Atmosferik tankların yapısal risk değerlendirmesi
Structural risk assessment of atmospheric tanks
Yazar: KAYAHAN AKGÜL
Danışman: PROF. DR. CENK ALHAN ; PROF. DR. YASİN FAHJAN
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Endüstriyel tesis içerinde yer alan atmosferik tankların deprem, patlama ve yangın riski yapısal olarak incelenmiştir. Tank-sıvı etkileşiminin doğrusal olmayan (nonlineer) davranış kaynaklarını göz önüne alabilen sonlu elemanlar yöntemini (FEM) LS-Dyna (2017) ve Abaqus (2014) yazılımları ile sıvı ihtiva eden üç boyutlu atmosferik tankların sismik, patlama ve yangın yükleri altında davranışları incelenmiştir. 
Sismik analizlerde yapı-sıvı etkileşimi SPH (Smooth Particle Hydrodynamic) yaklaşımı ile modellenip yapısal sistem performansı değerlendirilmiştir. Analiz modelleri geçmişteki büyük depremlerin etkisi altında hasar mekanizmaları gözlemlenen tank tipleri (tank yüksekliği, çapı ve çatı tipi) incelenerek belirlenmiştir. Yangın ve patlama riskinin yüksek olduğu yanıcı sıvıların depolandığı tank tipleri seçilmiştir.  Deprem yer hareketleri fay mesafelerinin yakınlığı, büyüklüğü ve frekans muhtevasına göre tarihsel kayıtlardan seçilmiştir. Kuvvetli yer hareketleri için herhangi bir ölçeklendirme prosedürü uygulanmamıştır. 
Atmosferik tankların patlama yüklemesi altında dinamik tepkisini tahmin etmek için doğrusal olmayan sonlu eleman analizleri (FEA) LS-Dyna (2017) yazılımı aracılığıyla yapılmıştır. Analizlerde, farklı tank tipleri (yükseklik, çap, sıvı doluluk seviyesi) için farklı patlama yükü senaryoları hazırlanmıştır. Sıvı ortamı Lagrange yaklaşımı ile modellenerek yapı-sıvı etkileşimi dikkate alınmıştır. Patlama yükleri altında oluşabilecek hasar modları incelenerek atmosferik tankların patlama yük kapasiteleri belirlenmiştir. 
Atmosferik depolama tanklarında yangın riski iki aşamalı metodoloji kullanılarak incelenmiştir.  Yapısal yangın yükleri tahmini için hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) kullanılarak Abaqus (2014) belirlenmiştir. CFD çözüm algoritmaları elde edilen yükler ile sonlu elemanlar yöntemi entegre (couple analysis) edilerek yapısal yangın riski değerlendirilmiştir.

Abstract:
Earthquake, blast and fire risk of the atmospheric tanks in the industrial facility have been structurally investigated. Fluid-structure interaction (FSI) algorithms of the finite element method (FEM) was employed to evaluate the structural response of three-dimensional (3D) atmospheric tanks under seismic, blast and fire loading by taking into account sources of nonlinearity of tanks. The dynamic time-history analyses of the atmospheric tanks was performed using finite element software LS-Dyna (2017) and Abaqus (2014). 
Fluid-structure interaction (FSI) algorithms incorporated in the finite element method (FEM) were used to evaluate the seismic response of the tank. The analysis models were determined by examining the tank types (tank height, diameter and roof type) whose failure mechanisms were observed under the influence of the past historical major earthquakes. Also, tank types where flammable liquids with a high risk of fire and explosion are stored were selected. 
Strong ground motions with the time history components (two horizontal components for each ground motion record orthogonal to each other and vertical ground motion) was selected complying with near fault distance, magnitude and frequency content of motion. No scaling procedure was applied for these earthquake ground motions. 
Nonlinear finite element method (FEM) was employed to estimate the structural response of three-dimensional (3D) atmospheric under tanks blast and fire loading by using LS-Dyna (2017) software. In the analyses, different explosion blast scenarios were performed for different tank types (height, diameter, liquid level). Fluid-structure interaction was modelled with Lagrangian approach. Blast performance of the atmospheric tanks was evaluated in terms of blast failure modes.  
A two-stage methodology was performed to evaluate the structural fire risk in atmospheric storage tanks. First, the structural fire loads were estimated using computational fluid dynamics (CFD) using Abaqus (2014) software. In order to assess structural fire risk, these computed fire loads were employed and coupled with dynamic time-history analysis.