Beton ağırlık barajlarda baraj-su-zemin etkileşiminin statik ve dinamik analizde değerlendirilmesi

Abstract

ÖZET Bu çalışmada beton ağırlık barajların statik ve dinamik analizi; baraj -su-zemin etkileşimi ortak bir matematik model içinde tanımlanıp sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak yapılmıştır. İki boyutlu sonlu eleman modeli oluşturulurken kullanılan malzemelerin lineer elastik olduğu kabul edilerek, baraj gövdesine ilave olarak barajın tabanında 242 m uzunluğun da 48 m derinliğinde bir zemin hacmi dikkate alınmıştır. Bu titreşen zemin hacmi için ayrıca parametrik çalışmada yapılmıştır. Westergaard tarafından geliştirilen barajlara etkiyen hidrodinamik su etkisi, tekil kütlelere çevrilerek menba yüzündeki su ile temas eden düğüm noktaları kütlelerine eklenmiştir. Çalışma sekiz asıl bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde, çalışmanın ana hatları, ikinci bölümde beton ağırlık barajların projelendirilmesinde genel değerlendirmeler hakkında bilgi verilmektedir, üçüncü bölümde, beton ağırlık barajların statik ve dinamik analizinin teorik incelenmesinden bahsedilmekte, dördüncü bölümde ise sonlu elemanlar ve kayma kirişi yöntemleri hakkında bilgi verilmektedir. Beşinci bölümde beton ağırlık barajların statik analizi sonlu elemanlar yöntemi ile baraj dolu-temel eğilebilir, baraj dolu-temel ankastre, baraj boş- temel eğilebilir, baraj boş-temel ankastre durumlarına göre yapılmıştır. Altıncı bölümde beton ağırlık barajların dinamik analizi sonlu elemanlar yöntemi ile baraj dolu-temel eğilebilir, baraj dolu-temel ankastre, baraj boş-temel eğilebilir, baraj boş-temel ankastre durumlarına göre yapılmıştır. Ayrıca baraj temeli ankastre kabul edilerek barajın dolu ve boş olma sı durumlarına göre kayma kirişi yöntemiylede dinamik analiz yapılmıştır. Yedinci bölümde ise statik ve dinamik analiz sonuçları karşılaştırılmaktadır. Dinamik analizde, 1940 El-Centro depremi kuzey-güney bileşeninin 0.33 g maksimum yer ivmesi alınarak Housner tarafından geliştirilen ortalama ivme spektrumu kullanılmıştır. Çalışmanın bütününden çıkarılan sonuçlar sekizinci bölümde özetlenmektedir. vıı

SUMMARY In this study, the dam-water- foundation interaction has been described in a joint mathematical model. The static and dynamic analysis of the concrete gravity dams has been carried out by the finite element method. It was assumed that, materials were linear elastic. Foundation of the dam which 242 meters in length and 48 meters in depth has been considered. The effect of co-vibrating soil mass on the natural frequences has been studied. In the added mass approach, effects of fluid on the dynamic properties of the structure are modelled as an apparent mass of fluid which is added to the mass of structure. The structure is therefore solved without the fluid, but the structural mass matrix is modified to include the added mass due to the fluid. The study is mainly consisted of eight chapters. In the first chapter, outlines of the study are summarized. In the second chapter, general considerations in designing concrete gravity dams are given. In the third chapter, theoretical investigation of the static and dynamic analysis of the concrete gravity dams is presented. In the fourth chapter, a general information about finite element and shear beam methods are given. In the fifth chapter, static analysis of the concrete gravity dams has been carried out by the finite element method for the following cases: full dam-flexible foundation, full dam- fixed foundation, empty dam-flexible foundation and empty dam- fixed foundation. In the sixth chapter, the dynamic analysis of the concrete gravity dams has been carried out by the finite element method for the following cases: full dam-flexible foundation, full dam- fixed foundation, empty dam-flexible foundation and empty dam-fixed foundation. Additionally, the dynamic analysis of the concrete gravity dams has been carried out using shear beam method, assuming that foundation is fixed. This analysis is perfomed for both full and empty dam cases. In the seventh chapter, results of static and dynamic analysis have been compared. In the dynamic analysis, taking into account the 0.33 g maximum ground accelaration of north-south component of El-Centro Eathquake, in 1940; the design spectrum developed by Housner has been considered. The results obtained from these studies are summarized in the eight chapter. Vlll