Yarı-rijit birleşimli çelik çerçeve sistemlerin genetik algoritma yöntemiyle optimum tasarımı

Abstract

vıı ÖZET Bu çalışmada yan-rijit birleşimli çelik çerçevelerin genetik algoritma yöntemiyle optimum tasan mı için bir algoritma geliştirilmiş ve bu algoritmanın bilgisayar programı sunulmuştur. Optimizasyonda Türk Çelik Yapılar Yönetmeliğindeki TS 648 (1980) gerilme ve çerçeve yanal ötelenme sınırlayıcıları kullanılmıştır. Birinci bölümde araştırmanın nedeni ve önemi belirtilmektedir. İkinci bölümde ise bu konuda veya benzeri konularda daha önce yapılan çalışmalara kısaca değinilmiştir. Üçüncü bölümde optimizasyon problemiyle ilgili temel kavramlar verilmiştir. Optimizasyon yöntemleri kısaca açıklanmış bunlardan genetik algoritma yöntemi detaylı biçimde incelenmiştir. Dördüncü bölümde yan-rijit birleşim davranışı detaylı biçimde incelenmiş, birleşim türleri verilmiştir. Yan-rijit birleşimli çelik çerçevelerin analizi için gerekli bağıntılar ve yan-rijit birleşimli elemanlar için rijitlik matrisleri elde edilmiştir. Beşinci bölümde tasanmda esas alınan gerilme formülleri TS 648 Çelik Yapılann Hesap ve Yapım Kurallan yönetmeliği esas alınarak verilmiştir. Altıncı bölümde lineer olmayan analiz yük artımı yaklaşımına dayanan ve her yük artımında sistem rijitlik denklemleri şekil değiştirmiş son durum için sağlayan sekant rijitlik yaklaşımı açıklanmış, lineer olmayan analiz algoritması verilmiştir. Yedinci bölümde lineer olmayan yan-rijit birleşimli çerçevelerin genetik algoritma ile optimum tasanm algoritması verilmiştir. Geliştirilen bilgisayar programı tanıtılmış programın giriş bilgüerindeki semboller açıklanmıştır. Giriş bilgilerinin formatı verilerek örnek çerçeve datası üzerinde gösterilmiştir. Sekizinci bölümde değişik çerçevelerin optimum tasannu, geliştirilen bilgisayar programı ile yapılmış ve sonuçlar verilmiştir. Aynı çerçevelerin rijit birleşimli olarak tasarımlan da yapılmış ve sonuçlar karşı laştmlmıştır. Dokuzuncu bölümde çalışmadan elde edilen sonuçlar verilmiştir. Buna göre; yan-rijit birleşimli çerçevelerin rijit birleşimli çerçevelere göre daha ekonomik olduğu görülmekte ancak çerçeve yanal ötelenmelerinde epey bir artış olmaktadır. Aynca birleşim parametreleri değiştirilerek çözümler yapılmış ve daha esnek birleşimlerin daha ağır optimum çerçeveler doğurduğu sonucuna vanlmıştır. Yan-rijit birleşimli kirişlerde, rijit birleşimli kirişlere göre uç momentlerinde azalma ve açıklık momentlerinde artma olmakta ve daha ekonomik bir kiriş tasannu yapılmaktadır.

vııı SUMMARY In this study, an algorithm has been developed for optimum design of semi-rigid steel frames. A computer program which follows the instructions of the algorithm has also been prepared and presented. Frame drift constraints and stress constraints in the Turkish Steel Design and Construction Specification TS 648 (1980) are used in the optimization. In the first chapter, the importance and the reasons for the research has been stated. In the second chapter, previous research works related to this subject are mentioned briefly. In the third chapter, basic concepts regarding optimization problem and optimization methods are explained briefly. Genetic Algorithm, an optimization method, is inspected in detail in this chapter. In the fourth chapter, semi-rigid behaviour of connections is examined in detail and the most common types of beam-to-column connections currently employed in the steel structures industry are given. The equations and member stiffness matrices required for the analysis of steel frames with incorporating the semi-rigid connections have been obtained. In the fifth chapter, the stress interaction formulas considered in the optimum design taken from TS 648 (1980) are expressed. In the sixth chapter, a nonlinear analysis method depending on the load incremental approach with secant stiffness concept is explained in which the system equilibrium equations are satisfied for the deformed system in every load increment. Nonlinear analysis algorithm is also given in this chapter. In the seventh chapter, optimum design algorithm for the nonlinear semi-rigid frames is presented. A computer program developed in this study is introduced. Information on input data of the program and sample frame data are given herein. In the eighth chapter, optimum designs of various frames are performed by the computer program and the results are presented. The same frames with rigid connections are also designed and results are compared. In the ninth chapter, conclusions drawn from this study are given. The important conclusions are as follows; i^-5 ^ i^ WW*'IX Semi-rigid frames have been found economic when compared to rigid frames, but there has been considerable increase in their displacements. Moreover, designs are performed changing the connections parameters. Frames with more flexible, connections result in heavier optimum frames. End moments decrease span moments increase in the beams when compared to the beams with rigid connections. This leads to a more economic beam design.