Sıvı Depolarının Statik ve Dinamik Hesapları

Transkript

1 Sıvı Depolarının Statik ve Dinamik Hesapları Bu konuda yapmış olduğumuz yayınlardan derlenen ön bilgiler ve bunların listesi aşağıda sunulmaktadır. Bu başlık altında depoların pratik hesaplarına ilişkin bilgiler verilmektedir. Yapı-sıvı ve yapı-zemin etkileşimine ilişkin çalışmalar ilgili oldukları kısımlarda verilmektedir. Ön Bilgiler Depolar zemine göre konumlarına bağlı olarak; gömme, yerüstü ve ayaklı depolar olarak, geometrisine göre ise; dairesel (silindirik), dikdörtgen vb. depolar olarak sınıflandırılmaktadır. Depoların deprem davranışları da zemine göre konumlarına ve plandaki şekillerine göre değişmektedir. Sıvı depolarının bir kısmı Dünyanın değişik bölgelerinde meydana gelen depremlerde hasar görmüş ya da yıkılmıştır. Depremlerde sıvı depolarının hasar görmesi ya da yıkılması; içme ve kullanım sularının temin edilememesi, çıkan yangınların kontrol edilememesi, halk ve çevre sağlığı açısından tehlikeli sıvıların etrafa yayılması gibi istenmeyen olaylara sebep olabilmektedir. Hatta deprem sonucunda çıkan yangınların kontrol edilememesi ve tehlikeli sıvıların etrafa yayılması gibi olaylar bazen çok önemli boyutlarda can ve mal kaybına neden olabilmektedir. Bu depremlere 1906 San Francisco, 1995 Kobe ve 1999 Düzce Depremleri örnek olarak verilebilir. Sıvı tutucu yapıların deprem davranışlarını incelemeye yardımcı olabilecek dinamik karakteristiklerini belirlemeye yönelik çalışmaların başlangıcı 1880 lere kadar uzanmaktadır. Doğrudan deprem davranışlarını belirlemeye yönelik çalışmalar ise Hindistan'daki KOYNA Barajının yıkılmasından sonra Westergaard tarafından başlatılmış ve ilk makale 1931 de yayınlanmıştır. Bu çalışmadan sonra sıvı tutucu yapıların deprem davranışlarını belirlemeye yönelik çok sayıda araştırma yapılmış olup halen de devam etmektedir. Bu çalışmanın başlıca amacı sıvı depolarının deprem davranışı ile ilgili çalışmaların bir sentezini sunmak ve pratik olanlarla ilgili bağıntıları vererek pratikte çalışan mühendislere yardımcı olmaktır. Yerüstü depolarının deprem hesapları, genellikle zemini dikkate almadan deponun zemine ankastre oturduğu kabulüyle yapılmaktadır. Gömme depoların deprem hesabının yerüstü depolarının hesabından farkı bunların hesabında diğer etkilere ilave olarak dinamik zemin basıncının da dikkate alınması gereğidir. İstinat duvarları ya da gömme depo duvarları gibi yapısal elemanlara deprem sırasında etkiyecek dinamik basınçların belirlenmesi için bir çok ülke yönetmeliğinde Mononobe-Okabe yöntemi önerilmektedir. Ülkemizde de yürürlüğe giren Deprem Yönetmeliğinde de bu yöntem önerilmektedir. Gömme depoların tamamını dikkate alarak deprem davranışlarını belirlemeye yönelik olarak yapılan çalışmaların sayısı oldukça azdır. HİDRODİNAMİK BASINCIN ANALİTİK YÖNTEMLERLE HESABI Hidrodinamik basınçları belirlemek amacıyla geliştirilen yöntemler ve dikkate aldıkları basınç bileşkesi ile gerekli bağıntılar Tablo 1 de verilmektedir. Bu tabloda h sıvı yüksekliğini, l deprem doğrultusundaki sıvı uzunluğunun yarısını, a m maksimum yer ivmesini, z sıvı yüzeyinden itibaren derinliği, ρ sıvı birim kütlesini göstermektedir.

2 16 Nisan 2008, Carsamba Sıvı etkisindeki bir duvara etkiyebilecek statik ve dinamik basınçların sıvı derinliği boyunca değişimleri aşağıdaki şekilde görülmektedir. DEPOLARIN PRATİK DEPREM HESABI Hidrodinamik basınç dağılımlarının meydana getirdikleri etkileri, eşdeğer kütleler yardımıyla belirlemek amacıyla 1950 lerden itibaren aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi kütle-yay modellemesi kullanılmaktadır. Bu yaklaşımda önce sözkonusu eşdeğer kütleler ile bunların ağırlık merkezlerinin tabandan itibaren yükseklikleri, daha sonra bunların maksimum yer ivmesi ya da spektrum ivmesiyle çarpılması suretiyle hidrodinamik basınç

3 kuvvetleri hesaplanmaktadır. Bu basınç kuvvetlerinin bilinmesi halinde depo taban-duvar ayrıtlarındaki eğilme momentleri ve depo tabanı-zemin ara yüzeyindeki devirici moment kolaylıkla belirlenebilmektedir. Housner yöntemiyle kütle yay modellemesi kullanılarak pratik deprem hesabı akış şeması dikdörtgen ve dairesel depolar için sırasıyla aşağıdaki şekillerde verilmektedir. Bu şekillerden görüldüğü gibi salınım basınçları için salınım kütleleri S a spektrum ivmesiyle, impuls basıncı ise impuls kütlesinin maksimum yer ivmesiyle çarpılması suretiyle belirlenmektedir. Bu şekilde M e eğilme momentini, M d devirici momenti, h i impuls kütlesi (m i ) etkime yüksekliğini, h o salınım kütlesi (m o ) etkime yüksekliğini, m t ve m a toplam ve atıl kütleyi,d maksimum dalga yüksekliğini, P i,p o ve P a sırasıyla, impuls salınım ve atıl kütleden kaynaklanan basınç kuvvetini göstermektedir. Şekil. Dikdörtgen Depoların Housner Yöntemiyle Pratik Deprem Hesabı

4 Şekil. Silindirik Depoların Housner Yöntemiyle Pratik Deprem Hesabı Çalışmalarda kullanılan bazı modeller

5 Bu konuda yapılan çalışmalardan başlıcaları Livaoğlu R, Doğangün A, (2005), Seismic evaluation of fluid- elevated tankfoundation/soil systems in frequency domain, Structural Engineering and Mechanics, vol:21,1, Doğangün A, Livaoğlu R, (2004), Hydrodynamic pressures acting on the walls of rectangular fluid containers, Structural Engineering and Mechanics, vol:17,2, Livaoğlu R, Doğangün A, (2004), A simple seismic analysis procedure for fluidelevated tank-foundation/soil systems, Sixth International Conference on Advances in Civil Engineering (ACE 2004), İstanbul,Turkey, Doğangün A, Livaoğlu R, (2003), Farklı taşıyıcı sisteme sahip ayaklı depoların zemin sınıflarına göre dinamik davranışlarının irdelenmesi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, cilt:7, sayı:3, sayfa: Doğangün A, Ayvaz Y, Durmuş A, (1997), Farklı ayaklara sahip su depolarının deprem davranışları, Türkiye İnşaat Mühendisliği 14. Teknik Kongresi, İzmir, Bildiriler Kitabı, Doğangün A, Durmuş A, Ayvaz Y, (1997), Earthquake analysis of flexible rectangular tanks using the Lagrangian fluid finite element, European Journal of Mechanics-A/Solids, vol:16, 1, Doğangün A, Durmuş A, Ayvaz Y, (1996), Static and dynamic analysis of rectangular tanks by using the Lagrangian fluid finite element, Computers & Structures, vol:59, Durmuş A, Doğangün A, (1992), Türkiye'de inşa edilen betonarme ayaklı su depolarının deprem emniyeti, Prefabrik Birliği Yayın Organı, sayı:22, sayfa: Doğangün A, (2002), Sıvı tutucu yapıların dinamik hesapları, IV. Mühendislik Mimarlık Sempozyumu, Balıkesir, Bildiriler, Doğangün A, Durmuş A, (1994), Esnek cidarlı dikdörtgen su depolarının deprem etkisi altında davranışları, İTÜ İnşaat Fakültesi, İnşaat Mühendisliğinde Bilgisayar Kullanımı IV. Sempozyumu, İstanbul, Bildiriler Kitabı, Doğangün A, Durmuş A, (1993), Dikdörtgen depoların analitik ve sonlu eleman yöntemleriyle deprem hesabı, İnşaat Mühendisliğinde Gelişmeler 1. Teknik Kongresi, Bildiriler Kitabı, Gazi Mağusa-KKTC, cilt:i, Doğangün A, Durmuş A, (1992), Dikdörtgen depoların deprem etkileri altında davranışlarının çeşitli yöntemlerle incelenmesi, İTÜ İnşaat Fakültesi, İnşaat

6 Mühendisliğinde Bilgisayar Kullanımı III. Sempozyumu, Bildiriler Kitabı, İstanbul, cilt:i,