Akademik Veri Yönetim Sistemi
TÜBİTAK Projesi, 2017 - 2020
Performans
bazlı deprem mühendisliğinin en önemli amaçlarından biri sismik tehlikenin
yapılar üstünde reel sonuçlarının anlaşılması ve somutlaştırılarak bu riskler
için önleyici veya karşılık olacak kararların verilmesini sağlamaktır.
Özellikle önemli bina yapılarında bu teknikler ile tasarım ve kullanım amaçları
birbirine bağlanarak optimizasyon sağlanmakta, yapının ekstrem yükler altındaki
davranışı da bu şekilde belirlenerek, yüklemeden sonra da tamir ya da yeniden
inşa tercihleri belirlenmektedir. Baraj yapılarında tarihsel gelişim nedeni ile
bu yaklaşımlar oluşmamış olup ülkemiz gibi enerji potansiyelinin azami ölçüde
değerlendirebilmesi amacıyla son yıllarda yüzlerce baraj inşa edilen bölgelerde
bu yapıların aşırı deplasmanlardaki performansı bilinmemektedir. Özellikle
kaskad yapısı ile birbirinin altında bir çok baraj inşa edilmesi ile
oluşturulan sistemlerde bir barajda hasar kaskad için de olası bir tehlikeye
işaret etmektedir. Dolayısı ile hasar gören beton barajlar için performans
kriterleri belirlenmesi hem tasarım/tahkik aşamasında hem de karar vericilerin
yapılar hakkındaki tercihleri için çok önemli hale gelmektedir.
Baraj yapılarının analizinde
tarihsel gelişim nedeni ile performans bazlı bir yaklaşım oluşmamış olup
tasarım tercihleri ve bunların performansa etkileri konusunda büyük bir bilgi
eksikliği bulunmaktadır. Bu yapılarda yukarıdaki doğrultuda bir performans
kriteri oluşmamasının en önemli sebeplerinden biri mevcut araştırma pratiğinde
sonlu eleman sisteminin pratiğe tamamı ile hükmetmesidir. Küçük deplasman
öngörüsü ve devamlı bir deplasman alanı ile çalışan bu metod devamlı yapılarda
ayrık ve büyük çatlamaları, kaymaları, stabilite kaybını, sallanma gibi
etkileri etkin simüle edememektedir. Deneysel olarak da büyük barajların
davranışını incelemek oldukça zordur: zira çok masif yapılar olmaları sebebi
ile çok küçük ölçekte çalışılması gerekmekte, parça deneyleri gibi beton bina/köprüler
için sık yapılan yükleme testleri yapılamamaktadır. Bu teorik ve pratik
zorlukların üzerine yıkıcı deprem görmüş büyük barajların sayısının çok az
olması eklenirse bu konuda yaklaşımın neden oldukça zor olduğu anlaşılabilir. Dolayısı
ile probleme yüksek deplasman düzeyinde çalışan analitik yaklaşımlar ile
müdahil olmak gerekmektedir. Bu bağlamda bu projede oluşturulması planlanan uygulamalı
eleman yöntemi yüksek deplasman simülasyonu gerektiren mekanik problemlerde ve
özellikle göçme analizlerinde kullanılan yeni generasyon mekanik simülasyon
araçlarındandır. Sistemin modellemesi sonlu eleman gibi parçalara bölünmesine
dayanır: ama parçaların mekanik özelliğini yansıtan parçaları bağlayan
yaylardır. Doğal sistemlere pek benzeyen bu model ayrık çatlakların
incelenmesini, parça kopmasının izlenmesini ve kinematik dengede sistemin
çözülmesini sağlar. Sistemden parçalar ayrılabilir,bu parçaların yönleri ve
hızları bulunabilir. Bu parçalar diğer model parçalarına çarpabilir, yapışma ya
da ivmelenme gözlenebilir.
Projenin ilk önemli amacı ekstrem
yükleme ve göçme simülasyonlarında kullanılabilecek uygulamalı eleman
altyapısını oluşturmaktır. Bu araç yüksek deplasman ve göçme seviyelerinde
yapıların analizini sağlayacak önemli bir potansiyel yaratmaktadır. Uygulamalı
eleman yöntemi kullanılarak beton barajların göçme veya göçmeye yakın durumda
davranışı ve yüklemeden sonra sistem
durumunun belirlenmesi de projenin ikinci önemli amacıdır. Bu durumda artık
kapasitenin belirlenmesi, parça kopup kopmadığının tahmini ancak ileri
deplasman seviyesine çalışabilecek bu araçla yapılabilir. Yüksek hasar görmüş
sistemde bu hasarın sonuçlarının nicel parametrelerle ifade edilmesi, deprem
tehlikesi ile reel sonuçları (tamir,
yeniden insa, mansap hasarları) arasında olasılıksal bağlantı
oluşturulmasını sağlayacaktır. Hasar sonuçlarına
ve geometrisine bağlı olarak da ani yıkılma senaryosu için mansap riskini
belirleyecek hidrograflar elde edilecektir.
Proje süresinde uygulamalı
eleman yönteminin eleman, malzeme modelleri, ana motor, çözümleme motoru ve
sonuç alma algoritmaları olmak üzere modüler olarak oluşturulması
planlanmaktadır. Algoritmalar ve araç öncelikle küçük deplasman düzeyinde basit
mekanik problemler, analitik çözümler ve olgunlaşmış sonlu eleman çözümleri ile
karşılaştırılacaktır. Daha sonra ise deneysel olarak yapılan ölçekli baraj
testi ile deplasman ve hasar davranışını simüle edebilme açısından
gerçeklenecektir. Çalışmada teorik olarak baraj
yüklemesinde önemli olan ayrık çatlak ilerlemesi, rezervuar-baraj etkileşimi ve
çatlak içerisindeki değişken su basıncının da modüler olarak araca aktarılması
amaçlanmaktadır. Projenin son aşaması ise yapılan göçme ve göçme sınırındaki
analizlerin nicel ve nitel karar verme parametrelerine olasılıksal olarak
bağlanmasıdır.
Projenin önemli akademik kazancı göçme sınırında
yüksek deplasmanla yapılan simülasyonlar ile barajların performansa dayalı
deprem mühendisliği alanının sağlam bir temele oturtulmasıdır. Bu araştırma bu
alanda çok klasik kalmış uygulamaya önemli bir yenilik getirmektedir. Ekonomik
etkin katkı ise oluşturulan araç ile barajların performans tahmini ile sismik
riskler arasında bağlantı oluşturacak faydalı bir model kurulması olup gerek
mühendisler için tasarım/tahkik aşamalarında gerekse de karar vericiler için
yenileme onarım aşamalarında kullanabilecek bir model oluşturulmaktadır. Mansap
riski için oluşturulacak hidrograflar ile havza bazlı risk analizlerine ilk
defa yapısal ekstrem yıkılma analizinden veri sağlanacaktır. Son olarak oluşturulacak analiz altyapısı ile ekstrem
yükleme durumlarında önemli yapıların oluşturduğu riski belirleyebilecek,
patlama ve eleman kaybı gibi yüklemelerde altyapı yapılarının performansinin incelenebilmesini
sağlayacak kuvvetli bir ileri simülasyon aracı kazanılmaktadır.