Kohezyonsuz zeminlerdeki temellerin güvenilirliğe dayalı tasarım optimizasyonu ve sığ temellerin deprem yükleri altında güvenilirlik analizi
Reliability based design optimization of foundations and reliability based design of shallow foundations considering earthquake loading in cohesionless soils
Yazar: ERHAN TEKİN
Danışman: DOÇ. DR. SAMİ OĞUZHAN AKBAŞ ; PROF. DR. NAİL ÜNSAL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Fore kazık = Bored pile ; Genetik algoritmalar = Genetic algorithms ; Güvenilirlik = Reliability ; Optimizasyon = Optimization ; Sığ temeller = Shallow foundations ; Yapay sinir ağları = Artificial neural networks

Özet:
Bu tezde, kohezyonsuz zeminlerdeki sığ temel ve fore kazıkların güvenilirliğe dayalı tasarım optimizasyonu ve sığ temellerin deprem yükleri etkisinde güvenilirliğe dayalı tasarımı araştırılmıştır. Geoteknik analiz parametreleri tanımlanarak aldıkları tipik değerler ve birbirleriyle olan ilişkileri irdelenmiştir. Nihai ve hizmet verebilirlik sınır denge için geleneksel taşıma gücü ve oturma tahmin yöntemleri araştırılmıştır. Geleneksel taşıma gücü ve oturma tahmin yöntemlerinin sınırlı başarısı karşısında yapay sinir ağları (YSA) ile yeni taşıma gücü ve oturma yöntemleri geliştirilmiştir. Güvenilirliğe dayalı tasarım için gerekli olan istatistiksel bilgiler sunularak birinci derece güvenilirlik ve Monte Carlo benzetim yöntemleri açıklanmıştır. Geoteknik değişkenlerin tipik belirsizliklerini saptamak için literatür araştırması yapılmıştır. Güvenilirliğe dayalı tasarımın temel amacı hedef güvenilirlik indeksi sağlanana kadar yük ve dayanım faktörlerini kalibre etmektir. Bu doğrultuda deprem yükleri etkisindeki sığ temellerin güvenilirliğe dayalı tasarım kalibrasyonu için yük ve dayanım faktörlerine dayanan tasarım biçimi seçilmiştir. ULS hedef güvenilirlik indeksi 2.3 için deprem yükleri etkisindeki sığ temellerin birinci derece güvenilirlik yöntemi ile direnç faktörleri hesaplanmıştır.Sığ temellerin basınç ve deprem, fore kazıkların ise basınç ve çekme yükleri etkisinde deterministik optimizasyonu yapılmıştır. Güvenilirliğe dayalı tasarım optimizasyonu için yük, dayanım katsayıları (LRFRBDO) ve genetik algoritma (GABRO) olmak üzere iki yöntem kullanılmıştır. Güvenilirliğe dayalı tasarım optimizasyonu çalışmaları, basınç ve deprem yükleri etkisindeki sığ temeller için LRFRBDO ve GABRO, basınç ve çekme yükleri etkisindeki fore kazıklar için LRFRBDO yöntemleriyle gerçekleştirilmiştir. Optimizasyona dayalı tasarımda elastisite modülü, efektif içsel sürtünme açısı, düşey yük, birim hacim ağırlık, güvenlik katsayısı, izin verilen maksimum deplasman ve birim fiyat değişkenlerinin maliyet üzerindeki hassasiyet çalışması yapılmıştır. Deterministik ve güvenilirliğe dayalı tasarım optimizasyonu sonuçları karşılaştırılmıştır.

Abstract:
In this thesis, reliability based design optimization of shallow foundations, drilled shafts and reliability based design of shallow foundations considering earthquake loading in cohesionless soils were studied. Defining geotechnical analysis parameters, typical values of them were summarized and relationship between each other was investigated. Traditional bearing capacity and settlement methods were examined for ultimate limit state and serviceability limit state. Considering the limited success of traditional bearing capacity and settlement methods new bearing capacity and settlement methods were developed with artificial neural networks. Presenting statistical background information which is necessary for reliability-based design, First Order Reliability and Monte Carlo simulation methods were explained. Literature survey was conducted to determine typical uncertainties of geotehnical variables. The basic aim of reliability based design is to calibrate the load and resistance factors in some simplified design formats until a selected target reliability index is achieved. In this aspect, The Load and Resistance Factor Design format was selected to calibrate shallow foundations under seismic loading. For ultimate limit state, choosing target reliability index of 2.3, resistance factors were evaluated using first-order reliability method considering shallow foundations subjected to seismic loads.Deterministic optimization of shallow foundations subjected to compression, seismic loading and drilled shafts subjected to uplift, compression loading were carried out. Realibility based design optimization studies were investigated using load resistance factor design (LRFRBDO) and genetic algorithm (GABRO). Relibility based design optimization of shallow foundations subjected to compression, seismic loading were studied using LRFRBDO, GABRO and drilled shafts subjected to compression, uplift loading were computed using LRFRBDO. In optimization based design, sensitivity study was carried out by considering effects of elastic modulus, effective internal friction angle, vertical load, unit weight of soil, factor of safety, maximum allowawed displacement, and unit price variables on the construction cost. Deterministic and reliability based design optimization results were compared.