Asinkronize yer hareketi etkisindeki baraj-rezervuar-temel sistemlerinin dinamik davranışı

Abstract

Bu çalışmada, asinkronize yer hareketi etkisindeki baraj-rezervuar-temel sistemlerinin dinamik davranışının belirlenmesi amaçlanmaktadır. Bunun için Lagrange yaklaşımı ile iki boyutlu değişken düğüm noktalı katı ve sıvı sonlu elemanlar alt programlar halinde Fortran 77 bilgisayar dilinde kodlanmaktadır. Söz konusu alt programlar yapı sistemlerinin asinkronize dinamik analizini yapan MULSAP programına dahil edilmekte ve MULSAP programı sıvı-yapı sistemleri için geliştirilerek baraj-rezervuar-temel sistemlerinin asinkronize dinamik analizlerinde kullanılmaktadır. Ayrıca, MULSAP programının sonsuz hız durumuna karşılık gelen çözümlerini karşılaştırmak amacıyla yukarıda bahsedilen alt programlar klasik dinamik analiz yapan SAP IV programına da dahil edilmektedir. Asinkronize yer hareketi etkisindeki baraj-rezervuar-temel sistemlerinin dinamik davranışı konusundaki bu doktara çalışması beş bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde, konunun öneminden, uniform ve asinkronize yer hareketi dikkate alınarak barajlarla ilgili daha önce yapılmış çalışmalardan ve çalışmanın kapsamından bahsedilmektedir. İkinci bölümde, önce sıvı sistemlerinin davranışı ile ilgili yerdeğiştirmelere dayalı (Lagrange yaklaşımı) temel bağıntılar ve bu bağıntılardan faydalanılarak elde edilen sıvı sistemlerinin sonlu eleman formulasyonu, daha sonra ise asinkronize yer hareketi etkisindeki sıvı-yapı sistemlerinin sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak Lagrange yaklaşımı ile dinamik formulasyonu verilmektedir. Sıvı sisteminin sonlu eleman formülasyonunda sıvının sıkışabilirliği ve sıvı yüzey salınım hareketi dikkate alınmaktadır. Üçüncü bölümde, kuvvetli yer hareketi ivme kayıtlarının eksen düzeltilmesi ve integrasyonu ile ilgili formülasyonlar ve sözkonusu formülasyonlar kullanılarak değişik ivme kayıtlan için yapılmış sayısal uygulamalar sunulmaktadır. Dördüncü bölümde, ikinci bölümde verilen forrnülasyonun uygulanması amacıyla örnek bir beton ağırlık baraj seçilmekte ve bu barajla ilgili veriler kullanılarak baraj-rezervuar-temel sisteminin önce modal analizi, daha sonra değişik dalga yayılma hızlan için yer hareketinin yatay ve düşey bileşenlerine göre asinkronize dinamik analizi yapılmaktadır. Modal analiz kısmında; Evler ve Lagrange çözümleri, SAP IV ve MULSAP çözümleri, baraj temelinin kütleli ve kütlesiz çözümleri ve boş ve dolu baraj çözümleri karşılaştırılarak, baraj-rezervuar-temel sisteminin ilk 30 mod şekli verilmektedir. Asinkronize dinamik analiz kısmında; yatay ve düşey yer hareketi için zemin deplasmanlarının şekil vektörleri (r vektörleri) hesaplanmakta, MULSAP programının sonsuz hız durumuna karşılık gelen sonuçlan SAP IV programı sonuçlarıyla karşılaştırılmakta ve asinkronize yatay ve düşey yer hareketinin gerilme ve hidrodinamik basınçların frekans içerikleri ve genlikleri üzerindeki etkisi araştırılmaktadır. Dördüncü bölümde ayrıca, asinkronize yatay yer hareketi durumunda yer hareketi yerdeğiştirmesinin, rezervuann, baraj temelinin kütleli ve kütlesiz olmasının sonuçlar üzerindeki etkisi de incelenmektedir. Beşinci bölümde bu çalışmanın tümünden çıkartılan sonuçlar ve öneriler ayrıntılı olarak verilmektedir. In this work, determining the dynamic response of dam-reservoir-foundation systems subjected to asynchronous ground motion is aimed. In order to do this, two dimensional variable nodded solid and fluid finite elements based on Lagrangian approach are coded as subprograms in the programming language Fortran 77. These subprograms are incorporated into the program MULSAP that does the asynchronous dynamic analysis of structure systems, and the program MULSAP, being developed for fluid-solid systems, is used in the asynchronous dynamic analyses of dam-reservoir-foundation systems. In addition, to compare the solutions the infinite velocity case of the program MULSAP, the above mentioned subprograms are incorporated into the program SAP IV which does classical dynamic analysis. This PhD work on the subject of the dynamic response of dam-reservoir-foundation systems subjected to asynchronous ground motion consists of five chapters. In the first chapter, the importance of the matter, the previous works related to dams considering uniform and asynchronous ground motion, and the scope of the work are mentioned. In the second chapter, first the basic relations based on the displacements (Lagrangian approach) related with the behaviour of fluid systems, and profiting by these relations, the finite element formulation of fluid systems is obtained; then the dynamic formulation of fluid-solid systems subjected to asynchronous ground motion is given. In the finite element formulations of fluid systems the compressibility of the fluid, and fluid surface sloshing motions are taken into consideration. In the third chapter, the formulations related to the base-line correction and integration of the acceleration records of strong ground motion, and using these formulations the numeric applications done for various acceleration records are presented. In the fourth chapter, a sample concrete gravity dam is considered for the application of the formulation given in Chapter 2, and using the data relating to this dam, first modal analysis and then asynchronous dynamic analysis, for various wave propagation velocities, of the dam- reservoir-foundation systems is done. In modal analysis section; Eulerian and Lagrangian solutions, SAP IV and MULSAP solutions, the solutions of foundation with and without mass, and full and empty dam solutions are compared, and the first 30 mode shapes of the dam- reservoir-foundation system are given. In the asynchronous dynamic analysis section; for horizontal and vertical ground motion the ground displacements shapes vectors (r vectors) are computed, the results of the program MULSAP corresponding infinite velocity case are compared with the results of the program SAP IV, and the effect of the asynchronous horizontal and vertical ground motion on the frequency contents and amplitudes of stresses and hydrodynamic pressures is investigated. In the fourth chapter also the effects of the ground displacements, the reservoir, and the foundation with and without mass on the results are examined. In the fifth chapter the conclusions drawn from this whole work and the recommendations are given in detail.