تعیین موقعیت بهینه کابل ها در دکلهای مهاری با استفاده از الگوریتم های فرا ابتکاری

مهندسی عمران فردوسی

مقاله 6، دوره 37، شماره 3 - شماره پیاپی 47، مهر 1403، صفحه 93-107   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jfcei.2024.75849.1131

نویسندگان

امیر رضا اسمعیلی اقدم¹؛ هوشیار ایمانی کله سر^{* 2}

¹مهندسی عمران دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

²مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.

چکیده

دکل‌های مهار شده از سازه‌های بلند و لاغر بوده که استفاده گسترده‌ای در انوع مقاصد مخابراتی دارند. این سازه‌ها شامل یک دکل عمودی یوده که بصورت جانبی در چندین تراز ارتفاعی از طریق کابل‌های پیش تنیده مهار می‌شوند. پر واضح است که فرکانس طبیعی ارتعاش، از عامل‌های اساسی اثرگذار در رفتار دینامیکی سازه‌ها بوده و بهینه‌سازی فرکانس طبیعی دکل های مهار شده از موضوعات مهم در مهندسی سازه می‌باشد. هدف اصلی در این پژوهش، دستیابی به طرحی به منظور افزایش فرکانس ارتعاش طبیعی سیستم است. الگوریتم‌های فرا ابتکاری در بسیاری از مسائل بهینه‌سازی و در حوزه‌های مختلف شامل مهندسی، اقتصاد و علوم کامپیوتری کاربرد داشته و در این پژوهش از سه الگوریتم فراابتکاری جهت بهینه‌سازی فرکانس دکل‌های مهاری استفاده می شود. الگوریتم‌ها شامل الگوریتم ژنتیک، کرم شب تاب و ازدحام ذرات بوده که با تابع هدف در راستای افزایش فرکانس ارتعاشی سیستم تعریف می‌شوند. در این تحقیق، طرح بهینه زوایای کابل‌های مهاری توسط الگوریتم‌ها نشان داد که مقادیر بهینه زوایای کابل‌های مهاری در شرایط بدون لحاظ نیروی پیش‌تنیدگی در حدود 35 درجه می‌باشد. همچنین با لحاظ نیروی پیش‌تنیدگی زاویه کابل‌ها 75 درجه نسبت به افق می شوند.

کلیدواژه‌ها

دکل مخابراتی؛ الگوریتم ژنتیک؛ کرم شب تاب؛ الگوریتم ازدحام ذرات؛ بهینه‌سازی

مراجع

[1]   Bell, Lansford C., and Daniel M. Brown, "Guyed tower optimization", Computers & Structures 6, No. 6, (1976). https://doi.org/10.1016/0045-7949(76)90038-9.

[2]   C. Gantes, R. Khoury, J.J. Connor, C. Pouangare, "Modeling, loading, and preliminary design considerations for tall guyed towers, "Computers & Structures, pp. 797-805, (1993). https://doi.org/10.1016/0045-7949(93)90027-B.

[3]   K.S. Madugula, Dynamic Response of Lattice Towers and Guyed Masts. ASCE Publications, (2001).

[4]   A. Rooshenas, M. Barghian, Seismic behavior of cable braces strengthened with a central steel plate. Numerical Methods in Civil Engineering, vol.6 no.4 Pp. 47-58, (2022). https://doi.org/10.52547/nmce.6.4.47

[5]   G. Saudi, "Structural assessment of a guyed mast through measurement of natural frequencies", Engineering Structures, vol.59, Pp. 104-112, (2014). https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2013.09.049

[6]   P. Harikrishna, A. Annadurai, S. Gomathinayagam, N. Lakshmanan,, "Full scale measurements of the structural response of a 50 m guyed mast under wind loading", Engineering structures, vol.25, no. 7,Pp. 859-867, (2003).

https://doi.org/10.1016/S0141-0296(03)00005-1.

[7]   J. Ballaben, M. Rosales, "Nonlinear dynamic analysis of a 3D guyed mast", Nonlinear Dynamics, vol.93, Pp. 1395-1405, (2018). https://doi.org/10.1007/s11071-018-4267-1.

[8]   A. Luzardo, P. Vivian, P. Rodríguez, "Guy tension influence on the structural behavior of a guyed mast", International Association for Shell and Spatial Structures (IASS). Vol.53, No. 2, Pp. 111-116, (2012).

[9]   B. Błachowski, "Model based predictive control of guyed mast vibration", Journal of Theoretical and Applied Mechanics, vol.45, No. 2, Pp. 405-423, (2007).

[10] M. Mohammadnejad, H. Haji Kazemi, "Dynamic response analysis of tall buildings under axial force effects", Journal of Ferdowsi Civil Engineering, vol.31, No. 2, Pp. 41-56, (2018). https://doi: 10.22067/civil.v31i2.56550

[11] M. Pezo, V. Bakic, "Numerical determination of drag coefficient for guyed mast exposed to wind action", Engineering Structures, vol. 62–63, Pp. 98-104, (2014). https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2014.01.025

[12] AL Materazzi, I Venanzi, "Optimal design of a cable-stayed mast exposed to turbulent wind", In Proceedings of the 9^th International Conference on Structural Safety and Reliability, Rotterdam (2005).

[13] J. Goldberg, T. Gaunt, "Stability of guyed towers", Journal of the Structural Division, vol.99, No. 4, Pp. 741-756, (1973). https://doi.org/10.1061/JSDEAG.0003490

[14] R. Cucuzza, M. Rosso, A. Aloisio, J. Melchiorre, M. Giudice, G. Marano. "Size and Shape Optimization of a Guyed Mast Structure under Wind, Ice and Seismic Loading.", Applied Sciences, vol.12, no.10, Pp. 4875, (2022). https://doi.org/10.3390/app12104875

[15] R. Belevičius, D. Jatulis, D. Rusakevičius, D. Mačiūnas, "Optimal schemes for tall guyed telecommunication masts", In Proceedings of The Fifteenth International Conference on Civil, Structural and Environmental Engineering Computing. Civil-Comp Press, Prague, Czech Republic, (2015). https://doi.org/10.1155/2017/4561376

[16] S. Sivanandam, S. Deepa, Genetic algorithms. Springer Berlin Heidelberg, (2008). [E-book] Available: Safari e-book. https://doi.org/10.1007/978-3-540-73190-0_2

[17] A. Banaei, J. Alamatian ,"Minimizing Multivariate Objective Function Using Improved Genetic Algorithms in Active Control of Oscillation of Structures", Journal of Ferdowsi Civil Engineering. Vol.31, No. 4, Pp.21-40, (2019). https://doi: 10.22067/civil.v31i4.61547

[18] M. Mitchell, "An introduction to genetic algorithms", A Bradford Book The MIT Press. Cambridge, Massachusetts• London, England. Fifth printing. [GS SEARCH] (1999).

[19] R. Perez, K. Behdinan, "Particle swarm approach for structural design optimization", Computers & Structures, Vol.85, No. 19-20, Pp. 1579-1588, (2007). https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2006.10.013

[20] X. Yang, " Firefly algorithm, stochastic test functions and design optimisation", International journal of bio-inspired computation, Vol.2, No. 2, Pp 78-84, (2010). https://doi.org/10.1504/IJBIC.2010.032124

[21] CAC. Coello, "Theoretical and numerical constraint-handling techniques used with evolutionary algorithms: a survey of the state of the art", Computer methods in applied mechanics and engineering, Vol. 191, No. 11-12, Pp. 1245-1287, (2002). https://doi.org/10.1016/S0045-7825(01)00323-1.

[22] G. Margariti, C. Gantes, "Linear and nonlinear buckling response and imperfection sensitivity of cable-stayed masts and pylons. "Structural Engineering International, Vol.25, no.1, Pp.43-49, (2015). https://doi.org/10.2749/101686614X14043795570255