Gömülü çelik boru sistemlerinin zaman tanım alanında yapısal analizi

İnsanların temiz suya erişimini sağlayan içme suyu boru hattı sistemleri toplumun yaşam kalitesini arttıran çok kritik tesislerdir. Kentlerde nüfus artışı ve sanayileşmenin gelişimine paralel olarak temiz suya erişim çok daha önemli bir hale gelmiştir ve içme suyu boru hatlarındaki herhangi bir aksalıklık toplumsal ve ekonomik hayatı olumsuz etkilemektedir. Bakım onarım çalışmaları, hat deplase çalışmaları ve diğer altyapı tesislerinin imalatı sırasında meydana gelen operasyonel hasarlar içme suyu tesislerinin işlevinin sürdürememesine neden olur. Bu sistemlerde önemli hasarlar oluşturan bir başka etken ise doğal afetlerdir ve bunların en yıkıcısı depremlerdir. Depreme dayanıklı boru hattı imalatı veya deprem öncesinde boru hatlarının bakım, onarım ve güçlendirilmesinin yapılması için yapısal analizlerin yürütülmesi son derece önemlidir. Bu çalışma kapsamında içme suyu sistemlerinde sık karşılan zemine gömülü basınçlı çelik boru hattı, sonlu elemanlar yazılımı ANSYS Workbench V17.1 kullanılarak üç boyutlu olarak modellenmiş ve zaman tanım alanında sismik analizi yapılmıştır. Yapılan analizlerde derinlik ve boru çapı parametreleri değiştirilerek çelik boruda meydana gelen gerilme ve deplasman miktarları araştırılmıştır. Ayrıca, uzun süren bu tür parametrik analizlerin pratik olarak yürütülebilmesi için pratik bir yöntem geliştirilip uygulanmıştır.

Structural time-history analysis of buried steel pipeline systems

Potable water pipeline systems, by which the population provides clean water, are critical facilities that increase the living quality of the society. Parallel to the increasing number of inhabitants and to the development of industry any breakdown of those systems will affect economy and human life negatively. Operational damages resulting from maintenance works, pipe relocation works, and construction of other infrastructures cause failure in services of potable water facilities. Another factor that causes damage in these systems is natural disasters, and the most harmful of them is earthquakes. Utilization of structural analyses is very important for production of earthquake resistant pipelines, or for maintenance, reparation, and retrofitting of pipelines before earthquake. In the scope of this study buried, internally pressurized, steel pipelines, which are frequently encountered in potable water systems, are three dimensionally modelled and their time-history analyses are done by using finite elements software ANSYS Workbench V17.1. The stress and displacement quantities of steel pipes are investigated by changing the parameters depth and pipe diameter in the performed analyses. Additionally, a practical method is developed for performing this type of parametric long-lasting analyses.

PDF

___

Duke CM, Moran DF. “Guidelines for Evolution of Lifeline Earthquake Engineering”. In Proceedings of US National Conference on Earthquake Engineering, 367-376, Oakland: Earthquake Eng Res Inst.1975.
American Lifelines Alliance. “Seismic Guidelines for Water Pipelines”. American Lifelines Alliance, Oakland, USA, 2005.
Flores-Berrones R, Li Liu X. “Seismic Vulnerability of Buried Pipelines”. Geofísica Internacional, 42(2), 237-246, 2003.
Çoban S, Çeribaşı S. “İçme suyu ve kanalizasyon borularının sonlu elemanlar metodu ile 3 boyutlu sismik analizi”. Proceeding of 1st International Mediterranean Science and Engineering Congress (IMSEC 2016), Adana, Türkiye, 26-28 October 2016.
Karamanos SA, Keil B, Card RJ. “Seismic Design of Buried Steel Water Pipelines”. Pipelines 2014: from Underground to the Forefront of Innovation and Sustainability: Proceedings of the Pipelines 2014 Conference, Portland, Oregon, USA, August 3-6 2014.
Suresh RD, Sudhir KJ. “Seismic Design of Buried Pipelines in India Context”. In Proceedings of the Conference of the National Information Center of Earthquake Engineering, Bangalore, India, 2005.
O'Rourke MJ, Lui X. “Response of Buried Pipelines Subject to Earthquake Effects”. In Response of Buried Pipelines Subject to Earthquake Effects, New York, USA, US Multidisciplinary Center for Earthquake Engineering Research (MCEER), 1999.
Dash SR, Jain S K. “IITK-GSDMA Guidelines for Seismic Design of Buried Pipelines: Provisions with Commentary and Explanatory Examples”. Kanpur, India, National Information Center of Earthquake Engineering, 2007.
Türk Standartları Enstitüsü. “Eurocode 8: Depreme dayanıklı yapıların tasarımı- Bölüm 4: Silolar, tanklar ve boru hatları”. TS EN 1988-4, Türkiye, 2006.
Resmî Gazete. “Altyapılar İçin Afet Yönetmeliği, Türkiye, 2007.
Lee H. Finite Element Analysis of a Buried Pipeline. Master Thesis, The University of Manchester, School of Mechanical, Aerospace and Civil Engineering, Manchester, UK, 2010.
Alamatian E, Ghadamkheir M, Karimpou B.”Stress Estimation on Pipeline and Effect of Burying Depth”. International Research Journal of Applied and Basic Sciences, 6(2), 228-235. 2013.
Ansys Inc. “ANSYS Mechanical APDL Material Reference”.2013. http://ansys.net/ansys/tips_sheldon/STI0802_ Drucker_Prager.pdf (05.04.2017)
Sahoo S, Manna B, Sharma KG. “Seismic Behaviour of Buried Pipelines: 3D Finite Element Approach”. Journal of Earthquakes, vol. 2014, Article ID 818923, 2014.