Kaya Düşmesi Etkisi Altındaki Beton Kubbelerin Gerilme Analizi

Abstract

Bu çalışmada, farklı yüksekliklerden serbestçe düşen kayaların neden olduğu darbelerin beton kubbelerin yapısal performansı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Farklı yüksekliklerden düşen kayaların neden olduğu maksimum gerilmelerin, düşen kayanın çapına ve beton kubbelerin kesit et kalınlığına bağlı olarak değişimleri sunulmuştur. Kubbeler, estetik görünümleri ve mühendislik özellikleri nedeniyle tasarımcılar tarafından sıklıkla tercih edilen önemli yapı elemanlarıdır. Sıklıkla tercih edilmeleri nedeniyle farklı doğal afetlere maruz kalmaktadırlar. Kaya düşmeleri, stabil olmayan zeminlere sahip engebeli arazilerde inşa edilen yapıların zarar görmesine neden olan önemli bir doğal afettir. Bu afetin yol açtığı hasarların boyutlarının bilinmesi, inşa edilen veya edilecek yapıların tasarımına ışık tutacaktır. Yapılan yapısal analizler sonucunda kaya düşme kotunun artması ile oluşan kinetik enerjinin yapısal hasarları (maksimum gerilme) önemli ölçüde arttırdığı ve artan bu yapısal hasarların kesit et kalınlığı ile kontrol altına alınmaya çalışıldığı görülmüştür. Yapılan analizler sonucunda kayanın düştüğü yüksekliğe göre kubbenin gerilme değerleri belirlenmiştir. Bu analizlerin sonuçlarının tasarım aşamasında yapı mühendislerine ve mimarlara bir ön fikir vereceği düşünülmektedir.

Keywords

• Beton kubbe
• Kaya düşmesi
• parametrik tasarım
• Mohr-Coulomb beton modeli
• Ansys

Stress Analysis of Concrete Domes under the Rockfall Impact

Abstract

In this study, the effects of impacts caused by freely falling rocks from different heights on the structural performance of concrete domes were investigated. The variations of the maximum stresses induced by rocks falling from different elevations depending on the diameter of the falling rock and the cross-sectional wall thickness of the concrete domes are presented. Domes are important structural elements frequently preferred by designers due to their aesthetic appearance and engineering properties. As they are frequently preferred, they are exposed to different natural disasters. Rockfalls are an important natural disaster that causes damage to structures built on rugged terrains with unstable soils. Knowing the extent of the damages caused by this disaster will shed light on the design of the structures built or to be built. The results of the structural analyses show that the kinetic energy caused by the increase in the elevation of the rock fall increased the structural damages (maximum stress) considerably, and these increased structural damages were tried to be controlled with the section wall thickness. As a result of the analyses, the stress values of the dome were determined according to the height at which the rock falls. It is thought that the results of these analyses will give a preliminary idea to structural engineers and architects at the design stage.

Keywords

• Concrete dome
• Rockfall
• Parametric design
• Mohr-Coulomb concrete model
• Ansys

References

1. [1] M. Altin, “The development of domes from the Pantheon to the present day,” Yalın Publishing, 2019 (in Turkish).
2. [2] J. Jonbi, “Assessment of Dome Building Damage and Repair Method,” in IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 392, no. 6, p. 062010, 2018.
3. [3] H. Ç. Türkçü, “Contemporary structural systems,” Birsen Publications, 2003.
4. [4] U. B. Zengin and K., Ulamis, “Investigation of the Effect of Block Geometry in the Three-Dimensional Rockfall Analyses (Gölbaşı, Ankara),” Journal of Geological Engineering, vol. 49, no. 2, pp. 3-22, 2025.
5. [5] A. Alptekin and M. Yakar, “Obtaining 3D Point Cloud of Rock Blocks with Using A Terrestrial Laser Scanner,” Turkish Journal of LIDAR, vol. 2, no. 1, 1-4, 2020.
6. [6] S. Mutlu, I. Cindioğlu and A. S. Selçuk, “Creation of Rock Fall Susceptibility Map of Van Province and Its Evaluation in Terms of Disaster,” Journal of Disaster and Risk, vol. 5, no. 1, 270-281, 2022.
7. [7] F. Sengani and F. Mulenga, “An improved hazard assessment chart for rock falls in near vertical blocky rock environments,” Environmental Earth Sciences, vol. 18, no. 9, pp. 647, 2021.
8. [8] T. Birien and F. Gauthier, “Assessing the relationship between weather conditions and rockfall using terrestrial laser scanner to improve risk management,” EGUsphere [preprint], 2022.

9. [9] A. Polat, “GIS Based 3D Rockfall Analysis and Data Preparation Processes: Case of Kavak Village (Sivas Turkey),” Journal of the Faculty of Engineering, Uludağ University, vol. 25, no. 3, pp. 1205-1222, 2020.
10. [10] S. Aşıcı, “Analysis of elastic energy absorbers for rockfall hazard by finite element method,” MSc. dissertation, Dept. Civil. Eng., Mersin Univ., Mersin, Turkey, 2019.
11. [11] K. Hepdeniz, “Mapping of Rockfall Susceptibility Areas for Eğirdir District (Isparta),” European Journal of Science and Technology, vol. 15, pp. 193-198, 2019.
12. [12] Ansys Inc., Ansys Learning Hub, Ansys, Inc., 2016. [Online]. Available: https://www.ansys.com/
13. [13] S. Polat and Y. Güney, “Rockfall in Bağbaşı Village (Uşak),” vol. 6, no. 1, pp. 198–224, 2013.