Çelik çerçevelerin hibrit öğrenme esaslı jaya algoritması yöntemi ile performansa dayalı optimum sismik tasarımı
Performance-based optimum seismic design of steel frames using the hybrid learning based-jaya algorithm
Yazar: HİKMET TUTAR
Danışman: PROF. DR. SADIK ÖZGÜR DEĞERTEKİN
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Sezgisel optimizasyon yöntemleri, son otuz yılda karmaşık optimizasyon problemlerini çözmede yaygın olarak kullanılmaktadır. Öğretme-öğrenme-esaslı optimizasyon (TLBO) ve Jaya algoritması (JA) en popüler sezgisel yöntemler arasındadır. TLBO, herhangi bir sınıf ortamında öğretmenin öğrencilerle ve öğrencilerin birbirleriyle olan etkileşimini taklit etmektedir. JA ise optimizasyon işleminde en iyi çözüme yaklaşma ve en kötü çözümden uzaklaşma stratejisini uygulamaktadır. Çelik çerçevelerin performansa dayalı optimum sismik tasarımı oldukça karmaşık ve zaman alan optimizasyon problemlerindendir. Bu çalışmada; TLBO, JA, modifiye TLBO (MTLBO), modifiye JA (MJA) ve JA ile TLBO'nun öğrenme aşamasını birleştiren hibrid öğrenme esaslı Jaya algoritması (HLBJA) ile düzlem çelik çerçeve sistemlerin performansa dayalı optimum sismik tasarımı icra edilmiştir.  Ayrıca aynı yöntemler uzay çelik çerçevelerin optimum sismik tasarımında da kullanılmıştır. Düzlem çelik çerçeve sistemlerin performansa dayalı optimum sismik tasarımında amaç, katlar arası ötelenme oranı ve dayanım sınırlayıcıları altında düzlem çelik çerçevelerin ağırlığını minimize etmektedir. Parçacık sürü optimizasyonu (PSO), geliştirilmiş kuantum parçacık sürü optimizasyonu (IQPSO), ateş böceği (FA) ve modifiye ateş böceği algoritması (MFA), TLBO ve JA ile önceden optimum tasarımı yapılmış üç düzlem çelik çerçevenin performansa dayalı optimum sismik tasarımında Statik itme analizi OPENSEES yapı analiz programında gerçekleştirilmiştir. Uzay çelik çerçevelerin sismik analizleri SAP2000-OAPI yapı analiz programında gerçekleştirilmiştir.  Bu çerçevelerin optimum sismik tasarımında katlar arası ötelenme, dayanım sınırlayıcıları ve ayrıca enkesit-boyut sınırlayıcıları gözönüne alınarak minimum ağırlıklı uzay çelik çerçevelerin elde edilmesi amaçlanmaktadır. Uzay çelik çerçevelerin optimum sismik tasarımında ise daha önce guguk kuşu arama yöntemiyle (CS) optimize edilmiş 325, 504 ve 499 elemanlı üç adet uzay çelik çerçeve kullanılmıştır. Önerilen yöntemlerden elde edilen sonuçlar, birbiriyle ve diğer optimizasyon yöntemleriyle optimum ağırlık ve optimum ağırlığı bulmak için gereken yapı analiz sayısı bakımından karşılaştırılmıştır. Ayrıca optimizasyon yöntemlerinin farklı başlangıç tasarımları için yapılan icraları sonucu bulunan tasarımlara ait ortalama ağırlık, en kötü ağırlık ve standart sapma gibi istatistiksel parametreler açısından da kıyaslamaları yapılmıştır. Yapılan karşılaştırmalar HLBJA'nın, MTLBO, MJA, JA, TLBO ve literatürdeki diğer yöntemlerden daha hafif tasarımları daha kısa sürede bulabildiğini kanıtlamaktadır.

Abstract:
Metaheuristic optimization methods have been implemented as efficient tools for solving complicated optimization problems over the last three decades. Teaching-learning-based optimization (TLBO) and JA algorithm (JA) are among the most popular metaheuristic methods. TLBO mimics the teaching and learning process in a class in which learners are interacted with the teacher and themselves. JA implements the simple strategy that it tries to approach the best solution and moves away from the worst solution during the search process. The performance-based optimum seismic design of steel frames is one of the most complicated and time-consuming optimization problems. In this study, TLBO, modified TLBO (MTLBO), JA, modified JA (MJA) and the hybrid learning based-JA algorithm (HLBJA), which combines the JA and the learning phase of TLBO, are proposed for the performance-based optimum seismic design of planar steel frames. Moreover, the proposed methods are also implemented for optimum seismic design of spatial frames. The objective of performance-based optimum seismic design of planar steel frames is to minimize the weight of frames under the interstory drift and strength constraints. Three planar steel frames previously designed by particle swarm optimization (PSO), improved quantum particle swarm optimization (IQPSO), firefly (FA) and modified firefly algorithm (MFA), TLBO and JA are used to demonstrate the competence of proposed methods. The pushover analyses for performance based optimum seismic design of planar frames are performed by OPENSEES structural analysis programme while seismic analyses of spatial frames are perfomed by SAP2000 structural analyses software. The interstory drift, strength constraints and geometric-size design constraints are used for the optimum seismic design of spatial steel frames. Optimum seismic design of 325, 504 and 499-member space steel frames are realized in this thesis. The results obtained by the proposed methods are compared to each other and other optimization methods in terms of optimum weight and number of structural analyses. Several statistical parameters obtained from different executions of proposed methods such as average weight, worst weight and standard deviation are also presented in the design examples. The comparisons prove that HLBJA could find lighter designs with less computational effort than MTLBO, MJA, JA, TLBO and other methods in the literature.