توصيفگر ها :
برج خنك كننده فولادي , الگوريتم ژنتيك , سازه خرپايي , بهينه سازي برج خنك كننده
چكيده فارسي :
برج خنك كننده سازه اي جهت كاهش دماي سيال در هر سيستم نيروگاهي است. سازه هاي اين برج¬ها به صورت هذلولي با پوسته-هاي دوار بتني يا مشبك فولادي ساخته مي¬شوند. در سال¬هاي اخير الگوريتم ژنتيك به عنوان روش محبوب و مورد استفاده در بهينه¬سازي سازه¬ها جهت كاهش مصالح مصرفي و سهولت در ساخت مورد توجه قرار گرفته است. پارامترهاي مورد بررسي براي بهينه¬سازي شامل تنش محوري، جابه¬جايي، نسبت لاغري، ظرفيت¬هاي كمانشي و وزن سازه هستند. تابع هدف وزن سازه است و محدوديت¬هاي طراحي مسئله بر اساس آيين¬نامه¬ي طراحي حالت حدي مبحث دهم مقررات ملي ساختمان، در نظر گرفته شده است. جهت افزايش و دقت مدل¬سازي اين سازه¬هاي بزرگ از ميان برنامه¬اي بين نرم افزار Etabs و Opensees استفاده شده است. در بحث بهينه¬سازي از زبان برنامه¬نويسي Matlab و زبان TCL براي تحليل سازه استفاده شده است. در بحث بارگذاري سازه، بار باد بر اساس آيين¬نامه¬هاي داخلي و خارجي نظير آلمان VGB-2005و مبحث ششم مقررات ملي ايران براي اين سازه¬ها در حالت استاتيكي و ديناميكي اعمال شده است. هدف اين تحقيق مطالعه موردي اين سازه¬ها با استفاده از پوسته فلزي به جاي بتني و اعمال بارگذاري¬هاي متفاوت و مقايسه¬ي وزن اين سازه¬ها در ارتفاع¬هاي 130،100 و 170 متر است. مقايسه¬ي وزن دو حالت تك¬لايه و دولايه براي پوسته¬هاي اين برج¬ها، تاثير حلقه¬هاي سخت¬كننده در وزن بهينه¬ي سازه¬هاي تك¬لايه و تاثيرپروفيل¬هاي قوطي به جاي لوله¬اي شكل براي المان¬ها در اين پژوهش ارائه شده است. نتايج تحقيق نشان¬ مي¬دهد بارهاي باد وارده بر اين سازه¬ها با آيين¬نامه¬ي مبحث ششم ايران به دليل عدم تمركز بر روي مكش داخلي و ارائه رابطه براي محاسبه¬ي آن، مقادير بيشتري براي نيروي باد و به دنبال آن وزن سازه را نسبت به آيين¬نامه¬ي VGB-2005 به خود اختصاص مي¬دهد. براي برج¬هاي با ارتفاع 100، 130 و170 متري به ترتيب روش ديناميكي مبحث ششم، مقادير 13، 31 و 43 درصد وزن بيشتري نسبت به روش ديناميكي VGB-2005 ارائه مي¬كند. استفاده از پوسته¬ي تك¬لايه مي¬تواند باعث كاهش وزن سازه تا 33 درصد نسبت به پوسته¬هاي دولايه با رعايت محدوديت¬هاي طراحي گردد. هندسه¬ و تعداد حلقه¬هاي سخت¬كننده تاثير بسياري بر افزايش پايداري و كاهش وزن سازه دارند. استفاده از 4 حلقه در ارتفاع 170 متري كمترين وزن را ارائه مي¬دهد. به صورتي كه اگر 4 حلقه در برج 170 متري تك¬لايه استفاده شود، باعث كاهش 66 درصدي وزن مي¬شود. در برج 170 متري هنگامي كه تمركز حلقه¬ها در قسمت پايين¬تر برج باشد، 28 درصد وزن كمتري نسبت به حالات ديگر به خود اختصاص مي¬دهد. استفاده از پروفيل¬هاي قوطي شكل سبب كاهش وزن پوسته¬ي تك¬لايه¬ي 100 متري تا 20 درصد شده است. با افزايش ارتفاع تعداد المان¬هاي تحت نيروي كششي بيشتر مي¬شود. چون مقاومت كششي اعضاء محدود به مساحت مقطع عضو است، تفاوت وزن بين دو پروفيل كمتر مي¬شود، به طوري كه در برج 170 متري تنها 1 درصد تفاوت وزن وجود دارد. بيشينه جابه¬جايي مطلق در نوك برج¬¬هاي تك¬لايه همواره بيشتر از دولايه¬ است. به طوري كه در برج با ارتفاع 170 متري 75 درصد و در برج 100 متري 50 درصد افزايش جابه¬جايي نسبت به سازه¬ي تك¬لايه به دست مي¬آيد.
چكيده انگليسي :
The Cooling Tower is a structure to reduce the temperature of the fluid in any power system. The structures of these towers are made hyperbolic with rotating concrete shells or steel mesh. In recent years, genetic algorithms have been considered as a popular method used in the optimization of structures to reduce consumables and ease of construction. The parameters studied for optimization include axial stress, displacement, slimming ratio, buckling capacity and structure weight. The objective is a function of the weight of the structure, and the design limitations of the problem are set out in the Limit State Design Regulations, Section 10 of the National Building Regulations. To increase and model the accuracy of these large structures, programs between Etabs and Opensees software have been used. Matlab programming language and TCL language are used for structural analysis in the optimization discussion. In the discussion of structural loading, wind load has been applied in a static and dynamic manner according to domestic and foreign regulations such as Germany VGB-2005 and Article 6 of the Iranian national regulations for these structures. The purpose of this study is a case study of these structures using steel shells instead of concrete and applying different loads and comparing the weight of these structures at altitudes of 100, 130 and 170 meters. The results of the research show that the wind loads on these structures with the regulations of the sixth topic of Iran due to lack of focus on internal suction and provide a relationship to calculate it, higher values for wind force and consequently the weight of the structure is equal to the VGB-2005 regulations. For towers with a height of 100, 130 and 170 meters, respectively, the dynamic method of the sixth topic provides the values of 13, 31 and 43% more weight than the dynamic method of VGB-2005. The use of single layer shells can reduce the weight of the structure by up to 33% compared to double layers shells with design constrains. The geometry and number of stiffening rings have a great impact on increasing the stability and reducing the weight of the structure. The use of 4 rings at a height of 170 meters provides the least weight. So that if 4 rings are used in the 170 meters single tower, it will reduce the weight by 66%. In a 170 meters tower, when the focus of the rings is on the lower part of the tower, it takes up 28% less weight than in other cases. The use of box shaped profiles has reduced the weight of the 100 meters single layer shell by up to 20%. As the height increases, the number of elements under tensile force increases. Because the tensile strength of the members is limited to the cross sectional area of the member, the weight difference between the two profiles is reduced, so that in the 170 meters tower there is only a 1% weight difference. The maximum absolute displacement at the top of single-layer towers is always greater than two layers. So that in a tower with a height of 170 meters, 75% and in a tower of 100 meters, a 50% increase in displacement compared to the single story structure is achieved.
