Optimum design of reinforced concrete cantilever retaining walls

Abstract

Mühendislik tasarımlarında, güvenlik koşullarını sağlayacak en düşük maliyete sahip sonuçların elde edilmesi amaçlanmaktadır. Ancak güvenlik koşullarını sağlayan seçenekler içerisinde en düşük maliyetli çözüm, tasarımcının tecrübeli olması durumunda dahi bulunamayabilir. Özellikle mekanik özellikleri ve birim fiyatları birbirinden oldukça farklı iki malzemenin kullanıldığı betonarme yapıların tasarımında bu amacın gerçekleşmesi daha zor olabilir. Bu çalışma kapsamında statik ve dinamik yükler etkisindeki konsol tipi betonarme istinat duvarlarının en uygun (optimum) tasarımın elde edilmesi amacıyla metasezgisel algoritmalardan "Öğretme-öğrenme tabanlı optimizasyon" (ÖÖTO) algoritmasını temel alan bir yöntem önerilmiştir. Optimizasyon sürecinde istinat duvarı stabilitesi (devrilme, kayma ve zemin gerilmesi), kesit kapasiteleri (eğilme momenti, kesme kuvveti) ve betonarme tasarım kurallarını içeren 29 kontrol yapılmıştır. Optimizasyon işleminde 5'i duvar kesiti 12'si betonarme tasarımı ile ilgili olmak üzere toplam 17 değişken kullanılmıştır. İstinat duvarlarının boyutlandırmasında, TS 7994 (Zemin Dayanma Yapıları; Sınıflandırma, Özellikleri ve Projelendirme Esasları) kuralları göz önünde bulundurulmuştur. Betonarme tasarımında ise yürürlükteki ilgili yönetmelikler olan TS 500 (Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları) ve DBYBHY (Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik) kuralları uygulanmıştır. Çalışmada önerilen yöntem ile elde edilen sonuçlar mevcut yöntemler ile karşılaştırılmış ve yöntemin konsol tipi betonarme istinat duvarlarının optimum tasarımının bulunmasında uygun olduğu görülmüştür.The aim of engineering designs is to obtain results with minimum cost that will provide safety conditions. But the most economical design ensuring security conditions may not be found within the options, even the designer is experienced. Especially in the design of reinforced concrete (RC) structures that consist from two materials with very different mechanical properties and unit costs, it may be more difficult to achieve this purpose. In this study, a methodology based on teaching-learning-based optimization (TLBO) was proposed for optimum design of RC cantilever retaining wall under the static and dynamic loads. During the optimization process, 29 design constraints including retaining wall stabilities (overturning, sliding and soil stress), section capacities (flexure and shear) and RC design rules are checked. In the optimization problem, totally 17 design variables (5 of them related to cross-section dimension and 12 of them related to RC design) are used. In the sizing of retaining wall, the rules of the TS 7994 (Soil Retaining Structures; Properties and Guidelines for Design) are considered. In the RC design, the requirements of the relevant regulations; TS 500 (Requirements for Design and Construction of Reinforced Concrete Structures) and DBYBHY (Specification for Buildings to be Built in Seismic Zones) are considered. The results obtained by the proposed method were compared with the existin...