Theses supervised by Prof. Dr. Mehmet Ülker
11 theses · Fırat University
Çerçeve sistemlerin sezgisel algoritma teknikleriyle optimum tasarımı
Yapısal optimizasyon günümüz şartları göz önünde bulundurulduğunda üzerinde durulması gereken bir konudur. Yapılar tasarlanırken birçok parametrenin olması optimum tasarımın önemini arttırmıştır. Optimum tasarım ise güvenlik, maliyet, sürdürülebilirlik ve estetik faktörlerini desteklemelidir. Literatür incelendiğinde optimum tasarımı elde etmek amacıyla birçok metot denenmiştir. Klasik metotların yanında bilgisayar teknolojilerinin gelişmesiyle yapay zekâ ve sezgisel algoritmaların kullanımı giderek artmıştır. Tez çalışması, çelik malzemeli çerçeve sistemlerin kesit optimizasyon tasarımı üzerinedir. Bu amaç doğrultusunda "Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esaslarına dair Yönetmelik, 2016" esas alnımıştır. Çalışma kapsamında oluşturulan kod tasarımıyla, çerçeve sistemdeki her eleman, tasarım sınırlayıcılarını sağlarken kesit havuzundan seçim yapması amaçlanmıştır. Tasarım problemi olarak iki açıklıklı, altı katlı ve otuz elemanlı çerçeve sistem ile birlikte üç açıklıklı, on katlı ve yetmiş elemanlı çerçeve sistem, SAP2000 programı kullanılarak tasarlanmıştır. Ayrıca sezgisel algoritmalar incelenmiş ve genetik algoritma kullanımı üzerinde durulmuştur. SAP2000 programının içeriği olan The Open Application Programming Interface (OAPI) bağlantısı ve sağladığı imkânlar hazır kaynaklı bir model tasarımına yardım etmektedir. Böylece VB.Net ortamında, SAP2000 OAPI bağlantısı sağlanmış ve sistem analiz verilerinin akışı sağlanmıştır. Sağlanan veri akışıyla genetik algoritma yapısı, optimizasyon algoritması yazılımına adapte edilmiş ve analizler yapılmıştır. Sonuç olarak kullanılan modellere ait optimum kesitler ve kütle-zaman grafikleri elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, SAP2000 programı tasarım menüsü sonuçları ve literatür sonuçlarıyla kıyaslanarak kullanılan yöntemin uygunluğu tartışılmıştır.
Farklı geometrik şekilli petek kolonların optimizasyonu
Çelik yapılar bina, stadyum, fabrika gibi birçok alanda yaygın kullanıma sahiptir. Bu yapıların tasarımında hem ekonomik hem de güvenli olarak tasarlanmaları çok önemli parametrelerdir. Yapının kullanım amacına göre en ekonomik şekil de tasarım, tasarımcı tarafından hedeflenmektedir. Ekonomik tasarım için, petek kolonlar çelik yapılarda kullanılmaktadır. Ayrıca yapıların ekonomik tasarımı için optimizasyon teknikleri mevcuttur. Bu çalışmanın amacı, evrimsel topoloji optimizasyon tekniği kullanarak, burkulma etkisi dikkate alınarak, petek kolonun yük taşıma kapasitesini artıracak ve malzeme miktarını azaltacak optimum göz boşluğu şeklini belirlemektir. Analizler sonlu elemanlar metodu kullanılarak ANSYS programı ile yapılmıştır. Farklı mod durumları ve farklı iterasyonlar için analizler yapılmıştır. Analiz sonuçlarında çıkan optimal göz boşluklu kolon ile malzemeden tasarruf sağlandığı gösterilmiştir.
Menfezlerin patlayıcı maddeler karşısındaki dayanımının ölçülmesi ve dayanımını arttırmak için yeni metotlar geliştirilmesi
Dünyada soğuk savaştan sonra terörizm faaliyetleri gittikçe artmıştır. Bu etki ülkemizde çok can ve mal kaybına yol açmıştır. Teröristlerin en büyük zarar verdiği yöntemlerden biriside güvenlik bölgelerindeki yol inşasında su geçişini sağlamak için yapılan menfezlerin içine patlayıcı madde yerleştirmektir. Bu tezdeki amacımız, menfezlere etki ettirilen patlama yükünü azalmaktır. Tez çalışmasında standart bir yol dolgusu altındaki menfeze patlayıcı yükü etki ettirilmiştir. Uygulanan sistemlerle aynı yükleme altında yolda oluşacak hasarlar incelenmiştir. Bu uygulamalar yol dolgusuna 20 cm aralıklarla geotekstil keçe serilmesi, büz altına büz konulması ve büz üstüne büz konulması olarak belirlenmiştir. Terör faaliyetlere maruz kalan bölgelerde yol yapımında bu uygulamaların kullanımının yapım maliyetine minimum düzeyde etki etmektedir. Uygulamalar neticesinde yolda kullanılan mevcut sistemlere göre patlayıcı etkisinin %80 oranında azalttığı görülmüştür. Çalışmada ekonomik olarak maliyeti düşük, dayanıklılık olarak yüksek sistemler geliştirmek esas alınmıştır.
Çarpma yükü altında betonarme sandviç plakların davranışının incelenmesi
Mühendislik yapılarda en çok kullanılan malzemelerden biri olan betonarme (BA) elemanlar ekonomik ömürleri boyunca farklı yük durumlarına ve çevresel etkilere maruz kalmaktadırlar. BA elemanların gelişmesi ve kullanıldığı alanların artmasıyla etki eden farklı yüklere karşı gösterdikleri davranışların bilinmesi önemli hale gelmiştir. Bu yüklemelerden statik yükleme, deprem yüklemesi ve hareketli yüklemeler karşısında çeşitli standartlar geliştirilmiştir. Ancak çarpma yükü gibi darbeye maruz kalan elemanların davranışını belirlemek için deneysel çalışma yapılması ve yapının davranışının belirlenmesi gerekmektedir. Hızlı imalat ve hızlı montaj avantajı nedeniyle günümüzde çoğu iş grubunda prefabrik yapılar kullanılmaktadır Yapıyı oluşturacak olan prefabrik elemanların BA olması ağırlığını arttırmakta bu durum ise taşıma ve montaj esnasında dezavantajlar oluşturmaktadır. Bu nedenle bu tip yapıları hafifletmek için sandviç plak tipleri geliştirilmiştir. Yapılan tez çalışmasında betonarme plakların hafifletilmesi, darbe yüküne karşı sönümleyici özelliğinin artırılması amacıyla farklı çekirdek yapılarına sahip sandviç plaklar üretilmiş ve bu sandviç plakların çarpma etkisindeki davranışı aynı ebat ve aynı hacimdeki betonarme plaklarla karşılaştırılmıştır. Üretilen 16 adet plağın boyutları 2000x2000x15 mm ve 3 adet plağın boyutuda 2000x2000x11 mm'dir. Deneyin yapılabilmesi için deney düzeneği tasarlanmış ve 19 adet deney numunesi üzerine serbest düşme yapan ağırlığın oluşturduğu çarpma etkisi incelenmiştir. Tüm deneylerde düşürülen cismin ağırlığı 320 kg ve düşme yüksekliği 2,5 m alınmıştır. Çalışmada deney elemanlarında çarpma sonucunda meydana gelen hasar durumları belirlenmiş; deplasman değerleri ve mesnet noktalarına gelen yük miktarları tespit edilmiştir. Dolu plak numunelerle farklı çekirdek şekline sahip betonarme sandviç plak numunelerin sonuçları karşılaştırılmıştır. Anahtar Kelimeler: Çarpma yükü, betonarme sandviç plak, çekirdek yapısı
Diferansiyel gelişim algoritması tabanlı öngerilmeli beton köprü kirişlerinin optimum tasarımı
Köprüler insanların ve araçların vadiler üzerinde ulaşımını sağlayan, karayolları ve demiryolları üzerinde inşa edilen yapılardır. Bu yapılar tasarlanırken kullanılış amacına ve kullanılacak malzemeye (ahşap, betonarme, çelik konstrüksiyon, öngerilmeli beton v.b.) göre sınıflara ayrılırlar. Günümüzde en sık kullanılan öngerilmeli prefabrike kirişler büyük açıklıkların geçilmesinde avantajları itibari ile oldukça önem kazanmıştır. Öngerilmeli beton, betonarme yapılarda geniş mesnet açıklıklarını ekonomik şekilde geçmek için kesit boyutlarını arttırmak yerine, betona öngerme kuvveti verilerek, betonda servis yükleri altında oluşan çekme gerilmelerini yok etme ya da belli bir seviyeye kadar indirgeme amaçlı ortaya çıkmış bir tekniktir. Bu nedenle köprüler, öngerilmenin uygulandığı bütün yapılar içerisinde bu usulün kullanıldığı en yaygın imalatlardır. Öngerilmeli betonun kullanılmasındaki amaç, kesitte oluşan çekme gerilmelerini büyük ölçüde azaltmak sureti ile büyük açıklıkları daha emniyetli ve daha düşük maliyet ile geçebilmektir. Bu durum ise mühendislik uygulamalarında yaygın olarak karşılaşılan bir optimizasyon problemi olarak değerlendirilebilir. Bu çalışmada; Prefabrike öngerilmeli beton köprü kirişlerinden oluşan ( I Profil ) köprü üst yapılarının öngerilmeli beton ve donatısı baz alınarak "diferansiyel gelişim algoritması" ile optimum maliyet tespiti yapılmıştır. Yapılan bu optimizasyon işlemi topoloji ve şekil optimizasyonu içermektedir. Optimizasyon tasarımında emniyet ve maliyet olmak üzere iki önemli kriter göz önünde bulundurularak tasarım probleminin tanımlanması amaçlanmıştır. Optimum tasarım; amaç fonksiyonu, tasarım değişkenleri ve sınırlayıcılarından oluşur. Sınırlayıcılar Standard Specifications for Highway Bridges (AASHTO) uyarınca hesaplanmıştır. Bu çalışmada tasarım değişkenleri olarak öngerilmeli kiriş adedi, en kesit boyutları olan kiriş yüksekliği, üst başlık kalınlığı, alt başlık kalınlığı, gövde genişliği, alt başlık genişliği, üst guse yüksekliği, alt guse yüksekliği değerlerine bağlı olarak tasarım sırasında hesaplanacaktır. Tasarımı etkileyen bir diğer değişken olan ve çapı önceden tercih edilmiş donatı sayısı optimum tasarım sonucunda tespit edilecektir. Bunun dışındaki sabit değerler köprünün özelliklerine bağlı olarak belirlenmişlerdir. Böylece optimum tasarım probleminde çözüme ulaşmak için dikkate alınması düşünülen 9 adet tasarım değişkeni bulunmaktadır. Ayrıca Eğilme, Taşıma, Kayma emniyet gerilmeleri ve sehim sınırlayıcıları da AASHTO şartnamesi uyarınca hesaplanmaktadır. Bu çalışmada tasarım değişkenlerinin optimum değerleri hesaplanırken, son zamanlarda bir çok alanda kullanılan diferansiyel gelişim algoritması kullanılmıştır. Alınan sonuçlar ile burada önerilen yöntemin uygulamadaki başarısını kanıtlamıştır.
İnşaat mühendisliğinde iş yönetimi uygulamalarının bilgisayar destekli programlar yardımıyla analizi
Bu çalışmada; inşaat mühendisliğindeki iş yönetimi uygulamalarının bilgisayar destekli programlar yardımıyla analizi amaçlanmıştır. Sayısal uygulama olarak, 1300 nüfuslu bir köyün içme suyu inşaatı göz önüne alınmıştır. Projelendirmesi ve kontrollüğü Van İl Özel İdare'si tarafından yapılan bu içme suyu inşaatına ait iş programı Primavera Project Planner yardımıyla hazırlanmıştır. Öncelikle kâğıt üzerinde belirlenen bu iş programı, şantiyedeki uygulamaya geçilmeden evvel Primavera Project Planner (P3) ile iş akışına göre planlanmış ve raporlama imkânından yararlanarak; iş süresinin, maliyetinin, işi yapacak ekipmanlarının ve kaynaklarının, işin her aşamasındaki gerçekleşme durumları tespit edilmiştir.
Çelik yapıların elastoplastik tasarımı
Bu çalışmada; çelik çerçevelerin statik ve rüzgar yükleri altında plastik mafsallaşmalarının, literatürdeki çalışmalara göre oluşup oluşmadığı ve mafsallaşmalara sebep olan yük katsayılarının literatürle olan doğruluğu bir sonlu elamanlar metodu olan ANSYS ile irdelenmesi amaçlanmıştır. Bu çalışma yapılırken, ANSYS programının kendi plastik analiz modülü olan Verification Manual 24?ten faydalanılarak, bu örnekteki eksiklikler, literatür çalışmaları ile geliştirilmiştir. Bu çalışmada 4 tane sayısal örneğe yer verilmiş ve bu örnekler; ANSYS, sonlu elemanlar metoduyla analiz edilmiştir. Sayısal örneklerden ilki, ANSYS programında kayıtlı olan ve tek bir açıklıklı kirişi analiz eden VM24 eğitim modülüdür ve ANSYS mantığına göre analiz edilmiştir. İkinci örnekte tek açıklıklı çelik bir çerçeve analiz edilmiş, üçüncü örnekte tek açıklıklı dört katlı bir çelik yapı analiz edilmiş ve dördüncü örnekte ise iki açıklıklı altı katlı bir çelik yapının tasarımı ve analizi yapılmış ayrıca bunların sonuçları literatürde yapılmış olan çalışmalarla karşılaştırılmıştır.
Polinomal diferansiyel quadrature (PDQ) metodu ile elastik oturan plak ve kabukların geometrik bakımdan lineer olmayan statik ve dinamik analizi
Gerek mühendislik sistemlerinin analizinde ve gerekse uygulamalı disiplinlerde diferansiyel denklemlerin çözümü büyük bir öneme sahiptir. Çoğunlukla bir sınır değer ve/veya başlangıç değer formunda olan bu denklemlerin analitik çözümü çoğu durumda mümkün değildir. Bu amaçla yeter doğrulukta çözümler elde etmek için günümüze kadar pek çok sayısal analiz yöntemi geliştirilmiştir. Bu yöntemlerin her birinin; gerektirdikleri bilgisayar kapasiteleri, zaman ve hassasiyet açısından biri birine göre avantajları ve dezavantajları mevcuttur. Bu tezde Winkler-Pasternak elastik zemine oturan plak ve kabukların geometrik bakımdan lineer olmayan statik ve dinamik analizleri için polinomal diferansiyel quadrature (PDQ) metodu geliştirilmiştir. Diferansiyel Quadrature Metodunda bir fonksiyonun koordinat doğrultusuna göre türevi, tüm çözüm bölgesindeki yüksek dereceden bir polinom yardımıyla yaklaşım kurabilen sürekli bir fonksiyon ve o doğrultu boyunca bütün ağ noktalarındaki fonksiyon değerlerinin tümünün lineer toplamı olarak ifade edilir. Diferansiyel quadrature metodundaki ağırlık katsayıları; Kuvvet, Legendre, Chebyshev ve Lagrange polinomları ve harmonik fonksiyonlar ile hesaplanmıştır. Sonuçlar, literatürdeki mevcut analitik ve diğer sayısal yöntemler ile elde edilen çözümler ile karşılaştırılmıştır. Anahtar Kelimeler : Elastik zemine oturan plak ve kabuk, Geometrik bakımdan lineer olmayan analiz, Polinomal diferansiyel quadrature, Dinamik analiz.
Sürekli yapı sistemlerinin optimum boyutlandırılması
m ÖZET Doktora Tezi SÜREKLİ YAPI SİSTEMLERİNİN OPTİMUM BOYUTLANDIRILMASI Sedat SAVAŞ Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı 2002, Sayfa 93 Sürekli yapı sistemler içerisinde, kemer barajlar kompleks ve maliyeti yüksek yapılar olduğundan, bu tip yapıların optimum boyutlandırılması problemi önemli bu yer teşkil etmektedir. Bununla beraber yapılan uygulamalarda, kemerin geometrisi dairesel kabul edilmiştir. Ancak çok katsayılı yüksek mertebeden polinomlar kullanılarak daha optimum çözümler elde edilebilir. Bu amaçla sunulan çalışmada bu tip polinomlar kullanılarak ICE 5. nolu barajın statik, dinamik yükler altında baraj-rezervuarının tam dolu ve boş hali gözönüne alınarak baraj gövde hacminin optimizasyonu yapılmıştır. Sonuç olarak, daha önce yapılan çalışmalarla bu tez çalışması karşılaştırıldığında, daha ekonomik baraj geometrisi elde edilmiştir. Anahtar kelimeler : Sürekli yapı sistemleri, optimum boyut, kemer baraj
İntegral köprü kirişlerinin optimum tasarımı
İntegral Köprüler, dünya üzerinde uygulanan nispeten yeni bir köprü türü olduğu bilinmektedir. Bu köprü türü ile ilgili araştırmacılar tarafından pek çok çalışma yapılmıştır. Bu tez çalışması kapsamında integral köprü çelik I kirişinin, üzerindeki ölü ve haraketli yükler altında uygulamaları incelenmiştir. Her köprü türünde olduğu gibi, İntegral Köprülerin tasarımı sırasında da pek çok parametre göz önünde bulundurulmaktadır. Bu da bizi tasarım konusunda optimizasyon yapmaya yöneltmektedir. Bu çalışmada, İntegral Köprü kirişlerinin tasarımı sırasında kullanılabilecek farklı sezgisel optimizasyon yöntemleri incelenmiştir. Literaratür taraması ile beş adet optimizasyon yöntemi tespit edilmiştir. Bu yöntemler Genetik Algoritma, Armoni Arama Algoritması, Gelişmiş Armoni Arama Algoritması, Diferansiyel Gelişim Algoritması, Parçacık Sürüsü Yöntemidir. Tespit edilen bu yöntemler çelik I kirişte optime edilmiş ve en uygun yöntem olarak Gelişmiş Armoni Arama Algoritması yöntemi belirlenmiştir. Gelişmiş Armoni Arama Algoritması yöntemi bütün İntegral köprü kirişlerinin optimizasyonunu yapmak için uygunlanmıştır. Optimizasyon işlemleri sonucu çelik I kirişlerin boyutlandırılması yeniden yapılmış ve ortaya daha optimum boyutlarda kiriş kesitleri çıkabileceği tespit edilmiştir. Bu sayede, ekonomik olarak maliyeti düşük köprüler inşa edilebilecek, işçilik azalacak, köprü yapım işlemleri kolaylaşacak ve köprü yapım süresi kısalacaktır. Ayrıca, İntegral Köprü konusu incelendiğinde, nispten yeni bir köprü türü olan bu yapılar ile ilgili gerek Amerikan Karayolu Şartnamesi (AASHTO), gerekse ülkemizde KGM Karayolu Teknik Şartnamesinde bir standart bulunmadığı görülmüştür. İlerleyen yıllarda KGM Karayolu Teknik Şartnamesine eklenmesi muhtemel bir bölüme, yapılacak çalışmalar sayesinde katkı sağlanması amaçlanmaktadır.
Kutu kesitli köprülerin sezgisel algoritmalar ile optimum tasarımı
Kompozit yapı sistemleri beton ve çelik malzemesinin avantajlarını birleştirerek ekonomik ve güvenli çözümler sunan sistemlerdir. Kompozit kutu kesitli köprüler dikdörtgen veya trapez şeklindeki kutu kesitli çelik kirişlerden ve betonarme döşemeden oluşan köprü sistemleridir. Kompozit kutu kesitli köprülerin güvenli, ekonomik ve estetik olmaları gibi avantajları bu köprü tipinin tez çalışması için seçilmesinde etkili olmuştur. Optimizasyon problemlerinin çözülmesinde uygun optimizasyon tekniğinin seçilmesi önemli bir husustur. Yapı sistemleri genellikle büyük ve karmaşık problemler olmakla birlikte çok fazla çözüm seçeneği bulunması nedeniyle bu problemlerde çok fazla yerel minimum noktası bulunmaktadır. En uygun tasarım için tüm minimum noktaları içerisinden global minimum noktasının seçilmesi gerekmektedir. Sezgisel algoritma yöntemlerinin yerel minimum noktalarına takılmadan global minimum noktasına ulaşması ve bu yöntemler ile problemlerin hızlı ve kolay olarak çözülebilmesi sezgisel algoritma yöntemlerinin avantajlarındandır. Bu tez çalışması kapsamında doğrusal betonarme-çelik kompozit kutu kesitli farklı açıklığa sahip 6 adet köprünün optimum tasarımı yapılmıştır. Optimum tasarım işlemi yapılmadan önce köprülerin sonlu elmanlar modeli ile tasarımı yapılarak köprülere etki eden maksimum yüklemeler elde edilmiştir. Bu köprülerin dört farklı sezgisel algoritma yöntemi (Yapay Arı Koloni Algoritması, Armoni Arama Algoritması, Parçacık Sürü Optimizasyonu ve Gri Kurt Optimizasyonu) ile optimum tasarımı yapılmıştır. Optimum tasarım probleminde kullanılan çelik malzeme miktarının minimum tutulması hedeflenmektedir. Tasarımda en uygun değer bulunurken, amaç fonksiyonunun gerilme, sehim ve geometrik sınırlayıcıları sağlaması gerekmektedir. Klasik tasarım ve optimum tasarım yöntemlerinin karşılaştırılması amacıyla üç açıklı bir köprü tasarlanarak çelik malzemesinden elde edilen tasarruf miktarı belirlenmiştir.