Baraj göllerinde deprem sırasında oluşan hidrodinamik basınçların analizi
Analysis of earthquake induced hydrodynamic pressures in dam-reservoirs
Yazar: ENDER DEMİREL
Danışman: DOÇ. DR. İSMAİL AYDIN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Baraj hazneleri = Dam reservoirs ; Deprem = Earthquake ; Serbest yüzey = Free surface

Özet:
Baraj göllerinde deprem sırasında oluşan hidrodinamik basınçları hesaplayan NASSLARD isimli bir sayısal model geliştirilmiştir. Sıkışabilir Navier-Stokes denklemlerinden oluşan matematik modelde serbest yüzeyin konumunu bulmak için derinlik entegralli süreklilik denkleminden faydalanılmıştır. Serbest yüzey hesap metodu baraj göçmesi, salınan dikdörtgen tanktaki sıvı çalkantısı ve solitary dalga ilerlemesi problemlerinde denenmiştir. Haznenin uzak kenarında, serbest yüzey ve basınç dalgalarının geri yansımasını engelleyen Sommerfeld yansımayan sınır koşulu ve sönümleme bölgesi metotlarının birleşiminden oluşan bir karma sınır koşulu uygulanmıştır. Yansımayan sınır koşulunun performansı solitary dalga ve doğrusal olmayan yüzey dalgalarında denenmiştir. Sayısal modelin uzun süreli benzetimde toplam akışkan hacmini korumada başarılı olduğu gösterilmiştir.Modeli oluşturan denklemler boyutsuzlaştırılarak deprem etkisindeki baraj-hazne probleminin analizinde önemli boyutsuz sayılar belirlenmiştir. Deprem sırasında baraj yüzeyinde oluşan hidrodinamik kuvvetlerin hesabında viskozite terimlerinin ihmal edilebileceği, buna karşın süreklilik denklemi içindeki sıkışma etkilerinin basınç alanının belirlenmesinde etkin rol aldığı gözlenmiştir. Deprem sırasında baraj gövdesi yakınında su yüzeyinde dalga yüksekliği ve baraj topuğundaki dinamik basınç değişimlerinin boyutsuz sayılarla ilişkisi araştırılmıştır.

Abstract:
A computational model called NASSLARD is developed to compute earthquake induced hydrodynamic pressures in dam-reservoirs. The mathematical model is based on the solution of compressible Navier-Stokes equations and the depth integrated continuity equation to track the free surface. The free surface method is tested on dam-break, liquid sloshing in a partially filled rectangular tank and propagation of solitary wave problems. A combination of Sommerfeld non-reflecting boundary and dissipation zone methods is implemented at the far end of the reservoir to prevent the reflection of pressure and free surface waves. Performance of the non-reflecting boundary is tested on propagation of solitary wave and nonlinear surface waves. The numerical tests demonstrated that the computational model is capable of conserving total fluid volume in long time simulations.The governing equations are non-dimensionalized and important dimensionless numbers are identified for dam-reservoir problem. It is observed that the viscous terms can be neglected in computation of earthquake induced hydrodynamic forces on dam face. However, compressibility effects in continuity equation have a crucial role in determining pressure field. The relations between dimensionless numbers and the variation of water surface wave height near the dam face and hydrodynamic pressure at dam toe during earthquake are investigated.