انتخاب صفحه

مقدمه
آرزوی انسان برای رسیدن به کمال مبین تئوری بهینه سازی است. انسان می خواهد بهترین را تجسم و توصیف کرده و به آن دست یابد (بیت لر و دیگران 1979)[13]. اما از آنجایی که می داند نمی تواند تمام شرایط حاکم بر بهترین را به خوبی شناسایی و تعریف نماید در بیشتر موارد به جای جواب بهترین یا بهینه مطلق، به یک جواب رضایت بخش (وارنر 1996) بسنده میکند[14]. هم چنین انسان در قضاوت عملکرد دیگران، معیار بهترین را در نظر نمیگیرد بلکه آنان را به صورت نسبی مورد ارزیابی قرار می دهد (گلدبرگ 1989). بنابراین انسان به دلیل ناتوانی خود در بهینه سازی، به بهبود، ارزش ویژه ای می دهد[15].بیت لر و دیگران (1979) بهینه سازی را چنین شرح می دهند: فعل »بهینه ساختن« که کلمه قویتری نسبت به »بهبود« می باشد عبارتست از دستیابی به »بهینه«، و »بهینه سازی« اشاره به عمل بهینه ساختن دارد. بنابراین تئوری بهینهسازی شامل مطالعات کمی بهینه ها و روش یافتن آنهاست. هم چنین »بهینه« به عنوان یک واژه فنی دلالت بر اندازه گیری کمی و تحلیل ریاضی دارد در حالی که بهترین دارای دقت کمتر بوده و بیشتر برای امور روزمره استفاده می شود.در بیشتر موارد آنچه که با هدف بهینهسازی انجام می دهیم بهبود است. بهینه سازی به دنبال بهبود عملکرد در رسیدن به نقطه یا نقاط بهینه است. این تعریف دو قسمت دارد: (1) جستجوی بهبود برای رسیدن به (2) نقطه بهینه. تفاوت روشنی بین فرایند بهبود و مقصد یا نقطه بهینه وجود دارد. هنوز هم معمولاً در رویه های بهینه سازی تمرکز بر همگرایی است (آیا به نقطه بهینه می رسد؟) و عملکرد ضمنی رویه به طور کلی فراموش می شود. این اهمیت نسبت به همگرایی مربوط به ریشه های بهینه سازی در ریاضیات است اما همان طور که اشاره شد در عمل چنین اهمیتی طبیعی و معقول نمی باشد (گلدبرگ 1989). این مقایسه قصد بیارزش نشان دادن همگرایی و دقتهای معمول ریاضی را ندارد چرا که این حوزه خود مبنای ارزشمندی برای مقایسه روشهای بهینه سازی ارائه می کند.درمقایسه الگوریتمهای بهینه سازی دو معیار همگرایی و عملکرد مطرح می شود. بعضی از الگوریتمها دارای همگرایی بوده ولی ممکن است عملکرد ضعیفی داشته باشند، یعنی فرایند بهبود آنها از کارایی و سرعت لازم برخوردار نباشد.
برعکس بعضی دیگر از الگوریتم ها همگرایی نداشته ولی عملکرد آنها خیلی خوب است.
می توان هدف از فرایندهای جستجو را در سه دسته زیر بیان کرد:
• بهینه سازی
• یافتن جواب عملی
• شبه بهینه سازی
در شرایطی که ما به یافتن جواب در همسایگی جواب بهینه راضی باشیم هدف جستجو را شبه بهینه سازی می نامند.
شبه بهینهسازی دارای دوطبقه است. اگر هدف یافتن جواب عملی خوب در فاصله تعریف شدهای از جواب بهینه باشد به آن بهینه سازی نزدیک گفته می شود. اگر شرط فاصله تعریف شده برای جواب بدست آمده حذف گردد و تنها یافتن جواب نزدیک بهینه با احتمال بالا، هدف باشد به آن بهینهسازی تقریبی گفته میشود.
بیشتر مسائل عملی آنقدر مشکل هستند که در آنها هدف، شبه بهینه سازی در نظر گرفته می شود تا از این طریق تعادلی بین کیفیت جواب بدست آمده و هزینه جستجوی آن جواب برقرار گردد. هم چنین از آنجایی که تعداد محاسبات مسائل بهینهسازی ترکیبی به اعداد نجومی می رسد حذف شرط بهینگی یک ضرورت اقتصادی است. در شبه بهینهسازی باید الگوریتم هایی ارائه کرد که حدود مناسب میزان محاسبات و نزدیکی به بهینگی را تضمین نموده و تعادلی بین آنها برقرار نمایند. این الگوریتم ها باید مجهز به پارامترهای قابل تنظیم باشند تا کاربر بتواند با تغییر آن پارامترها تعادل مطلوب بین جواب بدست آمده و میزان محاسبات را برقرار نماید (پیرل 1984)[16].
در دنیای واقعی پیرامون ما همه مسائل بهینه سازی مشتمل بر بهینه سازی همزمان چندین موضوع است که با یکدیگر در رقابت می باشند. به عنوان مثال معمولاً در طراحی بهینه سازه های بتنی حجیم، همزمان با کمینه کردن وزن سازه به دنبال اکسترمم نمودن تغییر مکان گرهی و تنش ایجاد شده در اعضاء و رساندن آنها به مقادیر مجاز هستیم. این اهداف با یکدیکر در تناقض بوده و کاهش وزن سازه منجر به افزایش تنش ها و تغییر مکان های گرهی می شود. با توجه به وفور این مسائل در دنیای واقعی، تاکنون روش های گوناگونی برای بهینه سازی چند هدفی ابداع و مورد بررسی قرار گرفته است[1].

 

فهرست مطالب

چکیده………………………………………………………………………………………………1
مقدمه………………………………………………………………………………………………2

فصل اول : کلیات

طراحی بهینه سدهای بتنی وزنی، براساس کمینه کردن است که هزینه و عملکرد سازه را تحت تأثیر قرار می دهد. هدف از این تحقیق بررسی لزوم مطالعه و تفحص در علم بهینه سازی و همچنین تجسس در انواع روش های بهینه سازی و بررسی بهینه سازی سدهای بتنی وزنی با مد نظر قرار دادن نسبت شتاب زلزله متغیر و انعطاف پذیری دیواره های سد نسبت به شکست های متعدد بر اساس پایداری و محدودیت های طراحی می باشد. به عبارت دیگر هدف از این تحقیق ارائه یک روش ناپیوسته غیرخطی جهت بهینه سازی سدهای بتنی وزنی و مقایسه آن با روش الگوریتم ژنتیک بر اساس پایداری و محدودیت های طراحی می باشد.یکی از مشکلات موجود در مسأله بهینه سازی، همگرایی موضعی می باشد. بنابراین استفاده از ابزاری که بتواند بر مشکل مذکور غلبه نماید، ضروری به نظر می رسد.در سال های اخیر بهینه سازی سازه با ملاحظه مسرانه مورد مطالعه جامع قرار گرفته است. سدهای بتنی وزنی یکی از معمول ترین سدهای در حال ساخت امروزی است. حجم بتن ریزی در سدهای بتنی وزنی نسبت به دیگر سدهای بتنی زیادتر است، این در حالی است که دوام سدهای وزنی از سایر انواع سدهای بتنی بیشتر و هزینه حفاظت و نگهداری آن کم است. همچنین سدهای بتنی دارای ساخت و طراحی ساده تری نسبت به انواع دیگر سدهای بتنی می باشد. بنابراین ضرورت استفاده از این نوع سدها حائز اهمیت می باشد. این سدها برای مکان هایی که فونداسیون سنگی معقولانه وجود داشته باشد مناسب است، ضمن اینکه ساخت آنها بر روی توده های آبرفتی اگر پرده آب بند مناسب فراهم شود، میسر می شود و همچنین برای عبور جریان از روی تاج سرریز مناسب می باشند. ممکن است سدهای وزنی در طرح به صورت خمیده یا مستقیم باشند[17]. راهکاری جهت کاهش حجم بتن مصرفی در سدهای بتنی وزنی به اقتصاد طرح و همچنین به محدودیت اجرائی طرح کمک شایانی می کند. لذا نقش مهندسی ارزش در اینگونه سازه ها به دلیل حجم بتن ریزی زیاد بسیار برجسته بوده و لزوم بهینه سازی آن ها با توجه به شرایط پایداری و دیگر محدودیت های طرح، ضروری می باشد و این در حالی است که علم بهینه سازی در جامعه مهندسی دنیا بسیار مشروعیت بخشیده شده است. طراحی بهینه سدهای بتنی وزنی، براساس کمینه کردن وزن است که هم هزینه و هم عملکرد سازه را تحت تأثیر قرار می دهد. بنابراین لزوم بهینه سازی این گونه سازه ها با توجه به شرایط پایداری و دیگر محدودیت های طرح، ضروری می باشد.در بسیاری از مسائل مهندسی و علوم، معمولاً با تابع هزینه و یا سود، و یا به عبارت کلی تر با تابع هدفی روبرو هستیم که می خواهیم با بهینه کردن مقدار آن، عملکرد یک سامانه را بهینه نمائیم. در زمینه مهندسی عمران بدنبال طرحی هستیم که در برابر نیازهای مورد نظر و شرایط اعمالی، بیشترین کارایی را داشته باشد. در روش های بهینه سازی سازه ها این عمل با تعیین گروهی از متغیرهای طراحی همراه است که بر حسب بارهای اعمال شده، قیدها و پارامترهای از پیش تعیین شده، موجب کمینه یا بیشینه شدن تابع هدف می گردند. پارامترهای از پیش تعیین شده مقادیر ثابتی هستند کع در خلال فرآیند بهینه سازی تغییر می کنند و این تغییرات منجر به یافتن جواب بهینه می گردد

1-1) هدف……………………………………………………………………………………….. 5
1-2) پیشینه تحقیق……………………………………………………………………………. 5
1-3) روش کار و تحقیق…………………………………………………………………………. 7

یک نرون

یک نرون

فصل دوم : بهینه سازی

دستیابی به بهترین نتیجه در شرایط داده شده را بهینه سازی گویند. در طراحی، ساخت و نگهداری هر سیستممهندسی، مهندسان باید تصمیمات تکنولوژی و مدیریتی بسیاری را در چند مرحله بگیرند. هدف نهایی چنین تصمیماتی، کمینه کردن هزینه لازم و یا بیشینه کردن سود مورد نظر می باشد. هزینه لازم یا سود مورد نظر در هر وضعیت علمی را می توان بصورت تابعی از متغیرهای تصمیم مشخص بیان کرد. بنابراین می توان بهینه سازی را به عنوان فرآیند یافتن شرایطی که مقدار بیشینه یا کمینه یک تابع را بدست می دهد تعریف کرد. برای حل کارای همه مسائل بهینه سازی روش یگانه ای وجود ندارد. به همین دلیل برای حل گونه های مختلف مسائل بهینه سازی مختلفی بسط یافته اند.
روش های جستجوی بهینه را با عنوان روش های برنامه ریزی ریاضی هم می شناسند، که عموماً به صورت بخشی از تحقیق در عملیات مطالعه می شود. در طراحی، ساخت و نگهداری هر سیستم مهندسی، مهندسان باید تصمیمات تکنولوژی و مدیریتی بسیاری را در چند مرحله بگیرند. هدف نهایی چنین تصمیماتی کمینه کردن تلاش لازم و یا بیشینه نمودن سود مورد نظر است. بهینه سازی در مفهوم گسترده خود، می تواند در هر مسئله مهندسی بکار گرفته شود. برای نشان دادن گستردگی این موضوع می توان به نمونه های زیر اشاره کرد.
طراحی هواپیما و سازه های فضایی با وزن کمینه.
طراحی سازه های مهندسی عمران مانند قاب ها، پی ها، پل ها، دکل ها، لوله ها و سدها باهزینه کمینه.
طراحی سازه های مقاوم در برابر زلزله، باد و دیگر انواع بارگذاری تصادفی با وزن کمینه.
طراحی سیستم های منابع آب با سود بیشینه.
طراحی بهینه سازه های پلاستیک.
آنجا که صحبت از توانمندی پیش می آید طبیعت، حرف اول را می زند. فرآیندهای طبیعی در سیر تکاملی خود همواره مسیر بهینه را در پیش می گیرند. این امر الهام بخش روش های نوین بهینه سازی است. الگوریتم وراثتی یکی از شیوه های الهام از طبیعت است که توانایی های ویژه ای بعنوان ابزار بهینه سازی از خود نشان داده است[2].

2-1) مقدمه ای بر بهینه سازی……………………………………………………………….. 10
2-2) صورت های مختلف تعریف بهینه سازی………………………………………………… 10
2-3) مقایسه روش های طراحی………………………………………………………………. 11
2-3-1) روش کلاسیک طراحی………………………………………………………………….. 11
2-3-2) طراحی بر اساس اصول بهینه سازی…………………………………………………. 11
2-4) روشهای مختلف حل مسائل بهینه سازی………………………………………………. 11
2-5) اجزای مسائل بهینه سازی……………………………………………………………….. 12
2-5-1) تعریف مسئله بهینه سازی……………………………………………………………… 12
2-5-2) تبدیل مسئله مقید به نامقید……………………………………………………………. 12

فصل سوم : بهینه سازی و کاربردهای آن در مهندسی عمران

مقدمه
طراحی سازه ها در دو مرحله متفاوت انجام می شود. مرحله اول، تحلیل سازه بر اساس نیروهای اعمالی صورت میگیرد و منتهی به تعیین نیروها در اجزای مختلف تشکیل دهنده سازه می گردد. در مرحله دوم، با توجه به نیروهای موجود در عضوها، مقاطع مناسب فولادی یا بتنی برای اجزای مختلف سازه انتخاب می گردد. در نهایت، سازه دارای وزن مشخصی خواهد بود که در اکثر موارد بهینه نیست، بدین معنی که با توجه به نیروهای موجود در اعضاء مقاطع با قید حداقل شدن وزن سازه تعیین نشده اند.
بهینه سازی سازه ها به دلیل طبیعت غیر خطی آن احتیاج به روش های تکراری دارد. غیر خطی بودن ناشی از معادله جبری موجود در شرایط بهینه است و معادلات قیود نیز نسبت به متغیرهای طراحی غیر خطی هستند. هر مرحله از تکرار روش بهینه سازی به دو گام تقسیم می گردد: در گام اول، سازه تحلیل می گردد تا پاسخ آن نسبت به نیروهای اعمال شده به دست آید. در گام دوم، متغیرهای طرح بر اساس ضوابط بهینه سازی اصلاح می گردند. تعداد تکرارهای لازم برای همگرا شدن به سمت شرایط بهینه بستگی به تعداد عضوهای سازه و سطوح مقطع آنها دارد. زیرا در بسیاری موارد، نیروی ایجاد شده در عضوها نسبت به تغییر سطح مقطع عضوها حساس است. با افزایش تعداد متغیرهای طراحی، زمان محاسبه بطور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد ودر بسیاری از الگوریتم های بهینه سازی افزایش تعداد متغیرهای طراحی منتهی به نا پایداری عددی می گردد. اکثر روش های بهینه سازی در برخورد با توابع ناپیوسته ناتوان هستند و همچنین مسائلی که غیر خطی بودن آنها شدید است بکندی همگرا می گردند و حتی در بسیاری موارد همگرایی صورت نمی گیرد. به ندرت می توان تضمین کرد که الگوریتم بهینه سازی به کمینه مطلق همگرا گردد به علاوه اگر در گام اول، تحلیل سازه به دقت انجام نگیرد، در آن صورت ممکن است در مرحله دوم جواب های بهینه متغیرهای طراحی نادرست باشند[5]. روش های بهینه سازی عددی در طراحی مهندسی از سال 1960 میلادی توسط اشمیت تعمیم داده و بکار گرفته شد.

3-1) مقدمه……………………………………………………………………………………….. 15
3-2) وجود و یکتایی جواب بهینه………………………………………………………………… 15
3-3) بهینه سازی در غیاب قیو.د………………………………………………………………… 15
3-4) بهینه سازی در مسائلی که قیود وجود دارند……………………………………………. 16
3-5) شرایط کون-تاکر……………………………………………………………………………… 17
3-6) محاسبه قیود بطریقی تحلیلی…………………………………………………………….. 18
3-7) محاسبه مشتقات قیود به شیوه ای تحلیلی…………………………………………….. 19

فصل چهارم : الگوریتم های فراابتکاری و کاربرد آنها

مقدمه
روش های فراابتکاری به عنوان یک جزء اساسی در حل مسائل بهینه سازی مرکب کاربرد دارند. با ابداع این روش ها در اوایل دهه 1980 و گسترش چشمگیر و موثر آنها، موفقیت گسترده ای در حل مسائل بهینه سازی ترکیبی مشکل و خاص داشته اند. این خانواده از روش ها شامل الگورتم های ژنتیک، الگوریتم های ممتیک ، جسنجوی فضای مسئله ، الگوریتم های تکاملی ، آنیلینگ شبیه سازی شده ، جستجوی ممنوع ، الگوریتم های پیوندی ، و غیره هستند. در 10 تا 15 سال اخیر، الگوریتم های فراابتکاری نگرش ما را نسبت به حل مسائل سخت و پیچیده تغییر داده اند زیرا این روش ها از جمله روش های تقریبی هستند که هدف آنها حل مسائل سخت بهینه سازی ترکیبی در هنگام ناکارآمد بودن روش های ابتکاری کلاسیک و روش های دقیق است. این روش ها با استفاده از مفاهیم مختلفی مانند روش های ابتکاری کلاسیک، هوش مصنوعی و تکامل بیولوژی، راه حل های جدیدی برای بهینه سازی مسائل به وجود آورده اند. این روش ها یک روند جستجوی انطباقی و صرف را برای حل مسائل طی نمی کنند، بلکه به طور خلاصه گامی بلند از میان همسایگان با یک مسیر جستجو در حوزه راه حل مسائل بر می دارند و علیرغم اقدامات موثر برای حل دقیق مسائل خاص، ایده های بسیار کمی استفاده می شود تا استراتژی های موازی برای روش های فراابتکاری طراحی گردد. در واقع نسخه های موازی روش های فراابتکاری، با تکرار فزاینده ابداع می شوند و در مقایسه با نسخه های معمولی، قدرت عمل و کاربرد بیشتری در بهینه سازی مسائل و نتایج کالیبراسیون پارامتر مربوطه دارند[6]. هدف عمده روش های فراابتکاری با محاسبات موازی عبارت است از: صرفه جویی در زمان حل مسئله و همچنین حل مسائلی با حجم بالاتر و کاربردی تر. معمولاً روش های فراابتکاری در مقایسه با روش های جستجوی دقیق از قبیل شاخه و کران، تمام فضای موجه را جستجو نمی گنند، بلکه به طور خلاصه یک مسیر جستجو از میان حوزه راه حل مسئله پیدا می کنند و اینکه گامی از میان همسایگی ها بر می دارند و حسب شرایط با معیارهای گوناگون، تعدادی از اقدامات مناسب انتخاب شده و اجراء می شوند. روش های فراابتکاری در یافتن راه حل های بهینه یا نزدیک به بهینه برای بسیاری از کاربردهای عملی بهینه سازی مختلف بهتر از روش های فراابتکاری فرعی بوده اند. بنابراین ادعای پیوستگی این الگوریتم ها به هوش مصنوعی، علوم کامپیوتری و در عین حال از جمله مباحث نوین تحقیق در عملیات بودن تعجب آور نیست.

4- 1) مقدمه………………………………………………………………………………………….. 22
4- 2) جستجوی همسایگی کلاسیک (جستجوی محلی)………………………………………. 22
4- 3) الگوریتم جامعه پرندگان……………………………………………………………………….. 23
4- 4) بهینه سازی تکاملی سازه ها(ESO) ا………………………………………………………..24
4-4 -1) مقدمه………………………………………………………………………………………… 24
4-4 -2) نظریه بهینه سازی تکاملی سازه…………………………………………………………..24
4-4 -3) تابع هدف…………………………………………………………………………………….. 25
4-4 -4) مقایسه و استراتوژی……………………………………………………………………….. 26
4- 5) الگوریتم ژنتیک………………………………………………………………………………….. 26
4-5 -1) معرفی و پیشینه الگوریتم………………………………………………………………….. 26
4-5 -2) تاریخچه……………………………………………………………………………………….. 28
4-5 -3) شبکه های ژنتیک در سازه ها……………………………………………………………… 29
4-5 -4) مقدمه…………………………………………………………………………………………. 30
4-5 -5) تابع برازش (برازندگی)………………………………………………………………………. 30
4-5 -6) کروموزوم………………………………………………………………………………………. 32
4-5 -7) عملگرهای اساسی الگوریتم ژنتیک……………………………………………………….. 33
4-5 -7-1) تکثیر یا تجدید مجدد………………………………………………………………………. 33
4-5 -7-2) نمونه گیری تصادفی و جایگزینی……………………………………………………….. 34
4-5 -7-3) انتخاب چرخ رولت تصادفی بازگشتی…………………………………………………… 34
4-5 -7-4) رقابت و انتخاب……………………………………………………………………………… 35
4-5 -7-5) عملگر ترکیب (برش / تقاطع)…………………………………………………………….. 35
4-5 -7-6) ترکیب (برش) از یک نقطه…………………………………………………………………. 36
4-5 -7-7) برش (ترکیب) از چند نقطه………………………………………………………………… 36
4-5 -7-8) برش یکنواخت……………………………………………………………………………….. 37
4-5 -7-9) جهش………………………………………………………………………………………… 37
4-5 -8) جمعیت اولیه…………………………………………………………………………………… 38
4-5 -9) نحوه انتخاب والدین برای نسل بعدی……………………………………………………….. 38
4-5 -10) ارزیابی و انتخاب کروموزوم های جدید ………………………………………………………39
4-5 -11) شرایط توقف الگوریتم ژنتیک………………………………………………………………….. 39
4-5 -12) مراحل الگوریتم ژنتیک………………………………………………………………………….. 39
4-5 -13) طراحی الگوریتم برای مسئله…………………………………………………………………. 40
4-5 -14) فلوچارت گام به گام اجرای الگوریتم ژنتیک…………………………………………………. 40
4- 6) الگوریتم لانه مورچگان ……………………………………………………………………………..42
4-6-1) مقدمه……………………………………………………………………………………………… 42
4-6-2) بهینه سازی جامعه مورچگان…………………………………………………………………… 44
4-6-3) سیستم مورچگان( ) ……………………………………………………………………………..46
4-6-4) سیستم مورچگان ترتیبی……………………………………………………………………….. 47
4- 7) شبکه های عصبی مصنوعی……………………………………………………………………… 47
4-7-1) مقدمه………………………………………………………………………………………………. 47
4-7-2) کاربرد شبکه های عصبی بهینه سازی…………………………………………………………. 49
4-7-2-1) مقدمه…………………………………………………………………………………………….. 49
4-7-2-2) شبکه های عصبی در بهینه سازی…………………………………………………………… 50
4-7-3) شبکه های عصبی بیولوژیکی…………………………………………………………………….. 51
4-7-4) ساختار شبکه های عصبی مصنوعی……………………………………………………………. 52
4-7-4-1) شبکه تک لایه……………………………………………………………………………………. 53
4-7-4-2) شبکه های چند لایه……………………………………………………………………………. 54
4-7-4-3) لایه رقابتی………………………………………………………………………………………. 55
4-7-4-4) مقادیر وزن ها قبل از آموزش…………………………………………………………………… 55
4-7-4-5) آموزش با معلم………………………………………………………………………………….. 56
4-7-4-6) آموزش بدون معلم………………………………………………………………………………. 56
4-7-4-7) توابع تحریک مورد استفاده در شبکه های عصبی……………………………………………. 56
4-7-4-7-1) تابع تحریک واحد (خطی)…………………………………………………………………….. 57
4-7-4-7-2) تابع تحریک پله ای…………………………………………………………………………….. 58
4-7-4-7-3) تابع تحریک سیگموئید (منحنی شکل)……………………………………………………… 58
4-7-4-8) بایاس و آستانه تحریک………………………………………………………………………….. 59
4-7-5) تاریخچه شبکه های عصبی و روند توسعه آنها…………………………………………………. 59

جعبه محاوره

جعبه محاوره

فصل پنجم: سد بتنی وزنی

مقدمه
سد وزنی بدون مصالح سیمانی از چند هزار سال پیش ساخته شده است. شواهد پیدا شده از باستان شناسی نشان می دهد که گستردگی پایه سد به اندازه چهار برابر ارتفاع بوده است. با گذشت قرن ها، انواع مختلف ساروج در به هم پیوستن مصالح مورد استفاده قرار گرفت، بدین وسیله افزایش پایداری و نفوذ ناپذیری و شیب مجاز به کار گرفته شد. بتن و ساروج سیمانی در ساخت مصالح سدها به کار گرفته شد و تا سدهای بتنی حجیم مدرن پیشروی کرد.
به طور کلی سدهای وزنی سازه های بتنی سختی هستند که پایداریشان را در برابر بارهای طراحی با شکل هندسی و جرم و مقاومت بتن، حفظ می کنند. یک سد بتنی وزنی با وزن خودش، پایداری اصلی در برابر نیروهای اعمال شده را فراهم می کند. اگر فونداسیون مناسب باشد و طراحی و ساخت سد مناسب باشد، پایداری سازه ای سد بتنی نیازمند نگهداری ناچیزی است. آنها معمولاً روی یک محور مستقیم ساخته می شوند، اما ممکن است به دلیل شرایط ویژه محل با انحنایی اندک و یا زاویه دار باشد. سدهای وزنی عبارتند از یک مقطع بدون لبریزی و یک مقطع با لبریزی یا سرریز می باشند. دو روش ساخت عمومی بتن برای سدهای بتنی وزنی، بتن حجیم مرسوم و سدهای بتنی- غلتکی ( ) می باشد. در روش مرسوم و برجسته قرار دادن بلوک روی بلوک بتن های حجیم، یک روش پذیرفته شده در ساخت سدهای بتنی وزنی است که به سرعت انجام می شود. ساخت سد اغلب به روش سد خاکی است.

5 -1) مقدمه………………………………………………………………………………………………….. 62
5 -2) هماهنگی بر اساس نظم …………………………………………………………………………….62
5 -3) مشخصه طراحی بتن…………………………………………………………………………………. 62
5 -4) بارهای وارد بر سد……………………………………………………………………………………: 63
5 -4 -1) نیروهایی که در جهت پایداری سد عمل می نمایند………………………………………….. 63
5 -4 -2) نیروهایی که در جهت ناپایداری سد عمل می نمایند…………………………………………. 64
5 -5) بارهای دینامیکی……………………………………………………………………………………… 68
5 -5 -1) اصول بررسی ها …………………………………………………………………………………..68
5 -5 -2) ضریب لرزه ای……………………………………………………………………………………. 69
5 -5 -3) روند آنالیز دینامیکی……………………………………………………………………………… 69
5 -6) روش تحلیل ……………………………………………………………………………………………69
5 -6-1) تحلیل دینامیکی………………………………………………………………………………….. 69
5 -6-2) تحلیل وزنی………………………………………………………………………………………. 70
5 -7) ترکیب بار …………………………………………………………………………………………….71
5 -8) صورت های مختلف ضوابط پایداری سد بتنی وزنی…………………………………………….. 71

فصل ششم: حل کننده مایکروسافت آفیس

6-1) مقدمه/………………………………………………………………………………………………. 75
6-2) مزایای حل کننده آفیس……………………………………………………………………………. 75
6-3) توپولوژی……………………………………………………………………………………………… 75
6-4) جزئیات حل کننده……………………………………………………………………………………. 76

فصل هفتم: بررسی مقایسه ای مابین الگوریتم ژنتیک و روش حل کننده مایکروسافت آفیس در بهینه سازی سدهای بتنی وزنی

7-1) مقدمه…………………………………………………………………………………………….. 78
7-2) مواد و روش تحلیل………………………………………………………………………………. 78
7-3) حل مسئله با ابزار الگوریتم ژنتیک در نرم افزار مطلب……………………………………….. 79
7-5) استفاده از الگوریتم ژنتیک………………………………………………………………………. 79
7-5-1) فراخوان کردن تابع الگوریتم ژنتیک ga در خط فرمان……………………………………….. 79
7-5-2) استفاده از ابزار الگوریتم ژنتیک……………………………………………………………… 80
7-6) ضریب کوچ یا مهاجرت در مسئله…………………………………………………………….. 80
7-7) جمعیت اولیه الگوریتم ژنتیک در مسئله…………………………………………………….. 81
7-8) استفاده از حل کننده آفیس …………………………………………………………………..81
7-8 -1) مقدمه …………………………………………………………………………………………81
7-8 -2) مواد و روش………………………………………………………………………………….. 81

فصل هشتم: ارائه یک روش ناپیوسته غیرخطی منطقی و توانمند در بهینه سازی سدهای بتنی وزنی

8 -1) صورت کلی مسئله بهینه یابی…………………………………………………………….. 86
8 -2) حل مسئله……………………………………………………………………………………. 86
8 -3) مدل ریاضی بهینه سازی سد بتنی وزنی…………………………………………………. 86
8 -4) مطالعه موردی………………………………………………………………………………… 86
8 -5) بهینه سازی با مد نظر قرار دادن شتاب زلزله متغیر……………………………………… 88
8-5-1) زلزله در سد بتنی………………………………………………………………………….. 88
8-5-2) بارگذاری زلزله ……………………………………………………………………………….89
8-5-3) روش حل…………………………………………………………………………………….. 90

فصل نهم : نتیجه گیری و پیشنهادات

 نتیجه گیری………………………………………………………………………………………  94
 پیشنهادات……………………………………………………………………………………….  95
پیوست 1: M-File نوشته شده برای تابع هدف…………………………………………………  96
پیوست2: M-File نوشته شده برای تابع محدودیت ……………………………………………. 97
پیوست3 : فراخوان کردن تابع الگوریتم ژنتیک ga در خط فرمان برای مسئله ………………. 100
پیوست4: نمایی از ابزار الگوریتم ژنتیک…………………………………………………………  101

فهرست جداول

4-1) اختلاف الگوریتم ژنتیک و الگوریتم بهینه سازی استاندارد ………………………………. 28
5-1) ترکیب های بارگذاری نیروهای وارد بر سد (U.S.B.R) ا………………………………….. 71
5-2) ضرائب اطمینان در سه حالت بارگذاری (U.S.B.R) ا …………………………………….. 71
7-1) محدوده جانبی متغیرهای طراحی ………………………………………………………… 78
7-2) مشخصات هندسی و مشخصات بتن مورد استفاده در سد…………………………..   80
7-3) حجم و متغیرهای طراحی بدست آمده سد در حالت 4 متغیره  ………………………. 81
7-4) حجم و متغیرها طراحی بدست آمده سد در حالت 4 متغیره ………………………….. 82
7-5) حجم و متغیرها طراحی بدست آمده سد در حالت 5 متغیره ………………………….. 82
7-6) حجم و متغیرها طراحی بدست آمده سد در حالت 5 متغیره ………………………….. 82
7-7) حجم مقطع بهینه و حجم مقدار واقعی ………………………………………………….. 82
8-1) محدوده جانبی متغیرهای طراحی……………………………………………………….  82
8-2) مشخصات هندسی و مشخصات بتن مورد استفاده در هر سد ……………………….87
8-3) حجم مقطع بهینه و حجم مقدار واقعی در واحد عرض………………………………..  88
8-4) متغیرهای طراحی بهینه…………………………………………………………………..  91

نمودارها

8-1) حجم بهینه چهار سد برای ترکیب بارگذاری مختلف…………………………………. 88

شکل ها
3-1) کمینه نسبی یک تابع بدون قید ………………………………………………………. 16
3-2) جهت قابل استفاده و امکان پذیر …………………………………………………….. 18
4-1) نحوه عمل ترکیب از یک نقطه در الگوریتم ژنتیک……………………………………..36
4-2) نحوه اجرای الگوریتم ژنتیک انتخاب شده  …………………………………………….41
4-3) گراف الگوریتم بهینه سازی جامعه مورچگان ……………………………………….. 45
4-4) یک نرون (مصنوعی) ساده……………………………………………………………  48
شکل(4 -5) ساختار یک شبکه عصبی ساده ……………………………………………..  49
4-6) یک نرون بیولوژیکی……………………………………………………………………..  52
4-7) شبکه عصبی تک لایه ………………………………………………………………… 53
4-8) شبکه عصبی چند لایه ……………………………………………………………… 54
4-9) یک نمونه از شبکه های عصبی هاپفیلد  …………………………………………… 55
4-10) شبکه عصبی رقابتی کاملآ مرتبط  ……………………………………………….. 55
4-11) تابع تحریک واحد………………………………………………………………………. 57
4-12) تابع تحریک پله……………………………………………………………………….  58
4-13) تابع تحریک سیگموئید در محدوده صفر و یک……………………………………..  58
5-1) نیروهای وارد بر سد وزنی…………………………………………………………… 63
5-2) ضریب توزیع فشار برای شیب دیواره های ثابت …………………………………. 68
6-1) جعبه محاوره ای حل کننده ………………………………………………………… 76
6-2) جعبه محاوره ای جزئیات حل کننده ………………………………………………… 76
7-1) متغیرهای طراحی مورد استفاده در این تحقیق……………………………………. 78
7-2) مقطع بهینه سد در حالت 4 متغیره…………………………………………………  83
7-3) مقطع بهینه سد در حالت 5 متغیره…………………………………………………  83
7-4) مقطع بهینه سد در حالت 4 متغیره…………………………………………………  83

 

Abstract
To find the way which can bring the benefit to cost ratio to highest value and will influence the cost and construction operation. The purpose of this research is showing a non-linear non-continuous method for optimization of concrete gravity dams. For optimization and decreasing of concrete volume in concrete gravity dams was used from Microsoft Office SolverFor logical survey, it supposed that form of dam section is formed of a set of trapezoid block. In this research number of variables and number of breaks of dam body rims was surveyed in condition of empty and full reservoir. Introducing of objective function, design variables and constraints that are consumed concrete volume in vertical dam section; parameter of dam section form and conditions of dam stability, searching was conducted in problem space. Inflected basis forces were exerted on gravity dam and dam analysis was doing with gravity method and never used from drainageConcrete volume in four dam of concrete weight with heights 32, 50, 86 and 122 meter was used for conclusion. The results shows that dams of heights 32,50,86 and 122 meters was optimized respectively in manner of 7,8,8 and 12 blocks. Except of 33 metric dam, the other surveyed dams optimized in extreme load combinations that includes earthquake force .The existence surveys show that this non-linear disconnected method is very efficient and worthy in optimization of concrete gravity dams.
The optimized planning of concrete gravity dams is on the basis of minimizing used concrete volume in unit wide which influences the cost and performance of structures. Earthquake has effective role in determination of shape and dimensions of dam section. The goal of this research is study of optimization of concrete gravity dams considering of variable earthquake acceleration ratios on the basis of consistency and constraints of the design. Non-linear non-continuous method was used to optimize and reduce volume of concrete gravity dams. The search is done in the problem space with introduction of the objective function, design variables, and structural constraints which are used concrete volume in the dam of vertical section, parameters of dam section shape, and conditions of dam consistency respectively. Stability analysis of gravity dams has been executed with gravity method and drainage has not been used. 12 earthquake coefficients were taken into account for studding the results. The results show that with increasing earthquake acceleration, the concrete volume in unit wide and wall gradient of upstream face will increase and this method is suitable to optimize of concrete gravity dams



مقطع : کارشناسی ارشد

25000تومان

فایل word

35000تومان