Sıvı-yapı etkileşim sistemlerinin Lagrange yaklaşımıyla stokastik dinamik analizi

Abstract

Bu çalışmada, sıvı-yapı etkileşim sistemlerinin Lagrange yaklaşımına dayalı stokastik dinamik davranışının incelenmesi amaçlanmaktadır. Bu doğrultuda sıvı ve sıvı-yapı sistemlerinin stokastik dinamik analizini yapmak amacıyla Lagrange yaklaşımına dayalı değişken düğüm noktalı iki boyutlu izoparametrik sıvı sonlu eleman formülasyonu FORTRAN programlama dilinde kodlanmıştır. Kodlanan bu alt program yapı sistemlerinin stokastik dinamik analizini yapan STOCAL programına dahil edilerek STOCALF olarak adlandırılmıştır. Sıvı-yapı sistemlerinin stokastik dinamik davranışlarının elde edildiği bu doktora tezi dört ana bölümden oluşmaktadır. ?lk bölüm, konuyla ilgili yapılan literatür araştırmasını ve sıvı-yapı sistemlerinin Lagrange yaklaşımına dayalı deterministik ve stokastik dinamik analiz formülasyonlarını içermektedir. ?kinci bölümde, geliştirilen bilgisayar programı tanıtılmış, frekansların kontrolü için bir rijit sıvı tankı sonlu elemanlar yöntemiyle modellenerek modal analizi yapılmıştır. Ayrıca örnek bir sıvı-yapı etkileşim sistemi modellenip, stokastik ve deterministik dinamik analizleri gerçekleştirilerek karşılaştırmalar yapılmıştır. Kullanılan sıvı-yapı etkileşim sistemlerinin sonlu eleman modelleri ve seçilen deprem kaydı hakkında bilgi verilmiştir. ?kinci bölümde yapılan kontroller ışığında üçüncü bölümde barajlar üzerine çeşitli uygulamalar yapılmıştır. Bu bölümde örnek bir baraj seçilerek, baraj-rezervuar ve baraj-zemin-rezervuar etkileşim sistemlerinin stokastik dinamik analizleri gerçekleştirilmiş; davranışların ortalama maksimum değerleri, oluşma frekansları ve yığışımlı olasılık dağılım fonksiyonları elde edilmiştir. Bu bölümde çeşitli parametrik çalışmalar da yapılmıştır. Dördüncü bölümde bu çalışmadan çıkan sonuçlar ayrıntılı olarak değerlendirilmiştir. Çalışma sonucunda sıvı-yapı etkileşim sistemlerinin davranışlarının belirlenmesinde yer hareketinin stokastik özelliğinin dikkate alınması gerektiği vurgulanmıştır. Anahtar Kelimeler : Lagrange Yaklaşımı, Sıvı-Yapı Etkileşimi, Beton Ağırlık Baraj, Baraj-Rezervuar-Temel Etkileşimi, Stokastik Dinamik Analiz, Sonlu Eleman Yöntemi

In this study it is aimed to perform the stochastic dynamic analysis of fluid and fluid-structure systems by using the Lagrangian approach. For that reason, variable-number-nodes two-dimensional isoparametric fluid finite elements are programmed in FORTRAN language and incorporated into a general-purpose computer program for stochastic dynamic analysis of structure systems, STOCAL, and named as STOCALF. This Ph.D. thesis in which stochastic dynamic responses of fluid-structure systems are obtained consists of four main chapters. First chapter consists of literature investigation about the subject. Formulations of deterministic and stochastic dynamic analyses of fluid-structure interaction systems by Lagrangian approach are given. In the second chapter, developed computer program is introduced. For control of the frequencies, modal analysis of a rigid fluid tank which is modelled by finite element method is performed. Also, a fluid-structure interaction system is modelled as an example. Stochastic and deterministic dynamic analyses of fluid-structure interaction system are realized and comparisons are made. Informations about the finite element models of the interaction systems and earthquake motion which is chosen are given. In the third chapter, a sample dam is chosen; stochastic dynamic analysis of dam-reservoir and dam-reservoir-foundation interaction systems are performed. Mean of maximum values, frequency of occurence values of the responses and cumulative distribution functions are obtained. Also various parametric studies are performed. In the fourth chapter, conclusions derived from this study are evaluated in details. At the end of the study it is underlined that the stochasticity of the earthquake motion must be taken into account to determine the responses of the fluid-structure interaction systems. Keywords: Lagrangian Approach, Fluid-Structure Interaction, Concrete Gravity Dam, Dam-Reservoir-Foundation Interaction Systems, Stochastic Dynamic Analysis, Finite Element Method