Katı dolgu baraj enkesitinde üst kısmındaki gövde elemanının statik analizi
Static analysis of the body element at the top of hardfill dam cross section
Yazar: FAHIM QAYUMI
Danışman: PROF. DR. MUHAMMET EMİN EMİROĞLU
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Hidrolik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Son zamanlarda Silindirle Sıkıştırılmış Beton (SSB), ağırlık barajlar için uygulanabilir yeni bir yapım malzemesi olarak ortaya çıkmıştır. Katı dolgu barajlar SSB barajların bir türü olup özellikleri ise; simetrik bir enkesit, su geçirmez bir memba yüzeyi, baraj gövdesinde iç drenajın olmaması ve SSB'nin zayıf kullanımıdır. Bu tasarımın ana avantajları; düşük maliyeti, hızlı yerleştirilmesi, baraj gövdesinde düşük gerilmeler, klasik beton ağırlık barajlardan özellikle deprem durumunda daha emniyetli olmasıdır. Katı dolgu baraj enkesitinde üst kısmındaki gövde elemanında statik ve sismik yüklerden kaynaklanan hasar gözlenebilmektedir. Bu tür barajların tasarımında gövde enkesitinin üst kısmında inşa edilen gövde elemanında uygulamada çatlakların gözlendiği hidrolik tasarım mühendisleri tarafından belirtilmektedir. Gövdenin üst kısmında yapılan bu eleman tamamen maliyet kazanımı nedeniyle yapılmaktadır.
Bu çalışmada, kaya (rijit) zemin üzerine inşa edilmiş katı-dolgu baraj üst kısmındaki gövde elemanının normal ve sık sonlu eleman ağ sistemi kullanılarak statik yükler altında lineer elastik davranışlarını incelenmiştir. Baraj yüksekliği sabit (100 m), barajın şev eğimleri (0.7y/1.0d) ve baraj gövdesinin üst kısmındaki bloğun yüksekliği a = 0, 3, 5 ve 8 m olarak alınmıştır. Rezervuar hidrostatik su yükünün tesirini görmek için de rezervuarın tamamen dolu ve rezervuar su seviyesi kretten 3 m aşağıda kabul edilmiştir. İkinci denemede bu çalışma kapsamında "a" değeri sabit tutularak farklı hava payı "hw" değerleri için analizler yapılmıştır. Yapılan bu analizler ile baraj emniyeti belirlenmeye çalışılmıştır. Baraj gövdesinde ve baraj gövdesinin üst kısmındaki gövde elemanında (blokta) oluşan maksimum ve minimum asal gerilmelerin maksimumlarının ve baraj gövdesinde oluşan maksimum yer değiştirmelerin değişimi her bir durum için ayrı ayrı incelenmiştir. Bunun yanında her bir "a" değeri için barajın kaymaya ve devrilmeye karşı güvenlik faktörünü ve baraj topuğunda minimum ve maksimum gerilmeler elde edilmiştir. Analizlerin sonucunda a=5 m olan barajın hw =1 m olması durumunda ve a=8 m olan barajın kretinde çatlaklara yol açan yatay yer değiştirme daha fazla görülmüştür.

Abstract:
Recently, Roller Compacted Concrete (RCC) has emerged as an applicable new construction material for gravity dams. Hardfill dam is one of the RCC dams which has some basic features as; a symmetrical cross section, a watertight upstream surface, no internal drainage in the dam body and use of lean RCC. The main advantages of this design are; low cost and fast installation, low stresses in the dam body; safer than conventional concrete gravity dams, especially in case of earthquake. There is some damages caused by static and seismic loads which can be observed in the upper part of the Hardfill dams In the design of such dams, hydraulic design engineers indicate some cracks in the upper part of the dam body element (block) which is observed in application. This element (block) which is located in the upper part of the dam body is built completely for cost savings.
In this study, the linear elastic behavior of the upper part of the hardfill dam which is built on rigid (rock) foundations under static loads was investigated using dense finite element method. The dam height is fixed (100 m), the slope of the dam is 0.7H/1.0V, and the height of the block at the upper part of the dam body (a) is taken as 0, 3, 5 and 8 m. In order to see the effect of the hydrostatic load of the reservoir, the reservoir was completely filled and the reservoir water level was considered 3 m below the crest. Secondly in this cope of study, the value of "a" was fixed constant and analyses were done for different freeboard (hw) values. These analyses were done to determine the safety of the dam. The variation of the maximum and minimum principal stresses and the maximum displacements in the dam body and in the upper part of the dam body element (block) were examined separately for each case. Besides, for each "a" value, the safety factor of the dam against sliding and overturning and minimum and maximum stress at the heel of the dam was obtained. As a result of the analysis, more horizontal displacement leading to fractures in the upper part of the dam was observed for the value of a=5 m with the height of freeboard hw =1 m and a=8 m.