Alumni Presentation
Transkript
Alumni Presentation
Barajlarda 3 Boyutlu Dinamik Analiz Metodolojisi Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh İçerik 1. 2. 3. 4. 5. Su Yapıları - Barajlar Dünyada Analiz Yöntemleri Ülkemizde Analiz Yöntemleri Baraj Analizinin Bilimsel Altyapısı ESPROJE AR/GE Çalışmaları Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh Su Yapıları - Barajlar • Su yapısı – Her türlü doğal akımı çeşitli amaçlar için değiştiren tüm yapılar su yapılarıdır. Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh Su Yapıları - Barajlar • Barajlar – Ağırlık Barajları • Kil Çekirdek Kaya Dolgu Baraj • Beton Ağırlık Barajı • SSB Baraj • Ön Yüzü Beton Kaplı – Kemer Barajlar • Beton Kemer Baraj • SSB Beton Kemer Baraj Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh Su Yapıları - Barajlar • Türkiye Nüfusu yaklaşık 72 milyon • 16 Büyükşehir Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh Su Yapıları - Barajlar DEPREM • Ülkemizde hemen her bölge deprem tehlikesi altında • Boyutları belirleyen en önemli yük: deprem • Gerçekçi deprem simulasyonları gerekli • Barajlarda büyük deprem riski Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh Su Yapıları - Barajlar • Mevcut su kaynaklarının ülkemizde ancak %34 ü enerji için kullanılmaktadır. • Enerji sektöründeki kanun değişiklikleri ile özel yatırımcılar kendi santrallerini ve baraj sistemlerini kurmak için büyük yatırım yapmaktadırlar. Türkiye de Hidroenerji Kullanımı 66% % Kalan 11% France % Kullanılan 34% 27% Spain Italy Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh Su Yapıları - Barajlar Türkiye de Elektrik Enerjisi • Gelişmiş ülkelerin aksine enerji ihtiyacı hızla artmaktadır. Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh Dünyada Analiz Yöntemleri Dolgu Baraj Analizleri Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh Dünyada Analiz Yöntemleri Japonya Örneği Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh Dünyada Analiz Yöntemleri Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh Ülkemizde Analiz Yöntemleri • Mevcut DSİ barajlarının büyük çoğunluğu kil çekirdek kaya dolgu barajlardan oluşmaktadır. 12 Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh Ülkemizde Analiz Yöntemleri • Basit Rijit Blok Modelleri • Yatay İvme Katsayısı Metodu ile Deprem Analizi • Kayma ve Eğilme Güvenlik Katsayıları Rijit Blok Stabilite Yaklaşımı 13 Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh Bilimsel Altyapı • Baraj-Zemin-Rezervuar Problemi aslında karmaşık bir katı-sıvı etkileşim mekaniği problemidir. • Benzeştirilmiş ivme kayıtları ile dinamik analizler gerektirir. • Baraj beton veya SSB ise betonun çatlama bölgelerinin belirlenerek önlemler alınması için gerilme analizleri yapılmalıdır. • Baraj dolgu tipinde ise göçme, sıvılaşma analizleri yapılmalıdır. Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh Bilimsel Altyapı İki Boyutlu Yapı-Zemin Rezervuar Etkileşimi (Fenves ve Chopra 19841988) Dikkate Alınan Hususlar: • Dinamik yapı davranışı • Sıkıştırılabilir su • Sediment etkileri • Yapı-zemin etkileri (2 boyut yarı sonsuz düzlem) Baraj Rezervuar agx agy Sediment Kaya Zemin Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh Bilimsel Altyapı Üç Boyutlu Yapı-Zemin-Rezervuar Etkileşimi (Chopra vd. 1988-2008) Dikkate Alınan Hususlar: • Dinamik yapı davranışı • Sıkıştırılabilir su • Tortu etkileri • Yapı-zemin etkileri (3 Boyut sınır elemanları) Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh Bilimsel Altyapı EACD Kütlesiz Zemin EACD Kütlesiz Zemin Relatif İvme. (g) Gövde Gerilmeleri EACD/Kütlesiz Model Relatif Dep. (cm) Üç Boyutlu Model Sönüm Belirlenmesi • Doğrusal olmayan modellerde kütlesiz zemin yaklaşımı kullanılabilir. • Kütlesiz zeminli baraj modelinin sönüm oranı üç boyutlu doğru yapı-zeminrezervuar etkileşimi modeli kullanılarak belirlenmelidir. Zaman (sn) (a) 3 Boyutlu Görüş (b) Baraj Alt Bölgesi EACD deplasman/gerilme sonuçları kütlesiz zeminli modelde sönüm Altuğ AKMAN belirlenmesi için kullanılır. İnş. Y. Müh Ghanaat, 2004, USACE, 2003, 2007 Değerlendirme Prosedürü Bilimsel Altyapı Limit Gerilme Aşılması NONLİNEER ANALİZ GEREKTİREN BÖLGE!! Toplam Aşılma Zamanı (sn) Performans Kriteri 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1 1.2 1.4 1.6 1.8 Talep - Kapasite Oranı (DCR) 2 Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh Bilimsel Altyapı Elastik Ötesi Analiz Tasarım kesitinin elastik analiz gerilme limitlerinin sağlamaması durumunda elastik ötesi analiz ile hasar durumu tespit edilerek kesit güvenliği belirlenebilir. Gerekenler: • Çatlak modeli • Nonlineer çözüm kapasitesi • Yüksek performanslı bilgisayarlar •Model boyutunun makul seviyede olabilmesi için kütlesiz zemin modeli, •Zemin-yapı etkileşimi kaynaklı sönüm sadece ileri modeller ile kalibrasyon veya saha deneyi sonucu kullanılabilir, •Deneylerle gerçekliği kanıtlanmış çatlak modeli kullanılmalıdır. Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh Bilimsel Altyapı Elastik Ötesi Analizler Yayılı Çatlak Modeli (Vecchio, 1989, 1990, Leger vd.,1995,2006) Asal eksenlerde formüle edilir. Çatlakta Su Basıncı Ayrık Çatlak İlerlemesi Ayrık Çatlak Modeli (Vecchio, 1989, 1990, Leger vd.,1995,2006) Bünye modelleri bilinen çatlak eksenlerinde formüle edilir. Plastisite/Tersinir Çevirim Modelleri (Ör. Maekewa vd, 1993) Döngüsel etki ile dayanım, rijidite ve çatlakta kesme transferi değiştirilir. Beton Çatlağı Döngüsel Davranış Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh Bilimsel Altyapı Beklenen Hasar – Kopma Bölgesi • Kritik yük kombinasyonları için çatlama bölgeleri belirlenmiş, • Beklenen çatlamaya göre elde edilebilecek kopma bölgeleri kontrol edilmiştir. Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh ESPROJE AR/GE Çalışmaları İhtiyaçlar Yatırımcılar… • Hızlı İnşaa Edilebilecek Güvenli Tasarımlar • Gövde Tasarımında Tasarruf Tasarımcılar... • Deneme-yanılma prosedürünü hızlandıracak analiz modülleri • Tasarımı ucuzlatacak gelişmiş özelliklere sahip analiz araçları İşletmeci ve Devlet Kurumları… • Mevcut sistemlerin deprem tahkiki • Renovasyon masraflarını azaltacak modern metodlar Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh Doğrusal Olmayan Dinamik Çözümleme ESPROJE AR/GE Çalışmaları • Milyon mertebesine sonlu elemana sahip modellerin yüksek başarımlı hesaplama yöntemleriyle çözümlenmesi • Belirtik integrasyon yöntemi -> Eleman düzeyinde hesaplama • Büyük boyutlu eleman ağlarını otomatik oluşturulması ve çözümleme sonrası sonuçların irdelenmesi Formülasyon Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh ESPROJE AR/GE Çalışmaları • Yapı-zemin-rezervuar etkileşimini dikkate alan • Baraj gövdelerine özel arayüzlü (2 ve 3 Boyut) • Özelleştirilmiş girdi ve çıktı fonksiyonları içeren • Yüksek başarımlı hesaplama teknikleri kullanan • Nonlineer hesaplama yapabilen • Büyük boyutlu (milyon eleman) modelleri kabul edilebilir sürelerde çözümleyebilen Yüksek Başarımlı Hesaplama Sistemleri İki Boyutlu Analiz Aracı Büyük Boyutlu Modeller Üç Boyutlu Analiz Aracı Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh Büyük Boyutlu Model Oluşturulması • Otomatik sonlu eleman ağı oluşturma algoritmalarının kolaylıkla kullanılması imkanı • Kaliteli eleman ağının oluşturulmasını sağlamak amacıyla kullanıcı etkileşiminin arttırılması • Eleman tipinin veya ağ yoğunluğunun değiştiği ağ geçiş bölgeleri için özel çözüm yöntemlerinin geliştirilmesi ESPROJE AR/GE Çalışmaları Eşdeğer reservuar kütlesi A ğ geçiş bölgesi Sonsuz sınır elem anları Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh Çözümleme Motorunun Geliştirilmesi • 2 ve 3 boyutlu sonlu elemanlar kütüphanesinin geliştirilmesi • Beton modellemesi için doğrusal olmayan malzeme modellerinin yazılıma eklenmesi • Belirtik integrasyon yönteminin yüksek başarımlı hesaplama için uygulamasının yapılması ESPROJE AR/GE Çalışmaları Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh ESPROJE AR/GE Çalışmaları Frekans tanım alanında çalışan sonsuz zemin ve rezervuar dinamik etkilerini dikkate alan kullanıcı dostu lineer elastik bir sonlu eleman programı hazırlanmıştır. Formulasyon Arayüz Relatif deplasmanlar Hidrodinamik Kuvvetler (Rh) Kuvvetleri (Rb) Hidrodinamik Kuvvetler (Rh) Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh Yazılım Bileşenleri •Sonlu Eleman Modeli Oluşturma Mod ülü (Önyüz) •Sonuç Sorgulama Modülü (Sonyüz) •Hesaplama Motoru • Zaman tanım alanında doğrusal olmayan çözümleme ESPROJE AR/GE Çalışmaları Grafik Kullanıcı Arayüzü Ara Yüz Model Oluşturma (a) Model Sınırları (b) 200 Eleman kullanılarak oluşturulan Eleman Ağı (c) 1000 Eleman kullanılarak oluşturulan Eleman Ağı Veri Aktarımı • Bellekten doğrudan aktarım • Dosyadan aktarım Veri Aktarımı • Bellekten doğrudan aktarım Son Yüz Sonuç Sorgulama Hesaplama Motoru Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh ESPROJE AR/GE Çalışmaları , , , Döner Çatlak Modeli • (Vecchio 1989, 1990), Selby, Vecchio (1997), Palermo, Vecchio (2003) • Çatlağın açısı asal eksenlerile birlikte döner. • Bünye modelleri asal eksenlerde formüle edilir. Kırılma Hipotezi • Willam-Warneke (1974) Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh ESPROJE AR/GE Çalışmaları Programlama Dili -> C++ Program Geliştirme Platformu Visual Studio 2010 Kullanılacak Kütüphaneler Matris İşlemleri: Intel MKL Library Paralel Hesaplama: OPENMP, MPI Otomatik Bölümleme: METIS Yeniden Bölümleme: PARMETIS Altuğ AKMAN İnş. Y. Müh