Ön yüzü beton kaplı kaya dolgu barajların güvenilirlik analizi
Reliability analysis of concrete-faced rockfill dams
Yazar: MURAT EMRE KARTAL
Danışman: PROF. DR. ALEMDAR BAYRAKTAR
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, baraj-temel-rezervuar etkileşimi dikkate alınarak ön yüzü beton kaplı kaya dolgu barajların statik ve deprem etkileri altında güvenilirlik analizleri gerçekleştirilmiştir. Rezervuar suyunun baraj üzerindeki etkileri Lagrange yaklaşımına dayalı sıvı sonlu elemanlarla dikkate alınmıştır. Barajdaki çeşitli birleşim bölgeleri birleşik ve sürtünmeli olarak modellenmiştir. Sürtünmeli birleşimlerde Coulomb sürtünme yasasını dikkate alan bir boyutlu yüzey-yüzey temas elemanlar kullanılmıştır. Deprem etkisi için zemin tabanına indirgenmiş ivme kaydı dikkate alınmıştır. Yansıtmayan sınır şartları viskoz sönümleyiciler ile tanımlanmıştır. Malzeme bakımından lineer olmayan davranış için, betonda Drucker-Prager, kaya dolguda çok yönlü kinematik pekleşme modeli kullanılmıştır. Geometri bakımından lineer olmayan davranış da dikkate alınmıştır.Ön yüzü beton kaplı kaya dolgu barajın güvenilirlik analizlerinde FERUM güvenilirlik analiz programı, ANSYS sonlu elemanlar programı ile birleştirilmiştir. İki program arasında kurulan bağlantı ile kapalı limit durum fonksiyonlarının çözümü için gerekli değerler elde edilmiştir. Güvenilirlik analizlerinde Geliştirilmiş Rackwitz-Fiessler Yöntemi, statik yüklere maruz baraj için Direkt Birleştirme Yöntemi ve Yanıt Yüzeyi Yöntemiyle, depreme maruz baraj için de Yanıt Yüzeyi Yöntemi ile kullanılmıştır. Çalışmada, beton plak üzerinde seçilen kritik noktaların göçme olasılıkları hesaplanmıştır.Bu tez çalışması, dört bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde literatür araştırması, kullanılan yöntemler ve ilgili formülasyonlar verilmiştir. İkinci bölümde, çalışmada kullanılan ön yüzü beton kaplı kaya dolgu barajın sayısal modeli verilmiş ve güvenilirlik analizinde kullanılan algoritmalar açıklanmıştır. Üçüncü bölümde önce depreme maruz barajın davranışı irdelenmiş, ardından barajın statik ve deprem yükleri için güvenilirliği araştırılmıştır. Son bölümde, rezervuar suyunun dikkate alınmasıyla beton plağın güvenilirliğinin azaldığı ve birleşim bölgelerinde sürtünmenin dikkate alınmasıyla beton plağın güvenilirliğinin arttığı sonucu çıkartılmış olup ileri ki çalışmalar için de öneriler sunulmuştur. Bu bölümü kaynakların yer aldığı bölüm takip etmektedir.

Abstract:
In this thesis, reliability analyses of concrete-faced rockfill dams under static and earthquake are performed considering dam-foundation-reservoir interaction. The effect of reservoir water on dam is considered using fluid finite elements based on the Lagrangian approach. Welded and friction contact are considered in various joints. One dimensional surface-to-surface contact elements obeying Coulomb?s friction law are used for frictional contacts. Earthquake response of the dam to deconvolved ground acceleration record is obtained. Non-reflecting boundary conditions are defined by viscous dampers. Drucker-Prager model is used for concrete and multi-linear kinematic hardening model is used for rockfill in the materially nonlinear analyses. Geometrically nonlinearity is also considered.FERUM, reliability analysis program, is combined with ANSYS finite element program in the reliability analysis of concrete-faced rockfill dam. The needed values used in the implicit limit state function are obtained by the established connection between these programs. Improved Rackwitz-Fiessler Method is used with Direct Coupled Method and Response Surface Method in the reliability analysis of the dam under static loads and used with Response Surface Method in the reliability analysis of the dam to earthquake. The probability of failure is computed for the selected critical points in the concrete slab.This thesis is composed of four chapters. In the first chapter, literature researches, used methods and formulations are given. In the second chapter, numerical model of the concrete-faced rockfill dam is given and the reliability analysis algorithm is explained. In the third chapter, initially, earthquake response of the dam is examined and then reliability of the dam under static and earthquake loads is studied. In the last chapter, it is deducted from the study that reservoir water decreases the reliability of the concete slab and to consider friction in the joints increases the reliability of the concete slab and in addition to this the proposals for further studies are given. This chapter is followed by the references.