Elastik zemine oturan kule tipi yapıların SAP2000-OAPI kullanılarak yapısal analizi ve optimum tasarımı

Abstract

Bu çalışmada, yapı-zemin etkileşiminin yapısal davranış üzerindeki etkilerini incelemek amacıyla elastik zemine oturan bir hiperbolik soğutma kulesinin parametrik serbest titreşim, simetrik rüzgâr etkisinde statik ve deprem etkisinde dinamik analizleri gerçekleştirilmiştir. Bunlara ek olarak, 1.5 MW rüzgar türbinini taşıyan modüler çelik kule ve betonarme temel sistemin minimum malzeme maliyetli olacak şekilde farklı rüzgâr hızları ve elastik zemin modelleri için Diferansiyel Gelişim (DE), Armoni Arama (HS) ve Öğretme-Öğrenme Esaslı Optimizasyon (TLBO) algoritmaları yardımıyla optimum tasarımları elde edilerek yapı-zemin etkileşiminin bu tür kule tipi yapıların optimum tasarımları üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu amaçla SAP2000 ticari yapısal analiz programının OAPI (Açık Uygulama Programlama Arayüzü) özelliği ve MATLAB programlama dili kullanılarak geliştirilmiş Vlasov elastik zemin modeliyle birlikte DE, HS ve TLBO algoritmalarının SAP2000 programıyla eş zamanlı kullanımını sağlayan bilgisayar programları geliştirilmiştir. Elastik zemin modeli kullanılarak elde edilen sayısal sonuçlar yapı-zemin etkileşimini dikkate almayan sonsuz rijit mesnet kabulünden elde edilen sonuçlar ile karşılaştırıldığında, yapı-zemin etkileşiminin hiperbolik soğutma kulesinin frekans, kabuk-kolon kuvvet ve moment değerlerini ve rüzgar türbini taşıyıcı sistem optimum malzeme maliyetini önemli ölçüde etkilediği sonucuna varılmıştır. In the present study, parametric free vibration, wind-influenced static and seismic dynamic analyses are conducted to investigate soil-structure interaction effects on the structural behavior of a hyperbolic cooling tower resting on elastic foundation. In addition to these, the effects of soil-structure interaction on the optimum design of tower-like structures is investigated by obtaining optimum designs with minimum material cost of a modular steel tower and concrete foundation system supporting a 1.5 MW wind turbine for various wind speeds and elastic foundation models using Differential Evolution (DE), Harmony Search (HS) and Teaching-Learning Based Optimization (TLBO) algorithms. For this purpose, computer programs enabling concurrent execution of SAP2000 with DE, HS, and TLBO algorithms as well as modified Vlasov foundation model are developed using OAPI (Open Application Programming Interface) feature of commercial structural analysis program SAP2000 and MATLAB programming language. As far as the numerical results obtained using elastic foundation models are compared with those obtained considering soil as infinitely rigid, that is, without soil-structure interaction, it can be concluded that soil-structure interaction significantly affects the values of frequency, shell-column forces and moments of the hyperbolic cooling tower and optimum material cost of the wind turbine supporting system.