Mühendislik yapılarında hasar tespiti ve uzun süreli yapı sağlığı izlemesi için geliştirilen mühendislik yazılımları
Development of engineering softwares for damage detection and long-term structural health monitoring of engineering structures
Yazar: FATİH YESEVİ OKUR
Danışman: PROF. DR. AHMET CAN ALTUNIŞIK
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu tez çalışması kapsamında, mühendislik yapılarının mevcut durumlarının belirlenmesi, yapı sağlığının izlenmesi için birbirleriyle etkileşimli çalışabilecek mühendislik yazılımları ve yenilikçi metodolojilerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, mühendislik yapılarının dinamik karakteristiklerinin belirlenmesi amacıyla Dynamic Modal yazılımı, sonlu eleman model ile deneysel model arasındaki farkların minimuma indirgenmesi için otomatik sonlu eleman model güncelleme yapabilen Dynamic Update yazılımı ve uzun süreli Yapı Sağlığı İzleme amacıyla Web Tabanlı Yapı Sağlığı İzleme Platformu geliştirilmiştir. Web Tabanlı Yapı Sağlığı İzleme Platformu'nda gerçek zamanlı frekans takibi metodolojisi ve derin öğrenme tabanlı anormallik tespiti metodolojisi geliştirilmiştir. Ayrıca, çevresel faktörlerden kaynaklı yapıdan elde edilen belirsizliklerin Bayes Sinir Ağları kullanılarak güven aralığının belirlenmesi amaçlanmıştır.
Bu çalışma dört ana bölümden oluşmaktadır. İlk bölüm, konu ile ilgili yapılan literatür araştırmasını, yapı sağlığı izleme ve sonlu eleman model güncellemesinde en sık kullanılan yöntemlere ait teorik formülasyonları içermektedir. İkinci bölümde, geliştirilen yazılımlar ve metodolojiler hakkında bilgiler verilmektedir. Ayrıca yazılımların ve metodolojilerin verimliliklerini doğrulamak amacıyla deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalarda Dynamic Modal yazılımı için bir laboratuvar çalışması ve dört farklı mühendislik yapısında arazi çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Dynamic Update yazılımı için ise laboratuvar ortamındaki üretilmiş baraj modeli üzerinde çalışma gerçekleştirilmiştir. Web Tabanlı Yapı Sağlığı İzleme Platformu'nda ise Z24 Köprüsü üzerinde doğrulama çalışmaları gerçekleştirilerek altı farklı mühendislik yapısı üzerinde arazi çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Çalışmalardan elde edilen sonuçlar literatür ve ticari yazılımlar ile karşılaştırılarak irdelenmiştir. Çalışmanın son bölümünde elde edilen sonuçlar ayrıntılı olarak değerlendirilmekte ve bundan sonra yapılması düşünülen çalışmalar için öneriler sunulmaktadır.

Abstract:
In this thesis, it is aimed to develop engineering software and innovative methodologies that can work interactively with each other to determine the status of engineering structures and to monitor the health of the structures. For this purpose, Dynamic Modal software has been developed to determine the dynamic characteristics of engineering structures. Dynamic Update software that can automatically update the finite element model (FEM) to minimize the differences between the FEM and the experimental model. Also, Web Based Structural Health Monitoring Platform has been developed for long-term Structural Health Monitoring. Real-time frequency tracking methodology and deep learning-based anomaly detection methodology were developed in the Web Based Structural Health Monitoring Platform. In addition, it is aimed to determine the confidence interval of the uncertainties obtained from the structure caused by environmental factors by using Bayesian Neural Networks.
This study consists of four main parts. The first part includes the literature research on the subject, the theoretical formulations in structural health monitoring and FEM updating. In the second part, information about the developed software and methodologies is given. In addition, experimental studies were carried out to verify the efficiency of the software and methodologies. In experimental studies, a laboratory study in Dynamic Modal software and field studies in four different engineering structures were carried out. For the Dynamic Update software, a study was carried out on the dam model produced in the laboratory environment. On the Web-Based Structural Health Monitoring Platform, verification studies were carried out on the Z24 Bridge and field studies were carried out on six different engineering structures. The results obtained from the studies were examined by comparing them with the literature and commercial software. In the last part of the study, the results obtained are evaluated in detail and suggestions for future studies are presented.