Endüstriyel Yapılarda Yatay Geniş Tanklar Ile Dikey Narin
Endüstriyel Yapılarda Yatay Geniş Tanklar Ile Dikey Narin
Endüstriyel Yapılarda Yatay Geniş Tanklar Ile Dikey Narin
4 sayı 172/2022
makale
a) b)
Şekil 2. Tanklarda Oluşan Örnek Hasarlar a) “Elmas Şeklinde Burkulma” b) “Rijit Bağlantı Elemanlarında
Meydana Gelen Hasar” 1982 Landers Depremi, (Yeni Zelanda Tank Tasarım Yönetmeliği)
a) b)
Şekil 3. Tank modelleri (a) Narin tank, (b) Geniş tank
sayı 172/2022 5
makale
Şekil 4. Loma Prieta (1989) (D-B) Deprem Kaydı Etkili Süreleri & İvme değerleri (PEER)
Şekil 5. Imperial Valley (1940) (D-B) Deprem Kaydı Etkili Süreleri & İvme değerleri (PEER)
Şekil 6. Northridge (1994) (D-B) Deprem Kaydı Etkili Süreleri & İvme değerleri (PEER)
6 sayı 172/2022
makale
Deprem yalıtım sistemlerinin yanal davranışını Etkin düşey rijitlik seri iki bağlı yayın toplamı olarak
belirlemek amacıyla tanklara uygun kuvvet- hesaplanmıştır (Denk. 1).
yer değiştirme grafikleri Türkiye Bina Deprem
Yönetmeliği (2018)’e göre hesaplanmıştır (Şekil
8a ve b). Kullanılacak olan yalıtım sistemi kurşun (1)
çekirdekli elastomer yalıtım birimidir. İki eksende
ve üç eksende çalışan deprem yalıtım sistemleri
için yatay kuvvet-yer değiştirme grafikleri aynı
olduğu kabul edilmiştir. Geniş tank altında kurşun İlk olarak, ANSYS Workbench yazılımı ile yapılan
çekirdek çapı 25 cm, tüm çapı 60 cm olan 60 adet modal analiz sonuçları tablo 2’de sunulmuş ve
KÇE yalıtım birimi, narin tank altında ise kurşun yorumlanmıştır. Deprem yalıtım sistemi bulunmayan
çekirdek çapı 16 cm, tüm çapı 40 cm olan 12 tankların doğrusal tasarım kısmında hesaplanmış
adet KÇE yalıtım birimi kullanılmıştır. Bu yalıtım devinim periyotları ile ANSYS’te yapılan modal
sistemlerini, ANSYS Workbench yazılımına tanıtmak analizden elde edilen devinim periyotları
için “COMBIN14” elemanları kullanılmış, doğrusal kıyaslanmıştır. Sırasıyla doğrusal tasarımdan elde
olmayan davranışı tanıtabilmek için bu elemanlar edilen periyotlar 0,15 s ve 0,13 s’dir. ANSYS’te
“COMBIN39”a dönüştürülmüştür. İki eksende elde edilen frekanslar sırasıyla 6,9886 Hz, 7,4864
çalışan yalıtım sisteminin düşey rijitliği TBDY Hz; yani periyotları 0,14 ve 0,13 s’dir. Doğrusal
(2018) ile uyumlu olarak hesaplanmıştır. Çekme analizlerle yeterli yaklaşıklık göstermelerinden
ve basınç altında aynı rijitlik olduğu varsayılmış ve dolayı, modellerin tankların davranışlarını doğru
düşey eksende doğrusal yaylar ile modellenmiştir. temsil ettiği kabul edilmiştir. Deprem yalıtımlı
Üç eksende çalışan için, şekil 9a’da görünen tanklar için tasarımın başında hedef periyotlar
(Miyagawa et al., 2017) tarafından yapılan darbesel periyot sınırına yaklaşmayacak şekilde
çalışmada kullanılan yalıtım birimi kullanılmıştır. seçilmiştir. Tanklarda, binaların aksine darbesel
Yalıtım biriminin çekme & düşey yer değiştirme periyotlar etrafındaki yalıtım sistemi periyotları
özellikleri şekil 9b’de gösterilmiştir. Yalıtım birimi taban kesme kuvvetini azaltmak yerine bir miktar
KÇE ile konik bir yaydan oluşmaktadır. Konik artırıp, çalkanma dalgasının büyümesine neden
yayın çekme ve basınçta aynı davranışı gösterdiği olabilmektedir. Elde edilen yalıtım sistemi periyotları
varsayılmış ve doğrusal olarak modellenmiştir. makul görünmektedir.
sayı 172/2022 7
makale
a) b)
Şekil 8. Deprem Yalıtım Birimi Kuvvet-Yer Değiştirme Grafikleri a) Narin Tank b) Geniş Tank
a) b)
Şekil 9. Üç Eksende Çalışan Yalıtım Sistemi (a) 3B Görünüş, (b) Düşey Yöndeki Çekme Kuvveti & Düşey
Yer Değiştirme İstemi Grafiği (Miyagawa et al., 2017)
8 sayı 172/2022
makale
a) b)
Şekil 10. Taban Kesme Kuvvetleri (a) Narin Tank, (b) Geniş Tank
sayı 172/2022 9
makale
a) b) c)
Şekil 11. Narin Tank Hidrodinamik Gerilmeleri (a) Yalıtımsız, (b) 2B Yalıtımlı, (b) 3B Yalıtımlı
a) b) c)
Şekil 12. Geniş Tank Hidrodinamik Gerilmeleri (a) Yalıtımsız, (b) 2B Yalıtımlı, (b) 3B Yalıtımlı
10 sayı 172/2022
makale
Tablo 3’te ANSYS Workbench yazılımında elde söz konusu değildir. Şekil 11 ve 12 ile tablo
edilmiş tanklara ait taban kesme kuvvetleri; tablo 5 incelendiğinde, üç eksende çalışan yalıtımlı
4’te yalıtım birimlerinde oluşan en büyük çekme tankların duvarlarında oluşan en büyük Von Mises
kuvvetleri; tablo 5‘te tank duvarında oluşan Von gerilmelerinin iki eksende çalışanlara göre bir
Mises gerilmeleri paylaşılmıştır. Şekil 10a’da miktar büyük olduğu fark edilmektedir. Bu sonucun
narin tankın zaman tanım alanında analizlerinden oluşmasında, yalıtım birimlerinin düşey rijitliğinin
elde edilmiş taban kesme kuvveti sonuçları, şekil azalmasının yol açtığı düşey yer değiştirme
10b’de ise geniş tankın taban kesme kuvveti önemli rol oynamaktadır. Deprem yalıtımlı analiz
sonuçları paylaşılmıştır. Şekillerde sırasıyla 1, 2, yapılan tüm modellerde, depremin düşey bileşeni
3 yalıtımsız, iki eksende çalışan yalıtımlı ve üç nedeniyle çekme kuvveti oluştuğu gözlenmekte,
eksende çalışan yalıtımlı tankları ifade etmektedir. KÇE yalıtım birimlerinde yaklaşık 1,4 MPa
Şekil 11’de narin tanka ait hidrodinamik gerilme eksenel çekme gerilmesi sonrasında kavitasyon
örneği; şekil 12’de ise geniş tanka ait hidrodinamik oluştuğu bilinmektedir. Üç eksende çalışan yalıtım
gerilme örneği sunulmuştur. birimlerinde ise, yaklaşık 20000 kN mertebesine
kadar çekme kuvveti karşılanabilmektedir. Geniş
Sonuç tank altında, 60 cm çapında, narin tank altında
40 cm çapında KÇE yalıtım birimleri kullanılmıştır.
Bu verilere göre sismik taban yalıtımlı tankların Sırasıyla eksenel alanları 2827 cm2 ve 1256
hâkim titreşim periyotları yalıtımsız tanklara göre cm2’dir. Yalıtım birimi alanlarıyla taşınabilecek
daha uzundur. İki eksende çalışan yalıtım sistemine çekme gerilmesi çarpıldığında, çapı 60 cm
sahip tanklar ile üç eksende çalışan yalıtım olan 396 kN, çapı 40 cm olan 175 kN çekme
sitemine sahip tankları kıyasladığımızda üç eksende kuvveti taşıyabildiği ortaya çıkmaktadır. Tablo 4
çalışan yalıtımlı sistemlerin periyotlarının daha incelendiğinde, iki eksende çalışan tüm yalıtım
uzun olduğu gözlemlenmektedir. Bunun sebebi, birimlerinde meydana gelen çekme kuvvetlerinin
yalıtım birimlerinin düşey rijitlikleri arasındaki bu sınırları aştığı; üç eksende çalışanlarda ise
farktır. Yığılı Kütleli çubuk model kullanılması bu sınırların altında kaldığı görülmektedir. Bu da
durumunda, modal analiz sonuçlarında bu farkı üç eksende çalışan yalıtım sistemlerinin özellikle
görmek mümkün olmamaktadır. Fakat sıvının çekme kuvveti oluşan bölgelerde kullanılmasının
modellendiği sonlu eleman modellerinde böyle önemli olduğunu göstermektedir.
bir ayrım elde edilebilmektedir. Taban kesme
kuvvetlerinde de yalıtımlı sistemlerde önemli Referanslar
düşüşler fark edilmektedir. Geniş tanklarda
taban kesme kuvveti düşüşü, iki eksende - ANSYS Workbench-version 2018.
çalışan yalıtımlı modellerde yaklaşık %77, üç - API650 Standard Welded Tanks for Oil Storage
eksende çalışan yalıtımlı modellerde %78 gibi Appendix-E, 2007
gözlenmektedir. Narin tanklarda ise iki eksende - Housner G. (1963) “The Dynamic Behaviour of
çalışan yalıtımlı modellerde %83, üç eksende Water Tanks.” Bulletin of the Seismological Society
çalışan yalıtımlı modellerde ise %84 civarında bir of America, 53,381-387.
düşüş görülmektedir. Üç eksende çalışan yalıtım - http://tdth.afad.gov.tr
sistemlerinin hâkim titreşim periyotlarının daha - Miyagawa T, Watakabe T, Yamamoto T, Fukasawa
büyük olması sebebiyle, iki eksende çalışan T and Okamura S, (2017). “Research and
sistemlere göre taban kesme kuvveti azalışı daha Development of Three Dimensional Seismic
belirgindir. Ayrıca narin tanklarda deprem yalıtım Isolation System Utilized Coned-Disk Spring with
sistemi kullanımı geniş tanklardaki kullanımına Rubber Bearings” Proceedings the ASME 2017
göre taban kesme kuvvetini azaltmada daha Pressure Vessels and Piping Conference,Waikoloa,
etkilidir. Bunun temel sebebi deprem yalıtım Hawaii, 16-20 July, 2017.
siteminin tank cidarıyla beraber hareket eden sıvı - New Zealand Society for Earthquake Engineering
olan devinim kütlesine etki etmesidir. Devinim Seismic Design of Storage Tanks, (2009)
kütlesinin çalkalanan sıvı salınım kütlesine oranı - PEER, Pasific Earthquake Engineering Research
tank çap/yükseklik oranı küçüldükçe artar. Bu Center Database.
da yalıtım sisteminin etkilediği sıvının kütlesinin - Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (2019), Türkiye
artması, yalıtım siteminin daha etkili hale gelmesi Cumhuriyeti Başbakanlık Afet ve Acil Durum
anlamına gelmektedir. Taban kesme kuvveti azalışı Yönetimi Başkanlığı, Ankara.
üç eksende çalışan yalıtım sistemlerinde daha
büyükken, hidrodinamik gerilmelerde aynı durum
sayı 172/2022 11