Design of a new laminar soil container and its numerical verification for SSI and liquefaction tests
Yeni bir laminer zemin konteynerinin tasarımı ve SSI ve sıvılaşma testleri için sayısal doğrulaması
- Tez No: 888260
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ESRA ECE BAYAT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Deprem Mühendisliği, İnşaat Mühendisliği, Earthquake Engineering, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 143
Özet
Bu tez, laboratuvar zemin testleri için Geliştirilmiş Saydam Geçirimsiz Laminer (Enhanced Transpaerent Impermeable Laminar) (ETILam) zemin konteynerinin tasarımını, geliştirilmesini ve değerlendirilmesini sunar. Araştırma, Geoteknik mühendisliği uygulamaları için statik ve dinamik koşullar altında prototip yanıtlarının tekrarlanmasında karşılaşılan zorlukları ele almaktadır. Mevcut zemin test düzeneklerinin ve çeşitli laminer zemin konteynerlerinin kapsamlı bir şekilde incelenmesi yoluyla, özellikle dinamik testler için sarsma tablaları ve santrifüjler kullanılarak zemin konteynerlerinin tasarımı ve işlevselliği geliştirilmiştir. Inşaat mühendisliğinde, laboratuvar test düzenekleri genellikle prototip modellerin hem statik hem de dinamik koşullarda tepkilerini tekrarlamakta zorluklarla karşılaşır. Dinamik testlerde bu zorlukları ele almak için araştırmacılar sarsma masaları (1G) veya santrifüjler (NG) kullanır, böylece serbest alan sınır koşullarını taklit eden koşullar simüle edilir. Zeminler üzerinde doğru laboratuvar testleri yapabilmek için gerçek saha koşullarını yakından taklit eden zemin konteynerlerine ihtiyaç vardır. Laminer zemin konteynerleri, prototip koşullara benzer şekilde zemin performansını simüle edebilme yetenekleri nedeniyle özellikle tavsiye edilir. Ancak, laminer zemin konteynerinin optimal tipi ve lamineler arası hareketi kolaylaştıran mekanizmalar konusunda sıkça sorular gündeme gelir. Araştırma, laboratuvar test düzeneklerinin anahtar yönlerini ve temel özelliklerini belirleyerek başlamaktadır. Test performansı üzerindeki zemin konteyneri sınır koşullarının önemini vurgular. Farklı türde zemin konteynerleri ve bunların özellikleri incelenmiş ve laboratuvar ortamlarında prototip koşullarını tekrar eden en etkili tür olarak laminer zemin konteynerleri seçilmiştir. Çalışma, laminer zemin konteynerinin tasarımı sırasında dikkate alınması gereken sınırlamaları araştırarak, başlangıç tasarım konseptinin geliştirilmesine yol açmıştır. Tasarımın etkinliğini sağlamak için laminer zemin konteyneri için potansiyel malzemeler laboratuvarda test edilmiştir. Bu malzemelerin karakteristik parametreleri, sayısal modelleme adımlarında kullanılmak üzere değerlendirilmiştir. Konteynerin yapımı için Plexiglas ve Sikaflex Pro3 esnek birleştirici macunu seçilmiştir. Dinamik yüklemeler sırasında maksimum stresler altında lamina çerçevesinin performansı, yapısal yazılım kullanılarak doğrulanmış ve yan destek noktalarının yerleri belirlenmiştir. Gerekli zemin numunesini uygun rölatif yoğunlukta hazırlamak için yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntem, elekten geçen malzemenin çapı ve yağmurlama yüksekliğine dayalı olarak zeminin rölatif yoğunluğunu değerlendirmekte olup, yeni bir kum serme mekanizmasının tasarlanmasına yol açmıştır. Sayısal modelleme yoluyla, sınır türü ve genişlemesinin zemin numunesi üzerindeki etkisi incelenmiştir. Modele farklı sinüzoidal hareketler uygulanmış ve laminer zemin konteyneri tasarımının sayısal değerlendirmeleri için uygun hareket seçilmiştir. Mevcut konteynerler ve hareket mekanizmaları üzerine yapılan incelemelere dayanarak, çeşitli sayısal modeller geliştirilmiş ve performansları serbest saha test sonuçları ila karşılaştırılmıştır. Serbest saha koşullarını daha yakından taklit eden bir sonuç sağlamak için geliştirilmiş bir hareket mekanizması üretilmiştir. Bu mekanizma, laminalar arasında hareketli esnek birleştirici macunu ve makaralı rulmanlar kullanır. Çalışma ayrıca yan destek sisteminin laminer zemin konteynerinin davranışı üzerindeki etkisini incelemiştir. Dikey desteğin, yan desteğe ek olarak, laminer zemin konteynerinin daha iyi sonuç vermesini sağladığı bulunmuştur. Laboratuvar testleri sırasında laminer zemin konteynerinin beklenen performansı oluşturulan modeller kullanılarak incelenmiştir. Zemin-yapı etkileşimi performansı değerlendirilmiş ve Tek Dereceli Serbestlik (Single Degree of Freedom) (SDOF) sisteminin zemin performansı üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Sayısal modelleme yoluyla tasarım süreci, ETILam zemin konteynerinin imalatıyla sonuçlanmıştır. Performansı, sarsma tablasında boş konteyner üzerindeki testler ve çeşitli testler sırasında zemin numuneleri ile değerlendirilmiştir. Zemin-yapı etkileşimi (Soil Structure Interaction) (SSI) etkisini incelemek için, prototip koşulları temsil eden kazık destekli SDOF sistemi tasarlanmış ve üretilmiştir. Bu sistem üzerinde çok sayıda laboratuvar testi gerçekleştirilmiş ve bazı sonuçlar sunulmuştur. Boş ETILam zemin konteynerinin performansı, sayısal model sonuçlarıyla karşılaştırılmış ve sayısal sonuçların laboratuvar test sonuçlarına oldukça benzediği bulunmuştur. Ancak, konteyner içindeki zemin numunesi üzerindeki laboratuvar testlerinden elde edilen sonuçlar, giriş hareketi frekansı ve ivmesi arttıkça, sayısal model ile laboratuvar sonuçları arasında tutarsızlıklar gösterdiğini ve yazılımdaki zemin modelleri üzerinde daha ayrıntılı analitik çalışmalara ihtiyaç duyduğunu göstermiştir. Sonuç olarak, bu tez, ETILam zemin konteynerinin geliştirilmesini ve doğrulanmasını göstermektedir. Çalışma, lamina hareketi için makaralı rulmanlar ve esnek birleştirici macununun kombinasyonunun etkinliğini, uygun sınır desteğinin önemini ve zemin-yapı etkileşimi ve sıvılaşma testlerini doğru bir şekilde tekrar etmek için detaylı sayısal ve laboratuvar analizine olan ihtiyacı vurgulamaktadır. ETILam zemin konteyneri, dinamik koşullar altında zemin davranışını incelemek için daha doğru ve güvenilir bir yöntem sağlayarak Geoteknik mühendisliği laboratuvar testlerinde önemli bir ilerlemeyi temsil etmektedir.
Özet (Çeviri)
This dissertation presents the design, development, and evaluation of an Enhanced Transparent Impermeable Laminar (ETILam) soil container for laboratory soil tests. The research addresses the challenges in replicating prototype responses under static and dynamic conditions, which are crucial for geotechnical engineering applications. By conducting a comprehensive review of existing soil test setups and various types of laminar soil containers, the study aims to enhance the design and functionality of soil containers, particularly for dynamic tests using shaking tables and centrifuges. The research begins by identifying the key aspects and essential characteristics of laboratory test setups. It emphasizes the importance of soil container boundary conditions on test performance. Different types of soil containers and their specifications are examined, concluding that laminar soil containers are the most effective for replicating prototype conditions in laboratory settings. The study then explores the limitations that need to be considered during the design of a laminar soil container, leading to the development of an initial design concept. To ensure the effectiveness of the design, potential materials for the laminar soil container were tested in the laboratory. Characteristic parameters of these materials were evaluated for use in numerical modeling. Plexiglas and Sikaflex Pro3 flexible sealant paste were selected for the container construction. The performance of the lamina frame under maximum stresses induced during dynamic loadings was verified using structural software, and the locations of lateral support points were determined. A new method was developed for preparing the required soil sample with the proper relative density. This method evaluates the relative density of the soil based on the diameter of the sieve opening and the height of raining, leading to the design of a new sand pluviation mechanism. Through numerical modeling, the effect of boundary type and expansion on the soil sample was studied. Different sinusoidal motions were applied to the model, and the proper motion was selected for numerical evaluations of the laminar soil container design. Based on a review of available containers and their movement mechanisms, various numerical models were developed and their performances compared with free-field test responses. An enhanced movement mechanism was developed to provide a response more closely resembling free-field conditions. This mechanism employs roller bearings and a flexible sealant moving mechanism between the laminas. The study also examined the effect of the lateral support system on the behavior of the laminar soil container. It was found that vertical support, in addition to lateral support, provides a better response for the laminar soil container. The expected performance of the laminar soil container during laboratory tests was studied using generated models. The soil-structure interaction performance was evaluated, and the effect of a Single Degree of Freedom (SDOF) system on soil performance was assessed. The design process, through numerical modeling, resulted in the manufacturing of the ETILam soil container. Its performance was evaluated through tests on an empty container on a shaking table and with soil samples during multiple tests. For studying the soil-structure interaction (SSI) effect, a test setup representing a pile-supported SDOF system was designed and manufactured. A series of laboratory tests were performed on this system, and some of the results were presented. The performance of the empty ETILam soil container was compared with numerical model results, revealing that the numerical results closely resemble the laboratory test results. However, the results obtained from the laboratory tests on the soil sample inside the container indicated that increasing the input motion frequency and acceleration led to discrepancies between the numerical model and laboratory results, necessitating more detailed analytical studies on the soil models in the software. In conclusion, this dissertation demonstrates the development and validation of the ETILam soil container. The study highlights the effectiveness of combining roller bearings and flexible sealant for laminar movement, the importance of proper boundary support, and the need for detailed numerical and laboratory analysis to accurately replicate real-site conditions for soil-structure interaction and liquefaction tests. The ETILam soil container represents a significant advancement in geotechnical engineering laboratory testing, providing a more accurate and reliable method for studying soil behavior under dynamic conditions.
Benzer Tezler
- Geliştirilmiş geçirimsiz saydam laminer zemin konteyneri tasarımının mekanik özelliklerinin ve dinamik etki altında zemin deney numunesinin tasarımı
Design of the mechanical properties of the design of an developed impermeable transparent laminer soil contai̇ner and the design of the soil test sample under dynamic impact
MEHMET ŞAMİL GÜNDÜZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ESRA ECE BAYAT
- A novel approach for the incipience of sediment entrainment in a wide range of flow conditions via experimentally driven geno-fuzzy inference system model
Deneysel veri tabanlı geliştirilen özgün genetik-fuzzy yöntemi ile akım şartlarının geniş aralığında sediment hareketinin başlangıcının araştırılması
HUSSEIN BIZIMANA
Doktora
İngilizce
2020
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜSSELAM ALTUNKAYNAK
- Zorlanmış salınımlı dikey akışta gözenekli ortamın ısı geçişine etkisinin deneysel incelenmesi
Experimental investigations on the effect of porous media on heat transfer from vertical forced oscillated fluid flow
ESRA KEŞAF
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
ÖĞR. GÖR. ERSİN SAYAR
- Elektronik elemanların soğutulmasında mini kanallı blok içinde sıvı akışkan uygulamasının performans analizi
Performance analysis of electronic components cooling with liquid flow in mini channel block application
SEVGÜL ŞENTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHSİN KILIÇ
- Yüksek hızlı sürekli yanma sistemlerinde alev kararlılığının incelenmesi
A Study on flame stabilization in high speed continuous combustion system
SEZGİN SARAÇOĞLU