Response of a hyperbolic cooling tower under seismic excitations and wind load
Sismik hareketler ve rüzgar yükü altında bir hiperbolik soğutma kulesinin tepkisi
- Tez No: 714373
- Danışmanlar: PROF. DR. ABDUL HAYIR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 110
Özet
20.yy'lın başlarında, elektrik tüketimi dünya çapında artmıştır. Bu sebeple termal ve nükleer santrallerin inşası dünya çapında yaygınlaştı. Bu santraller enerji üretirken büyük miktarlarda suya ihtiyaç duyar. Suyu soğutma ve yeniden kullanmak için, hiperbolik soğutma kuleleri bu enerji santrallerinde kullanılmaktadır. Hiperbolik soğutma kuleleri ince ve uzun narin yapılar olarak dizayn edilir. Kullanım ömrü boyunca rüzgar kendi ağırlığının yanı sıra rüzgar yükleri, sismik etkiler, sıcaklık etkileri ve inşa yükleri gibi yüklere maruz kalırlar. Hiperbolik soğutma kuleleri üzerindeki termal yükler bu kulelerde hasarlara veya göçmelere sebep olabilir. Bu soğutma kulelerinin göçmesi sosyal ve ekonomik zararlara sebep olabilir Bu tez de yapılan çalışmada, Almanyanın batısında bulunan Neurath şehrinde inşa edilmiş olan RWE enerji satralindeki betonarme hiperbolik soğutma kulesinin davranışını irdelemektir. Betonarme hiperbolik soğutma kulesi bir sonlu eleman programı olan ABAQUS CAE 2020 kullanılarak modellenip analiz edilmektedir. Kulenin sismik tepkisini incelemek amacıyla, Eurocode (Avrupa Tüzük ve Yönetmelikleri) 8 doğrultusunda, dinamik doğrusal olmayan zaman tanım alanı analizi uygulanmıştır. Hiperbolik soğutma kulelerinin eksenel simetrik doğası gereği, sismik yük yalnızca bir yatay istikamette uygulanır. Eurocode 8 doğrultusunda, üç yer hareket kaydı seçilmiş ve SeismoMatch yazılımı ile zaman alanlı spektral eşleme kullanılarak yüzde 5 viskoz sönümleme için Eurocode elastik tepki spektrumu ile eşlenmiştir. ABAQUS'ta zaman alanı analizi uygulamak amacıyla, kapalı yöntem izlenmiştir. ABAQUS'un dinamik kapalı adımı, Newmark B-yönteminin bir uzantısı olan Hilber-Hughes-Taylor yöntemini (HHT) kullanmaktadır. (HHT) yöntemi (α), (β) ve (γ) olmak üzere üç parametre ile ilişkilendirilir. Bu parametrelerin değerleri ise − 1/3 ≤ (α) ≤0, (β) >0 ve (γ) ≥ 1/2 şeklindedir. (β) ve (γ) değerleri, (α) değerine göre sayısal olarak hesaplanmıştır. Bu çalışmada, bu tür bir analiz için ABAQUS tarafından tavsiye edildiği gibi, (α) değerinin -0.05 olduğu varsayılmıştır. Dinamik analizler boyunca, değişiklik yapılmış olan Newton—Raphson yineleme tekniği izlenmiştir. Rüzgar yükünün kule üzerindeki etkisi, VGB R610U standardına göre kulenin hem harici hem de dahili dış duvarlarında statik basınca eşdeğer olarak hesaplanmıştır. Harici ve dahili basınç dağılımı katsayıları (Cpe ve Cpi) göz önünde bulundurulmuştur. Yukarıda bahsi geçen standarda göre, rüzgar yükü sebebiyle oluşan basınç, yükseklik, çevresel istikameti ve temel peryot açısından, arazi kategorisi ve kulenin coğrafi konumu temel alınarak hesaplanmıştır. Doğrusal olmayan malzeme göz önüne alınmaktadır. Beton hasar plastisite modeli (CDP), betonun elastik olmayan (inelastic) davranışını elde etmekte kullanılmaktadır. Bu yöntem betonun artık hasarlarını göz önünde bulundurarak tekrarlı veya dinamik yükler altındaki davranışını doğru şekilde tanımlar. İzotropik güçlendirilmiş model, çelik takviyenin plastik davranışını simüle etmek için kullanılır. Bu tezde, rüzgar ve sismik yükler altında hiperbolik soğutma kulelerindeki gerilme dağılımları, yenal yerdeğiştirmeler, çekme ve basınç hasarları araştırılmaktadır. Dinamik doğrusal olmayan zaman alanlı analizin sonuçları dikkate alınarak, aşağıdaki gözlemler yapılabilir: En büyük gerilme değerleri kolonların üst kısımlarında ortaya çıkmıştır ve kuledeki maksimum gerilmenin yaklaşık dört katı olmuştur. Kuledeki maksimum gerilme, kule-kolon bağlantılarında oluşmuştur. Kulenin yüksekliği arttıkça ve dış duvarın kalınlığı azaldıkça, gerilme değerleri büyük ölçüde azalmıştır. Kulenin dibi hariç, kulenin çevresel istikametindeki gerilme değerleri neredeyse sabit olmuştur. Doğrusalda yanal yer değiştirme, kulenin boğum kısmına kadar kabaca artmıştır; bunun ötesinde ise yanal yer değiştirme neredeyse sabittir. Kulenin çevresel istikametteki yanal yer değiştirmesi göreceli olarak istikrarlı olmuştur. Basınç hasarı, kulede hasar olmaksızın, kolonların daha yüksek olan kısımlarında sınırlı kalmıştır. Kulenin alt yarısının yanı sıra, kolonlar ve temelin hepsi gerilme hasarından etkilenmiştir. Gerilme hasarı ilk önce kolonların daha yüksek kısımlarında, ardından da kolon-temel bağlantılarında ortaya çıkmıştır, sonrasında kolonlar boyunca yayılmış ve son olarak, özellikle de kolonlar ve kulelerin bağlı olduğu alanlarda olmak üzere, kolonun alt bölgelerinde biraz gerilme hasarı görülmüştür. Rüzgar yükü analizinin sonuçları dikkate alınarak, aşağıdaki gözlemler yapılabilir: En yüksek gerilme değerleri, dinamik doğrusal olmayan zaman alanı analizi sonuçlarına benzer şekilde, kolonların üst kısımlarında ortaya çıkmıştır. Kuledeki maksimum gerilme, rüzgar basıncı uygulaması istikametinde kule-kolon bağlantılarında oluşmuştur. Kulenin çevresel istikametinde, rüzgar basıncı uygulaması istikametine doğru gerilmede hafif bir artış kaydedilmiştir. Yanal yer değiştirme, kabaca kulenin boğum kısmına kadar doğrusal bir artış göstermiştir; bunun ötesinde ise tam tersi yönde yanal yer değiştirmede bir azalma gözlemlenmiştir. Çevresel istikametteki yanal yer değiştirme, rüzgar basıncı uygulanan istikamete en uzak yerlerde hafifçe azalmıştır. Kolonların en yüksek kısımları, kısmi sıkışma hasarına maruz kalmıştır. Ayrıca, kolonların üst kısımlarında gerilme hasarı kaydedilmiştir ve kulede hiçbir gerilme hasarı görülmemiştir.
Özet (Çeviri)
At the beginning of the 20th century, the consumption of electricity increased around the world remarkably. Therefore, the construction of thermal and nuclear power stations speared worldwide. The power stations needed a large quantity of water in the power generation process. To cool water and reuse it again, the hyperbolic cooling towers were built in the power stations. The hyperbolic cooling towers are designed as tall and thin structures. During the services-life, towers may be exposed to different load types such as wind load, seismic load, construction load, and thermal load in addition to self-weight of the towers. The external loads on the hyperbolic cooling towers may cause a failure or collapse of the towers. The case of collapsing cooling towers may have consequences on both society and the economy. The work presented in this thesis aims to assess the behavior of an existing reinforced concrete hyperbolic cooling tower located at the RWE power station in the Neurath city in western Germany under seismic and wind loads. The reinforced concrete hyperbolic cooling tower is modeled and analyzed utilizing ABAQUS CAE 2020 finite element software. To investigate the seismic response of the tower, dynamic nonlinear time history analysis was applied in accordance with Eurocode 8. Due to the axis-symmetrical nature of the hyperbolic cooling towers, the seismic load is applied only in one horizontal direction. Three ground motion records are chosen in accordance with Eurocode 8 and matched to the elastic response spectrum of Eurocode for 5 percent viscous damping by spectra matching method, using SeismoMatch software. To apply time history analysis in ABAQUS, the Time-Integration implicit method is followed. The dynamic implicit step of ABAQUS is using Hilber-Hughes-Taylor's method (HHT), which is an extension of the Newmark β-method. Modified Newton–Raphson iterative procedure is followed throughout the dynamic analyses. The effect of wind load on the tower is calculated according to the VGB R610U standard as equivalent static pressure on both the external and internal shell walls of the tower. The external and internal pressure distribution coefficients (C_pe and C_pi) are taken into account. According to the abovementioned standard, the pressure caused by wind load is calculated based on terrain category and geographical location of the tower in terms of height, circumferential direction, and fundamental period. The nonlinearity of the materials is taken into the consideration. The concrete damage plasticity model (CDP) is utilized to simulate the inelastic behavior of the concrete. This model accurately defines concrete behavior under cyclic or dynamic loads, as well as simulates residual damage of concrete. The isotropic hardening model is used to simulate the plastic behavior of the steel reinforcement. In this thesis, the stress distributions, lateral displacement, and compressive and tension damage of the hyperbolic cooling tower caused by seismic and wind loads are investigated.
Benzer Tezler
- Hiperbolik soğutma kulesi yapılarının serbest titreşim, deprem ve rüzgâr yükleri altındaki tepkilerinin incelenmesi
Investigation of response of hyperbolic cooling tower structures under modal analysis, earthquake and wind loads
AZAT POLAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TURGUT ÖZTÜRK
- Cryopreservation of starfish oocytes and cloning of starfish gai subunit
Denizyıldızı oositlerinin dondurularak saklanması ve denizyıldızı gai proteininin klonlanması
MEHMET MURAT KÖSEOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2001
BiyolojiBoğaziçi ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. KİRSTEN C. EDEPLİ
- Response calculation of rotor blade with finite difference method
Rotor pali cevabının belirgin sonlu farklar yöntemi ile hesaplanması
E.ALPER BURAK KÜÇÜKKARAMIKLI
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. Y. KEMAL YILLIKÇI
- Toprak ve kaya dolgu barajların elasto-plastik dinamik davranışı
Başlık çevirisi yok
ZEKİ ÖZCAN
Doktora
Türkçe
1998
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEKAİ CELEP
- Nonlinear seismic response of horizontally layered soil deposits
Başlık çevirisi yok
ADEL MAHMOUD AL-QURA'N
Yüksek Lisans
İngilizce
1987
Jeoloji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiYRD. DOÇ. DR. HALUK SUCUOĞLU