Kazıklı su yapılarının çözümü ve silindirik elemanlarda dalga ve vortex kapması etkisi

ÖZET Günümüzde deniz ticaretinin gelişmesi ve dışa açılımın sonucu olarak liman yapılan önem kazanmış ve son yıllarda Erdemir Liman Tesisleri ve Ambarlı Liman Tesisleri gibi büyük liman inşaatları yapılmıştır. Limanlarda dalga kıran olarak mendirek, yanaşma yeri olarak ise bloklu rıhtım veya kazıklı iskele ve rıhtımlar inşaa edilirler. Bu yapıların yanında açık denizde yanaşma yapısı olarak kazıklı dolfenler inşaa edilir. Bu tezde ise kazıklı bir yapıdaki, kazık-zemin etkileşimleri, kazıklı yapı çözümleri için modeller, kazık grupları ve kazıklara gelen dalga yükleri hakkında konular işlenmiştir. 1. bölümde kumlar ve killer için, kuvvet-deplasman eğrileri, maksimum zemin taşıma kapasiteleri, derinlerde ve yüzeyde göçme durumları kısaca açıklanmaya çalışılmıştır. Ayrıca bu bölümde kazıkların taşıma kapasiteleri konu edilmiş ve kazığın uç direnci ile yüzey sürtünme direncinin nasıl oluşacağı bu kuvvetlerin kıyaslanması ve kuvvet deplasman ilişkisi açıklanmıştır. 2. bölümde kazıklı yapıların eleman kuvvetlerinin bulunması için çeşitli modellemeler ve hesap yöntemleri gösterilmiştir. Sistem hesabın, yarı-statik analiz için lineerleştirme teknikleri kullanılarak eleman ve sistem rij itlik metrisleri kurulmuştur. Lineerleştirme tekniklerinde tanjant ve sekant rij itliklerinin bulunması ve buralarda sistem rij itliklerinin kurulumu adım adım gösterilerek,.elemanların `` kuvvet ve gerilmelerinin nasıl bulunacağı anlatılmıştır. 3. bölümde birbirlerine yakın çakılan kazıkların etkileşimleri ve grup taşıma kapasitesinin tek tek kazık taşıma kapasitelerinin toplamından farklı olduğu ve nasıl hesaplara dahil edileceği belirtilmiştir. 4. bölümde bu bölümde kazıklı yapıların hesaplarında önemli yeri olan dalga yükleri konu edilmiştir. Burada çoğunlukla silindirik kazıklara gelen kırılmamış dalgaların meydana getirdiği dinamik dalga kuvvetlerinin, statik kuvvetlere nasıl çevrileceği ve bu kuvvetlerin hesaplanmasında kullanılan formüllerdeki katsayılar anlatılmıştır. Bu konu dalga etkisine maruz kalan kazıkta, deniz yatağındaki kuvvetlerin bulunmasını anlatan bir örnekle bitirilmiştir. 5. bölümde silindirik elemanlar üzerinde wortex kopması etkisi göz önüne alınmıştır. Bu bölümde sabit akış hızlarında silindirlerin tepkisi ve sabit akımda yapı tepkisi harmonik modelle açıklanmaya çalışılmıştır. Bu konudada silindirik kazıkta vortex kopmalarından oluşan gerilmelerin nasıl bulunacağını anlatan bir örnekle sonlandırılmıştır. SUMMARY SOLUTION OF THE PILED WATER STUCTURES AND EFFECT OF WAVE AND VORTEX SHEDDING ON THE CYLINDIRICAL ELEMENTS 1. Bearing Capacity Of Single Piles : This section provides some background information on driven piles in clays and siliceous soils. Piles driven or grouted into predrilled holes or into calcareous soils are special cases. For pile foundations, the following simplifying assumptions regarding soil stiffness, damping and added mass are usually made: - The forces occurring between the soil and the pile any level on a pile are independent of the deflections at any other level. - The soil damping need not be calculated. - The effect of the mass of the soil acting with the piles has a negligible effect on the structural dynamics. When the piles are well spaced (spacing < 8 x diameter) it is not usually necessary to consider any interaction effects between the piles. However, for smaller spacing the deflection of one pile affects the other and the group or interaction effects also need to be taken into account. If a preliminary estimate of pile behaviour is required then the pile can be assumed fixed at a certain distance below the seabed. 3.5D - 4.5D stiff clays 7D - 8.5D very soft silts - 6D general calculations p - y curves : The methods of estimating p-y curves for clays and sand are semi-empirical. The construction of the curves in both cases requires the ultimate lateral pressure pu to be determined. A non-linear curve is then fitted to pu value. XI0.1 0.1 p-y curve for sand Compression capacity of pile : The compression capacity of pile comprises : - the skin friction or shaft resistance acting along the pile - the end bearing at the tip Skin friction End bearing End bearing and skin friction Q = QP + Qs Q = compression capacity Qp = end bearing Qs = skin friction Tension capacity : The high moment applied to an offshore structure can result in tension forces in some of the piles. To calculate the ultimate tensile capacity, the end bearing component is neglected. The weight of the pile and soil plug may be included. XIIScour and cavities : These effects reduce the axial capacity of the pile. Both effects prevent the generation of skin friction at the top of the pile. Shaft resistance : The shaft resistance is essentially frictional and for sands the frictional stress can be estimated as: x = Ko CTvo tan 8 but x X u, du dt fi dz fD dz D /////// // // ////////// Wave force on the vertical cylindrical pile 7tD2 du 1,, f = f i + f D = CMP- -^ +CD-puufj = inertial force per unit length of pile, XIVfo= drag force per unit length of pile, p = density of pile, D = diameter of pile, u = horizontal water particle velocity at the axis of the pile, (calculated as if the pile were not there) du/dt = total horizontal water particle acceleration at the axis of the pile, (calculated as if the pile were not there) Cd = hydrodynamic force coefficient, the `Drag` coefficient, Cm = hydrodynamic force coefficient, the `Inertia` or `Mass` coefficient, 5. Vortex-induced vibrations : Vortex which form and shed into the flow past a bluff body produce a dynamic loading upon the body. The principal danger from this type of loading arises from the possibility of resonance between a natural frequency of the structure and the frequency of excitation. Large and damaging amplitudes of oscillation can be caused by a complicated and pernicious mechanism of resonance which occurs over a considerable range of conditions, when interactions between the flow and the structures motions causes the frequency of the excitation to be controlled by and to lock in to that of the response. Vortex shedding excitation is caused by pressure fluctuations associated with the motion of vortices in the wake of a body. XV 105