Arc Dam-reservoir interaction modeling and application to Karakaya Dam

Abstract

Bu tezde, deprem etkisiyle kemer baraj-resrvuar sistemlerinde yapı-su etkileşimini incelemiştir. Bu amaçla sonlu elemanlar metodu (SEM) ve karşıtlıklı sınır elemanları metodu (KSEM) kullanılarak 3 -boyutlu bir hibrid nümerik model geliştirmiştir. SEM kemer baraj gövdesinde, KSEM ise reservuarın modellenmesinde kullanılmıştır. Baraj reservuarı taban geometrisinin ve tabanın sönümleme etkisinin hissedildiği sonlu uzunluktaki bir hacim ve enerji radyasyonu etkisiyle sönümlemenin etkili olduğu uniform kesitli sonsuz bir hacim olarak iki parçada ele alınmıştır. Sonlu hacim için 3-boyutlu KSEM kullanılmıştır. Sonsuz hacimde, düşey düzlemde 2-boyutlu KSEM kullanılırken reservuar aksı yönünde analitik bir ifadeden yararlanılmıştır. Geliştirilen modelle, istenen geometrideki 3-boyutlu kemer baraj- reservuar sistemlerinin depreme tepkisi elde edilebilmektedir. Model baraj ve reservuarın depreme tepkilerinin ayrı ayrı hesaplanmasına olanak sağladığı gibi etkileşimlerinin de incelenmesine olanak sağlamaktadır. Model sonuçlarının doğruluğunun araştırılması ise literatürde mevcut olan basitleştirilmiş geometrideki baraj -reservuar sistemleri için elde edilen analitik model sonuçları kullanılarak yapılmıştır. Ayrıca modelin SEM ile geliştirilen kısımlarının sonuçlan SAPIV programı sonuçlan ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmalar sonucunda modelin doğruluğu gösterilmiştir. Model Karakaya Barajı ve reservuarına uygulanmıştır. Sistemin rezervuar aksına paralel veya dik yönlerde uygulanan bir depreme tepkisinin, yapı-su etkileşimi, taban geometrisi ve taban sönümlemesi ile değişimi incelenmiştir. Model sonuçları baraj gövdesi üzerinde detaylı hidrodinamik basınç ve kuvvet dağılımları olarak sunulmuştur.

An effective analytical model based on the hybrid FEM-DRBEM scheme has been developed to study the fluid-structure interaction and earthquake response of arch dam- reservoir systems. Applying the substructure technique, the finite element method is utilized to model dam structure and the dual reciprocity method is used to model the reservoir domain. Considering the bottom absorption effects, the reservoir domain is idealized as a finite region of irregular geometry adjacent to an infinite domain of uniform cross section. The three- dimensional dual reciprocity method is applied to model the finite domain of the reservoir. The uniform infinite domain is modeled by applying two-dimensional eigenvalue analysis based on the dual reciprocity formulations over the uniform cross section combined with a continuum expression in the upstream direction. Based on the model, a computer code has been developed to calculate the seismic response of a three-dimensional dam-reservoir system of arbitrary geometry to upstream-downstream, cross-stream and vertical harmonic ground motion. The model is verified by comparing the hydrodynamic response of a three- dimensional rectangular reservoir with that from the analytical formulation existing in the literature. The model was applied to investigate the hydrodynamic and structural response of the Karakaya dam-reservoir system. The effects of arch dam-reservoir interaction, the reservoir geometry and the reservoir boundary bottom absorption on the hydrodynamic and structural responses are studied