Kompozit kirişli çelik çerçevelerin genetik algoritma ile optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, biyolojik süreçleri taklit eden genetik algoritma yöntemi kullanılarak farklı çelik çerçeve sistemlerinin optimum boyutlandırmaları gerçekleştirilmiştir. Optimizasyon işlemleri çelik kirişler üzerindeki beton plağın etkisinin sonlu eleman analizlerinde dikkate alınması durumu için tekrarlanmıştır. Optimum tasarımda gerilme, maksimum yer değiştirme, katlar arası rölatif yer değiştirme ve geometrik boyutlar gibi geleneksel ve frekans veya periyot gibi dinamik sınırlayıcılar kullanılmıştır. Tüm bu uygulamaların pratik olarak yürütülebilmesi için MATLAB'da program geliştirilmiştir. Çalışmada kullanılan yöntemin uygulanabilirliğini göstermek amacıyla farklı özellikte birçok örnek incelenmiştir. Örneklerden elde edilen sonuçlar literatürdeki mevcut sonuçlar ile doğrulanmıştır. Bu sonuçlara göre, dinamik sınırlayıcıların optimum boyutlandırmada oldukça aktif rol oynadığı ve çelik kiriş üzerindeki beton plağın davranışının SEM analizlerindeki etkileri dikkate alındığında optimum boyutlandırmadaki çelik ağırlığının önemli ölçüde azaldığı gözlenmiştir. Yukarıdaki çalışmalara ilave olarak, genetik algoritma kullanılarak sonlu eleman modeli güncellemesi yöntemi ile çerçeve elemanlarda hasar tespiti çalışılmıştır. Çözülen örneklerde hasar senaryolarının yerleri ve büyüklükleri başarılı bir şekilde belirlenebilmiştir. In this study, optimum designs of different steel frame systems are carried out by using genetic algorithm that mimics biological processes. Optimization processes are repeated for the case of considering concrete slab effects on steel beams in finite element analyses. Traditional constraints such as stress, maximum displacement, inter-storey drift and geometric dimensions and dynamic constraints such as natural frequencies or periods are used for the optimizations. A program is developed in MATLAB to carry out practically all these applications. Many different examples are examined to show the validity of the used method. The results obtained from the examples are confirmed by available literature results. According to the results, it is observed that dynamic constraints play active role in optimum designs and taking the effects of concrete slab on steel beams into consideration on the FEM analyses significantly reduces the steel weight in the optimum designs. In addition to the studies above, damage assessment in the frame elements is studied by finite element model updating using genetic algorithm (GA). In the solved examples, the locations and severities of damage scenarios can be determined successfully.