیت است. در این مسأله، تابع هدف، هزینه کل قاب است. محدویت¬های فرآیند بهینه¬سازی بر اساس آیین¬نامه aci 318m-11 تعیین می¬شوند. متغیر طراحی، تخصیص مقطع از مجموعه پایگاه داده تیر و ستون از پیش تعیین شده است. مطالعه موردی بر روی چهار قاب چهار، هشت، دوازده و بیست طبقه انجام شده است. فرآیند مدل¬سازی، تحلیل، طراحی و بهینه¬سازی توسط نرم افزار matlab انجام شده است. نتایج مقایسه¬ای نشان می¬دهد که هزینه الگوریتم رقابت استعماری گسسته در مقابل الگوریتم ترکیبی ازدحام ذرات-کلونی مورچه به ترتیب در قاب¬های چهار، هشت و دوازده طبقه 7 % کاهش، 16 % و 8 % افزایش داشته است. مقایسه زمان محاسباتی نیز به ترتیب 367 % افزایش، 197 % افزایش و 50 % کاهش را نشان می¬دهد. نتایج عددی نشان داده شده حاکی از این است که در برخی موارد الگوریتم رقابت استعماری گسسته موفقیت بیشتری داشته است و در برخی موارد الگوریتم ترکیبی ازدحام ذرات-کلونی مورچه جواب¬های بهتری ارائه کرده است. در کل، عملکرد الگوریتم رقابت استعماری برای این مسأله بهینه¬سازی مطلوب ارزیابی می¬شود.