Çeşitli standartlar ışığında betonarme silolarda ısıl etkilerin incelenmesi
Investigation of thermal effects in reinforced concrete silos in the light of various standards
Yazar: OSMAN ALI MOHAMED
Danışman: PROF. DR. ZEKİ KARACA
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Silolar, sıcaklık değişimleri gibi çeşitli beklenmedik gerilmeler etkisinde kalan ve olağandışı mekanizmalara maruz kalan önemli yapılardır. Bu nedenle, tasarımda ısıl yüklerin etkisinden korunmak ve incelemek için birçok yönetmelik koşulunun göz önünde bulundurulması gereklidir. Bu tip malzemelerden birisi, yüksek sıcaklık etkisiyle depolanan önemli yapı malzemesi çimentodur.
Isıl yüklerin silo duvar tasarımı üzerindeki etkisi, uygulanan kuvvetler ve gerilmeler açısından bu çalışmada değerlendirilmektedir. Bu ısıl yükler, silo duvarlarını iki ana şekilde etkiler; dolu bir silo yapısının soğutulması sırasında termal olarak indüklenen ek basınçtan kaynaklanan teğet yönlü gerilmeler (çevresel gerilme) ve duvar kalınlığı boyunca sıcaklık farklılıklarından kaynaklanan gerilmeler. Yapısal çözümlemelerde, sonlu elemanlar yöntemini esas alan SAP2000 programı kullanılmıştır. Modellenen yapıda, Son Elemanları Modeli (SEM) sonuçları çeşitli ülke yönetmelikleri kullanılarak, karşılaştırmalar ve sonuçlar elde edilmiştir. Çevresel kuvvetleri söz konusu olduğunda, Avrupa Birliği yönetmeliği (EUROCODE) duvar kalınlığı, iç yarıçap ve sıcaklık farkı olmak üzere üç parametreli doğrusal bir SEM ile karşılaştırılmıştır.
Bir silo duvarındaki yönlendirilmiş gerilmeleri belirlemek amacıyla, hem Amerikan Beton Enstitüsü'nün (ACI) hem de Türk standardının kriterleri uygulanarak, duvar kalınlığı ve sıcaklık farkı olmak üzere iki parametre kullanılarak doğrusal SEM karşılaştırması yapılmıştır. Bu çalışma ile, SEM' in doğrusal analizinin Amerikan Beton Enstitüsü'ndeki (ACI) eşdeğer değerleri ile oldukça uyumlu olduğu görülmüştür. Türk standardından kaynaklanan momentler, SEM'den kaynaklanan momentlerin yüzde 30 daha azdır. Ayrıca, çevresel kuvvetleri üzerindeki çalışma sonuçları, her SEM ve AB yönetmeliği için sıcaklık değişimi, silo yarıçapı ve silo duvar kalınlığı ile çeşitli bir model göstermiştir. Bu çalışma ısıl etki altında kalan silolarda bu etkinin ihmal edilemeyeceği ve diğer yüklemelerinin yanında mutlaka gözönünde bulundurulması gerektiği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Silos are unique structures that are subjected to various unexpected stresses, such as temperature changes, causing unusual failure mechanisms. Therefore, many codes are required to protect and examine the effect of thermal loads in design. Evaluation of the design and construction processes is essential when developing the design code of reinforced concrete silos used for storing hot materials such as cement.
The effect of thermal loads on the silo wall design is evaluated in this study in terms of applied forces and stresses. These thermal loads affect the silo walls in two main ways; tangential directional stresses caused by thermally induced additional pressure during cooling of a filled silo structure (circumferential stress) and stresses caused by temperature differences along the wall thickness. A commercial analysis program (SAP2000 version 23) was used as the Analytical finite element model (FEM). Various codes were used and compared with the FEM results. When it comes to circumferential forces, the European Union regulation (EUROCODE) has been compared with a linear SEM with three parameters: wall thickness, inner radius and temperature difference.
In order to determine the directed moments in a silo wall, a linear FEM comparison was made using two parameters, wall thickness and temperature difference, by applying the criteria of the American Concrete Institute (ACI) and the Turkish standard. With this study, it has been seen that the linear analysis of FEM is quite compatible with the equivalent values of the American Concrete Institute (ACI). The moments arising from the Turkish standard are 30 percent less than the moments arising from the FEM. Also, the study results on the environmental forces showed a varied pattern for each FEM and EU regulation with temperature variation, silo radius and silo wall thickness. With this study, it has been concluded that this effect cannot be neglected in silos under the thermal influence within the framework of different standard provisions and that it must be taken into account in addition to the other loads.