Betonarme kirişlerin optimum tasarımında maliyet-süneklik ilişkisinin metasezgisel algoritmalarla incelenmesi

Bu çalışmada, tek ve çift donatılı betonarme dikdörtgen kiriş kesitlerinin minimum maliyetli optimum tasarımları hedeflenmiş ve bu tasarımların süneklik düzeyleri incelenmiştir. Bu amaçla, tasarım eğilme momenti, kiriş genişliği ve beton sınıfı gibi parametreleri içeren 36 problemden oluşan üç farklı problem seti oluşturulmuştur. TS500 ve TBDY 2018 yönetmeliklerine uygun olarak tanımlanan kısıtlar altında maliyetin minimizasyonunu hedefleyen optimizasyon süreci, metasezgisel Rao-1, Rao-2 ve Rao-3 algoritmaları ile yürütülmüştür. Optimum kesitlerin süneklikleri ise eğrilik süneklik katsayısı kullanılarak değerlendirilmiştir. Sonuçlar, tasarım parametrelerinin süneklik ve maliyet üzerindeki etkilerini nicel olarak ortaya koymuştur. Elde edilen bulgulara göre, tasarım eğilme momentindeki artış sünekliği olumsuz etkilerken, basınç donatısı oranının %20’den %100’e çıkarılması bu etkiyi dengeleyerek süneklik katsayısında ortalama %81 oranında bir iyileşme sağlamıştır. Benzer şekilde, beton dayanım sınıfının C30/37’den C50/60’a yükseltilmesi, maliyeti yalnızca ortalama %3 oranında artırmasına karşın, kesit sünekliğinde ortalama %58 seviyesinde belirgin bir artışa neden olmuştur. Ayrıca, kiriş genişliğinin 300 mm’den 500 mm’ye çıkarılması, sünekliği yaklaşık %57 oranında artırarak, süneklikte etkili bir parametre olarak karşımıza çıkmıştır. İstatistiksel analizler sonucunda, Rao-1 algoritmasının diğer varyasyonlara (Rao-2 ve Rao-3) kıyasla daha kararlı ve minimum maliyetli çözümlere ulaştığı tespit edilmiştir. Bu çalışma, Rao algoritmalarını bu alanda ilk kez uygulaması ve optimum tasarımların sünekliklerini sistematik olarak analiz etmesiyle literatüre özgün bir katkı sunmaktadır.

In this study, the minimum-cost optimum designs of singly and doubly reinforced concrete rectangular beam sections were targeted, and the ductility levels of these designs were investigated. For this purpose, three different problem sets consisting of 36 problems were created, considering various parameters such as design bending moment, beam width, and concrete class. The optimization process, which aimed at cost minimization under the constraints defined according to TS500 and TBDY 2018 regulations, was conducted using the metaheuristic Rao-1, Rao-2, and Rao-3 algorithms. The ductility of the obtained optimum sections was evaluated using the curvature ductility factor. The results quantitatively demonstrate the effects of design parameters on ductility and cost. According to the findings, while an increase in the design bending moment negatively affects ductility, increasing the compression reinforcement ratio from 20% to 100% compensates for this adverse effect, providing an average improvement of 81% in the ductility coefficient. Similarly, upgrading the concrete strength class from C30/37 to C50/60 resulted in a significant increase of approximately 58% in section ductility, while increasing the cost by only 3% on average. Furthermore, increasing the beam width from 300 mm to 500 mm increased ductility by approximately 57%, highlighting it as an influential parameter on ductility. Statistical analyses determined that the Rao-1 algorithm achieves more stable and lower-cost solutions compared to its other variations (Rao-2 and Rao-3). This study makes an original contribution to the literature by being the first to apply Rao algorithms to this problem and by systematically analyzing the ductility of optimum designs.