Beton barajların dinamik özelliklerinin deneysel ve teorik olarak incelenmesi
Investigation of the dynamic properties of roller compacted concrete dams by experimental and numerical methods
Yazar: MUHİTTİN SELÇUK GÖKSU
Danışman: PROF. DR. MEHMET ALİ YURDUSEV
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Hidrolik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Beton barajlar = Concrete dams ; Dinamik özellikler = Dynamic properties ; Operasyonel modal analiz = Operational modal analysis ; Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis

Özet:
Bu çalışmamızın konusu olan , Silindirle Sıkıştırılmış Beton (SSB) barajlar, aslında beton barajların güvenliği ile beraber ve toprak baraj prosedürünün bir kombinasyonu olup inşaatı hızlandıran ve idari maliyetleri düşüren, yüksek güvenliğe sahiptirler. Bu nedenle dünyada ve ülkemizde bu tip bir baraj inşa etme eğilimi artmaktadır.

Onlarca yıl önce, baraj ve benzeri büyük yapıların dinamik özelliklerinin tahmin edilmesinde statik ve dinamik analizi için yeni ve güçlü sayısal yöntemlerin geliştirilmesi ve  uygulanması yapı mühendislerinin en çok ilgi duyduğu alanlardan biri olmuştur. Sonlu elemanlar tekniklerinin hızlı gelişimi ve kişisel bilgisayarlar alanındaki teknolojik ilerlemelerle beraber yapısal tasarımcıların yazılım paketlerini kullanabilmesi  yapının davranışı için doğru simülasyonlar  yapılabilmesine imkan vermiştir.

Çok sayıda mevcut barajların sürekli yaşlanma ve ardından yapısal bozulması nedeniyle  etkili titreşim tabanlı hasar tespitinin geliştirilmesi anlayışı teşvik edilmektedir. Barajlar gibi karmaşık ve iddialı sivil yapılarda iyi kurulmuş girdi-çıktı modal tanımlama tekniklerini kullanarak, kontrollü bir bir şekilde sarsıcı dış kuvvet uygulamak zorunda kalmadan, ana dinamik özelliklerini doğru bir şekilde tanımlamak için inşaat mühendisliği araştırmacıları doğal olarak çevresel titreşim yöntemi ile testlere yönelmiştir.

İnşaat mühendisliğinde barajlar gibi büyük yapıların, kararlılıklarını, ömürlerini ve güvenilirliklerini belirlemede yapının dinamik özellikleri  önemli bir faktördür. Bu nedenle, birçok mühendislik uygulamasında bu tür yapıların doğal frekans, sönüm oranı ve mod şekilleri gibi dinamik özelliklerinin belirlenmesi önemli bir konu haline gelmiştir. Operasyonel Modal Analiz (OMA), hizmette olan bir yapının modal parametrelerinin çıkarılmasına izin veren bir yöntemdir.

Bu tez çalışmasında, beton barajların doğal frekans, sönüm oranı ve mod şekilleri gibi dinamik özellikleri sonlu eleman ve deneysel modal analiz yöntemleri kullanılarak belirlenmiştir. Bu amaçla, İzmir ili sınırları içinde bulunan, kret uzunluğu 800,355 metre ve gövde yüksekliği 101 metre olan Küçük Menderes Nehri üzerindeki mevcut bir baraj olan Beydağ barajında nümerik ve deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir.

Yapılan çalışmalar sonucu hidrostatik ve deprem yükleri altında barajın gerilme ve deformasyon değerleri elde edilmiştir. Bu çalışma ile mevcut beton barajların dayanıklılığı yada performansının kontrol edilmesi ve gerektiğinde gerekli kısımlarında güçlendirmeler yapılması mümkün olacaktır.

Abstract:
The dynamic behavior of civil engineering infrastructure is an essential factor in determining their structural stability, life span and reliability. Therefore, it has become an important issue in many engineering applications to identify dynamic characteristics of such structures and monitor the structure in operation. Operational Modal Analysis (OMA) is a procedure which allows for the extraction of modal parameters of a structure in service.

In this study ambient vibration tests were conducted on a 101 meter high concrete gravity dam, Beydag Dam,Izmir, to measure its modal properties for validating a finite element model of the dam system. The dam height is 101 m, and the crest length is 800,335 m. 

Excitation was provided by wind. Vibrations of the dam were measured using accelerometers, and 45 minutes data records were acquired from each location.

Decades ago, a major concern of structural engineers was the development and application of new and powerful numerical methods for the static and dynamic analysis of large civil engineering structures. The rapid development of finite-element techniques accompanied by tremendous technological progress in the field of personal computers allowed structural designers to use software packages for accurate simulation of structural behavior.

The continuous aging and subsequent structural deterioration of a large number of existing structures have encouraged the development of efficient vibration-based damage detection techniques supported by structural health monitoring systems. The natural tendency of civil engineering researchers was to utilize well established input-output modal identification techniques to identify the main dynamic properties of civil structures.

The finite element model calibrated based on field observations was been run and the stress and deformation values throughout the dam body have been obtained. It is possible touse such models to check the performance of existing concrete dams and make strenghtenings where possible.