Bina ve köprü tipi yapılarda pasif yapısal kontrol sistemlerin sezgisel algoritmalar ile optimizasyonu

Abstract

Depreme dayanıklı yapı tasarımı için son dönemde pasif kontrol sistemleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle pasif kontrol sistemleri ile sismik performansı artırılan yapılar amaçları sebebiyle hassas cihazlar içeriyorsa, depremin oluşturduğu titreşimlerden ayrıca korunmalıdır. Servis hizmetlerinde bir aksama oluşmaması gereken binaların ve köprülerin pasif kontrol sistemlerinin tasarımları oldukça hassas yapılmalıdır. Çalışma kapsamında bu hassas analizleri yapmak için doğadan esinlenilmiş 5 farklı sezgisel algoritma kullanılmıştır. Öncelikle sismik izolasyonlu binalar ve köprülerdeki optimum sismik izolasyon parametrelerin bulunması için, karga arama algoritması (CSA), balina algoritması (WOA) ve gri kurt algoritması (GWO) kullanılmıştır. Bu kapsamda, sismik izolasyonlu bir kayma çerçevesi modeli ve köprü ayağı modeli ele alınmıştır. Amaç, izolatör deplasman limitlerinin aşılmadan en düşük tepe/üstyapı ivmesini veren izolasyon sisteminin belirlenmesidir. Çalışmanın sonraki bölümünde viskoz sönümlü duvarlarının optimum yerleşimi için sezgisel algoritmalar kullanılmıştır. Viskoz sönüm duvarlarının doğru yapı açıklıklarına yerleşimindeki hassasiyet yapı sismik performansını doğrudan etkilemektedir. Bu sebeple viskoz sönüm duvarlarını yapıda en uygun pozisyonlara yerleştirerek en az sayıda viskoz sönüm duvarı kullanmak için yarasa algoritması (BA) ve yusufçuk algoritmasından (DA) yararlanılmıştır. Viskoz sönüm duvarı optimizasyonunda kat ivmeleri ve göreli kat ötelemeleri limit olarak belirlenmiştir. Optimizasyon işlemleri için Matlab programı, yapısal analiz için ise SAP2000 ve Etabs programları kullanılmıştır. İki programın ortak çalışması için açık uygulama programlama arayüzünden (OAPI) yararlanılmıştır. Yapısal analizler zaman tanım alanında yakın ve uzak saha etkilere sahip gerçek deprem kayıtları kullanılarak doğrusal ve doğrusal olmayan yöntemlerle yapılmıştır. Sezgisel algoritmalar kullanarak önerilen yöntemlerle optimum sismik izolasyon parametreleri ve minimum viskoz sönüm duvarı için optimum pozisyonlar belirlenmiştir

Passive control systems are widely used for earthquake resistant structure design. Passive control systems, not only to improve the seismic performance of structural systems but also to protect the vibration-sensitive equipment. The design of passive control systems in buildings and bridges should be made elaborately to avoid any interruption in their service. In this study, 5 different nature-inspired metaheuristic algorithms were used to perform such sensitive design for passive control systems. Firstly, crow search algorithm (CSA), whale algorithm (WOA) and grey wolf algorithm (GWO) were employed to find the optimum isolation parameters of seismic isolated building and bridge substructure. In this context, the analytical model of a seismic isolated shear frame model and bridge substructure were developed. The aim is to obtain isolation system parameters that result the minimum roof / superstructure acceleration without exceeding the predefined isolator displacement and isolation damping limits. Metaheuristic algorithms were used for the optimal positions of viscous wall dampers in the next section. The number of viscous wall dampers, as well as their positions in the building, spans directly affects its seismic performance. Bat algorithm (BA) and dragonfly algorithm (DA) were adopted to achieve the minimum number of viscous wall dampers by placing the viscous wall dampers in the most suitable positions of the building. Floor accelerations and inter-story drift ratios were used as limits for the optimization of viscous wall dampers. The Matlab program was used for optimization operations together with the SAP2000 or Etabs program for structural analysis. The open application-programming interface (OAPI) was employed for the two programs to work together. Time history analyses were conducted using recorded near- and far-fault earthquake ground motions by linear and nonlinear methods. Optimum seismic isolation parameters and optimum positions for minimum number of viscous wall dampers were determined by using metaheuristic search algorithms.