Zemin-depo dış duvarı-sıvı sistemlerinin deprem davranışlarının incelenmesi
Investigation of earthquake behaviors of soil-exterior wall of tank-fluid systems
Yazar: TUFAN ÇAKIR
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA AYTEKİN
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Dikdörtgen kesitli depolarda dış duvarların, hem sıvı ve dolgu zemini hem de temel zemini ile olan etkileşimleri, bu yapıların deprem davranışlarını oldukça karmaşık bir probleme dönüştürmektedir. Ancak, çalışma kapsamındaki yapı sistemleri hakkındaki literatür incelendiğinde, zemin ve sıvıyla etkileşim halinde bulunan dış duvarların depreme göre hesap ve tasarımı ile ilgili genel olarak bir eksiklik olduğu görülmektedir. Bu çalışmanın temel amacı, literatürde sıvı ve zemin etkileşimlerini dikkate almak için önerilen yaklaşımları kullanarak, sıvı-dış duvar-zemin sistemlerinin deprem davranışlarını incelemek için sayısal ve analitik yaklaşımlar önermek ve yerinde gerçekleştirilen modal testler aracılığıyla önerilen modellerin geçerliliklerini ve kullanılabilirliklerini araştırmaktır. Ayrıca yeterli olduğu anlaşılan yaklaşımlarla, söz konusu sistemlerin deprem davranışlarını inceleyerek her iki etkileşimin yapı davranışı üzerindeki etkilerini araştırmak amaçlanmaktadır.Bu çalışma, üç asıl ve bir ek bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde dikdörtgen kesitli depolar, zeminlerin dinamik ve doğrusal olmayan davranışları, zemin-yapı ve sıvı-yapı etkileşimleri hakkında genel bilgiler ile çalışmanın amacı ve kapsamı sunulmaktadır. İkinci bölümde, zemin-dış duvar-sıvı sistemleri için önerilen analitik ve sayısal modeller tanıtılmakta ve yerinde modal testler hakkında bilgiler verilmektedir. Daha sonra önerilen modeller ve modal testler aracılığıyla söz konusu sistemlerin modal karakteristikleri belirlenmekte ve deprem çözümlemeleri gerçekleştirilmektedir. Üçüncü bölümde ise, çalışmadan elde edilen sonuçlar ve öneriler verilmektedir. Bu bölümü kaynaklar listesi, özgeçmiş ve ekler bölümü izlemektedir.Sonuç olarak bu çalışmada, önerilen analitik ve sayısal modellerin, yerinde gerçekleştirilen modal testler vasıtasıyla geçerlilikleri ve kullanılabilirlikleri araştırılmıştır. Ayrıca, sıvı ve zemin etkileşimlerinin, dikdörtgen kesitli depoların deprem davranışlarını dolgu geometrisine ve/veya varlığına, gömülme şekline, sıvı yüksekliğine ve temel/zemin sisteminin mekanik özelliklerine bağlı olarak önemli ölçüde değiştirebileceği görülmüştür.Anahtar Kelimeler: Dikdörtgen Depo, Zemin-Yapı-Sıvı Etkileşimi, Yerinde Yapılan Modal Test, Modal Karakteristik, Lagrange Yaklaşımı, Sanal Sınır, Deprem Davranışı, Sonlu Elemanlar Yöntemi, Altsistem Yaklaşımı

Abstract:
In rectangular tanks, the interactions of exterior walls with fluid, backfill soil and foundation soil convert the earthquake behaviors of these structures into a fairly complex problem. However, when the literature about the structure systems within the scope of the study is investigated, in general, it is seen that there appears a deficiency related to earthquake calculation and design of the exterior walls which interacting with soil and fluid. The main purpose of this study is to propose numerical and analytical approaches for investigating the earthquake behaviors of fluid-exterior wall-soil systems using the approaches proposed in the literature for consideration of fluid and soil interactions, and to investigate the validities and usabilities of the proposed models by means of in-situ modal tests. Furthermore, examining the earthquake behaviors of the said systems via the approaches which appeared to be sufficient, it is also aimed to investigate the effects of both interactions on structure behavior.The study consists of three main chapters and an appendix. In the first chapter, general information about rectangular tanks, dynamic and nonlinear behaviors of soils, soil-structure and fluid-structure interactions, and the aim and scope of this study are presented. In the second chapter, the analytical and numerical models proposed for soil-exterior wall-fluid systems are introduced and information about in-situ modal tests are given. Subsequently, modal characteristics of systems mentioned above are determined by the proposed models and modal tests, and earthquake analyses are fulfilled. In the third chapter, conclusions obtained from the study and suggestions are given. This chapter is followed by references list, autobiography and the appendix.Consequently, in this study, the validities and usabilities of analytical and numerical models via in-situ modal tests were investigated. Furthermore, it was seen that fluid and soil interactions can significantly change the earthquake behaviors of rectangular tanks depending on backfill geometry and/or existence of backfill, embedment shape, height of fluid and the mechanical properties of foundation/soil system.Key Words: Rectangular Tank, Soil-Structure-Fluid Interaction, In-Situ Modal Test, Modal Characteristic, Lagrange Approach, Artificial Boundary, Earthquake Behavior, Finite Elements Method, Substructure Approach