FBE- Yapı Mühendisliği Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/103
İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı altında bir lisansüstü programı olup, yüksek lisans ve doktora düzeyinde eğitim vermektedir.Yüksek lisans ve doktora programları İngilizce olarak eğitim vermektedir.

Gözat

Yazar "10006307" ile FBE- Yapı Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
  • Öge
    Çelik Sıvı Depolama Tanklarının Apı-650 İle Sismik Analizi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-07-11) Altun, Haluk Alper ; Gedikli, Abdullah ; 10006307 ; Yapı Mühendisliği ; Structural Engineering
    Sıvı depolama tankları hayatın ve sanayi tesislerinin önemli yapılarıdır. Bunlar su temini ve yangın söndürme sistemleri için de önemli yapılarıdır. Çok sayıda endüstri tesisinde su, petrol, kimyasal maddeler ve sıvılaştırılmış doğalgazın depolanması için kullanılırlar. Sıvı depolama tanklarının deprem etkisi altındaki davranışının önemi, tankın ve tank içeriğinin ötesinde bir öneme sahiptir. Bu yüzden mühendisler sismik yükler etkisi altında bu tip yapıların farklı davrandığını ve farklı sebeplerden dolayı hasar aldığını bilmelidirler. Stratejik yakıt ve su depolarının önemli bir kısmının yüksek sismik risk altında bulunan bölgelerde bulunması, bu yapıların dinamik modellenmesi konusunda çok sayıda araştırma yapılmasını zorunlu kılmıştır. Bu araştırmalarda sürekli sıvı kütlesinin depo tabanına yakın olan kısmının depoyla beraber hareket ettiği ve serbest yüzeye yakın kısmının ise uzun periyotlu bir çalkalanma hareketi yaptığı belirtilmiştir. Bu doğrultuda geliştirilen dinamik modellerde sürekli sıvı kütlesi, depoyla beraber hareket eden impulsif bileşen ve çalkalanma hareketinden sorumlu olan uzun periyotlu konvektif bileşeni ile temsil edilmektedir. Zemin üzerine doğrudan mesnetlenen sabit tabanlı depoların duvarlarında ve tabanında oluşan hidrodinamik basıncın büyük bir bölümü darbesel bileşenden kaynaklanmaktadır. 1994 California-Northridge, 1995 Japonya-Kobe ve 1999 Tayvan-Chi Chi depremleri sonrası sıvı depolama tanklarında ağır hasarlar ve göçme gözlemlenmiştir. Yakın zamanda ülkemizde meydana gelen 1999 Kocaeli depreminde İzmit-Tüpraş rafinerisindeki petrol depolama tanklarında ağır hasarlar meydana gelmiştir. Bu yapısal hasarların sonucu olarak ortaya çıkan yangın ağır maddi kayba sebep olmuştur ve bölgenin güvenliği tehlike altına girmiştir. Geçmiş depremlerde zemine mesnetli sıvı depolama tanklarında çeşitli hasar ve göçme tipleri bildirilmiştir. Göçme genellikle tank duvarının aşırı basınç gerilmesi etkisi altında burkulması, ankrajların göçmesi ve taban plağının plastik deformasyonu şeklinde görülmektedir. Sıvı depolama tanklarının sismik davranışı akışkan-sıvı etkileşimi nedeniyle oldukça karmaşıktır. Bu etkileşim depreme dayanıklı yapı tasarımı çerçevesinde çeşitli hesap metodlarının uygulanmasına yol açar. Sıvı depolama tanklarının sismik performansını araştıran sınırlı sayıda deneysel ve analitik çalışma bulunmaktadır. Sıvı depolarında oluşan hasar tiplerini ve bu hasarlara neden olan etmenleri belirlemek amacıyla çeşitli araştırmacılar tarafından saha çalışmalarında; sıvı depolarının enerji sönümleme mekanizmalarının oldukça kısıtlı olmasından dolayı depremlerde kötü performans sergiledikleri ve depreme dayanımlarının arttırılması için yeni yöntemlerin geliştirilmesinin gerektiği vurgulanmıştır. Sıvı depolarını depremin olumsuz etkilerinden korumayı hedefleyen yeni tekniklerden biri de sismik yalıtımdır. Sismik yalıtım sistemleri yardımıyla sıvı depolarının sönüm kapasitelerinin arttırılması ve periyot uzaması etkisiyle depo içerisinde impulsif bileşenden kaynaklanan hidrodinamik etkilerin azaltılması amaçlanmaktadır. API 650 Ek E yaygın olarak çelik depolama tanklarının sismik tasarımı için dünya çapında kullanılmaktadır. API 650 Standartı, dikey, silindirik, yerüstü kaynaklı, kapalı ve açık tavanlı çeşitli boyutlarda ve kapasitelerde atmosferik basınca yaklaşan iç basıncın etkisi altındaki dizel gibi petrol ürünlerini depolayan sıvı depolama tankları için malzeme, tasarım, imalat, montaj ve test için minimum gereksinimleri belirler. Ancak, ayrıntıları ile API 650 yönetmeliğini tanıtan kapsamlı bir çalışmaya rastlanmamıştır. Ayrıca, sıvı depolama tanklarının sismik analizi ve tasarımı için kapsamlı bir Türk yönetmeliği de bulunmamaktadır. Tezin amacı, bu yapıların deprem analizinde kullanılan API-650 yönetmeliğinin özelliklerini tanıtmaktır. Bu hedeflere ulaşmak için API-650 özetlenerek sunuldu ve sayısal bir örnek izlendi. Sismik yükün impulsif ve konvektif bileşenleri API-650 kullanılarak hesaplandı. Tank yüksekliği boyunca hesaplanan impulsif yükün grafiğine göre bu yükün etkisinin tankın alt kısmında maksimum değere ulaştığı görüldü. Çalkalanma etkisi olarak adlandırılan konvektif yükün etkisinin ise tankın üst kısmında maksimum değere ulaştığı görüldü. Sonra sismik yükün impulsif ve konvektif bileşenleri kombine edilerek her bir tank kabuğu için maksimum gerilme değerleri elde edildi. Grafik sonuçlarına göre impulsif bileşenin etkisinin konvektif bileşenin etkisinden daha baskın olduğu görüldü. Bundan dolayı bir deprem etkisi altında tank kabuğunda fil ayağı burkulması görülebileceği kanısındayız. Fil ayağı şeklindeki burkulma küçük genlikli olup kritik burkulma yükünün altındaki bir yük değerinde gerçekleşeceği için elastik olmayan bir burkulma türüdür. Bu sayede yapıda meydana gelebilecek olası bir göçme durumunda önce kabuk malzemesi olan çelik akmaya başlayacaktır ve yapı hasar alacaktır. Burkulma yani göçme daha sonra meydana gelecektir. Olası göçme durumu sünek karakterli olacaktır. Bu göçme durumu depreme dayanıklı yapı tasarımı çerçevesinde istenen bir durumdur. Yapı hasar alarak sismik enerjiyi sönümleyebilecektir. Beş bölümden oluşan yüksek lisans tezinin birinci bölümünde giriş kısmına yer verilmiş ve bu bölümde çalışmanın konusu, amacı ve kapsamı belirtilmiştir. Ayrıca bu konu üzerine geçmişte yapılan çalışmaları özetleyen bir literatür araştırması yapılmış ve geçmişte meydana gelen depremler sonucu sıvı depolama tanklarında meydana gelen hasar ve göçme tipleri açıklanmıştır. Göçme ve hasar tipleri genellikle kabuk burkulması, çatıda ve boru bağlantılarında meydana gelen hasarlar şeklinde olabilir. 1964 Alaska, 1977 San Juan, 1980 Livermore, 1983 Coalinga ve 1999 Kocaeli depremlerinde sıvı depolama tanklarında çeşitli hasar ve göçme tipleri rapor edilmiştir. Ayrıca bu bölümde yeni geliştirilen bir teknoloji olan sismik temel izolasyonunun tanklar üzerindeki uygulamalarına da yer verilmiştir. Elastomerik mesnetler ve sürtünmeli sarkaç sistemleri tanklara gelen deprem yükünü azaltmak için kullanılabilmektedir. İkinci bölümde, çelik sıvı depolama tanklarının sismik analizi hakkında genel bilgiler verilmiştir. Tank ve depolanan sıvının sismik analizini basitleştirebilmek için yapılan çeşitli varsayımlar tanımlanmıştır. Bu varsayımlara göre sıvı homojen, sürtünmesiz ve sıkıştırılamazdır. Akış alanı çevrintisizdir. Sadece küçük genlikli salınımlar dikkate alınmalıdır. Akış alanı içerisinde herhangi bir boşluk bulunmamaktadır. Kabuk malzemesi homojen, izotropik ve doğrusal elastiktir. Orta yüzeye dik eksenel gerilme diğer gerilmelerle karşılaştırıldığında ihmal edilebilecek değerdedir. Başlangıçta orta yüzeye dik olan çizgi deformasyon oluştuktan sonra da orta yüzeye dik olarak kalacaktır. Üçüncü bölümde, API-650 yönetmeliğinin E bölümündeki sismik analiz tanımları açıklamalarıyla verilmiştir. Bu açıklamalara göre yönetmelik eşdeğer yatay yük analiz metodunu kullanır. Eşdeğer statik yatay yükler rijit duvarlarlı ve sabit tabanlı tankın doğrusal matematiksel modeline uygulanır. Yönetmelik hesaplamalarda gerçekçi ve pratik yöntemleri baz alır. Dinamik analiz uygulamaları, düşeyde çerçeve elemanlarla desteklenmiş tankların ve yüzen çatıların sismik tasarımı, yakın fay etkisi altındaki tanklar ile sismik temel izolasyonu ve enerji sönümleyici sistemlere sahip tankların sismik tasarımı ve tasarımcının istediği performans gereksinimlerine göre tasarım bu yönetmeliğin kapsamının dışındadır. Bu bölüme göre sismik tasarımın temel performans amacı hayatın korunması ve tankın tamamiyle yıkılmasının önlenmesidir. Yönetmelik sismik etki altında tankta ve bileşenlerinde hasar oluşmayacağını ima etmez. Sismik hesaplamalarda tankın ve içeriğinin impulsif mod ve konvektif (çalkalanma) modu olmak üzere iki tip tepki modu vardır. İmpulsif mod %5 ve konvektif (çalkalanma) modu %0,5 sönüm oranına sahiptir. Yönetmelik izin verilebilen gerilmeler tasarım metodunu kullanır ve sismik yük etkisi altındaki kaynaklı çelik sıvı depolama tanklarının tasarımı için minimum gereksinimleri belirler. Tank kabuğunun devrilmeye karşı stabilitesini ve eksenel basınç etkisi altında meydana gelebilecek burkulmaya karşı direncini kontrol eder. Bölümün sonunda hesaplarda kullanılan akma gerilmesi azaltma faktörleri, halka şeklindeki taban plağının kalınlıkları ve kullanılabilir plak malzemeleri ile izin verilebilen gerilmelerin tabloları verilmiştir. Dördüncü bölümde, çelik bir sıvı depolama tankının sismik tasarımı API-650 nın E bölümüne göre ayrıntılı olarak yapılmıştır. Bölümün başında ele alınan tankın sismik tasarımı için gerekli olan parametreler verilmiştir. Daha sonra bu parametreleri kullanarak yönetmeliğe göre tankın impulsif ve konvektif (çalkalanma) periyotları, spektral ivmelenme değerleri, etkin ağırlıkları, tasarım kesme kuvvetleri, etkin yatay kuvvetlerin etki merkezlerinin yükseklikleri, halka duvarın ve döşemenin devrilme momentinin etki merkezlerinin yükseklikleri, çevresel kuvvetler ve gerilmeler hesaplanmıştır. İmpulsif, konvektif ve hidrostatik çevresel kuvvetlerin ve maksimum ile minimum gerilmelerin tank yüksekliği boyunca değişen etki grafikleri çizilmiştir. Halka duvarın ve döşemenin devrilme momentlerinin değerleri hesaplanmıştır. Maksimum eksenel kabuk basınç gerilmesi hesaplanmış ve kontrolü yapılmıştır. Mekanik ankraj ve halka plak genişliği hesaplamaları yapılarak devam edilmiş, kayma tahkiki yapılmış ve son olarakta tankın düşey doğrultudaki tahmini deplasman değeri ile depolanan sıvının maksimum dalgalanma yüksekliği hesaplanmıştır. Beşinci bölümde ise tankın yüksekliği boyunca çizilen impulsif ve konvektif çevresel kuvvetlerin ve maksimum gerilmenin etki grafiklerinin yorumlanmasıyla çalışmada varılan sonuçlar açıklanmıştır.