Yapısal sistemlerin deprem yükleri altında genetik algoritma ile optimum tasarımı

Abstract

Yapısal sistemlerin deprem yükleri dikkate alınarak optimizasyonu, yeryüzünde birçok ülkenin depremden etkilendiği ve geçmişte yaşanan tecrübeler göz önüne alındığında yerinde bir çözümlemedir. Çalışmada çoğunlukla literatürde rastlanılan boyut optimizasyonu problemlerine farklı bir bakış açısı ile yaklaşılarak, yapı ağırlığı, diğer sınırlayıcılara ek olarak kullanılmış ve bu yolla deprem sonucunda yapıda oluşan deprem yüklerinin optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Bunun için yapıda oluşan yatay deprem kuvvetlerinin toplamı olarak ifade edilen ve yapıdaki deprem etkisini tek başına temsil edebilen bir değer olan taban kesme kuvveti minimize edilmiştir. Hesaplamalarda çekme gerilmesi, eğilmeli burkulma bileşik gerilmesi ve eğilmeli burulma bileşik gerilme durumları gerilme sınırlayıcıları, katlar arası rölatif yer değiştirmeler ve yapı tepe yer değiştirmesi ise deplasman sınırlayıcıları olarak amaç fonksiyonuna dâhil edilmiştir. Deprem hesaplaması için spektrum davranış analizi yöntemi kullanılmış, literatürden alınan üç boyutlu çerçeve ve kafes sistemler, El Centro depremi kuzey güney bileşeni deprem kaydına göre hesaplanmıştır. Optimizasyon için geçerliliği birçok çalışma ile ispatlanmış bir yöntem olan Genetik Algoritma yöntemi kullanılmıştır. Bu çalışmanın amacı üç boyutlu çerçeve ve kafes sistemlerin taban kesme kuvvetine göre yapılan optimum çözümlerinde, deprem yüküne daha az maruz kalan, hafif yani ekonomik ve gerilme ile deplasman yönünden daha güvenli tasarımlarını elde etmektir.

Optimization of structural systems subjected to earthquake loads, in consideration of many country affected by the earthquakes on earth and experiences in the past is an appropriate resolution. In this study, problems of the size optimization often encountered in the literature approached with a different point of view, weight of structure was used in a addition to other constraints and in this way optimization is made seismic loads of the structure was formed as a result of the earthquake. The seismic base shear which is expressed as the sum of the horizontal seismic forces can represent the effect of earthquake for structure was minimized. In calculations, tensile stress, bending with buckling composed stress and bending with torsion composed stress situations as the constraints of the stresses, displacements of interstory and peak point as the constraints of the displacements were included in the objective function. For earthquake analysis method used to calculate the spectrum behavior, the three dimensional frames and trusses taken from literature were analyzed according to north-south component of El Centro earthquake records. Genetic algorithm method was used for optimization problems that many studies in literature have proven the validity of a method of optimization. The aim of this study is to obtain the optimal solutions of three dimensions frames and truss according to the base shear force were less subjected to the earthquake load, light ie. the economic, safer in terms of stress and displacement.