Öngerme ankrajlı kazı destekleme yapılarının güvenilirliğe dayalı tasarımı
Reliability based design of prestressed anchor excavation supporting structures
Yazar: TUBA TEKE
Danışman: DOÇ. DR. PELİN ÖZENER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geoteknik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Betonarme duvar = Reinforced concrete wall ; Güvenilirlik analizi = Reliability analysis ; Kazı destekleme sistemleri = Excavation support systems ; Monte Carlo benzetimi = Monte Carlo simulation

Özet:
Geoteknik tasarımlarda alışagelmiş mühendislik yaklaşımı deterministik analizlere dayanmaktadır. Deterministik analizlerde, zemin gibi mühendislik özellikleri geniş aralıklarda değişen doğal malzemelerin malzeme parametrelerindeki belirsizlik dikkate alınmaz. Bu durumun üstesinden gelebilmek için Eurocode 7 ve AASHTO gibi yönetmeliklerde mukavemet parametrelerinin azaltılması ve kütle parametrelerinin artırılması yoluna gidilmiştir. Bu tez çalışmasında,  geniş bir aralıkta değişen zemin mühendislik özelliklerinden kaynaklanan belirsizliğin öngerme ankrajlı derin kazı destekleme sistemlerinin tasarımına etkisinin  incelenmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda,  kum zeminde yer alan varsayımsal bir kazının tek sıra öngerme ankrajlı bir destekleme sisteminin kuvvet dengesine dayalı deterministik tasarımı yapılarak, belirsizlik olgusunun dikkate alınması durumu incelenmiştir. Sonuçlar üzerinde en büyük etkiye sahip olan parametreyi belirlemek için duyarlılık analizleri yapılmıştır. Öngerme ankrajlı sistemin kuvvete dayalı deterministik ve Monte Carlo Simülasyonu ile yapılan belirsizlik analizleri Python programlama dili ile geliştirilen bir yazılımla gerçekleştirilmiştir. Destekli kazının güvenilirlik durumu blok göçme ve genel göçme durumları için yapılmıştır. Blok göçme durumu Kranz Yöntemi ile yazılan Python kod tarafından yapılırken genel göçme mukavemet azaltımı yönteminin dikkate alındığı sayısal gerilme şekil değiştirme analizleri ile gerçekleştirilmiştir. Python'da geliştirilen yazılım ile ilk olarak verilen kazı derinliği ve zemin özelliklerine göre ankrajlı palplanş hesabı yapılmaktadır. Palplanşın gömülü ucunun serbest mesnetli olduğu kabulü ile yapılan bu hesap sonucunda ankraj kuvveti ve perde gömülme derinliği ile ankraj aralığı ve kök derinliği elde edilmektedir. Python kodu ile yürütülen analizlerin ikinci aşamasındaki belirsizlik analizlerinde Monte Carlo Simülasyonu ile kayma mukavemeti açısı için lognormal olasılık dağılım ve varyasyon katsayısı (COV) dikkate alınmıştır. Binin üstünde iterasyon ile gerçekleştirilen bu analizlerin her bir iterasyon adımında verilen olasılık dağılım fonksiyonuna göre, rastgele üretilen kayma mukavemeti açısı değeri dikkate alınarak tek sıra öngerme ankrajlı perde hesapları yinelenmiştir. Bu analizlerde, minimum kök boyu ve ankraj aralığı yönetmeliklerde önerildiği şekilde sınırlandırılmış ve buna göre çakma derinliği, ankraj kuvveti, ankraj kök uzunluğu, ankraj aralığı ve serbest uzunluk değerleri hesaplanmıştır. Monte Carlo Simulasyonu ile yapılan belirsizlik analizleri sonucunda elde edilen verilerle; Python Eko Sistem'in olanakları kullanılarak, ankrajlı perde gömülme derinliği, ankraj kuvveti, serbest ve kök boyu değerlerinin kayma mukavemeti açısına bağlı değişimi ve birbirleri ile ilişkilerini gösteren grafikler çizdirilmiştir. Güvenilirlik analizleri her bir rastgele üretilen kayma mukavemeti açısına bağlı olarak gerçekleştirilen Plaxis analizlerinin ankraj kuvveti sonuçlarına bağlı olarak blok göçme analizi şeklinde yapılmıştır.

Abstract:
The conventional engineering approach in geotechnical designs is based on deterministic analysis. In deterministic analysis, the uncertainty in the material parameters of natural materials whose engineering properties vary widely, such as soil, is not taken into account. In order to overcome this situation, in Eurocode 7 and AASHTO regulations, reducing the strength parameters and increasing the mass parameters are preferred. In this paper, it is aimed to investigate the effect of uncertainty arising from a wide range of varying soil engineering properties on the design of prestressed anchor deep excavation support systems. In this context, a deterministic design based on the force balance of a single-row prestressed anchorage system of a hypothetical excavation at a depth of 7 m on a sandy soil was made, and the case of taking into account the uncertainty phenomenon was investigated.Sensitivity analyzes were performed to determine the parameter that has the greatest effect on the results. The force-based deterministic of the prestressed anchored system and the uncertainty analysis made with Monte Carlo Simulation were carried out with a software developed with the Python programming language. The reliability status of the supported excavation is made for block failure and general failure situations. While the block failure situation is made by the Python code written with the Kranz Method, the general failure strength reduction method is taken into account by numerical stress-strain analyzes. With the software developed in Python, anchored sheet pile calculations are made according to the given excavation depth and soil properties. As a result of this calculation, which is made by assuming that the buried end of the sheet pile is freely supported, the anchor force and the wall burial depth, the anchor spacing and the root depth are obtained. The lognormal probability distribution and coefficient of variation (COV) for the shear strength angle were taken into account with Monte Carlo Simulation in the uncertainty analysis in the second stage of the analyzes carried out with the Python code. According to the probability distribution function given in each iteration step of these analyzes, which were carried out with more than one thousand iterations, the calculations of the shear strength angle, which is randomly generated, were repeated with a single row of prestressed anchorage. In these analyses, the minimum root length and anchor spacing were limited as recommended in the regulations, and the driving depth, anchor force, anchor root length, anchor spacing and free length values were calculated accordingly. With the data obtained as a result of the uncertainty analysis made with Monte Carlo Simulation; Using the possibilities of the Python Eco-System, graphs were drawn showing the changes in the anchorage wall embedment depth, anchor strength, free and root length values depending on the shear strength angle and their relations with each other. Reliability analyzes were performed in the form of block failure analysis based on the anchor force results of Plaxis analyzes performed depending on each randomly generated internal friction angle.