شبیه‌سازی شتاب‌نگاشت مصنوعی زلزله سازگار با طیف ساختگاه با استفاده از تحلیل سری‌های زمانی

Abstract

در طراحی سازه‌های مهم و حیاتی مانند سدها، نیروگاه‌ها و پل‌ها، لزوم انجام تحلیل تاریخچه زمانی لرزه‌ای یکی از مهم‌ترین نیازهای مهندسی می‌باشد. با توجه به اینکه شتاب‌نگاشت­های واقعی مربوط به ساختگاه این سازه‌ها در بسیاری از موارد وجود ندارد و یا به تعداد کافی در دسترس نیست، لذا تولید شتاب‌نگاشت مصنوعی یکی از موضوعات مهم پژوهشی و کاربردی در این زمینه می‌باشد. این مقاله به ارائه روشی نوین برای تولید شتابنگاشت‌های مصنوعی منطبق با طیف ساختگاه سازه با استفاده از تحلیل سری‌های زمانی، شبکه­های عصبی مصنوعی، تبدیل موجک و الگوریتم ژنتیک می‌پردازد. در روش پیشنهادی ابتدا تعدادی شتاب‌نگاشت ثبت شده در ایستگاه‌های شتاب‌نگاری و بر اساس نوع خاک انتخاب می‌شوند. این خاک‌ها با توجه به سرعت موج برشی ایستگاه‌های ثبت کننده به دو گروه خاک و سنگ تقسیم می‌شوند و سپس با استفاده از تبدیل موجک به تحلیل و پردازش آنها پرداخته می‌شود. در قدم بعدی از توانایی یادگیری شبکه­های عصبی برای نگاشت معکوس از طیف پاسخ این شتابنگاشت‌ها به ضرایب تبدیل ویولتی استفاده می‌گردد. به موازات استفاده از الگوریتم­های آموزشی موجود برای شبکه­های عصبی، از توانایی الگوریتم ژنتیک برای جستجو در یک فضای گسترده کمک گرفته می‌شود تا ماتریس‌های وزن و بایاس شبکه­ها بهینه گردند و از محبوس شدن شبکه­ها در نقاط بهینه محلی جلوگیری به عمل آید. در نهایت شتابنگاشت‌های سازگار با طیف ساختگاه تولید می‌شود. در این مقاله با ارائه مثال‌هایی از شتابنگاشت­های ثبت شده در ایران، به آزمایش الگوریتم پیشنهادی پرداخته شده و کارایی موثر آن نشان داده می­شود. استفاده ترکیبی از شبکه عصبی مصنوعی، تبدیل موجک، الگوریتم ژنتیک و تحلیل سری‌های زمانی موجب ارتقاء توانایی روش از نظر سرعت و دقت در تولید شتاب‌نگاشت مصنوعی سازگار با طیف برای شرایط ساختگاهی مختلف می‌شود