Öngerilmeli beton kirişli köprü üstyapılarının genetik algoritma ile optimum tasarımı

Abstract

Bu çalışmada, genetik algoritma kullanılarak, prefabrike önçekim öngerilmeli beton bitişik I-kirişli, kısa ve orta açıklıklı köprü üstyapılarının maliyet yönünden optimum tasarımı gerçekleştirilmektedir. Çalışma topoloji ve şekil optimizasyonunu içermektedir. Tasarım değişkeni olarak köprü enkesitindeki kiriş sayısı, kiriş enkesit boyutları ve kiriş enkesitinde yer alan öngerilme donatısı miktarı alınmaktadır. Çalışmada eğilme emniyet gerilmeleri ve taşıma gücü, kayma emniyet gerilmeleri ve keme taşıma gücü, sehim, süneklik sınırları ve geometri sınırlayıcıları dikkate alınmaktadır. Sınırlayıcılar AASHTO Standard Specifications for Highway Bridges uyarınca hesaplanmaktadır. Optimizasyon yöntemi olarak, karmaşık problemlere kolaylıkla uygulanabilen ve ayrık tasarım değişkenlerini kullanan, rasgele seçilmiş bir grup başlangıç çözümünden yola çıkarak sonuca giden evrimsel bir optimum tasarım yöntemi olan genetik algoritma kullanılmaktadır. Bu çalışmadaki genetik algoritma kopyalama operatörünün yanısıra, üç farklı çaprazlama ve üç farklı mutasyon operatörünü içermektedir. Yapılan çalışmanın birinci bölümünde optimum tasarım çeşitleri ve teknikleri, öngerilmeli beton, öngerilmeli beton kirişli köprüler, çalışmanın amacı ve kapsamı hakkında genel bilgiler verilmektedir. İkinci bölümde önçekim öngerilmeli beton bitişik Ikirişli köprü üstyapısı tasarımının nasıl yapılacağı, optimum tasarım probleminin belirlenmesi, bu problemin genetik algoritma ile nasıl çözümleneceği açıklanmaktadır. Ayrıca yine bu bölümde geliştirilen bilgisayar programı ile optimum tasarımı yapılan üç farklı sayısal uygulamaya yer verilmekte ve bu uygulamaların çözümü ile ulaşılan bulgular irdelenmektedir. Üçüncü bölümde ise elde edilen sonuçlara ve bu konuda bundan sonra yapılacak çalışmalar için önerilere yer verilmekte olup bu son bölümü kaynaklar listesi izlemektedir. Yapılan bu çalışma ile, önçekim öngerilmeli bitişik I-kirişli köprü üstyapılarının şekil ve topolojik optimum tasarımında genetik algoritmadan etkili bir şekilde yararlanılabileceği ortaya konulmaktadır. In this study, cost optimization of short- and medium-span bridge superstructures consisting of precast, pretensioned prestressed concrete adjacent I-shaped beams is realized. The study includes topological and shape optimization. Design variables are the number of beams on bridge cross section, dimensions of beam cross section and amount of the prestressing steel. Flexible working stress and ultimate strength, shear working stress and ultimate strength, deflection, ductility limits and geometry constraints are considered in this study. Constraints are calculated according to AASHTO Standard Specifications for Highway Bridges. Genetic algorithm is used in this study. Genetic algorithm can be adopted for complex problems easily. It uses discrete design variables and randomly selected initial solutions for evolutionary optimization. In this study, three different kinds of crossover, three different kinds of mutation and reproduction operators are considered. In the first chapter of the study, general information is given about kinds and techniques of optimum design, prestressed concrete, prestressed concrete bridges, purpose and scope of the study. In the second chapter, designing of pretensioned prestressed concrete adjacent I-shaped bridge girders, expressing of optimum design problem, solving of this problem with genetic algorithm are explained. In addition, three numerical examples are designed with the developed program and the results of these designs are evaluated in this chapter. In the third chapter, conclusions of this study and suggestions for the future studies are given. This chapter is followed by a list of references. In this study, it is demonstrated that genetic algorithm can be efficiently used in shape and topological optimum design of pretensioned prestressed concrete adjacent Ishaped bridge girders.