Nonlinear performance analysis of steel lattice energy distribution towers
Çelik kafes enerji dağıtım direklerinin doğrusal olmayan performans analizi
- Tez No: 716817
- Danışmanlar: PROF. DR. ERAY BARAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Doğrusal olmayan analiz, Enerji dağıtım hatları, Plastik mafsal, Nonlinear analysis, Energy distribution lines, Plastic hinge
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Çelik kafes direk yapıları, havai enerji iletim ve dağıtım hattı ağlarında hayati bir rol oynamaktadır. Güç sistemlerinin çalışır durumda kalması için direklerin güvenliği büyük önem taşımaktadır. Son yıllarda değişen küresel hava koşulları nedeniyle dünya çapında çeşitli direk yıkılmaları rapor edilmiştir. 16 Ocak 2019'da Türkiye'nin Tufanbeyli ilçesinde düşük sıcaklıkta şiddetli rüzgâr ve yoğun bir kar yağışı etkili olmuştur ve 45 adet çelik kafes enerji dağıtım direği yıkılmıştır. Bu tezde Tufanbeyli'deki direkler örnek alınmıştır ve farklı yükleme koşulları ve modelleme varsayımları altında direklerin yapısal performans değerlendirilmesi gerçekleştirilerek yük taşıma kapasitesi ve direklerin göçme mekanizmasının belirlenmesine yönelik çalışmalar yapılmıştır. Bu doğrultuda, kesin yıkılma sebeplerini belirlemek için tasarım yükleri ve gerçekçi durum yükleri altında 18 adet taşıyıcı ve 3 adet durdurucu çelik kafes direk üzerinde çalışmalar yapılmıştır. Gerçekçi durum yükleri, direklerin ve iletkenlerin yıkılma anında maruz kaldıkları dış yükleri yansıtmaktadır ve analizlerde iletken kopması ve buzlu iletkenlere rüzgâr etkimesi olmak üzere iki farklı yükleme koşulu dikkate alınmıştır. Doğrusal analiz sonuçlarına göre direkler güncel tasarım şartnamesini sağlamıştır. Buna karşın, yıkılma anında, iletkenlerin etrafındaki buz kalınlığının, tasarım şartnamesinde belirtilen değere kıyasla oldukça fazla olduğu belirlenmiştir. Yıkılma mekanizmasını ve yapısal elemanların göçme sırasını ortaya çıkarmak için doğrusal olmayan statik itme analizi yöntemi ile daha ileri çalışmalar yapılmıştır. Yığılı plastik davranış modeli eksenel mafsallar ile modellenmiştir ve direklerdeki kritik elemanlar belirlenmiştir. Analiz sonuçlarına göre, buzlu iletkenlere rüzgâr yüklemesi koşulu direğin gövdesinde bulunan bacak elemanlarında burkulmaya sebep olurken, iletken kopması yükleme koşulu direğin konsolları arasındaki yatay ve çapraz eleman birleşimlerinde göçmeye sebep olmaktadır. İletken kopması koşulunda daha sünek bir davranış görülürken, buzlu iletkenlere rüzgâr koşulunda burkulma sebebiyle yapıların kapasite eğrilerinde ani bir göçme tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Steel lattice tower structures play a vital role in overhead energy transmission and distribution networks. The safety of the towers has a great significance in order to keep power systems functioning. Despite their crucial function, these structures are susceptible to damage and sometimes total collapse as a result of environmental overloading. The collapse of tower structures in varying magnitude has been reported due to changing global weather patterns in the past few years. On January 16th, 2019, strong wind and heavy precipitation were predominant in Tufanbeyli, Turkey, and resulted in the collapse of 45 steel lattice distribution towers. In this thesis, some of these collapsed towers were taken as a case study and an investigation was carried out to evaluate the structural performance, estimate the load-carrying capacity, and determine the collapse mechanism of the structures under different loading conditions and modeling assumptions. On this basis, linear analyses were performed on eighteen suspension towers and three tension towers under the design loads and the failure condition loads to identify the exact cause of tower failures. Failure condition analyses of the towers were conducted by considering the loading cases of conductor break and ice with wind. Measured material capacities for tower steel members and conductors were incorporated in these analyses in an attempt to accurately simulate the actual conditions. The realistic conditions that the towers were likely to experience on the day of the incident were predicted based on meteorological data. Numerical results reveal that under design level loads and the specified loading cases the towers possess the safety level intended by the related design documents. However, at the time of the incident, ice accumulation around the conductors was multiple in size compared to the specified value by the design code. According to site inspections and field reports, the tower members experiencing failure were predicted accurately by failure condition analyses. Further studies were performed on the selected towers, focusing on the nonlinear properties to reveal the full collapse mechanism of the towers and failure sequence of the structural members. The nonlinear static pushover analysis with lumped plasticity approach was employed by modeling axial hinges with piece-wise linear force-deformation characteristics. The capacity curves of the towers were investigated and the most vulnerable parts of the towers were demonstrated. Results obtained from nonlinear analyses indicate that the tower response is governed by buckling of leg members in the tower body under ice and wind interaction condition, while for conductor break loading case the response is governed mostly by bolt bearing deformation of horizontal and brace members located near crossarms. It was determined that bolt bearing capacity provides a more ductile failure mechanism compared to sudden collapse due to member buckling.
Benzer Tezler
- Deformation behavior of thin walled structures filled with auxetic and non-auxetic core materials
Ökzetik ve ökzetik olmayan dolgu malzemeli ince cidarlı yapıların deformasyon davranışı
FATİH USTA
Doktora
İngilizce
2021
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
PROF. DR. FABRIZIO SCARPA
- Comparison of different bracing patterns for self-support communication towers
Kendınden destekli iletşim kuleleri için farklı kafas biçimlerinin karşılaştırılması
KAMIRAN MOHAMMED ALSILEVANAI
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
İnşaat MühendisliğiGaziantep Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. MUSTAFA ÖZAKÇA
- Küresel grafitli dökme demirlerin borlanması ve özellikleri
The boriding of some ductile irons and their properties
UĞUR ŞEN
Doktora
Türkçe
1997
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FEVZİ YILMAZ
- Seismic performance evaluation and analysis of steel structures with semi-rigid connections
Yarı-rijit bağlantılı çelik çerçevelerin analizleri ve sismik performanslarının değerlendirilmesi
SELİM ÖN
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CAN BALKAYA
- Doğrusal olmayan itme analizi yöntemi ile performans seviyesi belirlenen çelik bir yapının yapısal analizi
Structural analysis of a steel frame model analysed by nonlinear push over analysis based on performance based design criteria
DUYGU ALTINAĞAÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BARLAS ÖZDEN ÇAĞLAYAN