طراحی بهینه عرشه پلهای بتنی پیش ‏تنیده جعبه‏ای بر اساس آیین‏ نامه بارگذاری پل ایران با استفاده از الگوریتم ژنتیک

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

چکیده

در این مقاله، بهینه‏سازی عرشه پلهای بتنی پیش‏تنیده پس‏کشیده جعبه‏ای بر اساس آیین‏نامه بارگذاری پل ایران مورد بررسی قرار گرفته است. کاهش وزن عرشه پل علاوه بر این که باعث صرفه‏جویی در مصالح مصرفی و در نتیجه هزینه‏های روسازه و زیرسازه می‏شود، تأثیر بسزایی در کاهش نیروی زلزله وارد بر پل دارد. در این بهینه‏سازی، متغیرهای گوناگون از جمله ابعاد اجزای مختلف سطح مقطع عرشه، تعداد تاندونها، تعداد کابلهای هر تاندون، آرایش تاندونها، نسبت آرماتور کششی دال بالا و دال طره و میزان نیروی کشش جک در نظر گرفته شده است. قیود مشخصه بر روی این متغیرها بر اساس شرایط عملی ساخت و محدودیتهای آیین‏نامه‏ای است. قیود ضمنی برای طراحی نیز طبق ضوابط استاندارد AASHTO فرمول بندی می‏شود. به دلیل غیرخطی بودن بیشتر قیود، با یک مساله بهینه‏سازی غیرخطی روبرو هستیم که حداقل‏های موضعی مختلفی دارد؛ به همین دلیل نیاز به روشی است که قادر به شناسایی حداقل کلی تابع هدف باشد. در این مقاله از الگوریتم ژنتیک (GA) برای بهینه‏سازی استفاده شده است. این الگوریتم، توانایی قابل توجهی در حل مسائل بهینه‌سازی پیچیدهای دارد که روش‌های کلاسیک برای آنها یا قابل اعمال نبوده و یا در یافتن بهینه کلی قابل اطمینان نیستند. نتایج حاصل از این بهینه‏سازی نشان می‏دهد، با یک بار فرمول‏بندی مساله طراحی پل و با کمک الگوریتم ژنتیک می‏توان در مدت زمان کوتاهی به پاسخ بهینه دست پیدا کرد. الگوریتم ژنتیک به طور موفقیت آمیزی در این بهینه‏سازی بکار گرفته شد و طرح بهینه به طور دقیق محاسبه گردید. عرشه بهینه به دست آمده که دارای حداقل وزن ممکن بوده، تمام ضوابط آیین‏نامه‏ای تعریف شده و حداقل و حداکثرهای اجرایی موردنظر طراح را رعایت می‏کند.

کلیدواژه‌ها


- سازمان مدیریت و برنامهریزی کشور(1379) « آیین‏نامه بارگذاری پلها»،  نشریه شماره 139، تجدید نظر اول، انتشارات سازمان مدیریت و برنامهریزی کشور.
- AASHTO (2002) “Standard specifications for highway bridges”, 17th Ed. Washington DC.

- Adeli, H. and Sarma, K. C. (2006) “Cost optimization of structures”, Wiley, Chichester, UK.

- Ahsan, R., Rana S. and Ghani, S. N. (2012) “Cost optimum design of posttensioned I-girder bridge using global optimization algorithm”, Journal of Structural Engineering, 138(2), pp.273–284.

- Ayvaz, Y. and Aydin, Z. (2009) “Optimum topology and shape design of prestressed concrete bridge girders using a genetic algorithm”, Journal of Structural and Multidisciplinary Optimization, 41(1), pp.151–162.

- Cohn, M. Z. and Lounis, Z. (1993) “Optimum limit design of continuous prestressed concrete beams. Journal of Structural Engineering, ASCE, 119(12), pp.3551–3570.

- Cohn, M. Z. and MacRae, A. J. (1984a) “Optimization of structural concrete beams”, Journal of Structural Engineering, ASCE, 110(7), pp.1573–1588.

- Fereig, S. M. (1996) “Economic preliminary design of bridges with prestressed I-girders”, Journal of Bridge Engineering, ASCE, 1(1), 18–25.

- Freyssinet Inc. (1999) “The C Range post-tensioning system”, excerpted from: www .freyssinet.com: (May 10, 2010).

- Goldberg, D. E. (1989) “Genetic algorithms in search, optimization and machine learning”, Addision-Wesley, Reading, Massachusetts.

- Hassanain, M. A. and Loov, R. E. (2003) “Cost optimization of concrete bridge infrastructure”, Canadian Journal of Civil Engineering, 30(5), pp.841–849.

- Hewson, N. R. (2003) “Prestressed Concrete Bridges: Design and Construction, Thomas Telford.

- Holland, J. H. (1975) “Adaptation in natural and artificial systems”, The University of Michigan Press, Ann Arbor, Michigan.

- Koumousis, V. K. and Arsenis, S. J. (1998) “Genetic algorithms in optimal detailed design of reinforced concrete members”, Journal of Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering, 13(1), pp.43–52.

- Rajeev, S. and Krishnamoorthy, C. S. (1998) “Genetic algorithm-based methodology for design optimization of reinforced concrete frames”, Journal of Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering, 13(1), pp.63–74.

- Sarma, K. C. and Adeli, H. (1998) “Cost optimization of concrete structures”, Journal of Structural Engineering, ASCE, 124(5), pp. 570–578.

- Sirca, G. F., and Adeli, H. (2005) “Cost optimization of prestressed concrete bridges”, Journal of Structural Engineering, 131(3), pp. 380–388.

-Soh, C. K. and Yang, J. (1998) “Optimal layout of bridge trusses by genetic algorithms”, Journal of Computer Aided Civil and Infrastructure Engineering, 13(4), pp. 247–254.

- Torres, G. G. B., Brotchie, J. F. and Cornell, C. A. (1966) “A program for the optimum design of prestressed concrete highway bridges”, PCI Journal, 11(3), pp. 63–71.

- Yeh, I. (1999) “Hybrid genetic algorithms for optimization of truss structures”, Journal of Computer Aided Civil and Infrastructure Engineering, 14(3), pp.199–206.

- Yu, C. H., Das Gupta, N. C. and Paul, H. (1986) “Optimization of prestressed concrete bridge girders” Journal of Engineering Optimization, 10(1), pp. 13–24.