Dikdörtgen kesitli su depolarının sonlu elemanlar yöntemiyle depo-sıvı-zemin etkileşimini dikkate alarak analitik yöntemlerle karşılaştırmalı deprem hesabı

Abstract

ÖZET Yapım ve fonksiyonları yönünden özelik arzeden sıvı depolarının da depreme dayanımlı olarak yapılmaları gerektiği açıktır. Oysa, teknik literatürden bu tür özel mühendislik yapılarının depremden dolayı kabul sınırlarının ötesinde hasar gördüğü, hatta bir çoğunun yıkılarak önemli derecede mal ve can kaybına neden olduğu da bilinen bir gerçektir. Bu durum, bunların deprem emniyetlerinin çağdaş yönetmeliklerde öngörülen düzeyde olmadığını göstermektedir. Bu sonuç, yapım aşamalarında gerekli özenin gösterilmiş olması durumunda, projelendirilmelerinde kullanılan hesap yöntemlerine atfedileb ilmektedir. Bu çalışmanın temel amacı, dikdörtgen kesitli sıvı depolarının, Lagrange'cı yaklaşımla seçilen sıvı eleman kullanan, sonlu elemanlar yöntemiyle depo-sıvı-zemin etkileşimlerini de dikkate alarak analitik yöntemlerle karşılaştırılmalı olarak dinamik davranışlarım incelemekten ibarettir. Bu amaçla gerçekleştirilen çalışma yedi asıl ve beş ek bölümden oluşmaktadır. Birinci bölüm genel bilgiler bölümü olup, ikinci bölümde ilk aşamada depo duvarlarına etkiyen hidrodinamik basınçların analitik yöntemlerle hesabı konusunda bir sentez çalışması verilmekte, ikinci aşamada depoların pratik deprem hesabı üzerinde durularak çeşitli depo karakteristikleri için Graham-Rodriguez, Housner ve Hunt- Priestley yöntemleriyle elde edilen sonuçlar irdelenmekte, üçüncü aşamada sonlu elemanlar yöntemi için bazı bilgilerin verilmesinden sonra, bu yöntemle depo-sıvı etkileşimini de dikkate almak suretiyle deprem hesabı için kullanılan, Westergaard'in kütle ekleme yöntemiyle birlikte Evler ve Lagrange yaklaşımları verilerek depo-zemin etkileşimini de dikkate alan çözümlerin bilgisayarla gerçekleştirilmesi üzerinde durulmakta, dördüncü aşamada ise yedi farklı sayısal uygulama ve bu uygulamalardan elde edilen bulguların karşılaştırılması verilmektedir. Üçüncü bölümde Lagrange yaklaşımıyla seçilen üç boyutlu sıvı elemanın, çeşitli özeliklere sahip depolar üzerinde ikinci bölümde yapılan sayısal uygulama sonuçlarına göre, etkinliği incelenmektedir. Çalışmanın bütününden çıkartılan sonuçlar ve öneriler dördüncü bölümde özetlenmekte ve bu son bölümü kaynaklar listesi ve beş ek bölüm izlemektedir. Elde edilen sonuçlar, Lagrange yaklaşımıyla seçilen üç boyutlu sıvı elemanının depo- sıvı-zemin etkileşimini de dikkate almak suretiyle, dikdörtgen depoların statik ve dinamik hesaplarında, bu konudaki mevcut analitik yöntemlerle karşılaştırıldığında, başarıyla kullanılabileceğini ortaya koymuş bulunmaktadır. Anahtar Kelimeler: Dikdörtgen Depo, Deprem Hesabı, Analitik Yöntemler, Sonlu Elemanlar Yöntemi, Lagrange'cı Yaklaşım, Sıvı Eleman, Depo-Sıvı-Zemin Etkileşimi VIII

EARTHQUAKE ANALYSIS OF RECTANGULAR WATER TANKS CONSIDERING LIQUID-STRUCTURE-SOIL INTERACTION USING FINITE ELEMENT METHOD BY COMPARING WITH ANALYTICAL METHODS SUMMARY It is known that liquid storage tanks which are special for construction and functions must be constructed well to be resistant against earthquakes. However, from technical literature these kinds of special engineering structures are damaged due to earthquakes beyond the accepted limits, and many of them collapsed. Due to this reason, many lives are lost. The situation shows that safety of them in an earthquake is not in the same level requested by codes. These results are attributed to the methods used in the design provided that necessary attention is given during the construction. The main purpose of this study is to analyze the dynamic behaviour of rectangular liquid storage tanks considering liquid-structure-soil interaction with finite elemant method using fluid elements chosen by Lagrangian approach by comparing them with analytical methods. This study made for this purpose consists of seven chapters and five appendices. Introductory information is presented in Chapter 1. In Chapter 2, firstly, the determination of hydrodynamic pressures acting on tank walls by analytical methods are presented, secondly, practical earthquake analysis of tanks are presented, and the results obtained by Graham-Rodriguez, by Housner and by Hunt-Priestley methods are interpreted for different tank characteristics, thirdly, after the introductory information on the finite element analysis is given, Westergaard's added mass, Eulerian and Lagrangian approaches are presented for the earthquake analysis by the finite element method considering fluid-tank interaction. Than some information about obtaining the results using computers by considering soil-tank interaction is presented, finely, seven different numerical examples and comparasion of results of these examples are given. In Chapter 3, effectiveness of three dimensional Lagrangian fluid element is evaluated on examples which are given in Chapter 2. Conclusion drawn from the study are presented, and some recommandations for future studies are made in Chapter 4. This chapter followed by list of references and five appendices. Results drawn from this study show that three dimensional Lagrangian fluid finite element can be use succesfully in the static and dynamic analysis of rectangular tanks, considering soil-tank-fluid interaction when compared with the results of analytical methods. Key Words: Rectangular Tanks, Earthquake Analysis, Analytical Methods, Finite Element Method, Lagrangian Approach, Fluid Element, Liquid-Structure-Soil Interaction IX