Eliptik kesitli beton dolgulu çelik tüp kolonların eksenel yük kapasitelerinin belirlenmesi için matematiksel model ve kullanıcı dostu arayüz geliştirilmesi
Development of mathematical model and user-friendly interface for determination of axial load capacity of concrete filled elliptical steel tube columns
Yazar: ZEKİ AKKURT
Danışman: DOÇ. DR. KASIM MERMERDAŞ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ SÜLEYMAN İPEK
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Eksenel yük = Axial load ; Kolon = Colon ; Matematiksel modeller = Mathematical models ; Yapay sinir ağları = Artificial neural networks ; Çelik tüpler = Steel tubes

Özet:
Kompozit kolonlar yüksek mukavemetli ve sünek yapı elemanlarıdırlar. İnşaat mühendisliği uygulamalarında günden güne kompozit kolonların kullanım alanı artmaktadır. Eliptik kesitli kompozit kolonlarla ilgili yapılmış çalışmaların çok fazla olmamasından dolayı bu konuya önem vermenin gerekliliği anlaşılmaktadır. Bu çalışmada, eksenel yük altındaki eliptik kesitli beton dolgulu çelik tüp kolonların (EKK) tasarımı için matematiksel model ve kullanıcı dostu arayüz geliştirmek amaçlanmıştır. Bunun için yapay sinir ağları (YSA), genetik algoritma tabanlı gen ifade programlama (GİP) ve çoklu doğrusal regresyon kullanılarak yeni formüller oluşturmak amaçlanmıştır. Bu amaçla, güncel literatürden derlenen 124 adet veri örneği kullanılmıştır. Model tahmininde kullanmak üzere girdi parametreleri; asal eksen çapı (2a), yedek eksen çapı (2b), çelik tüp cidar kalınlığı (t), beton basınç dayanımı (fc) ve çelik akma dayanımı (fy) kullanılmıştır. Çıktı parametresi için eksenel yük (Nu) kullanılmıştır. Model tahmini için Genexprotools 5.0 programı, Matlab R2016a programı ve Minitab 18 programları kullanılmıştır. Kullanıcı dostu arayüz geliştirmek için de Excel programı kullanılmıştır. GİP programında 124 adet veri örneklerinden 92 adedi eğitim, 32 adedi ise doğrulama için kullanılmıştır. YSA modellemesi için 124 adet deneysel veri örneğinin 86 adedi eğitim, 19 adedi doğrulama ve 19 adedi ise test için kullanılmıştır. Tahmini eksenel yükü program ile elde etmek için belirleyicilik katsayısı (R2) ve ortalama mutlak yüzde hata (MAPE) değerleri, her programın sonunda ayrı ayrı tespit edilmiştir. GİP programında, matematiksel fonksiyonlar ve ifade ağacı sayılarıyla denemeler yapılarak birbirinden farklı 30 analiz sonucuna varılmıştır. Bu 30 analiz sonucu içinden en uygun analizi bulmak için eğitim ve doğrulama setlerinin, en yüksek R2 ve en düşük MAPE değerlerine bakılmıştır. Bu değerler eğitim ve doğrulama setleri sonuçları sırasıyla 0.98 ve 0.95 olarak tespit edilirken, MAPE değerleri % 7.7 ve % 16.6 olarak elde edilmiştir. YSA da en iyi model tahmini için R2 değeri 0.996 ve MAPE değerleri ortalama %3.1 elde edilmiştir. Çoklu doğrusal regresyonda R2 değeri 0.92 ve MAPE değerleri ortalama % 15.86 elde edilmiştir. Üç program sonucunda eksenel yük kapasitelerinin belirlenmesinde kullanılmak üzere formüller bulunmuştur. Ayrıca bu formüllerin karmaşıklığından kurtulup, eksenel yük pratik bulmak için Excel programıyla bir arayüz oluşturulmuştur.

Abstract:
Composite columns are high strength and ductile structural elements. The utilization of composite columns has an increasing tendency day by day in civil engineering applications. Since there have been few studies on composite columns with elliptical cross-section, it is understood that it is necessary to give importance to the issue. In this study, it is aimed to develop a mathematical model and userfriendly interface for the design of elliptical concretefilled steel tube columns (ECC) under axial load. For this, it is aimed to create new formulas using artificial neural networks (ANN), genetic algorithm-based gene expression programming (GİP) and multiple linear regression. For this purpose, 124 data samples compiled from the current literature were used. Input parameters to use in model estimation; principal axis diameter (2a), auxiliary axis diameter (2b), steel tube wall thickness (t), concrete compressive strength (fc) and steel yield strength (fy) were used. For the output parameter, ultimate axial strength (Nu) is used. For model estimation, Genexprotools 5.0 program, Matlab R2016a program and Minitab 18 programs were used. Excel program was used to develop a userfriendly interface. In the GİP program, 92 of 124 data samples were used for training and 32 for validation. For ANN modeling, 86 of 124 experimental data samples were used for training, 19 for validation and 19 for testing. In order to obtain the estimated final axial strength with the program, the coefficient of determination (R2) and mean absolute percent error (MAPE) values were determined separately at the end of each program. In the GİP program, 30 different analysis results were obtained by experimenting with mathematical functions and expression tree numbers. In order to find the most appropriate analysis among these 30 analysis results, the highest R2 and lowest MAPE values of the training and validation sets were examined. While these values were determined as 0.98 and 0.95 in the training and validation sets results, respectively, MAPE values were obtained as %7.7 and %16.6. For the best model estimation in ANN, R2 value was 0.996 and MAPE values averaged % 3.1. In multiple linear regression (MLR), the R2 value was 0.92 and the MAPE value was % 15.86 on average. As a result of the three programs, formulas were found to be used in determining the axial load capacities. In addition, an interface has been created with the Excel program to get rid of the complexity of these formulas and find the final axial strength practical.