تخصیص بهینه تعمیرات و نگهداری پلهای استان مازندران در شرایط محدودیت بودجه با استفاده از الگوریتم ژنتیک

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی عمران ، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

3 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه علوم و فنون مازندران، بابل، ایران

4 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اراک، اراک، ایران

چکیده

پل‌ها با هر شکل سازه‌ای که طراحی شوند و با هر نوع مصالحی که ساخته شوند، دیر یا زود آثار فرسودگی در آنها ظاهر می‌شود لیکن در نوع و میزان این فرسودگی‌ها و روند گسترش آنها عوامل متعددی مانند شرایط جوی، وقوع سیل یا زلزله، افزایش بار بیش از میزان طراحی، کیفیت طراحی و اجرا و نوع مصالح تاثیرگذار هستند که تمامی این عوامل چنانچه مورد توجه و رسیدگی قرار نگیرند منجر به کاهش عمر مفید سازه خواهند شد. بنابراین رسیدگی به پل‌ها و تعمیر و نگهداری به موقع آنها، موجب افزایش عمر مفید پل‌ها می‌گردد. در این تحقیق پل‌های استان مازندران از لحاظ خرابی با دیدگاه تعمیر و نگهداری مطالعه شده و وضعیت خرابی و نقص‌های هر یک از این پل‌ها و همچنین وضعیت این پل‌ها در برابر عواملی همچون بار ترافیکی و دیگر متغیرهای موثر مورد بررسی قرار گرفته است. پس از انجام بازدیدهای میدانی و جمع‌آوری نتایج مورد نیاز، ابتدا پل‌ها براساس معیارهای ارزیابی نقص، با استفاده از روش تمیم گیری چندمعیاره تحلیل سلسله مراتبی اولویت بندی شده و سپس براساس سطح بودجه در دسترس، اقدامات اصلاحی بر روی هر پل مشخص شد. به این منظور ابتدا یک مدل برنامه ریزی ریاضی خطی ارائه شده و سپس به منظور حل مسئله ابعاد بالا یک الگوریتم فرا‌ابتکاری ژنتیک برای پیدا کردن اقدامات اصلاحی بهینه در نرم افزار MATLAB پیاده سازی و توسعه داده شد؛ نتایج نشان می دهد که الگوریتم ژنتیک پیشنهادی عملکرد مناسبی در حل مسئله داشته است. به منظور بررسی صحت الگوریتم پیشنهادی، چندین سطح بودجه در نظر گرفته شده و روند تغییرات میزان اقدامات اصلاحی مورد ارزیابی قرار گرفته است. مشخص گردید که با افزایش سطح بودجه، میزان اثر بخشی از طریق افزایش تعداد اصلاحات با هزینه بیشتر، افزایش می یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Mazandaran Bridge Maintenance Optimization under Budget Constraint by Genetic Algorithm

نویسندگان [English]

  • Mohammad Javad Taheri Amiri 1
  • Farshidreza Haghighi 2
  • Ali Rahmani Firoozjaee 2
  • Milad Hematian 3
  • maedeh Javaheri Barforooshi 4
1 Ph.D. Student, Department of Civil Engineering, Noshirvani Babol University of Technology, Babol, Iran
2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Noshirvani Babol University of Technology, Babol, Iran
3 Ph.D. Student, Department of Civil Engineering Noshirvani Babol University of Technology, Babol, Iran
4 Ph.D. Student, Department of Civil Engineering, Islamic Azad University, Arak Branch, Arak, Iran
چکیده [English]

All bridges designed by kind of structure and built by any type of materials, get burnt out  sooner or later. These exhaustions are spread due to several factors such as atmospheric conditions, flood or earthquakes, increased over load more than expected in design phase, design and execution quality, and the type of materials affecting that causes to decrease bridge's useful life if these factors will be ignored. Therefore, bridge maintenance makes to increase its useful life if it happens on time. In this paper, Mazandaran province bridges are studied based on failure situation, faults of each bridges, their condition against traffic load and other effective variables.in order to solve the problem, first, required data have been collected by field study after bridges inspection and then bridges are prioritized based on fault evaluation criteria by Analytic Hierarchy Process (AHP) multi attribute decision making method. Finally, corrective actions are determined based on budget level for bridges. To achieve this goal, a linear mathematical programming model firstly presented and then to solve the large scale problem a genetic algorithm has been developed to find the optimal corrective actions. The proposed algorithm is implemented in MATLAB software and results show that the proposed genetic algorithm have suitable performance to solve the problem. Several budget levels have been considered to assess proposed genetic algorithm validation and changing trend of corrective actions number has been studied. It is seen that amount of effectiveness and total number of repairs are increased by soaring budget level.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bridge maintenance
  • failure
  • maintenance and repair cost
  • genetic algorithm
-شمس، بتول و قاسمی­پور، محمود.  (1390) "تعیین مهم­ترین معیارهای تاثیرگذار پرندگان مهاجر با استفاده از روش فرآیند تحلیل سلسله مراتبی در تالاب سد حنا"، دومین کنفرانس ملی برنامه­ریزی و مدیریت محیط زیست، دانشگاه تهران، 1390.
 -عبدالله زاده، غلامرضا، نوروزی، حمید، طاهری امیری، محمدجواد و حقیقی، فرشیدرضا )1394( "انتخاب استراتژی تعمیر و نگهداری بهینه پل ها بر مبنای الگوریتم تصمیم‌گیری چند معیاره و مدل برنامه ریزی ریاضی (مطالعه‌ی موردی: پل‌های استان مازندران)"، فصلنامه‌ علمی پژوهشی مهندسی حمل و نقل، سال ششم، شماره‌ سوم، ص. 463- 478.
-Hu, X, Daganzo, C. and Madanat, S. (2015) “A reliability-based optimization scheme for maintenance management in large-scale bridge networks”, Transportation Research Part C: Emerging, Vol. 55, pp. 166- 178.
-Oraee, K, Hosseini, N.  and Gholinejad, M. (2009) “A new approach for determination of tunnel support system using analytical hierarchy process (AHP)”, Underground Coal Operators Conference, pp. 78-89, 2009.
-Orcesi, Andre D. and Frangopol, Dan M. (2011) “Optimization of bridge maintenance strategies based on structural health monitoring information”, Journal of Structural Safety, Vol. 33, No. 1, pp. 26- 41.
-Petroski, H. (1996) “Engineers of Dreams: Great bridge builders and the spanning of America”, Alfred A. Knopf, NewYork.
-Sivanandam, S. N. and  Deepa, S. N. (2008) “Introduction to genetic algorithms”, Springer.
-Sobanjo, J. O. and Thompson, P. D. (2004) "Project planning models for Florida's bridge management system", State Maintenance Office, Florida Department of Transportation.
-William, J. C. (2002) "Highway bridge replacement and rehabilitation program (HBRRP)", Division Administrator, Federal Highway Administration (FHWA), U.S.A.
-Yang, T, Hsieh, Y. M. and Kung, L. O. (2012) “Parallel computing platform for multi objective simulation optimization of bridge maintenance planning”, Journal of Construction Engineering and Management, Vol. 138, No. 2, pp. 215- 226.
-Zhang, W. and Wang, N. (2017) “Bridge network maintenance prioritization under budget constraint”, Structural Safety, Vol. 67, pp. 96-104.
-Zhu, J. and Liu, B. (2013) “Performance life cost-based maintenance strategy optimization for reinforced concrete girder bridges”, Journal of Bridge Engineering, Vol. 18, No. 2, pp. 172- 178.