Endüstriyel bacaların yapı zemin etkileşimi dikkate alınarak dinamik analizleri
Dynamic analysis of industrial chimneys considering soil-structure interaction
Yazar: ACHMET KALIN
Danışman: PROF. DR. ŞEREF DOĞUŞCAN AKBAŞ
Bursa Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Endüstriyel çelik bacalar, fabrikalar, rafineriler, enerji üretim tesislerinin ve bu gibi 
tesislerin vazgeçilmez bir parçasıdır. Atık ve zararlı gazların atmosfere iletilmesi 
amacıyla kullanılan bu bacaların ihtiyaçları karşılayacak şekilde tasarlanıp inşa 
edilirler. Bu yapıların uzun yıllar boyunca hizmet etmesi arzulanmıştır. Bacaların 
zeminle etkileşimi, bacaların tasarımı, inşaatı ve bakımı açısından önemlidir. Yapıların 
tasarımında ileri mühendislik bilgisi ve tecrübe gerektiren bu yapılar inşa edilirken 
birçok parametre göz önünde bulundurulması gerekmektedir.
Bu çalışmada zemin-yapı etkileşimi açısından farklı özelliklere sahip zeminlerin 
endüstriyel bacaların dinamik etkisi araştırılmıştır. Zemin etkisini oluşturabilmek için 
S1, S2, S3 ve S4 tiplerinden farklı zemin özelliklerine ait zemin modelleri
kullanılmıştır. Zemin modelleri aynı boyutlarda ve özel sınırlar tanımlanarak 
hazırlanmıştır. Belirlenen zeminler üzerinde bulunduğu kabul edilen 30, 50 ve 60 
metre yüksekliğinde çelik baca tipi yapıların dinamik analizleri yapılmıştır. Yapısal 
çeliğin lineer olmayan elasto-plastik malzeme modeli kullanılarak sonuçlar 
değerlendirilmiştir. Sonlu elemanlar analizleri SOLİD185 sonlu eleman tipi tercih 
edilerek ANSYS WORKBENCH yazılımı kullanılarak dinamik analizleri yapılmıştır.
Yapının farklı zeminler ve çelik modelleri ile modellenen kule tipi yapının 1999 
Kocaeli depremi ivme kayıtları kullanılarak boyutlanmış deprem ivmesine maruz 
kalması sonucunda kulede oluşan ilgili parametreler değerlendirilmiştir.
Değerlendirme aşamasında yapının karakteristiklerini belirlemek amacıyla yapılan 
deprem etkisinin zaman tanım aralığındaki analiz sonucunda yapıya ait tepe yer 
değiştirme, taban oluşan gerilme değerleri elde edilerek grafikler aracılığıyla 
sunulmuştur. Depremin ivme kaydının etki ettirilmesi ile zemine göre değişen farklı 
zamanlarda oluşan en yüksek tepe yer değiştirme değerlerinin S4 zeminin S1 
zemininden daha yüksek olduğu görülmüştür. Benzer sonuçlara kayma ve Von-Mises 
gerilmelerin de saptanmıştır. Yapı Zemin etkileşimi kule tipi yapıların tasarımını 
önemli ölçüde etkilediği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Industrial steel chimneys are an essential part of factories, refineries, power generation 
facilities, and similar structures. These chimneys are designed and constructed to 
handle the release of waste and harmful gases into the atmosphere. It is desirable for 
these structures to serve for many years. The Chimney-Soil interaction is an important 
topic for reliable design of chimney structures. These structures, which require 
advanced engineering knowledge and experience in their design, must consider many 
parameters during construction.
In this study, the dynamic responses of industrial tower-type chimney structures with 
different soil characteristics was investigated in terms of soil-structure interaction. Soil 
models with different soil properties from S1, S2, S3, and S4 types were used to create 
soil effects. The soil models were prepared with the same dimensions and special 
boundaries were defined. Dynamic analyses of steel chimney-type structures with 
assumed heights of 30, 50, and 60 meters were performed on the designated soils. The 
results were evaluated using the nonlinear elasto-plastic material model of structural 
steel. Finite element analyses were performed using the SOLID185 finite element type 
and the ANSYS WORKBENCH software for dynamic analyses. The relevant 
parameters of the tower-type structure modeled with different soils and steel models 
were evaluated when exposed to seismic acceleration resulting from the 1999 Kocaeli 
earthquake.
In the evaluation phase, the maximum top displacement, stress values at bottom 
surface of the structure were obtained through graphical representations by performing 
time-domain analysis of the earthquake effect on the structure. It was observed that the 
highest top displacement values occurring at different times depending on the soil were 
higher for S4 soil than for S1 soil when the earthquake acceleration was applied to the 
structure modelled with different soils and steel models. Similar results were found for 
shear and Von-Mises stresses. It was concluded that the soil-structure interaction 
significantly affects the design of tower-type structures.