Barajlarda gövde-su-zemin etkileşimi problemlerinin sonlu eleman yöntemiyle modellenmesi ve sistemin dinamik yükler altındaki davranışının incelenmesi
Modeling of the dams body-water-soil interaction problems by finite element method and investigation of the system behavior under dynamic loads
Yazar: AHMAD YAMIN RASA
Danışman: DOÇ. DR. AHMET BUDAK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Beton ağırlık barajları = Concrete gravity dams

Özet:
Amaç: Bu çalışmada, beton ağırlık barajların iki boyutlu lineer elastik davranışı, zemin ve su
ortamlarının etkisi dahilinde incelenmiştir. Baraj gövdesinin dinamik davranışını önemli 
ölçüde değiştiren ve modellemede dikkate alınması gereken bazı önemli hususlar; örneğin, 
yakın ortamların boyutu, betonun baraj ömürü boyunca kimyasal ve mekanik etkilerden
dolayı bozulması gibi konular üzerinde bir takım parametrik incelemeler yapılmıştır. Ayrıca, 
bu etkiler dikkate alınarak baraj gövdesinin çeşitli deprem yükleri altındaki sismik
performansıyla olası hasar seviyesi incelenmiştir. 
Yöntem: Bu problemde, üç farklı ortamın hareket denklemi ilk olarak çıkarılıp, arayüzey 
sınır şartları dikkate almakla baraj-rezervuar-zemin etkileşimi probleminin sonlu eleman 
hareket denklemi türetilmiştir. Bu problemde, rezervuar ortamı Lagrange sıvı elemanlarla 
modellenirken, uzak ortamlar ise sonsuz elemanlarla modellenmiştir. Birleşik hareket 
denklemi Laplace uzayında direkt yöntemiyle çözülmüştür. Elde edilen kompleks deplasman 
tepkileri, Laplace dönüşüm yöntemiyle reel tepkilere dönüştürülmüştür. Bu problemin 
çözümünde çeşitli bilgisayar programları FORTRAN 90 ve MATLAB'te hazırlanmıştır.
Bulgular: Beton ağırlık barajların dinamik yükler altındaki analizi için geliştirilen model, 
etkin ve zaman analizi açısından hızlı olduğu tespit edilmiştir. Baraj-Rezervuar Etkileşimi 
(BRE), Baraj-Zemin Etkileşimi (BZE) ve Baraj-Rezervuar-Zemin Etkileşimi (BRZE) 
problemlerinin sonlu eleman modelinde yakın ortamların boyutu, baraj yüksekliğinin 1,5 
katında olması, yeterli derecede dorğu sonuçlar verdiği bulunmuştur. Yeni barajların 
tasarımında veya var olan barajlarda, betonun farklı nedenlerden zaman içerisinde bozulması 
ve barajlar üzerinde olan etkisi göz ardı edilemez bir konu olduğu anlaşılmıştır. 
Sonuç: Beton ağırlık barajların dinamik yükler altındaki davranışı daha etkin ve hızlı bir 
model gerliştirilerek incelenmesinde, yakın ortamların boyutu ve betonun zaman içerisinde 
farklı nedenlerden dolayı bozulması gibi parametreler, barajın dinamik davranışını önemli 
ölçüde değiştirdiği görülmüştür.

Abstract:
Purpose: In this study, two-dimensional linear elastic behavior of concrete gravity dams was 
investigated considering soil and water domains. Some important parameters significantly 
changing the dynamic behavior of the dam; for example, the near-field domains size,
deterioration of concrete were included and parametric studies have been done. Considering 
these aspects, the seismic performance and possible damage level at the dam under various 
earthquakes were furtherly studied.
Method: In this problem, the equations of motion for three different domains were firstly
generated. The finite element equation of motion of the dam-reservoir-soil interaction 
problem was derived considering dynamic interactions at the interfaces. The reservoir domain 
was modeled by Lagrangian fluid elements, while unbounded domains were modeled by
infinite elements. The equation of motion was solved in Laplace domain using direct method. 
The obtained complex displacement responses were transformed to real responses using 
Laplace transformation method. Various computer programs have been developed in 
FORTRAN 90 and MATLAB.
Findings: The developed numerical model was seen to be efficient and fast. In DamReservoir Interaction (DRI), Dam-Soil Interaction (DSI), and Dam-Reservoir-Soil Interaction 
(DRSI) problems, the size of near-field domains can be taken as 1.5 times the dam height, and 
this gave sufficiently accurate results. In the analysis and design of dams, the deterioration of 
concrete and its effects cannot be ignored.
Results: By presenting this efficient and fast model, it has been observed that parameters such 
as near-field domains size and the deterioration of concrete significantly change the dynamic 
behavior of the dam.