Zemin yapı dinamik etkileşiminin yapay sinir ağları ile analizi

Abstract

ÖZET: Kelimeler:Yapay sinir ağları, sonlu elemanlar metodu, zcnıın yapı dinamik etkileşimi, direkt metot, sınır şartları Bu çalışmada yapı zemin etkileşim problemlerinin hesaplanmasında, son yıllarda mühendislik alanında geniş bir uygulama alanı bulmuş olan yapay sinir ağları kullanılmıştır Kompleks ve doğrusal olmayan bağıntıların modellenmesindc son derece uygun sonuçlar vermesi, problemin birtakım kabuller yapılmadan gerçek yapı davranış verilen ile modellenebilmesi, sonuçların çok kısa bir sürede elde edilebilmesi, bulunan sonuçların çoğu zaman tatmin edici bir düzeyde olması gibi özellikler, yapay sinir ağlarını sayısal analiz problemlerinin çözümünde alternatif bir hesap yöntemi haline getirmektedir Zemin, yapı ve temel sisteminin dinamik davranışı direkt ve altyapılara ayırma metodu ile incelenebilmektedir. Zemin ortamının yarı sonsuz bir ortam olması nedeni ile sonsuza uzanan zemin belirli yerlerden kesilerek zemin yapı sistemi modellenmektedır. Zemin ve yapı siteminin birlikte modellendiği metoda literatürde Direkt Metot adı verilmektedir. Bu metotla zemin belirli bir uzaklıktan kesilmekte ve kesim noktalarındaki sınırlar kaynaktan saçılan dalgaların yapay sınırlara çarparak bir kısmının tekrar ortama yansıması gibi bir duruma neden olmaktadır. Bunun engellenmesi için viskoz sınır şarlan, sonsuz elemanlar ve sınır elemanlar gibi yöntemler kullanılmaktadır. Viskoz sınır şartının kullanılması durumunda gerçeğe yakın sonuçlar elde edebilmek için ele alınan zemin onamı çok küçük elemanlara bölünmekte ve kesim noktaları yapıdan oldukça uzakta seçilmek zorunda kalınmaktadır. Doğrusal olmayan çözümleme yapılabilmesi, zemine gömülü olma etkisinin kolaylıkla dikkate alınabilmesi ve zaman ve frekansa bağlı çözümlerin elde edilebilmesi vb. birçok nedenden dolayı mühendislik uygulamalarında direkt metot sıklıkla kullanılmaktadır. Bu çalışmada, direkt metot kullanılarak deprem etkisindeki binaların dinamik zemin-yapı etkileşimi probleminin Yapay Sinir Ağlarına (YSA) ile çözümü amaçlanmıştır. Çözümler SAP 2000 V7.4 paket programı ile elde edilmiş ve YSA modelleri kurulurken geri yayılma algoritması kullanılmıştır Farklı zemin özellikleri ve yerel zemin kalınlıklarının, yapı davranışı üzerindeki etkisi araştırılarak eğitim ve test setinin hazırlanmasında değişik kayma dalgası hızı ve kalınlığa sahip zeminler üzerindeki farklı yükseklik/genişlik oranlarına sahip bina çözümlerinden faydalanılmıştır. Zemin özellikleri, yerel zemin kalınlığı ve bina kat sayıları değiştirilerek analizler yapılmış ve binaların son kat yatay yer değiştirme, ivme ve periyot değerlerinin zemin özellikleri ile değişimi grafikler halinde sunularak, sonuçlar değerlendirilmiştir YSA kullanılarak yapılan zemin yapı etkileşim analizlerinde modelleme ve analiz aşamasında yapılan kabullerin minimize edildiği, çözüm süresin oldukça kısaldığı ve YSA’nın zemin- yapı etkileşim problemlerinin çözümünde çok iyi bir performans gösterdiği görülmüştür. Ayrıca yapının depremde aldığı kuvvetleri gösteren taban kesme kuvvetlerinin ve rezonans etkisinin değişik zemin ve tabaka kalınlıklarında nasıl değiştiği tablolar halinde sunulmuştur.

Keywords: Artificial neural networks, finite element method, dynamic soil structure interaction, dircct method, boundary conditions.In this study, Artificial Neural Networks (ANN) is used in the analysis of soil structure interaction problems which has been widely applied to engineering problems recently. ANN has been an efficient tool because ofthe follovving advantages listcd bclow: ANN givcs very good results in the modeling of complex and nonlinear relations, The problem can be modelled by the actual structural bclıavior data vvithout making any assumptions. The results can be obtained quite fast and economically. The results obtained are satisfactory in general. There are basically two methods dcaling with soil structure interaction problems: the Direct Method, and the Substructure Method. In the Direct method, the region ofthe soil containing the structure is modeled up to the artificial boundary. The latter must be introduced as it is impossible to cover the unbounded soil domain with a finite number of clcments with bounded dimensions. Approximate boundary conditions are introduced so as to represent the semi-infinite half-space. Besides modeling the soil’s stiffness up to infinity, refleetions of the outwardly propagating waves on the artificial boundary should bc avoided. Thcreforc methods like viscous boundary conditions, infinite elements and boundary elements are used to avoid this situation. To obtain realistic results in the casc of viscous boundary conditions, the soil medium is divided into infinitesimal elements and the soil-structure interface is chosen far away from the structure. İn this study the application of ANN to the solution of dynamic soil structure interaction problems for struetures under seismic loads by using direct method is aimed. İn the constnıction of ANN models the back propagatioıı algorithm is used. The examples used for the training and verification ofthe quality ofthe approximation of the set of data are prepared by SAP2000 package program and are comparcd with ANN results.