2018 Türkiye bina deprem yönetmeliğine göre betonarme istinat duvarının optimum tasarımı

Abstract

Betonarme istinat duvarının klasik tasarım sürecinde, ilk olarak duvar kesitinin ön boyutları ampirik ve deneyimlere dayalı yaklaşımlarla seçilmektedir. Daha sonra, yapımda kullanılacak dolgu, duvar ve tabii zemin özellikleri ile seçilen duvar kesiti boyutlarına bağlı olarak duvar tasarımı için iç ve dış stabilite analizleri gerçekleştirilmektedir. Tasarım için hedeflenen güvenlik şartlarının sağlanamaması ya da elde edilen çözümün ekonomik olmaması durumunda, duvar boyutları yeniden seçilmekte ve kontrol işlemleri tekrar edilmektedir. Tasarım sınırlamalarına göre en ekonomik duvar tasarımı elde edilene kadar bu süreç deneme yanılma şeklinde devam etmektedir. Bu geleneksel yaklaşımla optimum duvar tasarımının elde edilmesi oldukça zor ve zaman alıcı olmaktadır. Statik yükleme koşullarına ilave olarak dinamik yüklerin de hesaba katılması durumunda, yapılması gereken analizlerin sayısı oldukça artmakta ve geleneksel yöntemlerle optimum tasarımın sağlanması neredeyse imkânsız hale gelmektedir. Bu nedenle, betonarme istinat duvarı tasarımının bir optimizasyon problemi olarak ele alınması ve tasarımın optimizasyon teknikleri kullanılarak yapılması gerekliliği ortaya çıkmaktadır.Bu çalışmada, betonarme konsol istinat duvarının statik ve dinamik yükler etkisi altında optimum tasarımı ele alınmaktadır. Çalışmanın amacı, tüm yapısal ve geoteknik stabilite şartlarını sağlayarak minimum maliyetli istinat duvarı tasarlayabilmektir. Duvara etkiyen statik kuvvetlerin hesabında literatürde kabul görmüş yanal toprak basıncı teorileri, dinamik kuvvetlerin hesabında ise Türkiye Bina Deprem Yönetmeliğinde (2018) belirtilen esaslar dikkate alınmıştır. Optimizasyon süreçlerinde ise literatürde birçok mühendislik probleminde başarılı sonuçlar vermiş olan sezgisel optimizasyon yöntemlerinden Diferansiyel Gelişim Algoritması ve Parçacık Sürü Optimizasyonu kullanılmıştır. Çalışma kapsamında özellikle, yatay statik eşdeğer deprem katsayısı, deprem durumunda temel altında oluşan eksantrisite durumu ve maliyet fonksiyonu seçiminin duvar boyutları ve duvar maliyetine olan etkileri araştırılmıştır.Anahtar Kelimeler: Betonarme İstinat Duvarı, Diferansiyel Gelişim Algoritması, Optimum Tasarım, Parçacık Sürü Optimizasyonu, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY)

In the classical design procedure of the reinforced concrete retaining wall, firstly, pre-dimensions of the wall cross-section are selected with suggested approaches based on empirical and experiences. Then, the internal and external stability analyses for the wall design are carried out depending on the selected preliminary dimensions and the backfill, wall, natural soil properties to be used in the construction. If the targeted design safety conditions are not met, or the obtained solution is not economical, the wall dimensions are reselected, and the control processes are repeated. This procedure continues through trial and error until the most economical wall design according to design limitations is achieved. In order to obtain the optimum wall design in the traditional approach is very difficult and time-consuming. In the case of taking into account the dynamic loads in addition to the static loading conditions, the number of required analyses increases considerably, and it becomes almost impossible to achieve the optimum design with traditional methods. Thus, it becomes necessary to consider reinforced concrete retaining wall design as an optimization problem and make the design using optimization techniques.In this study, the optimum design of the reinforced concrete cantilever retaining walls under static and dynamic loads is discussed. The study aims to design a minimum-cost retaining wall that can provide all structural and geotechnical stability requirements. To calculate the static forces acting on the wall are used the recognized lateral earth pressure theories in the literature, calculation of the dynamic forces is made according to the Turkish Building Seismic Code (2018). In optimization processes, the Differential Evolution Algorithm and the Particle Swarm Optimization, which are some of the heuristic optimization methods that have successfully resulted in many engineering problems in the literature, have been used. In the scope of the study, the effects of the horizontal static equivalent earthquake coefficient, the eccentricity occurring under the foundation in the event of an earthquake, and the cost function selection on wall dimensions and wall costs were investigated.Keywords: Differential Evolution Algorithm, Optimum Design, Particle Swarm Optimization, Reinforced Concrete Retaining Wall, Turkish Earthquake Building Code