تخمین آسیب پذیری لوله های مدفون شهری در اثر زلزله با استفاده از روش شبکه عصبی مصنوعی (مطالعه موردی: منطقه3 آب و فاضلاب مشهد)

اختلال در سرویس دهی یک شبکه شریان حیاتی، ممکن است باعث تشدید خسارت های بعدی مثل آتش سوزی ها، قطع ارتباطات و انفجارهای دیگر یا گسترش بیماری های واگیردار شود. شریان های حیاتی، سه ویژگی مهم شامل گستردگی زیاد، وابستگی عملکرد آن ها به یکدیگر و تشدید آسیب دیدگی به علت اثر متقابل آن ها با سازه های دیگر را دارا هستند. پیامدهای ناشی از صدمه دیدن این نوع سازه ها به پنج دسته اصلی تقسیم می شوند: 1. قطع خدمات و وقفه در فعالیتهای انسانی و اختلال در چرخه زندگی 2. خسارت های مالی مستقیم 3. تشدید خطرهای بعدی مثل آتش سوزی ها و شیوع بیماری-ها و تهدید ایمنی جوامع بشری در سطح کلان در هر شبکه لوله های مدفون به دلیل کاربردهای گوناگونی چون تامین آب آشامیدنی، دفع فاضلاب، انتقال مواد سوختنی مثل نفت و گاز، عبور دادن خطوط انتقال برق و تلفن و نیز کاربردشان در زمینه حمل و نقل مثل تونل و مترو، باعث شده که آن ها بخش با اهمیتی از سازه های شبکه ای را تشکیل دهند. خطوط لوله مدفون نقش به سزایی در ارائه خدمات و چرخه اقتصادی کشور ایفا می کند. درصد زیادی از خطوط لوله مدفون به منظور انتقال آب برای مصارف عمومی، کشاورزی و صنعتی اختصاص دارد. با توجه به این که کشور ایران سرزمینی لرزه خیز است و احتمال وقوع زلزله های با قدرت زیاد در آن بالاست، برای کاهش خسارت های جانی و مالی به یک برنامه-ریزی صحیح و جامع نیاز است. دراین راستا شناخت رفتار و عملکرد سازه ها و یا سیستم های مختلف و سپس ارائه طرح های مناسب برای مقاوم کردن آن ها الزامی است. بی شک خطوط لوله های مدفون به علت اهمیت و ویژگی های خاصی که نسبت به سایر سازه ها دارند، به توجه ویژه ای نیاز دارند. با توجه به اهمیت لوله های مدفون آب توجه پژوهشگران به طرح لرزه ای این لوله ها جلب شد. نتیجه این تحقیقات انجام آزمایش های مختلف و ارائه مدل های گوناگون برای شناخت رفتار این لوله ها و نیز معرفی روش های تحلیلی مختلف در طی چند دهه تحقیقات بوده است. به دلیل وارد شدن پارامترهای مربوط به خصوصیات خاک، خصوصیات خط لوله و مشخصات زلزله طرح، تعداد پارامترها زیاد بوده و لذا روش های تحلیلی ارائه شده مشکل و وقت گیر می باشند. بدین سبب مهندسین طراح رغبت چندانی به تحلیل و طراحی لرزه ای لوله های مدفون از خود نشان نمی دادند. برای گریز از این مشکل با بکارگیری فرضیات ساده شده و حذف پارامترهای کم ارزش و نیز استفاده از مدلهای آزمایشی، روشهای ساده تری ارائه گردیده است. بعضی از کشورها با بررسی روشهای تحلیلی و اصلاح آن ها اقدام به تهیه آئین نامه طرح لرزه ای لوله های مدفون نموده اند. 1-2 هدف و ضرورت تحقیق شهر بزرگی مانند مشهد که در توسعه مداوم اما بدون تجربه یک زلزله قوی گام برمی دارد کاملا آسیب پذیر بوده و لذا ضروری است که تدابیر لازم جهت مقابله با زلزله در آن برای هر یک از شریان های حیاتی اتخاذ گردد. لازم است که خطوط لوله های مدفون به گونه ای طراحی شوند که اولا خدمات و امدادرسانی بعد از زلزله دچار وقفه نشود، ثانیا خسارت-های وارد به شبکه در حد قابل قبول باشد. به دلیل وارد شدن پارامترهای گوناگون مربوط به خاک، خط لوله و زلزله، نیاز به انجام محاسبات با حجم اطلاعات پایه ای مورد نیاز نسبتا زیاد بوده و شاید در مواردی امکان تهیه آن در مراحل اولیه مطالعات میسر نباشد. طولانی بودن راه حل و نیاز به اطلاعات زیاد، یک عیب اساسی برای روش های تحلیلی به شمار می رود که باعث غیر عملی بودن آن روش می گردد. برای گریز از این مشکل لازم است که با انجام مطالعات بیشتر تعدادی از پارامتر ها که تاثیر قابل ملاحظه ای در مقادیر مورد برآورد ندارند حذف نموده و روشی با اطلاعات پایه ای کمتر و طبیعتا ساده تر ارائه کرد. روشن است که روش پیشنهادی باید حداقل دو ویژگی را دارا باشد: 1- از جنبه ایمنی قابل اطمینان باشد. 2- از نظر اقتصادی توجیه پذیر باشد]1[. برای ایمن ساختن لوله ها ابتدا باید بارهای وارد بر خطوط لوله و منشا آسیب پذیری آن ها مشخص گردد. سپس با استفاده از تجربه خرابی لوله و انجام آزمایش ها و مطالعات مربوطه دیگر، رفتار سازه ای آن ها مورد شناسایی قرار گیرد. با درک بهتر از رفتار خطوط لوله می توان پارامترهای موثر در مقاوم سازی لوله ها را در برابر خطرهای محتمل بررسی کرده و در نهایت اقدام به معرفی روش های مقاوم سازی نمود]2[. هدف از انجام این پایان نامه ارزیابی میزان عملکرد ضد لرزه ای سیستم آبرسانی شهر مشهد و اتخاذ راهکارهایی به منظور پیشگیری از بحران می باشد. در این پژوهش سعی شده است که با استفاده از پارامترهای موثر بر آسیب (از جمله قطر لوله، جنس لوله، عمق دفن، شدت زلزله و غیره) به عنوان ورودی شبکه عصبی، با دقت قابل قبولی مقدار آسیب لوله های مدفون به عنوان خروجی شبکه پیش بینی شود. 1-3 ساختار پایان نامه فصول هفت گانه این پایان نامه به طور عمده به مباحث زیر اختصاص دارند: در فصل اول به طور خلاصه و بنیادی در مورد تفکر و ساختار این پایان نامه و اهمیت و ضرورت تحقیق روی این موضوع پرداخته شده است. در فصل دوم مشخصات انواع لوله-های مدفون، بارهای وارد بر آن ها و رفتار لوله ها در برابر اثرات ناشی از زلزله و مودهای خرابی لوله ها ارائه شده است. در ادامه در فصل سوم به طور خلاصه به بررسی مطالعات گذشته درمورد تخمین آسیب پذیری و خرابی لوله های مدفون پرداخته می شود. در فصل بعدی شبکه عصبی مصنوعی توضیح داده می شود. در فصل پنجم روش گردآوری اطلاعات و پردازش آن ها به طور مفصل شرح داده شده است. با در دسترس داشتن مشخصات لوله های مدفون شهر مشهد، نوع خاک و عمق دفن و ... متناظر با هر لوله، ضرائب تاثیر هر یک از این پارامترها بر لوله های مدفون به دست آورده شده است. هم چنین مدل بهینه شبکه عصبی مصنوعی پیشنهاد شده است. در نهایت با دریافت اطلاعات ورودی و زلزله طرح مورد نظر احتمال آسیب لوله یا یک شبکه به عنوان خروجی ارائه می شود. در نهایت در فصل آخر نتایج تحقیق و پیشنهادات برای تحقیقات بعدی ذکر شده اند.