Ön yüzü beton kaplı kaya dolgu barajlarda deprem etkisiyle oluşan oturmalara bağlı olarak dinamik malzeme parametrelerinin tayini ve tasarım parametreleri ile uygunluğun araştırılması
Determination of dynamic material properties of concrete face rockfill dams based on earthquake-induced settlements and investigating their coherence with the design parameters
Yazar: ERGİN ERAYMAN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA YILDIZ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ UĞUR ŞAFAK ÇAVUŞ
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: ANSYS = ANSYS ; Beton dolgu = Concrete filling ; Dinamik analiz = Dynamic analysis ; Dolgu barajlar = Fill dams ; Doğrusal olmayan analiz = Nonlinear analysis ; Hiperbolik = Hyperbolic ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method

Özet:
Barajların güvenli ve ekonomik tasarımı statik ve dinamik yükler altındaki performans ve
davranışına bağlıdır. Bu çalışmada, ön yüzü beton kaplı kaya dolgu (ÖYBKKD) barajlarda deprem yükleri
etkisinde elasto-plastik davranan kaya dolgu malzemenin dinamik parametrelerinin tayini ve bu
parametrelerin tasarım parametreleri ile uygunluğu araştırılmıştır. Sayısal analizler sonlu elemanlar
yöntemini kullanan ANSYS yazılımı ile ÖYBKKD baraj tipinde inşa edilen Kürtün barajı örneğinde
gerçekleştirilmiştir. Kaya dolgunun doğrusal olmayan gerilme-birim şekil değiştirme ilişkisi için Duncan-
Chang (D-C) hiperbolik (HB) malzeme modeli kullanılmıştır. Statik analizler, barajın 2 boyutlu düzlem
şekil değiştirme koşullarında inşaat sonu (İSH), su tutma(STH) ve işletme (İH) durumları için doğrusal
olmayan isotropik pekleşen zemin modeli ile yapılmıştır. Analiz sonuçları baraj kretinde ölçülen oturma
değerlerini yakınsayıncaya kadar kalibre edilmiştir. Hesaplanan sonuçlar, ölçülen değerlere İSH için
%94.42, STH %86.36 ve İH için %80 yakınsama sağlamıştır. Kalibrasyonla bulunan elastisite ve kayma
modülü parametreleri dinamik analizlerde de kullanılmıştır. Dinamik analizler 1992 Erzincan depremi
ivmesi zaman tanımında baraj temeline doğrudan etkitilmek ve ivme azalım ilişkileri kullanmak suretiyle
iki farklı senaryo durumu için yapılmıştır. Modal ve doğrusal olmayan zamana bağlı (transient) analizler
kinematik pekleşen zemin modeli ile gerçekleştirilmiştir. Hidrodinamik analizler Westergaard yaklaşımı
ile yapılmıştır. Modal analizle bulunan viskoz sönüm parametreleri kullanılarak deplasmanlar ve ivmenin
temelden krete doğru büyüme değerleri hesaplanmıştır. Pik yer ivmesi krette Senaryo I için İSH'de 1.83 ve
İH'de 1.96 kat artmıştır. Senaryo II için ise İSH'de 2.32 ve İH'de 2.23 kat artmıştır. Dinamik analizlerle
bulunan değerlerin literatürle uyumlu olduğu değerlendirilmiştir. Kürtün Barajı örneğinde gerçekleştirilen
statik ve dinamik analizlerle, ölçülen oturma değerlerine bağlı olarak dinamik malzeme parametreleri
belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: ANSYS, Doğrusal olmayan analiz, Hiperbolik model, Ön yüzü beton
kaplı kaya dolgu baraj, Sonlu elemanlar yöntemi, Dinamik analiz

Abstract:
The safe and economical design of dams depends on their performance and behavior under static
and dynamic loading conditions. In this study, the determination of the dynamic parameters of the rockfill
material, which acts elastoplastic under the effect of seismic loads in concrete face rockfill dams (CFRDs),
and the coherence of these parameters with the design parameters were investigated. Numerical analyses
were carried out in the example of the Kürtün dam, constructed as a CFRD and simulated in the ANSYS
software using the finite element method. Duncan-Chang (D-C) hyperbolic (HB) material model was used
for the non-linear stress-strain relationship of the rockfill. Static analyses were performed with a non-linear
isotropic hardening soil model for the end of construction (EoC), reservoir first impoundment (RFI), and
operational cases (OpC) of the dam under 2-dimensional plane strain conditions. The calculated results
provided a convergence of 94.42% for EoC, 86.36% for RFI, and 80% for OpC to the measured values.
Calibrated elasticity and shear modulus parameters were also used in dynamic analyses. Dynamic analyses
were performed for two scenarios using the direct excitation of the 1992 Erzincan earthquake acceleration
to the dam foundation in the time domain and the acceleration attenuation relationships. Modal and
nonlinear time-dependent (transient) analyses were carried out with the kinematic hardening soil model.
Hydrodynamic analyses were made with the Westergaard approach. By using the calculated viscous
damping parameters in the modal analyses, displacements and the amplification values of the acceleration
from the base to the crest were computed. Peak ground acceleration increased 1.83 times in EoC and 1.96
times in OpC for Scenario I at the crest. For Scenario II, it increased by 2.32 times in EoC and 2.23 times
in OpC. The values obtained by the dynamic analyses were considered reasonable and compatible with the
literature. So, dynamic material parameters were determined depending on the measured settlement values
by static and dynamic analyses carried out in the Kürtün dam example.

Keywords: ANSYS, Non-linear analysis, Hyperbolic model, Concrete face rockfill dam, Finite
element method, Dynamic analysis