توصيفگر ها :
برج خنك كننده فولادي , الگويتم ژنتيك , سازه هاي خرپايي , بهينه سازي برج خنك¬كننده , آناليز تاريخچه زماني خطي
چكيده فارسي :
با نظر به پيشرفت تكنولوژي و افزايش تقاضاي مصرف انرژي، در عين الزام به در نظر گرفتن ملاحظات زيست محيطي و اقتصادي، نياز به بهينه‌سازي سازه برج خنك‌كننده بيش از پيش احساس مي‌شود. با آنكه در سال‌هاي اخير تحقيقاتي بر روي بهينه‌سازي برج‌هاي خنك‌كننده بتني صورت گرفته است، اما تاكنون بهينه‌سازي برج‌هاي خنك‌كننده فولادي با در نظر گرفتن اثر بارهاي جانبي باد و زلزله انجام نشده است. در اين پژوهش، برج‌هاي خنك‌كننده فولادي با ارتفاع‌هاي مختلف و با فرض استفاده از دو نوع مقطع قوطي و لوله‌اي، توسط الگوريتم ژنتيك كه الگوريتم كارآمد و محبوبي در امر بهينه‌سازي محسوب مي‌شود، طراحي و بهينه‌سازي مي‌شوند. پارامترهايي كه در طراحي بهينه اين سازه‌ها مد نظر است عبارتند از: محدوديت‌هاي تنش محوري، محدوديت‌هاي جابه‌جايي نسبي گره‌ها، محدوديت لاغري و كمانشي اعضا و همچنين وزن سازه كه به عنوان تابع هدف در الگوريتم بهينه‌سازي فرض شده است. اين محدوديت‌ها مطابق الزامات مبحث دهم مقررات ملي ساختمان در نظر گرفته شده‌اند. ضمنا اين سازه‌ها تحت اثر همزمان بارهاي ثقلي و حرارتي و بارهاي جانبي باد و زلزله كه به صورت مجزا به سازه اعمال مي‌گردد، هستند. در اين پژوهش، بارگذاري باد يكبار مطابق مبحث ششم مقررات ملي ساختمان و به دو صورت استاتيكي و ديناميكي و يكبار مطابق آيين نامه VGB آلمان به صورت ديناميكي انجام شده است. بار زلزله نيز به صورت تاريخچه زماني خطي و طبق الزامات استاندارد 2800 تحت دو مجموعه ركورد هفت‌تايي از حوزه دور و نزديك اعمال شده است. به منظور مدل‌سازي و تحليل سازه‌هاي مذكور، به ترتيب از برنامه‌هاي ايتبس و اوپن‌سيز كه نرم‌افزارهاي قدرتمندي محسوب مي‌شوند، استفاده شده است. سپس توسط نرم‌افزار متلب با استفاده از خروجي‌هاي تحليل بدست آمده از نرم‌افزار اوپن‌سيز، طراحي و بهينه‌سازي انجام مي‌شود. نتايج نشان مي‌دهد كه با توجه به اينكه مبحث ششم مقررات ملي ساختمان مكش داخلي را در محاسبات در نظر نمي‌گيرد، بارگذاري طبق الزامات اين آيين‌نامه به نسبت آيين‌نامه VGB وزن نهايي بيشتري را بدست مي‌دهد. نتايج همچنين نشان داد كه در حالت استفاده از مقاطع قوطي نسبت به حالت استفاده از مقاطع لوله، به وزن نهايي كمتري منجر مي‌شود. در انتها، با توجه به ارتفاع بالاي سازه و در نتيجه زياد بودن سطح جانبي آن، همچنين به علت فرض قرار داشتن سازه‌هاي مورد بررسي در اصفهان با خطر لرزه‌خيزي متوسط، بارگذاري باد نسبت به بارگذاري لرزه‌اي تحت مجموعه ركوردهاي زلزله دور و نزديك با اختلاف وزن نهايي بهينه حدود 4 درصد براي سازه 100 متري و 8 درصد براي سازه 130 متري، تاثير بيشتري داشته است. اين درحالي است كه ركوردهاي زلزله نزديك به جهت ماهيت فركانسي خود و سرعت بالاي موج زلزله كه منجر به تغيير شكل‌هاي بزرگتر مي‌گردد، به وزن نهايي بيشتري نسبت به ركوردهاي دور منجر شده اند.
چكيده انگليسي :
The recent advances in technology and high energy demand as a result, as well as the environmental and economic considerations, gives rise to an increasing need for the optimization of cooling towers. Despite the numerous studies done about concrete cooling towers, there has not been a sufficient number of studies around the optimization of steel cooling towers considering wind and seismic loads. In this research, steel cooling towers with different heights and cross sections for the truss members are selected for optimization using a genetic algorithm, a popular and practical approach. The parameters and requirements entertained in this study for optimal structural design are allowable axial stress, allowable nodal displacements, slenderness and buckling, and the towers' weight, selected as the target function in the optimization algorithm. The mentioned requirements are according to the provisions of the 10th Iranian National Building Code for the design of steel structures. Besides earthquake and wind loads exerted individually, the cooling towers in this study are subjected to gravitational and thermal loads, allowing for the effect of dead loads and temperature change. The current study factors in wind loads with three different approaches: 1) static loading according to the 6th Iranian National Building Code, 2) dynamic loading according to the 6th Iranian National Building Code, and 3) dynamic loading according to the VGB standard. Other than wind loads, the cooling towers are subjected to seismic loads using linear time history analysis according to the Iranian Seismic Code (Standard No. 2800). This study divides the earthquake records used for seismic analysis into two sets of seven far-field and near-field records. ETABS and OpenSees, as two powerful tools, are selected for modeling and analysis, respectively. MATLAB subsequently employs the analysis output from OpenSees for optimization. The results show that the 6th Iranian National Building Code results in larger weights as opposed to the VGB standard since it does not take into account the internal suction. The results also indicate that using box sections instead of tube sections leads to smaller weights. Furthermore, due the nature of near-field records causing a high-velocity component, larger displacements are more likely to happen by these records, rather than far-field earthquake records. The location of the towers is assumed to be in Isfahan, a city with moderate seismicity. Because of this, and the height and therefore the high surface area of these structures causing larger wind loads, seismic loads bring about smaller weights, about 4% smaller for the 100-meters-long tower and 8% for the 130-meters-long one, compared to wind loads.
