4 3

Proje Grubu: MAG Sayfa Sayısı: 208 Proje No: 215M870 Proje Bitiş Tarihi: 15.04.2019 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 03-03-2020

İç Basınçlı Beton Tünellerde Betonarme Kaplama Davranışının Yenilikçi Deneysel ve Sayısal Yaklaşımlar ile İrdelenerek Tasarım Aracı Oluşturulması

Öz:
Proje kapsamında, iç basınçlı betonarme tünellerin davranısının incelenmesi çok yönlü bir arastırma programı ile incelenmistir. Iç basınçlı tünel analiz ve tasarımına yönelik literatürde buldugumuz tüm çalısmalar sayısal veya teoriktir. Projenin ilk ayagında iç basınçlı tünel davranısının laboratuvar ortamında deneysel olarak incelenmesine olanak veren yenilikçi bir deneysel kurulumu gelistirilmistir. Bu kurulum saha gerilimlerinin gerçekçi bir sekilde laboratuvar ortamında olusturulmasına imkan vermektedir. Bu tür bir çalısmaya literatürde rastlanmamıstır. Gelistirilen deneysel ortamda 8 deney basarıyla tamamlanmıstır. Yapılan deneyler saha gerilimleri, kaya elastisite modülü, lifli beton, tünel ve kaya arasındaki etkilesim parametrelerinin tünel davranısına etkisinin incelenmesine olanak vermistir. Deneysel çalısmalar en önemli parametrelerin tünel ve kaya arasında olusabilecek bosluklar ve saha gerilimleri oldugunu göstermistir. Deneysel program içinde lifli dokuma ile tamir edilmis tünel performansının ölçülmesi dahil edilmis ve tamiratın basarılı oldugu sonucuna varılmıstır. Lifli beton kullanımının da çatlak genisliklerini kontrol altında tutmakta oldukça faydalı oldugu yine deneysel çalısmaların önemli sonuçları arasındadır. Projenin ikinci ayagında çatlaklı betonarme elemanların davranısının incelenmesi için örtüsen kafes modeli gelistirilmistir. Örtüsen kafes modeli bag temelli peridinamik yöntem ile bir çok benzerlikler tasımaktadır. Bünye denklemlerinin elde edilmesi için yeni bir yöntem önerilmis ve gelistirilen analiz platformu çok sayıda beton/betonarme deneysel çalısmalar ile test edilmistir. Platform çatlaklı beton/betonarme elemanların hem belirtik entegrasyon ile dinamik, hem de sıralı dogrusal analiz yöntemi ile statik davranısının incelenmesinde kullanılabilmektedir. Statik problemlerin belirtik entegrasyon ile dinamik olarak çözülebilmesi için PID kontrol algoritması gelistirilmis ve kullanımı bir çok deneysel çalısma ile dogrulanmıstır. Gelistirilen yöntem proje kapsamında yapılan deneylerin modellenmesinde kullanılmıs ve hem deneylerde gözlemlenen çatlak dagılımlarını, hem de basınç/sekil degisimlerini oldukça basarılı bir sekilde tahminde bulundugu belirlenmistir. Projenin üçüncü ayagında betonarme kaplama tünellerin ani iç basınç altında davranısı deneysel çalısmalar ile kalibre edilmis sayısal yöntem kullanılarak dinamik olarak incelenmistir. Laboratuvar ortamında gerçeklestirilmesi mümkün olmayan ani iç basınç yükünden dolayı, sayısal simülasyonlar dinamik tünel davranısının incelenmesinde tek seçenek olarak gözükmektedir. Dinamik simülasyonlar saha gerilimlerinin ve tünel geometrisinin etkilerinin detaylı bir sekilde incelenmesini saglamıstır. Projenin son ayagında ise basitlestirilmis iki tasarım yöntemi sunulmustur. Birinci yöntem tünelin elastik davranıs gösterecegi varsayımına dayanmaktadır. Ikinci yöntem ise çatlak genisliklerini yaklasık olarak tahmin etmek için kullanılabilmektedir. Elde edilen deneysel verilerin, gelistirilen analiz platformunun ve önerilen basit tasarım yaklasımlarının hem bu alanda yapılacak deneysel ve teorik çalısmalara yol göstermesini, hem de ülkemizde oldukça sık kullanılan iç basınçlı betonarme tünel tasarımında kolaylık ve güvenlik saglamasını ümit etmekteyiz.
Anahtar Kelime: lifli beton çatlak peridinamik betonarme tünel

Konular: İnşaat Mühendisliği
Erişim Türü: Erişime Açık
  • Acun, B. 2010. "Energy Based Seismic Performance Assessment of Reinforced Concrete Columns", Ph.D. Thesis, Middle East Technical University, Ankara, Turkey.
  • 1- Overlapping Lattice Modeling for concrete fracture simulations using sequentially linear analysis (Makale - Indeksli Makale),
  • Aldemir, A. 2016. “Seismic Performance Evaluation of Roller Compacted Concrete Gravity Dams By Pseudo Dynamic Testing”, Ph.D. Thesis, Middle East Technical University, Ankara, Turkey.
  • Bažant, Z.P. ve Oh, B.H. 1983. “Crack Band Theory for Fracture of Concrete”, Materials and Structures (RILEM), 16, 155–177.
  • Biot, M. A. 1935. “Effect of certain discontinuities on the pressure distribution in a loaded soil”, Physics, 6, 367-375.
  • Blaauwendraad, J. 1985. “Realisations and Restrictions - Application of Numerical Models to Concrete Structures”, Finite element analysis of reinforced concrete structures, Proceeding of US-Japan Seminar, (Meyer C., Okamura H. Eds.), ASCE, 557-578.
  • Brekke, T., Ripley, B. 1987. “Design strategies for pressure tunnels and shafts." Rep. EPRI contract No. RP-1747-17, Electric Power Research Inst. (EPRI), Palo Alto, Calif.
  • Buttlar, W. G., Hill, B. C., Kim, R. Y., Kutay, M. E., Millien, A., Montepara, A. 2014. “Digital Image Correlation Techniques to Investigate Strain Fields and Cracking Phenomena in Asphalt Materials”, Materials and Structures, 1373-1390.
  • Chung, J., ve Lee, M.L. 1994. “A New Family of Explicit Integration Methods for Linear and Non-Linear Structural Dynamics”, Int. Journal for Numerical Methods in Engineering, 37, 3961-3976.
  • Chung, S.K., Synn, J.H., Park, C., Sunwoo, C., Park C., ve Choi, S.O. 2001. “Design Criteria for the Reinforcement of a Water Pressure Tunnel Driven by TBM”, Geosystem Engineering, 4, 43-49.
  • Vecchio, F.J., ve Collins, M.P. 1986. “The modified compression field theory for reinforced concrete elements subjected to shear”, ACI Journal, 83, 219-231.
  • Cornelissen, H.A.W., Hordijk, D.A. ve Reinhardt, H.W. 1986. “Experimental Determination of Crack Softening Characteristics of Normal Weight and Lightweight Concrete”, Heron, 31(2), 45-56.
  • Cusatis, G., Bazant, Z.P. ve Cedolin, L. 2003. “Confinement-Shear Lattice Model for Concrete Damage in Tension and Compression: I. Theory”, ASCE Journal of Engineering Mechanics, 129, 1439-1448.
  • DeJong, M.J., Hendriks, M.A.N. ve Rots, J.G. 2008. “Sequentially Linear Analysis of Fracture under Non-Proportional Loading”, Engineering Fracture Mechanics, 75, 5042-5056.
  • Fernandez, G. 1994. “Behavior of Pressure Tunnels and Guidelines for Liner Design”, Journal of Geotechnical Engineering, 120, 1768-1791.
  • Foster, S. J., ve Gilbert, R. I., 1998, "Experimental Studies on High-Strength Concrete Deep Beams", ACI Structural Journal, 95, 382-390.
  • Gajewski, T., & Garbowski, T. 2014. “Calibration of Concrete Parameters Based on Digital Image Correlation and Inverse Analysis”, Archives of Civil and Mechanical Engineering, 170-180.
  • Gijsbers, F.B.J. ve Hehemann, A.A. 1977. “Some Tensile Tests on Reinforced Concrete”, Report BI-77-61, TNO Inst. For Building Mat. and Structures, Delft.
  • Gopalaratnam, V.S. ve Shah, S.P. 1985. “Softening Response of Plain Concrete in Direct Tension”, ACI Journal, 3, 310-323.
  • Guerrero, N., Martinez, M., Picon, R., Marante, M. E., Hild, F., Roux, S., & Florez-Lopez, J. 2014. “Experimental Analysis of Masonry Infilled Frames Using Digital Image Correlation”, Materials and Structures, 873-884.
  • Gurtin, M. E. 1994. “Generalized Ginzburg-Landau and Cahn-Hilliard equations based on a microforce balance”, Research Report No. 94-NA-020, Carnegie Mellon University.
  • Hillerborg, A., Modéer, M. ve Petersson, P. E. 1976. “Analysis of Crack Formation and Crack Growth in Concrete by Means of Fracture Mechanics and Finite Elements”, Cement and Concrete Research, 6, 773-782.
  • Hoek, E. and Brown, E.T. 1980. “Empirical Strength Criterion for Rock Masses”, J. Geotechnical Engineering, 106,1013-1035.
  • Hrennikoff, A. 1941. “Solution of Problems of Elasticity by the Framework Method”, Journal of Applied Mechanics, 8, 169–175.
  • Ingraffea, A.R. ve Saouma, V. 1985. “Numerical Modelling of Discrete Crack Propagation in Reinforced and Plain Concrete”, Fracture Mechanics of Concrete, 4, 171-225.
  • Kim, J, Lee, S., Choi, Y., Lee, S. M., Jeong, D. 2016. “Basic Principles and Practical Applications of the Cahn–Hilliard Equation”, Mathematical Problems in Engineering, Article ID 9532608, http://dx.doi.org/10.1155/2016/9532608.
  • Koutromanos, I. ve Shing, P.B. 2012. “A Cohesive Crack Model to Simulate Cyclic Response of Concrete and Masonry Structures”, ACI Structural Journal, 109, 349-358.
  • Lee, D., Huh, J.Y., Jeong, D., Shin, J. Yun, A., and Kim, J. 2014. “Physical, mathematical, and numerical derivations of the Cahn–Hilliard equation”, 81, 216-225.
  • Lennard, F., & Deliue-Barton, J. M. 2014. “Quantifying and Visualizing Change: Strain Monitoring of Tapestries with Digitial Image Correlation”, The International Institute for Conservation of Historic and Artistic Works, 241-255.
  • Li, L.-G., Liang, J., Guo, X., Guo, C., Hu, H., & Tang, Z.-Z. 2014. “Full-field Wing Deformation Measurement Scheme for In-Flight Cantilever Monoplane Based on 3D Digital Image Correlation”, Measurement Science and Technology, 10.
  • Mitchell, D. ve Collins, M.P. 1974. “Diagonal Compression Field Theory-a Rational Model for Structural Concrete in Pure Torsion”, ACI Structural Journal, 71, 396-408.
  • Mitchell, J.A. 2011. “A Nonlocal, Ordinary, State-Based Plasticity Model for Peridynamics”, SAND2011-3166. Sandia National Laboratories, Albuquerque.
  • Mörsch, E. 1909. “Concrete-Steel Construction”, McGraw-Hill, New York. (English translation by E. P. Goodrich).
  • Ngo, D. ve Scordelis, A.C. 1967. “Finite Element Analysis of Reinforced Concrete Beams”, ACI Structural Journal, 64, 152-163.
  • Olumide, B. F. 2013. “Numerical coupling of stress and seepage in the design of pressure tunnels under high internal water pressure”, International Journal of Engineering and Technology, 3, 235-244.
  • Palermo, D. ve Vecchio, F.J. 2003. “Compression Field Modeling of Reinforced Concrete Subjected to Reversed Loading: Formulation”, ACI Structural Journal, 100(5), 616–625.
  • Pan, R, Xie, H., Wang, Z., Qian, K., & Wang,. Z. 2008. Study on subset size selection in digital image correlation for speckle patterns. Optics Express, 16, 7037-7048.
  • Petersson, P.E. 1981. “II Crack growth and development of fracture zones in plain concrete and similar materials”, 1I Report TVBM-1006, Division of Building Materials, Lund Institute of Technology, Lund, Sweden.
  • Pitti, R. M., Badulescu, C., & Grediac, M. 2014. “Characterization of a Cracked Specimen with Full-Field Measurements: Direct Determination of the Crack Tip and Energy Release
  • Rate Calculation”, International Journal of Fracture, 109-121.
  • Rashid, Y.R. 1968. “Analysis of Prestressed Concrete Pressure Vessels”, Nuclear Engng. and Design, 7, 334-344.
  • Romeo, E. 2013. “Two-Dimensional Digital Image Correlation for Asphalt Mixture Characterisation: Interest and Limitations”, Road Materials and Pavement Design, 747-763.
  • Rots, J.G. 1988. “Computational Modelling of Concrete Fracture”, Ph.D. Dissertation, Delft University of Technology, Delft.
  • Rots, J.G. 2001. “Sequentially Linear Continuum Model for Concrete Fracture”, In: de Borst R, Mazars J, Pijaudier-Cabot G, van Mier JGM, Balkema AA, editors, Fracture mechanics of concrete structures, The Netherlands: Lisse, 2, 831–839.
  • Schlaich, J., Schäfer, K. ve Jennewein, M. 1987. “Toward a Consistent Design of Structural Concrete”, Journal of the Prestressed Concrete Institute, 32(3), 74-150.
  • Schlangen, E. ve Van Mier, J.G.M. 1992. “Experimental and Numerical Analysis of the Micro- Mechanisms of Fracture of Cement‑ Based Composites”, Cement and Concrete Composites, 14, 105-118.
  • Schleiss, A. J. 1986. “Design of pervious pressure tunnels”, Water Power & Dam Construction, 38, 21-26.
  • Schleiss, A. J. 1997. “Design of reinforced concrete linings of pressure tunnels and shafts”, International Journal on Hydropower and Dams, 4, 88-94.
  • Sengun, E., Alam, B. Yaman, I. O. 2016. “Effect of synthetic fibers on flexural performance of nominal and high performance concrete”, 9th RILEM International Symposium on Fiber Reinforced Concrete, 925-934.
  • Silling, S.A. 2000. “Reformulation of Elasticity Theory for Discontinuities and Long- Range Forces”, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 48(1), 175-209
  • Silling, S.A., Zimmermann, M. ve Abeyaratne, R. 2003. “Deformation of a Peridynamic Bar”, Journal of Elasticity, 73, 173-190..
  • Silling, S.A. ve Bobaru, F. 2005. “Peridynamic Modeling of Membranes and Fibers”, International Journal of Nonlinear Mechanics, 40, 395-409.
  • Silling, S.A., Epton, M., Weckner, O., Xu, J. ve Askari, A. 2007. “Peridynamics states and constitutive modeling”, Journal of Elasticity, 88, 151-184.
  • Sinha, R. 1989. “Underground Structures: Design and Instrumentation“, Elsevier.
  • Sun, C., Standish, B., Vuong, B., Wen, X.-Y., & Yang, V. 2013. “Digital Image Correlation Based Optical Coherence Elastography”, Journal of Biomedical Optics, 12.
  • Sutton, M. A., Orteu, J.-J., & Schreier, H. W. 2009. “Image Correlation for Shape, Motion and Deformation Measurements”, Columbia: Springer.
  • Thomsen, J.H. and Wallace, J.W., 1995. “Displacement-Based Design of Reinforced Concrete Structural Walls: An Experimental Investigation of Walls with Rectangular and T-Shaped Cross-Sections”, Report No. CU/CEE-95/06, Department of Civil Engineering, Clarkson University, Postdam, New York.
  • TNO Diana, 2008. Diana User´s Manual.
  • Tung, S.-H., Shih, M.-H., & Sung, W.-P. 2014. “Applying the Digital Image Correlation Technique to Measure the Deformation of an Old Building's Column Retrofitted with Steel Plate in an In Situ Pushover Test”, Sadhana, 699-711.
  • Van Mier, J.G.M. 2013. “Concrete Fracture a Multiscale Approach”, CRC, Boca Raton.
  • Vecchio, F.J. ve Collins, M.P. 1986. “The Modified Compression-Field Theory for Reinforced Concrete Elements Subjected to Shear”, ACI Structural Journal, 83(2), 219-231.
  • Wagner, H. 1929. “Ebene blechwandträger mit sehr dünnem stegblech (Metal Beams with Very Thin Webs)”, Zeitschrift für Flugtechnik und Motorloftschiffahr, 20, 8-12.
  • Walraven, J.C. 1978. “The Influence of Depth on The Shear Strength of Lightweight Concrete Beams without Shear Reinforcement”, Report 5-78-4, Stevin Laboratory, Delft University of Technology, Delft.
  • Weckner O., ve Abeyaratne R. 2005. “The effect of long-range forces on the dynamic bar“, Journal of Mechanics and Physics of Solids, 53, 705–728.
  • Westergaard, H. M. 1938. “A problem of elasticity suggested by a problem in soil mechanics; soft material reinforced by numerous strong horizontal sheets“, Contributions to Mechanics of Solids, Stephen Timoshenko Sixtieth Anniversary Volume, MacMillan Co., New York, 268-277.
  • Willam, K., Pramono, E. ve Sture, S. 1987. “Fundamental Issues of Smeared Crack Models”, Proceedings of SEM-RILEM International Conference on Fracture of Concrete and Rock, S.P. Shah and S.E. Swartz (Eds.), 192-207, SEM, Bethel.
  • Zhou, Y., Su, K., ve Wu H. 2015. “Hydro-mechanical interaction analysis of high pressure hydraulic tunnel”, Tunneling and Underground Space Technology, 47, 28-34.
  • Zhou, S., ve Wang, M. Y. 2007 “Multimaterial structural topology optimization with a generalized Cahn–Hilliard model of multiphase transition”, Structural Multidisciplinary Optimization, 33, 89-111.
  • Ziegler, J.G & Nichols, N. B. 1942. “Optimum settings for automatic controllers”, Transactions of the ASME, 64, 759–768.
APA TUNCAY K, BAŞARIR H, ARICI Y, YAMAN I, BİNİCİ B, CANBAY E (2019). İç Basınçlı Beton Tünellerde Betonarme Kaplama Davranışının Yenilikçi Deneysel ve Sayısal Yaklaşımlar ile İrdelenerek Tasarım Aracı Oluşturulması. , 1 - 208.
Chicago TUNCAY Kağan,BAŞARIR Hakan,ARICI YALIN,YAMAN ISMAIL OZGÜR,BİNİCİ BARIŞ,CANBAY ERDEM İç Basınçlı Beton Tünellerde Betonarme Kaplama Davranışının Yenilikçi Deneysel ve Sayısal Yaklaşımlar ile İrdelenerek Tasarım Aracı Oluşturulması. (2019): 1 - 208.
MLA TUNCAY Kağan,BAŞARIR Hakan,ARICI YALIN,YAMAN ISMAIL OZGÜR,BİNİCİ BARIŞ,CANBAY ERDEM İç Basınçlı Beton Tünellerde Betonarme Kaplama Davranışının Yenilikçi Deneysel ve Sayısal Yaklaşımlar ile İrdelenerek Tasarım Aracı Oluşturulması. , 2019, ss.1 - 208.
AMA TUNCAY K,BAŞARIR H,ARICI Y,YAMAN I,BİNİCİ B,CANBAY E İç Basınçlı Beton Tünellerde Betonarme Kaplama Davranışının Yenilikçi Deneysel ve Sayısal Yaklaşımlar ile İrdelenerek Tasarım Aracı Oluşturulması. . 2019; 1 - 208.
Vancouver TUNCAY K,BAŞARIR H,ARICI Y,YAMAN I,BİNİCİ B,CANBAY E İç Basınçlı Beton Tünellerde Betonarme Kaplama Davranışının Yenilikçi Deneysel ve Sayısal Yaklaşımlar ile İrdelenerek Tasarım Aracı Oluşturulması. . 2019; 1 - 208.
IEEE TUNCAY K,BAŞARIR H,ARICI Y,YAMAN I,BİNİCİ B,CANBAY E "İç Basınçlı Beton Tünellerde Betonarme Kaplama Davranışının Yenilikçi Deneysel ve Sayısal Yaklaşımlar ile İrdelenerek Tasarım Aracı Oluşturulması." , ss.1 - 208, 2019.
ISNAD TUNCAY, Kağan vd. "İç Basınçlı Beton Tünellerde Betonarme Kaplama Davranışının Yenilikçi Deneysel ve Sayısal Yaklaşımlar ile İrdelenerek Tasarım Aracı Oluşturulması". (2019), 1-208.
APA TUNCAY K, BAŞARIR H, ARICI Y, YAMAN I, BİNİCİ B, CANBAY E (2019). İç Basınçlı Beton Tünellerde Betonarme Kaplama Davranışının Yenilikçi Deneysel ve Sayısal Yaklaşımlar ile İrdelenerek Tasarım Aracı Oluşturulması. , 1 - 208.
Chicago TUNCAY Kağan,BAŞARIR Hakan,ARICI YALIN,YAMAN ISMAIL OZGÜR,BİNİCİ BARIŞ,CANBAY ERDEM İç Basınçlı Beton Tünellerde Betonarme Kaplama Davranışının Yenilikçi Deneysel ve Sayısal Yaklaşımlar ile İrdelenerek Tasarım Aracı Oluşturulması. (2019): 1 - 208.
MLA TUNCAY Kağan,BAŞARIR Hakan,ARICI YALIN,YAMAN ISMAIL OZGÜR,BİNİCİ BARIŞ,CANBAY ERDEM İç Basınçlı Beton Tünellerde Betonarme Kaplama Davranışının Yenilikçi Deneysel ve Sayısal Yaklaşımlar ile İrdelenerek Tasarım Aracı Oluşturulması. , 2019, ss.1 - 208.
AMA TUNCAY K,BAŞARIR H,ARICI Y,YAMAN I,BİNİCİ B,CANBAY E İç Basınçlı Beton Tünellerde Betonarme Kaplama Davranışının Yenilikçi Deneysel ve Sayısal Yaklaşımlar ile İrdelenerek Tasarım Aracı Oluşturulması. . 2019; 1 - 208.
Vancouver TUNCAY K,BAŞARIR H,ARICI Y,YAMAN I,BİNİCİ B,CANBAY E İç Basınçlı Beton Tünellerde Betonarme Kaplama Davranışının Yenilikçi Deneysel ve Sayısal Yaklaşımlar ile İrdelenerek Tasarım Aracı Oluşturulması. . 2019; 1 - 208.
IEEE TUNCAY K,BAŞARIR H,ARICI Y,YAMAN I,BİNİCİ B,CANBAY E "İç Basınçlı Beton Tünellerde Betonarme Kaplama Davranışının Yenilikçi Deneysel ve Sayısal Yaklaşımlar ile İrdelenerek Tasarım Aracı Oluşturulması." , ss.1 - 208, 2019.
ISNAD TUNCAY, Kağan vd. "İç Basınçlı Beton Tünellerde Betonarme Kaplama Davranışının Yenilikçi Deneysel ve Sayısal Yaklaşımlar ile İrdelenerek Tasarım Aracı Oluşturulması". (2019), 1-208.