Ön Yüzü Beton Kaplı Barajların Hidrodinamik Basınç Etkisi Altında Sismik Güvenilirliğinin İncelenmesi


KARTAL M. E. , BAYRAKTAR A. , BAŞAĞA H. B.

III. Ulusal Baraj Güvenliği Sempozyumu, Eskişehir, Türkiye, 10 - 12 Ekim 2012, ss.605-616

  • Basıldığı Şehir: Eskişehir
  • Basıldığı Ülke: Türkiye
  • Sayfa Sayıları: ss.605-616

Özet

Ön yüzü beton kaplı kaya dolgu (ÖYBKKD) barajlar, rezervuar suyunun geçişine menba yüzünde engel olmaları nedeniyle baraj gövdesinin kuru kalmasını sağlamaktadırlar. Baraj gövdesinin kuru olması hem diğer dolgu barajlara karşı ciddi bir avantaj hem de depreme karşı yüksek stabilite sağlamaktadır. Bu tip barajlarda en önemli nokta beton plağın güvenilirliğidir. Çünkü beton plakta oluşacak çatlak ya da ezilmeler suyun sızmasına dolayısıyla baraj stabilitesinin bozulmasına neden olacaktır.
Bu çalışmada, ön yüzü beton kaplı kaya dolgu bir barajın deprem etkisi altında güvenilirlik analizi yapılmıştır. Yapılan çözümlerde güvenilirlik analizi-sonlu elemanlar analizi birleşimi dikkate alınmıştır. Deprem etkisi için kaya tabanına indirgenmiş yer hareketi kullanılmıştır. 1992 Erzincan depremi kullanılarak yapılan hesaplamalarda geometri ve malzeme bakımından lineer olmayan davranış dikkate alınmıştır. Sonlu eleman analizlerinde baraj rezervuarının hidrodinamik basınç etkisini dikkate almak için Lagrange yaklaşımına dayalı 2 boyutlu sonlu sıvı elemanlar kullanılmıştır. Barajın temas yüzeyleri birleşik ve sürtünmeli olarak modellenmiştir. Sürtünmeyi tanımlamak için Coulomb sürtünme yasasını dikkate alan bir boyutlu temas-hedef çifti elemanlar kullanılmıştır. Çalışmada beş farklı plak kalınlık fonksiyonu kullanılarak beton plaktaki en kritik noktalar için güvenilirlik analizleri gerçekleştirilmiştir. Güvenilirlik analizlerinde Geliştirilmiş Rackwitz-Fiessler Yöntemi, Yanıt Yüzeyi Yöntemi ile birlikte kullanılmıştır. Limit durum fonksiyonlarında betonun asal çekme ve basınç dayanımları kullanılmış olup, beton plaktaki kritik noktaların göçme olasılıkları hesaplanmıştır. Güvenilirlik analizlerine göre hidrodinamik basınç etkisiyle beton plağın güvenilirliği azalmıştır. Bunun yanı sıra beton plak kalınlığı arttıkça beton plağın güvenilirliği de artmaktadır. Bununla birlikte, sürtünme dikkate alınan sistemlerde alınmayan sistemlere göre daha güvenli sonuçlar elde edilmiştir.

The concrete faced rockfill dams are known as dry because they prevent water penetration in the upstream side of the dam. This case provides an important advantage compared to other type of dams and also seismic resistance to ground motions. The most significant point for these dams is the reliability of the concrete slab. If the concrete slab cracks, reservoir water penetrate into dam and therefore stability of the dam may fail.
In this study, reliability analysis of a concrete faced rockfill dam subjected to earthquake is carried out. Reliability analysis-finite element analysis combination is considered in the numerical solutions. The deconvolved-base-rock input model is used in seismic analysis. 1992 Erzincan earthquake is used as ground motion effect. Geometrically and materially non-linear behavior of the damfoundation-reservoir system is taken into consideration in the numerical solutions. The twodimensional fluid finite elements based on the Lagrangian approach are used in the finite element analyses to model hydrodynamic pressure. The welded and friction contact are used in the contact surfaces of the dam. One dimensional contact-target element pairs, which consider Coulomb friction law, are used consider friction. Reliability analyses of the most critical points in the concrete slab are carried out for five slab thickness functions. The improved Rackwitz-Fiessler method is used with response surface method in the reliability analyses. The principle tensile and compressive stresses are employed in the limit state functions and the probability of failure of the most critical points of the concrete slab is calculated. According to performed reliability analyses, the hydrodynamic pressure decreases the reliability of the concrete slab. Besides, reliability of the concrete slab increases as the concrete slab increase. In addition to this, the finite element models of the dam including friction in the joints are safer than those not including friction.