Tez No İndirme Tez Künye Durumu
268793
Optimum design of rigid and semi-rigid steel sway frames including soil-structure interaction / Rijit ve yarı-rijit çelik çerçevelerin zemin-yapı etkileşimini de içeren optimum boyutlandırılması
Yazar:ERKAN DOĞAN
Danışman: PROF. DR. MEHMET POLAT SAKA ; PROF. DR. TURGUT TOKDEMİR
Yer Bilgisi: Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mühendislik Bilimleri Bölümü
Konu:İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin:Optimizasyon = Optimization
Onaylandı
Doktora
İngilizce
2010
262 s.
Bu çalışmada, iki boyutlu çelik çerçevelerin kiriş-kolon bağlantısının esnekliğini ve zemin-yapı etkileşimini gözönüne alarak ağırlık optimizasyonu yapılmıştır. Çelik çerçevelerin analiz ve tasarımında kiriş-kolon bağlantılarının ya tam rijit ya da tam mafsallı olduğu kabul edilmektedir. Fakat, kiriş-kolon bağlantılarının gerçek davranışı bu iki durumun arasındadır. Pratikte kullanılan basit bağlantılar bile yukarıda belirtilen iki durumun arasında kalan bir rijitliğe sahiptirler. Öte yandan esnek bağlantıya moment uygulandığında, kiriş-kolon dönme açısı ile uygulanan moment arasında lineer olmayan bir bağlantının varlığı bulunmuştur. Bu tür kısmi tutulmuş bağlantılar tüm yapının yanal deplasmanını (P-? etkisi) ve kiriş ve kolonlardaki moment dağılımını etkilemektedir. Doğrudan lineer ve elastik olmayan analiz yöntemi kullanmak, bu etkilerin çerçeve tasarımındaki etkisini hesaba katmak için var olan yöntemlerden birisidir. Bu tür bir analiz yapmak için kiriş-kolon bağlantısı yarı-rijit olarak kabul edilmeli ve ona göre modellenmelidir. Bu çalışmada kiriş-kolon bağlantıları ?kolon berkitmeleri olmayan uç levhalı? ve ?üst, alt ve gövdelerinde korniyer? kullanılan türde bağlantılar olarak modellenmiştir. Analizde zemin-yapı etkileşimi de göz önüne alınmıştır. Çerçevelerin bir grup eksenel elemanlarla temsil edilen lineer olmayan bir zemine oturduğu varsayılmıştır. Optimum boyutlandırma algoritmasının geliştirilmesinde parçacık kümesi optimizasyonu metodu kullanılmıştır. Parçacık kümesi yöntemi kuşların, balıkların ve böceklerin sosyal davranışını simule eden bir sayısal optimizasyon tekniğidir. Doğada balıklar, kuşlar ve böcekler sadece üreme için değil, yemek bulma ve düşmanlarından kaçma gibi diğer sebeplerden dolayı da sürü halinde olurlar. Kuşların yemek aramasına benzer olarak, optimum boyutlandırma işlemi de, optimum çözümü arar. Parçacık küme optimizasyonunda kümedeki her parçacık optimum boyutlandırma probleminin aday çözümünü temsil eder. Sunulan boyutlandırma algoritması, LRFD-AISC (Yük ve Direnç Faktörü Tasarımı-Amerikan Çelik Konstrüksiyon Enstitüsü) de verilen w-profillerinin tümünün bulunduğu listeden çelik çerçevenin elemanları için w-profili seçer. Ayrıca dayanım ve deplasman sınırlarını kapsayan aynı şartnamede belirlenmiş kısıtlar, optimum boyutlandırma probleminin sınırlayıcıları olarak uygulanmıştır. Geliştirilen optimum boyutlandırma algoritması ile rijit ve yarı-rijit çelik çerçevelerin tasarımı yapılmıştır.
In this study, weight optimization of two dimensional steel frames is carried out in which the flexibility of beam-to-column connections and the soil-structure interaction are considered. In the analysis and design of steel frames, beam-to-column connections are assumed to be either fully rigid or perfectly pinned. However, the real behavior of beam-to-column connections is actually between these extremes. Namely, even the simple connections used in practice possess some stiffness falling between these two cases mentioned above. Moreover, it is found that there exists a nonlinear relationship between the moment and beam-to-column rotation when a moment is applied to a flexible connection. These partially restrained connections influence the drift (P-? effect) of whole structure as well as the moment distribution in beams and columns. Use of a direct nonlinear inelastic analysis is one way to account for all these effects in frame design. To be able to implement such analysis, beam-to-column connections should be assumed and modeled as semi-rigid connections. In the present study, beam-to-column connections are modeled as ?end plate without column stiffeners? and ?top and seat angle with web angles?. Soil-structure interaction is also included in the analysis. Frames are assumed to be resting on nonlinear soil, which is represented by a set of axial elements. Particle swarm optimization method is used to develop the optimum design algorithm. The Particle Swarm method is a numerical optimization technique that simulates the social behavior of birds, fishes and bugs. In nature fish school, birds flock and bugs swarm not only for reproduction but for other reasons such as finding food and escaping predators. Similar to birds seek to find food, the optimum design process seeks to find the optimum solution. In the particle swarm optimization each particle in the swarm represents a candidate solution of the optimum design problem. The design algorithm presented selects sections for the members of steel frame from the complete list of sections given in LRFD- AISC (Load and Resistance Factor Design, American Institute of Steel Construction). Besides, the design constraints are implemented from the specifications of the same code which covers serviceability and strength limitations. The optimum design algorithm developed is used to design number of rigid and semi-rigid steel frames.