طراحی بهینه ستون‌های بتنی تقویت شده با FRP به کمک الگوریتم‌ آموزش و یادگیری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه قم

2 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه قم

چکیده

طراحی بهینه اقتصادی یکی از اهداف اصلی مهندسی عمران می‌باشد. امروزه جهت تقویت مقاطع بتنی ستون‌ها از الیافی تحت عنوان الیاف FRP استفاده می‌شود. این الیاف در سه نوع کربنی، شیشه و آرامید در بازار موجود است. در این مطالعه از الگوریتم فراابتکاری آموزش و یادگیری برای تعیین ابعاد مقطع ستون و میلگردهای ستون و همچنین تعداد لایه‌های FRP مورد نیاز جهت تقویت استفاده شده است. الگوریتم فراابتکاری مورد نظر با توجه به محدودیت‌ها و قیدهایی که برای طراحی درنظر گرفته شده است، ابعاد مقطع بتنی و میلگردها را تعیین می‌کند و سپس ظرفیت مقطع را بررسی کرده چنانچه به مقاوم‌سازی نیاز داشته باشد، از تعدادی لایه FRP برای تقویت مقطع استفاده می‌کند. تابع هزینه‌ شامل هزینه بتن، میلگرد و FRP مصرفی جهت تقویت است، که به‌عنوان تابع هدف معرفی گردیده‌است. ضوابط طراحی و محدودیت‌های طراحی بر مبنای آیین‌نامه ACI 440-08 و ACI 318-14، به‌صورت قید پیاده‌سازی و فرمول‌نویسی شده است. بنابراین مجموعه تابع هدف و قیدها به‌نحوی با هم در ارتباط هستند تا کمترین هزینه بر مبنای تابع هدف با برقراری تمام قیود (طرحی قابل قبول)، در نقطه‌ای به نام طرح بهینه حاصل شود. با توجه به نتایج حالت های مختلف، در صورت استفاده از ابعاد و تعداد میلگرد‌های معرفی شده توسط الگوریتم استفاده از الیاف کربنی با صرفه اقتصادی بیشتری رو‌به‌رو می‌شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Optimum Design of R.C. Columns Reinforced by FRP Using TLBO Algorithm

نویسندگان [English]

  • S.R. Hoseini Vaez 1
  • Mohammad Reza Rezaei 2
1 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Qom
2 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Qom, Qom, Iran
چکیده [English]

Optimum economic design is one of the main goals of civil engineering. Today, reinforced concrete the columns reinforced fibers called FRP fibers. The fiber is available in three types of carbon, glass, and aramid. In this study, the teaching and learning metaheuristic algorithm used to determine the dimensions of the column and steel bars, as well as the number of FRP layers needed for reinforcement. Considering the limitations and constraint that are intended for design, the algorithm determines the dimensions of the concrete cross-section and the bars, and then examines the cross-sectional strength and, if required for reinforcement, a number of FRP layers to reinforce the cross-sectional will use. The cost function includes the cost of concrete, reinforcing, and the FRP, which has been introduced as a target function. Design criteria and design constraints are implemented and formulated in accordance with the ACI 440-08 and ACI 318-14. Therefore, the set of target functions and constraints are related to each other so that the lowest cost based on the objective function is achieved by establishing all constraints (acceptable design) at a point called the optimal design. According to the results, using the dimensions of the column and number of bars represented by the algorithm, CFRP use is more cost effective.

کلیدواژه‌ها [English]

  • FRP Fiber
  • carbon fiber
  • RC buildings
  • strengthen of columns
  • optimization
  • TLBO algorithm

مراجع

[1]   Karbhari, V.M. and L. Zhao, (2000) "Use of composites for 21st century civil infrastructure." Computer methods in applied mechanics and engineering,. 185(2): p. 433-454.
[2]   Mirmiran, A., (1998), "Effect of column parameters on FRP-confined concrete." Journal of Composites for Construction,. 2(4): p. 175-185.
 [3] Lam, L. and J. Teng, (2003), "Design-oriented stress-strain model for FRP-confined concrete in rectangular columns." Journal of Reinforced Plastics and Composites,. 22(13): p. 1149-1186.
  [4] Toutanji, H., et al., (2009)., "Behavior of large-scale rectangular columns confined with FRP composites". Journal of Composites for Construction,. 14(1): p. 62-71.
 [5] Quiertant, M. and J.-L. Clement, (2011)., "Behavior of RC columns strengthened with different CFRP systems under eccentric loading." Construction and Building Materials,. 25(2): p. 452-460.
[6] Widiarsa, I.B.R. and M.N. Hadi, (2013)., "Performance of CFRP wrapped square reinforced concrete columns subjected to eccentric loading."  Procedia Engineering,. 54: p. 365-376.
[7] Kaveh, A., Hoseini Vaez, S.R., Hosseini, P. (2017), “Modified Dolphin Monitoring Operator for Weight Optimization of Frame Structures”, Periodica Polytechnica Civil Engineering, Online published: 25 April 2017, https://doi.org/10.3311/PPci.9691.
[8] American Concrete Institute. (2008). "Guide for the design and construction of externally bonded FRP systems for strengthening of concrete structure" (ACI 440.2R-08). Farmington Hill, Mich., USA.
[9] American Concrete Institute. (2014). "Building code requirements for structural concrete" (ACI 318-14) and commentary (ACI 318-14), Farmington Hills, Mich., USA.
[10] Lam, L. and J. Teng, (2003), "Design-Oriented Stress-Strain Model for FRP-Confined Concrete." Construction and Building Materials, 17(6-7): p. 471-489.
[11] Rao, R.V., Savsani, V.J., and Vakharia, D. P. (2011). "Teaching–learning-based optimization: a novel method for constrained mechanical design optimization problems". Computer-Aided Design, 43(3), 303-315.
 
Optimum Design of RC. Columns Reinforced by FRP Using TLBO Algorithm
 
اسامی نویسندگان به انگلیسی بیاید
 
 
 
 

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 06 مرداد 1396
  • تاریخ بازنگری: 14 مهر 1396
  • تاریخ پذیرش: 03 اردیبهشت 1397

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار