Strut and tie modeling of reinforced concrete structures with dual-system optimization
Çift sistemli optimizasyon ile betonarme yapılarda çubuk benzeşimi yöntemi
- Tez No: 938903
- Danışmanlar: PROF. DR. KAĞAN TUNCAY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, İnşaat Mühendisliği, Engineering Sciences, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 183
Özet
Çubuk benzeşimi yöntemi (STM), betonarme yapı elemanlarının donatı tasarımında yaygın olarak kullanılan kritik bir yöntem olarak kabul edilmektedir. Optimum donatı tasarımlarının gerçekleştirilmesindeki en önemli ilk adım, Çubuk geometrisinin oluşturulmasıdır. Bu konuda yapılan çok sayıda çalışma, çubuk benzeşimi yönteminin topoloji optimizasyonunu, ya sürekli ortam modelleri ya da kafes sistemleri kullanarak incelemiştir. Bu çalışmada ise, sürekli ortam modeli (özellikle sonlu eleman modeli) ve kafes sistemi (birbirine geçen çubuk elemanlardan oluşan bir model) olmak üzere iki modeli birleştiren yenilikçi bir çift modelleme yaklaşımı önerilmektedir. Önerilen yaklaşımın ilk aşamasında, her iki model için de iç kuvvetler ve gerilmeler esas alınarak bir eleman çıkarma algoritması uygulanmaktadır. Ardından, iki sistemin sergilediği dış enerji eşdeğerliği kullanılarak kafes sisteminin elastisite modüllerinde değişiklikler yapılmaktadır. Daha spesifik olarak, sürekli ortam modelindeki her bir sonlu eleman için, aynı bölgede bulunan çubuk elemanların ortalama elastisite modülü kullanılarak elastisite modülü güncellenmektedir. Benzer şekilde, kafes sistem modelindeki her bir çubuk eleman için, karşılık gelen bölgedeki çubuk elemanların ortalama elastisite modülü dikkate alınarak elastisite modülü ayarlanmaktadır. Bu iteratif süreç, toplam iç enerjinin toplamı ile belirlenen yakınsama sağlanana kadar devam etmektedir. Önerilen yaklaşımın doğruluğunu ve etkinliğini değerlendirmek amacıyla, literatürde en yaygın şekilde çalışılmış 20 tasarım örneği üzerinde kapsamlı bir uygulama gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, hesaplanan donatıların yeterliliğini doğrulamak için doğrusal olmayan sonlu eleman analizleri yapılmıştır. Bu analizler, yöntemin dayanıklılığına ve inşaat mühendisliği alanındaki pratik uygulamalar için uygunluğuna ilişkin ek kanıtlar sunmaktadır. Çalışma ayrıca, çubuk benzeşim yönteminin diğer yöntemlere kıyasla daha verimli ve ekonomik sonuçlar sağladığını ortaya koymaktadır. Bu durum, mühendislerin daha güvenli ve maliyet açısından daha etkili yapısal tasarımlar oluşturmasını mümkün kılmaktadır. Geliştirilen yöntem, esnekliği ve doğruluğu ile dikkat çekmekte olup karmaşık yapıların tasarımında uygulanabilirliğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Strut-and-tie modeling (STM) is widely recognized as a practical design method employed for reinforced concrete structural elements. The first step in conducting reinforcement designs lies in the establishment of the strut-and-tie geometry. Numerous studies have investigated the topology optimization of STMs, utilizing either continuum models or lattice networks. In this study, a novel dual modeling approach is proposed, combining two models, namely the continuum model (specifically, a finite element model) and the lattice network (comprising overlapping truss elements). The first phase of the proposed approach involves the application of an element removal algorithm based on internal forces and stresses, implemented for both lattice and continuum systems. Subsequently, by exploiting the external energy equivalency exhibited by the two systems, modifications are made to the elasticity moduli of the lattice network. More precisely, for each finite element present in the continuum model, the elasticity modulus is updated utilizing the average elasticity moduli of the truss elements located within the same region. In a similar manner, for each truss element in the lattice network model, the elasticity modulus is adjusted based on the average elasticity moduli of the truss elements in the corresponding region. This iterative process continues until total internal energy change between consequent iterations is less than a threshold value. To evaluate the accuracy and efficacy of the proposed approach, a comprehensive demonstration is conducted employing the 20 most extensively studied design examples documented in the literature. Additionally, validation studies are performed through nonlinear finite element analyses to verify the adequacy of the calculated reinforcements. These analyses serve as further evidence of the approach's robustness and suitability for practical application within the field of civil engineering. The study demonstrates that strut-and-tie modeling provides efficient and economical results. This enables engineers to create safer and more cost-effective structural designs. The developed method is notable for its flexibility and accuracy, making it applicable to a wide range of structural elements.
Benzer Tezler
- Derin betonarme kirişlerin elastik ötesi davranışının modellenmesi
Modeling of inelastic behavior of deep reinforced concrete beams
GÖKHAN KARAMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
İnşaat MühendisliğiMunzur Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ERKAN POLAT
- Mevcut bir yapının deprem güvenliği ve güçlendirilmesi ile birinci titreşim periyoduna bölme duvarı ve perde mesned koşullarının etkisi
Assessment and strengthening of an existing structure and fundamental period affected by partioning walls and different boundary conditions of added shear walls
NURETTİN HASAN YEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiYapı Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. H. FARUK KARADOĞAN
- The effect of coupling ratio on nonlinear behavior of coupled shear walls
Bağ kiriş katkı oranının boşluklu perdelerin doğrusal olmayan davranışına etkisi
AHMET EMRE TOPRAK
Doktora
İngilizce
2015
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA GÜLTEN GÜLAY
YRD. DOÇ. DR. İHSAN ENGİN BAL
- Evaluating the shear behavior of reinforced concrete deep beams without shear reinforcement using strut and tie model
Kesme donatısı olmayan betonarme derin kirişlerin kesme davranışının kafes ve kiriş modeli kullanılarak değerlendirilmesi
ROZELİN EKŞİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
İnşaat MühendisliğiEuropean University of Lefkeİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SHAHRAM DEROGAR
- Betonarme kısa konsollar için tasarım modellerinin karşılaştırmalı analizi
Comparative analysis of design models for reinforced concrete corbels
MAHMUT İSLAM YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
İnşaat MühendisliğiKocaeli Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HİLAL MEYDANLI ATALAY