Experimental and Numerical Modelling of Buried Continuous Pipelines Crossing Active Faults
Aktif Fay Hatlarını Geçen Gömülü Sürekli Boru Hatlarının Deneysel ve Sayısal Modellemesi
- Tez No: 1021021
- Danışmanlar: PROF. DR. SUBHAMOY BHATTACHARYA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Unıversıty Of Surrey
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Boru hatları; su, petrol, gaz, kanalizasyon ve diğer akışkanların taşınmasında kullanılan güvenilir ve ekonomik sistemlerdir. Bir ülkenin endüstrisinin, hizmet sektörünün ve ekonomisinin sürekliliğinde kritik bir rol oynadıkları için genellikle“yaşam hatları (lifelines)”olarak adlandırılırlar. Bu nedenle boru hatlarının her zaman çalışır durumda kalması büyük önem taşımaktadır. Boru hatları geniş coğrafi alanlara yayılmakta olup güvenlik, ekonomik, çevresel ve estetik nedenlerle çoğunlukla yer altına gömülü olarak inşa edilmektedir. Bu durum, boru hatlarının farklı zemin profillerine ve depremlerden kaynaklanan çeşitli tehlikelere maruz kalmasına neden olmaktadır. Geçmiş depremler sırasında meydana gelen boru hattı hasarları, gömülü boru hatlarının depremler nedeniyle oluşan Kalıcı Zemin Deformasyonlarına (PGD) karşı hassas olduğunu göstermiştir. Geçmiş depremlerde; ek yeri hasarı, çekme kırılması, kiriş burkulması ve yerel burkulma gibi farklı boru hattı hasar türleri gözlemlenmiştir. Son yıllarda meydana gelen depremler de gömülü boru hatlarının performansının hâlâ tatmin edici olmadığını ortaya koymaktadır. Bu nedenle bu konuda daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyulmaktadır. Bu doktora tezinin amacı, aktif fayları kesen sürekli gömülü boru hatlarının davranışını fiziksel model deneyleri ve sayısal analizler aracılığıyla incelemektir. Bu doktora çalışması kapsamında, aktif fayları kesen gömülü sürekli boru hatları için ilgili ölçekleme yasaları ve boyutsuz parametreler, Buckingham-π teoremi ve yönetici diferansiyel denklemler kullanılarak türetilmiştir. Elde edilen boyutsuz grupların fiziksel anlamları ve pratik aralıkları sunulmuştur. Ayrıca, bu boyutsuz parametreler ve ölçekleme yasaları dikkate alınarak doğrultu atımlı fayları kesen gömülü sürekli boru hatları için yeni bir fiziksel model deney düzeneği geliştirilmiştir. Deney düzeneğinin çalışma prensibi ve deneylerde kullanılan sensörler de açıklanmıştır. Bunun yanı sıra, sayısal modellemede kullanılan eşdeğer uç yayları yaklaşımına dayalı olarak fiziksel modelleme için basit ve ölçeklenebilir bir boru uç bağlantı elemanı (end connector) önerilmiştir. Önerilen bu bağlantı elemanının performansı fiziksel model deneyleri ve sayısal analizler ile değerlendirilmiştir. Ayrıca, fay kesişim bölgelerinde dolgu malzemesi olarak lastik kökenli agrega (Tyre Derived Aggregate – TDA) kullanımını içeren yeni bir hasar azaltma yöntemi önerilmiştir. Önerilen bu yöntemin performansı fiziksel model deneyleri ile incelenmiştir. Bununla birlikte, hendek geometrisinin, hendek boyutlarının ve dolgu malzemesindeki lastik parçacığı oranının boru hattı performansı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Son olarak, aktif fayları kesen gömülü sürekli boru hatları için üç boyutlu (3B) Sonlu Elemanlar (SE) modelleri geliştirilmiş ve bu modeller; saha çalışmaları, deneysel çalışmalar ve analitik yöntemler kullanılarak doğrulanmıştır. Kalibre edilen bu 3B SE modelleri kullanılarak, boru uç koşullarının doğrultu atımlı fayları kesen gömülü sürekli boru hatlarının davranışı üzerindeki etkilerini incelemek ve boyutsuz parametrelerin boru hattı tepkisi üzerindeki etkilerini araştırmak amacıyla bir parametrik çalışma gerçekleştirilmiştir. Araştırma sonuçları, geliştirilen yeni deney düzeneğinin doğrultu atımlı fayları kesen gömülü sürekli boru hatlarının davranışını yakalamak ve faylanma altında zemin–boru etkileşiminin temel fiziksel mekanizmalarını incelemek için güvenilir bir araç olduğunu göstermektedir. Ayrıca önerilen boru uç bağlantı elemanının, önceki deneysel çalışmalarda kullanılan geleneksel boru uç koşullarına kıyasla boru uç koşullarını daha gerçekçi bir şekilde temsil edebildiği görülmüştür. Son olarak, fay kesişim bölgelerinde dolgu malzemesi olarak TDA kullanımını içeren önerilen hasar azaltma yöntemi, gömülü sürekli boru hatlarında oluşan maksimum eğilme ve eksenel şekil değiştirmeleri azaltarak etkili bir koruma sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
Pipelines are reliable and economical means of transporting water, oil, gas, sewage and other fluids. They are generally referred to as lifelines since they play a pivotal role in running a nation's industries, services, and economy. Thus, it is essential that they remain operational at all times. Pipeline systems are located over large geographical regions and they are generally buried below ground for safety, economic, environmental and aesthetic reasons. As a result, they are exposed to a wide variety of soil profiles and hazards caused by earthquakes. Past earthquake-related pipeline damage highlighted the vulnerability of buried pipelines to Permanent Ground Deformations (PGD) caused by earthquakes. Different types of pipeline failure modes such as joint failure, tension failure, beam buckling, and local buckling failure have been observed in past earthquakes. Recent earthquakes showed that unsatisfactory performance of buried pipelines is still observed. As a result, further research is required in this subject. This thesis aims to study the response of buried continuous pipelines to faulting through physical model tests and numerical analysis. In this Ph.D. research, relevant scaling laws and non-dimensional groups for buried continuous pipelines crossing active faults are derived by using Buckingham-π theorem and governing differential equations. The physical meaning of these non-dimensional groups and their practical ranges are presented. A new physical model test setup of buried continuous pipelines crossing strike-slip faults was developed considering the non-dimensional groups and scaling laws. The working principle of the test setup and sensors used in the tests are also presented. Furthermore, a simple and scalable end connector for physical modeling based on the equivalent end springs approach in numerical modeling is proposed. The performance of the proposed end connector is assessed via physical model tests and numerical analysis. In addition, a new mitigation technique – using tyre derived aggregate (TDA) as backfill material at the vicinity iii of fault crossings- is proposed. The performance of the proposed mitigation method is assessed through physical model tests. The effects of trench shapes, trench dimensions and tyre-chip content in the backfill on pipeline performance are also investigated. Finally, three-dimensional (3D) Finite Element (FE) models of buried continuous pipelines crossing active faults are developed and these models are validated through case studies, experimental studies and analytical methods. By using the calibrated 3D FE models, a parametric study is carried out to investigate the effects of different pipe end conditions on the behaviour of buried continuous pipelines crossing strike-slip faults and to investigate the effects of non-dimensional groups on pipeline response to strike-slip faulting. The research study shows that the newly developed experiment setup is a reliable tool to capture the behaviour of buried continuous pipelines crossing strike-slip faults and to investigate the physics behind the soil-pipe interaction problem under faulting. Furthermore, the proposed end connector is capable of simulating pipe end conditions more realistically compared to conventional pipe end conditions used in earlier experimental studies. Finally, the proposed mitigation technique –using TDA as backfill material at the vicinity of fault crossings- is an effective way of protection that reduces peak bending and axial strains within the buried continuous pipelines crossing active faults.
Benzer Tezler
- Buğdayda farklı melezleme teknikleri kullanarak tohum tutma oranının saptanılması
Başlık çevirisi yok
İSMAİL TÜZÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
ZiraatUludağ ÜniversitesiTarla Bitkileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİS RUHİ EKİNGEN
- Diyabetus mellitus'da gözlenen mikrovasküler komplikasyonların prostaglandinler ile olan ilişkisi
The Relation of microvaskular complications observed in diabetes mellitus with prostoglandins
CANAN NEBİGİL
Doktora
Türkçe
1985
Eczacılık ve FarmakolojiCumhuriyet ÜniversitesiFarmakoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. YUSUF SARIOĞLU
- Makro besin elementlerinin (NPK) İzmir'de Mayıs ayında açığa dikilen 4-6 cm çevre büyüklüğündeki Gladiolus cinsine ait“hunting song”ve“Novalüx”kültür çeşitlerinin yumrularının gelişmeleri üzerine etkileri
Başlık çevirisi yok
TAHA ALİ AMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
ZiraatEge ÜniversitesiPeyzaj Mimarlığı Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ADNAN HATİPOĞLU
- Dokuma kumaşlarda örgü tipinin ham kumaşın boyutları ve geometrik özellikleri üzerindeki etkilerinin araştırılması
Başlık çevirisi yok
EMEL ÖNDER
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiEge ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜNGÖR BAŞER