BİLDİRİ DETAY

Alper Aldemir
BETON AĞIRLIK BARAJLARIN SİSMİK ÖZELLİKLERİNE FARKLI REZERVUAR MODELLEME TEKNİKLERİNİN ETKİSİ
 
Giriş: Milenyumun başında ivme kazanan baraj ve hidroelektrik santral inşası aslında değişen dünya düzeninin getirdiği enerji ve su ihtiyacının sosyo-ekonomik yansımasıdır. Teknoloji seviyesindeki artış, son yıllarda insanlığın daha önce hiç tanık olmadığı derecede enerji tüketimine neden olmuştur. Bu enerji ihtiyacı, küresel ısınma tehdidi nedeniyle toplumları sürdürülebilir enerji kaynaklarına yönlendirmiştir. Barajlar, sürdürülebilir enerji kaynaklarının en öne çıkan tiplerinden birisidir. Bu yapılar doğaları gereği enerji üretimi için yüksek debi ve/veya yüksek cazibeye sahip kaynaklar oluşturmak için tasarlanmaktadır. Bu nedenle tasarım aşamasında, rezervuardaki suyun etkileşimin doğru bir şekilde modellenmesi gerekmektedir. Bilindiği üzere, baraj gövdesi-rezervuar etkileşimi yapının sismik davranışını doğrudan etkilemektedir. Literatürde rezervuar suyunun sismik etkileşimini modellemek için üç farklı metot mevcuttur, i- Westergaard (1933: 418-433) ek kütlesi, ii- Lagrange akışkan elemanları (Fluid79) ve iii- Euler akışkan elemanları (Fluid29). Bu modelleme tekniklerinin barajların sismik özelliklerine etkisi incelenmelidir. Amaç: Bu çalışmada rezervuar modelleme tekniklerinin beton ağırlık barajların sismik özelliklerine etkisi incelenmiştir. Kapsam: Yapılan bu araştırmada, altı farklı beton ağırlık baraj kesitinin üç farklı rezervuar modelleme tekniği kullanılarak numerik modelleri oluşturulmuştur. Çalışma kapsamında seçilen bu altı farklı kesit; kısa, orta yüksekliğe sahip ve yüksek barajları tarif etmesi için üç farklı yükseklik (50m, 100m ve 150m) kullanılarak modellenmiştir. Kısacası toplamda 54 adet farklı baraj modeli elde edilmiştir. Oluşturulan baraj gövde modellerinin sismik özellikleri belirlenmiştir. Böylece farklı rezervuar modelleme tekniklerinin sismik davranış tahmininde yol açtığı farklılıklar incelenmiştir. Çalışmada hem rezervuar-baraj hem de zemin-baraj etkileşimlerini dikkate alan sonlu eleman modelleri kullanılmıştır. Sınırlıklar: Çalışmada, iki boyutlu modeller kullanıldığından vadi geometrisinden kaynaklı etkiler dikkate alınmamıştır. Yöntem: Çalışmada sınanacak kesitlere sahip baraj geometrileri çok amaçlı sonlu eleman programı ANSYS (v17.1)’de oluşturulmuştur. Modellerde baraj gövdesi ve zemin kabuk elemanlarıyla rezervuar ise Lagrange veya Euler formülasyonuna sahip akışkan elemanlar kullanılarak modellenmiştir. Tüm modellerde zemin etkileşimin doğru bir şekilde göz önünde bulundurmak için Sevim vd. (2011: 295-303) tarafından önerildiği üzere baraj yüksekliğinin üç katı kadar derinlik ve genişliğe kadar uzatılmıştır. Euler formülasyonuna sahip akışkan elemanlar içeren numerik modellerde serbestlik dereceleri arasındaki uyumsuzluğu gidermek için yapısal elemanlara bağlı akışkan elemanlarda basınç ve deplasman serbestlik dereceleri kullanılırken diğer akışkan elemanlarda sadece basınç serbestlik derecesi kullanılmıştır. Bu durum simetrik olmayan rijitlik matrisine sebep olmaktadır. Ayrıca rezervuardaki geri yansımaları engellemek için rezervuarın sonundaki akışkan elemanlar için içsel sürtünme değeri maksimum olarak alınmıştır. Lagrange formülasyonuna sahip akışkan eleman kullanılan modellerde, kabuk elemanlarına komşu akışkan elemanlar normal yönde eşit deplasman sağlayan kısıtlamalar (constraint) tanımlanarak modellenmiştir. Son olarak Westergaard (1933) ek kütleli modellerde ise baraj memba yüzeyindeki düğüm noktalarına birer adet ek kütle tanımlanmıştır. Bu ek kütleler eğimli memba yüzeye sahip modellerde Kuo (1982) uyarınca iki yönlü kütle tanımlanarak verilmiştir. Bulgular: Gerçekleştirilen numerik modeller sonucunda Westergaard ek kütlesi ve Lagrange formülasyonuna sahip akışkan elemanlı modeller Euler akışkan elemanlı modellere göre sırasıyla ortalama %4,5 ve %24,8’lik farklar yaratmıştır. Bu hata oranları ikinci ve üçüncü periyotlar için oldukça büyük bir artış göstererek her iki modelleme tekniği için %50’lere kadar çıkmaktadır. Ayrıca, hata oranlarının seçilen kesit tipine bağımlı olmadığı gözlemlenmiştir. Son olarak artan baraj yüksekliğiyle yüksek mod etkilerinin tahmin edilme doğruluk payının düşmekte olduğu gözlemlenmiştir. Sonuç: Bu çalışmada rezervuar modelleme tekniklerinin periyot tahminine etkisi irdelenmiştir. Çalışmada gerçekleştirilen analizler sonucunda Westergaard (1933) ek kütlesinin Kuo (1982) metodu kullanılarak modellere yansıtıldığı durumlarda hâkim periyodun oldukça iyi bir şekilde tahmin edildiği gözlemlenmiştir. Fakat, bu metot yüksek mod etkilerini doğruluk payı oldukça düşük bir şekilde tahmin edebilmektedir. Bu nedenle bu metodun spektrum analizinde veya zaman tanım alanında gerçekleştirilen analizlerde kullanılması sonuçları olumsuz etkileyeceği tespit edilmiştir. Lagrange formülasyonuna sahip akışkan elemanlar ise hâkim mod da dâhil olmak üzere hiçbir modu istenilen kesinlikle tahmin edemediği tespit edilmiştir. Bu nedenle bu tip elemanların baraj modellerinde kullanılması önerilmemektedir.

Anahtar Kelimeler: Beton Ağırlık Barajlar, Modal Analiz, Rezervuar Modelleme Teknikleri



 


Keywords: