Topoloji eniyilemesi ve çubuk benzeşimi yöntemleri kullanılarak betonarme yapı elemanlarında en uygun donatı düzeninin belirlenmesi ve deneysel gerçeklemesi
Design and experimental verification of the optimum reinforcement layout for reinforced concrete members with the aid of topology optimization and strut-and-tie modeling methods
Yazar: FATİH MEHMET ÖZKAL
Danışman: YRD. DOÇ. DR. HABİB UYSAL
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis

Özet:
Bu tez kapsamında, betonarme yapı elemanlarında kesme etkisinin hâkim olduğu bölgelerde ya da sıra dışı geometriye sahip elemanlarda geleneksel yöntemler yerine çoğunlukla tercih edilen çubuk benzeşimi yöntemiyle donatı düzeninin belirlenmesi üzerine bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Bunun için çalışmanın ilk adımı olarak kullanılan topoloji eniyilemesi algoritmasının muhtelif yönlerden daha da iyileştirilmesi ve geliştirilmesi sağlanmıştır. Buna ilaveten topoloji eniyilemesinde tam gerilmeli tasarım durumuna en yakın olan tasarımın tespitini daha sağlıklı biçimde gerçekleştirebilmek amacıyla bir başarım göstergesi geliştirilmiş ve bu gösterge farklı yapı elemanlarının eniyilemesinde kullanılarak üstün yönleri araştırılmıştır. Laboratuvar deneyleri gerçekleştirilen dört ayrı modeldeki donatı düzeni, topoloji eniyilemesi ve çubuk benzeşimi yöntemlerinin birlikte kullanıldığı tümleşik bir tasarım yöntemiyle belirlenmiştir. TS500 standardındaki tasarım ve kısıtlama yönergeleri dikkate alınarak yurtdışı standartlar ve literatürdeki öneriler doğrultusunda tasarımlar hazırlanmıştır. Her deney modeli için hem geleneksel tasarım adımlarıyla ve hem de tez kapsamında önerilen tümleşik tasarım yöntemiyle ikişer deney numunesi oluşturulmuş ve bu numunelerin yapı davranışlarının mukayesesi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar ışığında, topoloji eniyilemesi ve çubuk benzeşimi yöntemlerinin birlikte kullanılması halinde, betonarme yapı elemanlarının tasarımı için geleneksel yöntemlere nazaran daha başarılı sonuçlara ulaşıldığı ve önerilen yöntemin kullanılmasıyla tasarım mühendisleri için tecrübe gerektirmeden büyük kolaylıklar sağlanacağı kanaatine varılmıştır.

Abstract:
In this thesis, a study on the optimum design of reinforcement layout for reinforced concrete members by the strut-and-tie modeling method, which is mostly preferred for the regions that are essentially under the shear effect or for the members with uncommon geometrical shapes, has been established. This method is more eligible than the conventional design methods for this kind of structural situations. As the first step of the study, some amendments and developments have been implemented on the topology optimization algorithm. Additionally, a performance index has been developed for the determination of the design, which is closest to the fully stressed design state, throughout the topology optimization process. Then it has been performed on the optimization of various structural members to investigate its advantages. Reinforcement layout of the four distinct models, which have been experimentally tested, has been determined by the aid of an integrated design method that consists of topology optimization and strut-and-tie modeling methods. Integrated design steps have been constructed on the foreign design codes and the suggestions in the literature while considering instructions and limitations of TS500 design code. Two test samples for each model have been designed according to both the conventional approach and the new integrated approach to compare the structural behavior of them. Based on the experimental results, it has been concluded that the new integrated design method presents more successful results than the conventional methods for the design of reinforced concrete members and preference of the new method will facilitate the design process by eliminating the experience necessity for the design engineers.