4.1 Tasarım Esasları
Bu tez çalışması kapsamında incelenen yapı, Bölüm 1’de de ifade edildiği üzere akım odacıklı keson olarak adlandırılmıştır. Geometrisi ve ana boyutları parametrik olarak Şekil 4.1’de verilen yapı konfigürasyonu belirlenirken öncelikli olarak aşağıdaki ilkeler esas alınmıştır:
a) Düz yüzeyli bir yapıya göre mümkün olduğunca yüksek servis performansı ve duraylılık (en az dalga yansıması, dalga itki kuvveti ve devrilme momenti). b) Düz yüzeyli bir yapıya imalat açısından mümkün olduğunca yakın olması (en
az delikli önyüz alanı).
c) Düz yüzeyli eşdeğer bir kesona mümkün olduğunca yakın ağırlıkta olması (en yüksek kayma ve devrilme stabilitesi).
d) Düz yüzeyli eşdeğer bir kesona mümkün olduğunca yakın bir “yerinde dolu
hacim” bulunması (doldurulmadan önce en rahat yüzdürülebilirlik).
e) Odacık yüksekliklerinin mümkün olduğunca az olması (en yüksek iç stabilite). f) Odacıkların sakin su seviyesine mümkün olduğunca yakın olması (en rahat
imal edilebilirlik).
İlk maddede verilen performans kriteri tüm modifiye düşey yüzlü yapılarla aynıdır. Bunun yanında diğer maddelerde özetlenen tasarım esasları böyle bir modifikasyonun (Bölüm 2 ve 3’te açıklandığı üzere) kaçınılmaz olarak getireceği dezavantajların azaltılmasına yöneliktir. Son beş maddede tanımlanan esaslarla, kesonun boyutları küçülecek, tam delikli bir kesona göre daha hızlı ve rahat imal edilip yerleştirilebilecek, iç güçlendirmeye daha az ihtiyaç duyulacak ve böylece uygulanabilirlik artacaktır. Sonuç olarak listelenen tüm esaslar tasarım optimizasyonunun vazgeçilmez adımlarını oluşturmaktadır.
r r
Şekil 4.1 : Modellen kesonun şematik çizimi ve önemli parametreler. 4.2 Boyutlandırma Kriterleri
Şekil 4.1 üzerinde verilen geometrik değişkenler ve birimleri şu şekilde tanımlanmıştır:
hc (m): kret kotu. h (m): su derinliği. B (m): odacık genişliği. f (m): odacık yüksekliği.
r (-): odacık girişi boşluk oranı (porozitesi).
Tablo 4.1’de ise dalga/akım ile ilgili parametreler ile akım odacıklı kesonun boyutları da dahil edilerek türetilen boyutsuz parametreler verilmiştir. Üçüncü sütundaki açıklamalarda ise bu parametrelerin hangi yolla bulunacağı ifade edilmiştir.
Öncelikle hc’nin aşmaya izin vermeyecek yükseklikte olduğu kabul edilecektir. Zira
bu hem sağlanması gereken bir tasarım kriteridir, hem de yansıma hesaplarını kolaylaştıracak bir kabuldür. Bu şekilde denenen her konfigürasyon ve her dalga seti için keson dalgakıranın tırmanma performansı da karşılaştırmalı olarak değerlendirilebilecektir.
Burada tasarımla ilgili en önemli parametreler B ve f olarak ortaya çıkmaktadır. Yatayda ve düşeyde olmaları itibarı ile B’nin gelen dalganın boyu ile, f’’nin ise dalga
yüksekliği ile doğrudan ilintili olmaları beklenecektir. Nitekim literatürdeki çalışmaların tamamında B/L oranının (boyutsuz odacık genişliğinin) yansıma katsayısını ve diğer dalga parametrelerini birinci dereceden etkilediği ortaya konmuştur. Tam delikli bir önyüz konfigürasyonu için Fugazza ve Natale (1992) en düşük yansıma katsayısını veren boyutsuz odacık genişliğini 0,25 bulurken, başka araştırmacılar bu oranı önyüzdeki faz gecikmesi ve/veya içerideki sürtünmelerden ötürü bir miktar daha düşük hesaplamışlardır (Williams ve diğ., 2000).
Tablo 4.1 : Dalga/akım parametreleri ve boyutsuz değişkenler.
Parametre SI
Birimi Tanımı Elde Edilme Yöntemi
G
ene
l
H m Gelen dalganın yüksekliği Deney
Hr m Yansıyan dalga yüksekliği Deney/Hesap
T s Dalga periyodu Deney
Lo m Derin deniz dalga boyu Deney/Hesap
L m Dalga boyu Deney/Hesap
δ m Tırmanma yüksekliği Deney/Hesap
Pmax Pa/m Maksimum dinamik basınç Deney/Hesap
P(z) Pa/m Dinamik basınç dağılımı Deney/Hesap
F N/m Toplam yatay dalga kuvveti Deney/Hesap
M Nm/m Toplam devrilme momenti Deney/Hesap
u (x,z,t) m/s Yatay parçacık hızı Hesap
w (x,z,t) m/s Düşey parçacık hızı Hesap
Φ m2/s Hız potansiyeli Hesap B oyut su z Pa ra m et re le r H/L -- Dalga dikliği --
Hr / H -- Dalga yansıma katsayısı --
P / γ H -- Boyutsuz dinamik basınç --
F/γ H(h+δ) -- Boyutsuz toplam yatay dalga kuvveti --
M/γ H(h+δ)2 -- Boyutsuz toplam devrilme momenti --
f /H -- Boyutsuz odacık yüksekliği --
B/L -- Boyutsuz odacık genişliği --
Bf/HL -- Boyutsuz odacık hacmi --
Diğer yandan ne tam ne de kısmi delikli önyüz konfigürasyonu için yürütülen araştırmalarda yansıma katsayısı ile dalga yüksekliği arasında bir ilişki ortaya konmamış, büyük çoğunluğunda yapı performansının (ve dolayısıyla boyutlarının) küçük genlikli (lineer) dalga teorisi kapsamında dalga yüksekliğinden bağımsız, yalnızca dalga boyuna bağlı olduğu belirtilmiştir. Bu yapıda ise durum farklıdır. Alt odacıkta dalga formu korunurken, üst odacık (akım odacığı) içinde bu formun korunması mümkün değildir. Konum itibarı ile bu odacıkta yalnızca salınımlı akım meydana gelebilecek, bu akım da odacığın boşalması esnasında yer çekimi tarafından kontrol edilecektir (bknz. Bölüm 7.7). Dolayısıyla yapı performansı gelen dalga yüksekliğine de bağlıdır ve boyutlandırmada bu parametre de dikkate alınmalıdır.
Kesonun önyüzünden ilk yansıyan dalga bileşenini kontrol edecek ana parametre ise f yüksekliği ve r oranıdır. Önyüzdeki tek düzensizlik odacık girişi olduğu için f’in ve
r’nin bir optimum değerinin olacağı düşünülmektedir. Odacıkların ağzındaki boşluk
oranı 0 ile 1 arasında değişebilmekle birlikte %25 ilâ %60 arasındaki değerler daha önceki çalışmaların sonuçları ile karşılaştırma yapılabilmesi açısından faydalı olacaktır.
Burada sabit kabul edildiği için yer almamış olsa da delikli önyüzün levha kalınlığı,
b, de yapı performansı açısından önem teşkil edecektir. Çünkü boyutsuz duvar kalınlığı (b/L) arttıkça odacıkların içindeki ve dışındaki akım şartları arasındaki fark da artacaktır. Diğer yandan b kalınlığı gelen dalga üzerinde dönme (difraksiyon) etkisi yaratmayacak kadar küçük kabul edilecektir.
Bu tez çalışmasında hem düzenli hem düzensiz dalgalar için deneyler gerçekleştirilmiş olsa da, daha ziyade “tek bir dalganın yapıya etkisi” ilkesinden yola çıkılacağı için düzenli dalgalarla yapılan deneyler üzerinde daha çok durulmuş ve bu yönde en temel çözüm geliştirilmeye çalışılmıştır. Düzensiz dalgalar için Tablo 4.1’de yer alan H parametresi, bir düzensiz dalga grubunun karakteristik yüksekliğini ifade eden Hs “belirgin dalga yüksekliği” olarak değişecektir. Bu değer bir düzensiz
dalga grubu içerisindeki en yüksek 1/3’lük dilimdeki dalgaların ortalama yüksekliklerini ifade etmektedir (Kabdaşlı, 1994). Bunun yanında ortalama dalga yüksekliği (Hort), karelerin ortalamanın kökü dalga yüksekliği (Hrms) ve maksimum
dalga yüksekliği (Hmak) gibi diğer karakteristik yükseklik parametreleri de düzensiz