Dikdörtgen çelik tahıl silolarının sonlu elemanlar analizi
Finite element analysis of rectangular steel grain silos
Yazar: ABDULLAH SAFA ACAR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ YUNUS DERE
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Boşaltma = Discharge ; Dikdörtgen = Rectangular ; Silindir = Cylinder ; Silolar = Silos ; Sonlu elemanlar = Finite elements

Özet:
Hızlı imalatı ve kurulumu nedeniyle çelik silolar, betonarme silolardan çok daha fazla tercih edilmektedir. Son yıllarda dikdörtgen gövdeli silolar, silindir gövdeli silolara göre belirli avantajlarından dolayı popüler hale gelmiştir. Gövdenin düzlem çelik levhalardan meydana gelmesi, grup halinde inşa edildiklerinde, dairesel silo gruplarındaki inşaat alanı kaybı olmaması vb. etkenler tercih edilmelerinin başlıca sebepleri arasında yeralmaktadır. Bu çalışmada, öncelikle silo tanımı ve çeşitleri hakkında genel bir bilgilendirme yapıldıktan sonra çelik silo yapım esasları, dikdörtgen ve silindir silo duvarlarına ve hunisine etkiyen doldurma ve boşaltma yükleri detaylı bir şekilde incelenmiştir.
Eurocode-1991-4'e göre etki değerlendirme sınıfı 2 olan, oldukça yüksek depolama kapasiteli bir dikdörtgen çelik silo modellenmiştir. Dikdörtgen silo performansının daha iyi anlaşılabilmesi için aynı yükseklik ve kapasiteye sahip bir silindir çelik silo modeli de incelenmiştir. Dikdörtgen silo modelinin dikey duvarı için çeşitli model denemeleri sonucu çift katmanlı, ara kutu profilli, çelik sac duvar paneli tercih edilmiştir. Silindir silo modelinde ise tek katmanlı düz çelik sac levha kullanılmıştır. Dikdörtgen ve silindir çelik buğday silosu örnekleri için Eurocode-1991-4'e göre doldurma, boşaltma ve ek yük de dahil olmak üzere detaylı yük hesabı yapılmıştır. Üç boyutlu sonlu eleman modeli ve analizleri için ABAQUS programı kullanılmıştır. Dikdörtgen ve silindir çelik buğday silosu örneklerinin doğrusal elastik analizleri yanısıra modal analizleri de yapılmıştır.
Çift duvarlı dikdörtgen çelik silo modelinin bilgisayar ortamında oluşturulması, benzer kapasite ve yükseklikte bir silindir silo modelinin oluşturulmasına nazaran oldukça zor ve zaman alıcı bir işlemdir. Dikdörtgen çelik silo analiz sonuçları, en uygun silo gövdesinin silindir şeklinde olması gerektiğini göstermiştir. Dikdörtgen çelik silolarda depolanan malzemeden kaynaklı basınç etkisi, silo duvarlarında meydana getirdiği deformasyon etkisi ile silo kesitini dikdörtgenden daireye dönüştürmeye çalışmaktadır. Çift duvarlı dikdörtgen çelik silo ile aynı kapasiteye sahip silindir çelik silo modelleri karşılaştırıldığında, silindir çelik silonun çok daha az gerilme ve deformasyona maruz kaldığı, ayrıca imalatı için çok daha az yapı malzemesine ihtiyaç duyduğu görülmüştür. Ayrıca; silindir silo imalatının mümkün olmadığı hallerde, silo kesitinin dikdörtgen yerine kare seçilmesinin, tüm silo dikey duvarlarının benzer davranışa sahip olmasını sağlayacağı ve böylece daha ekonomik bir çözüm olacağı beklenmektedir.

Abstract:
Steel silos are much more preferred than reinforced concrete silos due to their fast production and installation. In recent years, rectangular silos have become popular due to certain advantages over cylindrical silos. The fact that the body is made of flat steel plates, there is no loss of construction area when they are built in groups as in circular silo groups, etc. factors are among the main reasons for their preference. In this study, firstly, after giving a general information about the definition and types of silo, steel silo construction principles, filling and unloading loads acting on rectangular and cylindrical silo walls and hopper are examined in detail.
A rectangular steel silo with very high storage capacity, impact class 2 according to Eurocode-1991-4, is modeled. In order to better understand the rectangular silo performance, a cylindrical steel silo model with the same height and capacity was also examined. For the vertical wall of the rectangular silo model, a double-layered, intermediate box profile, steel sheet wall panel was preferred as a result of various model trials. In the cylinder silo model, a single layer flat steel sheet plate is used. For rectangular and cylindrical steel wheat silo samples, detailed load calculations including filling, unloading and additional load were made according to Eurocode-1991-4. The ABAQUS program was used for the three-dimensional finite element modelling and analysis. In addition to linear elastic analyzes of rectangular and cylindrical steel wheat silo samples, modal analyzes were also performed.
Creating a double-walled rectangular steel silo model in the computer environment is a very difficult and time-consuming process compared to creating a cylinder silo model of similar capacity and height. The rectangular steel silo analysis results showed that the most suitable silo body should be cylindrical. The pressure effect caused by the material stored in rectangular steel silos and the deformation effect it creates on the silo walls tries to transform the silo cross-section from rectangular to circular. When the double-walled rectangular steel silo is compared with the cylindrical steel silo models with the same capacity, it is seen that the cylindrical steel silo is subject to much less stress and deformation, and it also requires much less construction material for its manufacture. Moreover; In cases where it is not possible to manufacture a cylindrical silo, it is expected that choosing a square cross-section instead of a rectangular silo will ensure that all silo vertical walls have similar behavior and thus will be a more economical solution.