Kutu kesitli köprülerin sezgisel algoritmalar ile optimum tasarımı
Optimum design of box girder bridges with metaheuristic algorithms
Yazar: OZAN İNCE
Danışman: PROF. DR. MEHMET ÜLKER
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Kompozitler = Composites ; Optimum tasarım = Optimum design ; Sezgisel algoritmalar = Heuristic algorithms

Özet:
Kompozit yapı sistemleri beton ve çelik malzemesinin avantajlarını birleştirerek ekonomik ve güvenli çözümler sunan sistemlerdir. Kompozit kutu kesitli köprüler dikdörtgen veya trapez şeklindeki kutu kesitli çelik kirişlerden ve betonarme döşemeden oluşan köprü sistemleridir. Kompozit kutu kesitli köprülerin güvenli, ekonomik ve estetik olmaları gibi avantajları bu köprü tipinin tez çalışması için seçilmesinde etkili olmuştur.
Optimizasyon problemlerinin çözülmesinde uygun optimizasyon tekniğinin seçilmesi önemli bir husustur. Yapı sistemleri genellikle büyük ve karmaşık problemler olmakla birlikte çok fazla çözüm seçeneği bulunması nedeniyle bu problemlerde çok fazla yerel minimum noktası bulunmaktadır. En uygun tasarım için tüm minimum noktaları içerisinden global minimum noktasının seçilmesi gerekmektedir. Sezgisel algoritma yöntemlerinin yerel minimum noktalarına takılmadan global minimum noktasına ulaşması ve bu yöntemler ile problemlerin hızlı ve kolay olarak çözülebilmesi sezgisel algoritma yöntemlerinin avantajlarındandır.
Bu tez çalışması kapsamında doğrusal betonarme-çelik kompozit kutu kesitli farklı açıklığa sahip 6 adet köprünün optimum tasarımı yapılmıştır. Optimum tasarım işlemi yapılmadan önce köprülerin sonlu elmanlar modeli ile tasarımı yapılarak köprülere etki eden maksimum yüklemeler elde edilmiştir. Bu köprülerin dört farklı sezgisel algoritma yöntemi (Yapay Arı Koloni Algoritması, Armoni Arama Algoritması, Parçacık Sürü Optimizasyonu ve Gri Kurt Optimizasyonu) ile optimum tasarımı yapılmıştır. Optimum tasarım probleminde kullanılan çelik malzeme miktarının minimum tutulması hedeflenmektedir. Tasarımda en uygun değer bulunurken, amaç fonksiyonunun gerilme, sehim ve geometrik sınırlayıcıları sağlaması gerekmektedir. Klasik tasarım ve optimum tasarım yöntemlerinin karşılaştırılması amacıyla üç açıklı bir köprü tasarlanarak çelik malzemesinden elde edilen tasarruf miktarı belirlenmiştir.

Abstract:
Composite systems offer economical and safe solutions by combining the advantages of concrete and steel materials. Composite box girder bridges are systems consisting of rectangular or trapezoidal box girder steel beams and reinforced concrete slabs. The advantages of composite box girder bridges such as being safe, economical and aesthetic are effective in choosing this bridge type for the thesis study.
Choosing the appropriate optimization technique is a very important issue in solving optimization problems. Building systems are often large and complex problems, and also there are so many solution options, therefore these problems have too many local minimum points. For the most appropriate design, the global minimum point must be selected from among all minimum points. It is one of the advantages of metaheuristic algorithm methods that the metaheuristic algorithm methods reach the global minimum point without getting stuck in the local minimum points and that the problems can be solved quickly and easily with these methods.
In this thesis, optimum design of 6 reinforced concrete-steel composite box-girder bridges with different spans was made. Before the optimum design process, the bridges were designed with the finite element model and the maximum loads affecting the bridges were obtained. Optimum design of these bridges was made with four different metaheuristic algorithm methods (Artificial Bee Colony Algorithm, Harmony Search Algorithm, Particle Swarm Optimization and Grey Wolf Optimization). In the optimum design problem, it is aimed to keep the amount of steel material used to minimum. While finding the optimum value in the design, the objective function must satisfy the stress, deflection and geometric constraints. In order to compare the classical design and optimum design methods, a three-span bridge was designed and the amount of savings obtained from the steel material was determined.