SÜRDÜRÜLEB R M MARLIK KAPSAMINDA AH AP VE PVC EVALUATION OF TIMBER AND PVC JOINERY WITHIN THE CONTEXT OF SUSTAINABLE ARCHITECTURE

Transkript

1 5. Uluslararas leri Teknolojiler Sempozyumu ( ATS 09), May s 2009, Karabük, Türkiye SÜRDÜRÜLEB R M MARLIK KAPSAMINDA AH AP VE PVC DO RAMALARIN DE ERLEND LMES EVALUATION OF TIMBER AND PVC JOINERY WITHIN THE CONTEXT OF SUSTAINABLE ARCHITECTURE Zübeyde SAYAR a*, Arzuhan Burcu GÜLTEK N b ve Çi dem Belgin D KMEN c a* Gazi Üniversitesi Teknik E itim Fakültesi Yap E itimi Bölümü, Ankara, Türkiye, E-posta: zubeyde_sayar@hotmail.com b Gazi Üniversitesi Teknik E itim Fakültesi Yap E itimi Bölümü, Ankara, Türkiye, E-posta: arzuhanburcu@yahoo.com c Bozok Üniversitesi,Mühendislik Mimarl k Fakültesi Mimarl k Böl., Yozgat, Türkiye, E-posta: cigdembelgin@yahoo.com Özet Yerel ve küresel ölçekte çevre sorunlar yo un olarak ya ant etkilemektedir. Bu ba lamda, çevre sorunlar na neden olan sektörlerin ba nda gelen yap sektöründe, sürdürülebilir yap malzemeleri tercih edilmelidir. Yap malzemesinin ya am süreçlerindeki her evre, çevresel etkileri de beraberinde getirmektedir. Bu nedenle, sürdürülebilir yap malzemelerinin özellikleri kadar, malzemelerin ya am süreçleri boyunca geçirdikleri de imler ve bu de imlerin sebep oldu u çevresel etkiler de belirlenmelidir. Bu çal mada ayn i leve sahip ah ap ve PVC do ramalar, sürdürülebilir mimarl k ölçütleri kapsam nda kar la lm r. Bu kar la rmada ah ap ve PVC do ramalar, malzemelerin hammaddesinin kar lmas ndan ba lay p, i lenmesi, paketlenmesi, ta nmas, kullan, bak, onar, kullan m ömrünü tamamlad nda geri dönü ümü ve yeniden kullan na kadar, ya am süreçleri boyunca sürdürülebilir mimarl k kapsam nda de erlendirilmektedir. Anahtar kelimeler: Ah ap Do rama, PVC Do rama, Sürdürülebilirlik, Ya am Döngüsü De erlendirme Abstract Environmental problems in local and global scale effect our lives to a high degree. In this context, construction sector is one of the leading sectors causing environmental problems. Therefore sustainable construction materials should be favoured in buildings. Every stage in the life time of a material creates some certain environmental impacts. On this account, not only the properties of construction materials but also the interaction between the environment and the materials should be specified. In this study, timber and PVC types of joineries having the same function will be compared regarding sustainable architectural criteria. The comparison will be performed in the subject such as mining and processing the raw material, packaging, transporting, utilization, maintenance, recycling and reuse of these materials during their life time within the context of sustainable architecture. Keywords: Timber Joinery, PVC Joinery, Sustainability, Life Cycle Assessment 1. Giri Nüfus art na paralel olarak geli en bar nma gereksinimi, yap sektörünün h zla büyümesine sebep olmu tur. Çevre ve insan sa na uygunlu u dü ünülmeden üretilen yap lar çevre kirlili ine yol açmaktad r [1]. Çevre kirlili inin azalt lmas amac yla, mimarl k disiplininde sürdürülebilir mimari tasar m ölçütlerinin belirlenmesine, yap malzemelerinin ya am süreçleri boyunca sebep olduklar çevresel etkilerin ara lmas na ve bu malzemelerin sürdürülebilirlik ölçütlerinin de erlendirilmesine gereksinim duyulmaktad r. Yap malzemesi olarak ah ap do ramalara alternatif görülen ve kullan giderek yayg nla an PVC (Poly Vinyl Chloride - Polivinilklorür) do ramalar ya am süreçlerinin her evresinde olumsuz çevresel etkilere sebep olabilmektedir. Bu ba lamda, sürdürülebilirlik aç ndan en uygun malzemenin seçimi için ah ap ve PVC do ramalar n ya am süreçleri boyunca sebep olabilece i çevresel etkilerin de erlendirilmesi önem kazanmaktad r. 2. Sürdürülebilir Mimarl k Enerji tüketiminin önemli kaynaklar ndan biri olarak yap lar, enerji korunumu aç ndan anahtar rol oynamaktad r. Yap sektöründe yap lar n sadece kullan nda harcanan enerji miktar, dünyadaki y ll k enerji tüketiminin %40 olu turmaktad r [2]. Sürdürülebilirlik, sadece yapay ve do al çevrenin korunumunu de il, ayn zamanda canl varl klar n ve kaynaklar n süreklili ini de sa lamay amaçlamaktad r. Mimarl k disiplininde sürdürülebilirli in kapsad hedefler, enerjinin, bak m ve onar m maliyetlerinin, yap yla ili kili hastal klar n, at k ve kirlili in azalt lmas ; yap ürünlerinin verimlili inin ve konforunun, yap bile enlerinin dayan kl ile esnekli inin att lmas r [3] Sürdürülebilir Yap Malzemeleri Sürdürülebilir yap malzemeleri, ya am döngüleri boyunca minimum düzeyde enerji harcayan, hammaddelerinin elde edilmesi, i lenmesi, kullan, bak m-onar ve at k olu umlar s ras nda çevreye ve insan sa na zarar vermeyen malzemelerdir. Sürdürülebilir mimarl kta yap malzemeleri, yap lar n enerji tüketimi, do al kaynaklar n korunumu, kullan ve çevre sa aç ndan önemli bir yer tutmaktad r [4] Ah ap ve PVC Do ramalar n Sürdürülebilirli i Dünyada do al kaynaklar giderek azalmaktad r. Do al kaynaklar n baz lar n gelecek yüzy l içerisinde tükenece i tahmin edilmektedir. Ancak ah ap gibi yenilenebilen kaynaklardan elde edilen ah ap do ramalar bunlar n d nda kalmaktad r [5]. Ah ap do rama, esnek ve sürdürülebilir bir yap malzemesidir [6]. Ah ap, güncel IATS 09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye 2067

2 Sayar, Z. a, Gültekin A. B. b. ve Dikmen Ç. B. c. ve gelecekteki taleplere yan t verebilecek bir potansiyele sahiptir. Yenilenebilir kaynaklardan elde edilen ve çevre dostu ve geri dönü türülebilir malzemeler aras nda olan ah ap do ramalar, kullan m ve uygulama kolayl yönünden de tercih edilen bir yap malzemesidir [7]. AH AP DOGRAMALARIN YA AM DÖNGÜSÜ DE ERLEND RME EMASI ORMANLAR HAMMADDEN N ÇIKARILMASI PVC ürünler Türkiye de 1980'li y llarda yap sektöründe kullan lmaya ba lanm, sundu u avantajlar nedeniyle pazar h zla geli tirmi ve bu çerçevede PVC do ramalar n kullan giderek yayg nla r. Günümüzde PVC ürünlerde, yat mlar n talebe ko ut olarak artt gözlenmektedir [8]. Ço u kez "vinil" olarak adland lan PVC malzemelerinden üretilen PVC do ramalar, dünyada en çok kullan lan ve çevreye en çok zarar veren yap malzemelerindendir [9]. ATMOSFER HAMMADDEN N DEPOLANMASI HA ERELERE VE DO AL ETKENLERE KAR I KORUNMASI HAMMADDEN N TA INMASI HAMMADDEN N LENMES Yüksek enerji tüketen PVC do ramalar, kansere, çevre kirlili ine ve biyoçe itlili in zarar görmesine sebep olan yap malzemeleridir [9]. Bu çerçevede PVC do ramalar n, ah ap do ramalar gibi sürdürülebilir bir yap malzemesi olmad görülmektedir. YAKIT OLARAK KULLANILAN DO RAMALAR KULLANIM ALANLARININ BEL RLEN P ÜRET M YAPILMASI 3. Ah ap ve PVC Do ramalar n Ya am Döngüleri Sürdürülebilir bir yap sektörü için, yap malzemelerinin çevresel etkilerinin belirlenmesi gereklidir. Bir yap malzemesinin veya yap ürününün hammaddesinin kar lmas ndan i lenmesi, paketlenmesi, ta nmas ; kullan, bak m ve onar, ömrünü tamamlad klar nda at lmas, geri dönü türülmesi ve yeniden kullan ma haz r hale getirilmesine kadar geçen sürece yap malzemelerinin ya am döngüsü de erlendirmesi denir.[4] AH AP DO RAMALARIN GER DÖNÜ ÜM LEMLER KULLANIM ÖMRÜ SONA ERM AH AP DO RAMALARIN SÖKÜM LER GER DÖNÜ TÜRÜLMÜ AH AP DO RAMALAR AH AP DOGRAMALARIN PAZARLANMASI AH AP DO RAMALARIN PAZARLANMASI Bir yap malzemesinin ya am ndaki her evre beraberinde çevresel etkileri getirmektedir. Ah ap ve PVC do ramalar n sürdürülebilirlikleri, hammaddenin elde edilmesinden at k evresine kadar tüm ya am süreçlerindeki performanslar dikkate al narak de erlendirilmelidir. Malzemenin tüm ya am süreciyle ili kili olan su, enerji, toprak gibi çevresel girdileri ile havaya, suya ve topra a sal gibi çevresel ç kt lar aras ndaki ili kiler tam ve do ru olarak belirlenmeli ve de erlendirilme bu ba lamda yap lmal r Ah ap Do ramalar n Ya am Döngüsü Çok eski bir yap malzemesi olan ah ap, binlerce y ld r yap larda ta eleman, pencere do ramas, dö emeçat eleman ve d cephe kaplamas olarak kullan lm r, kullan lmaya da devam etmektedir. Yap malzemeleri aras nda ah ap, sahip oldu u avantajlar nedeniyle her dönem tercih edilen malzemeler aras nda yer alm r. Ah ap ya am döngüsü boyunca olumsuz çevresel etkilere sebep olmamaktad r. Bu nedenle, çevre dostu olan ah ap malzemeden üretilen ah ap do ramalar da yap üretiminde tercih edilen vazgeçilemeyecek yap malzemelerinden biridir. Ah ap do ramalar n ya am döngüsü de erlendirme emas ekil 1 de ifade edilmektedir. ekil 1. Ah ap do ramalar n ya am döngüsü 3.2. PVC Do ramalar n Ya am Döngüsü Son dönemde ah ap do ramaya alternatif olarak görülen ve kullan giderek yayg nla an PVC do ramalar, ya am süreçleri boyunca tehlikeli kimyasallar n kullan gerektirmektedir. PVC do ramalar n geri dönü ümü, ah ap do ramaya k yasla daha zor olup, geri dönü üm s ras nda kullan lan baz kimyasallar n havaya, suya ve topra a sal mlar çevreyi olumsuz etkilemektedir. Tüm PVC ürünlerinin alternatifi olabilecek ve daha güvenli yap malzemeleri olmas na kar n, PVC üretiminin tüm dünyada artmas çevre aç ndan olumsuz bir geli medir [8]. PVC do ramalar n ya am döngüsü de erlendirme emas ekil 2 de ifade edilmektedir. 2068

3 Sayar, Z. a, Gültekin A. B. b. ve Dikmen Ç. B. c. PVC DO RAMLARIN YA AM DÖGÜSÜ DE ERLEND RME EMASI ELEKTR K ET LEN TUZ KLOR EDC SODYUM H DROKS T GER DÖNÜ TÜRÜLEM YEN PVC DO RAMALAR PVC DO RAMALARIN GER DÖNÜ ÜM LEMLER PVC DO RAMALARIN SÖKÜM LER VCM PVC PVC DO RAMALARIN PAZARLANMASI PVC DO RAMALARIN MONTAJ VE ekil 2. PVC do ramalar n ya am döngüsü KATKI MALZ. 4. Ah ap ve PVC Do ramalar n Ya am Döngüleri Boyunca Sürdürülebilir Mimarl k Kapsam nda De erlendirilmesi Ah ap ve PVC do ramalar n ya am döngüsü de erlendirmesini yapabilmek için, çevresel ölçütlerin gerektirdi i çok kapsaml verilerin toplanmas ve bu verilerin sistemli bir ekilde düzenlenmesi gerekmektedir [10]. Bu bildiride, ah ap ve PVC do ramalar n ya am döngüleri boyunca de erlendirmesini pratik olarak yapabilmek için, ah ap ve PVC do rama üreticilerine, tasar mc lar na ve tüketicilerine bir de erlendirme yöntemi sunulmaktad r. Bu yöntemde, yap malzemelerinin ya am süreçleri, hammaddenin ç kar lmas, üretim, yap m, kullan m, y m ve y m sonras olmak üzere alt alt sistemde tan mlanmakta ve bu evrelerdeki sürdürülebilirlik ölçütleri ayr ayr belirlenmektedir. Ya am döngüsünün her evresi için sürdürülebilirlik ölçütlerine göre malzeme denetim listeleri olu turulmakta ve her sistemdeki ah ap ve PVC do ramalar sürdürülebilirlik ölçütleri kar nda olumlu ise (+), olumsuz ise (-), de ken ise (+-) eklinde de erlendirilmektedir Hammaddenin Ç kar lmas Evresinde Ah ap ve PVC Do ramalar n De erlendirilmesi Ah ap hammaddesi yenilenebilir ve do al kaynak olan açlardan elde edildi inden, hammadde ç kar lmas evresinde iyi bir ormanc k politikas izlenildi inde çevreye zarar verilmesi söz konusu de ildir. Oysa alternatif görülen PVC do ramalar için ayn eyleri söylemek mümkün de ildir. PVC do raman n hammaddesi olan PVC, yayg n deyimi ile "vinil" polivinilklorür kelimesinin k salt lm eklidir ve hammaddesi petrol veya do algazd r. Ah ap do ramalar n hammaddesi ise ah ap yani a açt r. Ah ap ve PVC do ramalar n hammaddenin ç kar lmas evresi; hammaddenin kayna ndan ç kar lmas ile ba lay p, eri im yollar n yap lmas, kaynaklar n ç kar ld yerlere yeniden düzenlenmesi ve hammaddenin do raman n üretiminde kullan lmak üzere imalathaneye ta nmas ile sona erer [9]. Bu evrede sürdürülebilirli i belirleyen süreçler Çizelge 1 de verilmi tir. Çizelge 1. Hammaddenin ç kar lmas evresinde ah ap ve PVC do ramalar n sürdürülebilirlik ölçütleri kapsam nda de erlendirilmesi SÜRDÜRÜLEB RL K ÖLÇÜTLER Tüketilen enerji miktar belirli mi? Çevre kirlili i azalt yor mu? Habitat n korunmas sa lanabiliyor mu? Do al ve yerel kaynaklardan elde edilebiliyor mu? Hammaddenin ç kart lmas ras nda tüketilen enerji miktar n az olmas sa lanabiliyor mu? Hammaddenin depolanaca yere ta nmas s ras nda tüketilen enerji miktar n az olmas sa lanabiliyor mu? Ta ma maliyeti azalt labiliyor mu? At klar n azalt lmas sa lanabiliyor mu? Görsel kirlilik olu mamas sa layabiliyor mu? Gürültü kirlili i olu mamas sa layabiliyor mu? Hava kirlili i olu mamas sa layabiliyor mu? Biyolojik çe itlili in korunmas sa layabiliyor mu? Toprak niteliklerinin korunmas sa layabiliyor mu? (+) olumlu, ( -) olumsuz, (+-) de ken Yap Malzemeleri Ah ap PVC Üretim Evresinde Ah ap ve PVC Do ramalar n De erlendirilmesi Üretim evresi; malzemelerin hammaddelerinin kayna ndan ç kar p fabrikaya getirilmesiyle ba lay p, lenmesi, paketlenmesi ve in aat alan na ta nmas yla sona erer [11]. Tomruklar halinde getirilen ah ap hammaddesi ise çevreye zarars z bir ekilde makinelerden kesilerek do rama haline getirilir. Üretimi ve i lenmesi için az enerji istemesi nedeniyle ah ap do ramalar, ça n çevre ve enerji sorunlar na en iyi cevap veren yap malzemesidir. Bilinenin aksine ah ap kullanmak ormanlar n ya amas sa lamaktad r. Nitekim ah ab fazla kullanan ülkelerde orman alanlar devaml ço almaktad r [12]. PVC, petrol veya do algaz ile tuzdan petrokimya tesislerinde üretilen, formülü -(CH2-CH2) olan bir polimer türüdür. Bu polimer, belli katk malzemeleri kar rarak, üretime haz r profil yar mamul hale getirilir. Aç a ç kan bu kar m extrüzyon makinelerinde yüksek s cakl k (~ ºC) ve bas nç alt nda i lenerek, plastifiye ekline sokmak suretiyle profiller çekilerek PVC do ramalar üretilir. PVC do ramalar n üretimi esnas nda yüksek enerji 2069

4 Sayar, Z. a, Gültekin A. B. b. ve Dikmen Ç. B. c. tüketimi, kanserojen ek maddeler ve ciddi kirlilikler meydana gelir [13]. Üretim evresinde sürdürülebilirli i belirleyen ölçüter Çizelge 2 de verilmi tir. Çizelge 2. Üretim evresinde ah ap ve PVC do ramalar n sürdürülebilirlik ölçütleri kapsam nda de erlendirilmesi SÜRDÜRÜLEB RL K ÖLÇÜTLER Tüketilen enerji miktar belirli mi? Çevre kirlili ini azalt yor mu? Hammaddenin depolanaca yere ta nmas s ras nda tüketilen enerji miktar n az olmas sa lanabiliyor mu? Ta ma maliyeti azalt labiliyor mu? At klar n azalt lmas sa lanabiliyor mu? Görsel kirlilik olu mamas sa layabiliyor mu? Gürültü kirlili i olu mamas sa layabiliyor mu? Zehirli olmama özelli ine sahip mi? CFC ve HCFC gazlar n yay azalt labiliyor mu? (+) olumlu, ( -) olumsuz, (+-) de ken Yap Malzemeleri Ah ap PVC Yap m Evresinde Ah ap ve PVC Do ramalar n De erlendirilmesi Yap m, antiye alan na ah ap ve PVC do ramalar n getirilmesiyle ba lay p, malzemelerin in a edilmesiyle sona erer. Yap m, fabrikada üretimi tamamlanan do ramalar n, antiyede parça, eleman veya bile en baz nda bir araya getirilerek yap n in a edildi i evredir [14]. Yap m evresinde sürdürülebilirli i belirleyen ölçütler Çizelge 3 te verilmi tir. Çizelge 3. Yap m evresinde ah ap ve PVC do ramalar n sürdürülebilirlik ölçütleri kapsam nda de erlendirilmesi SÜRDÜRÜLEB RL K ÖLÇÜTLER Yap Malzemeleri Ah ap PVC CFC ve HCFC gazlar Çevre kirlili i yay azalt yor mu? + - azalt yor mu? Geri dönü türülebilir mi? + - Geri dönü türülmü mü? + - Bak onar kolay m? +- + Montaj kolay m? + + Maliyeti azalt yor mu? çi sa korunabiliyor mu? Çevre kirlili i azalt yor mu? Habitat n korunmas sa lanabiliyor mu? Dayan kl ve uzun ömürlü mü? Do al havaland rma sa lanmas na olanak veriyor mu? Zehirli olmayan malzemelerin kullan sa layabiliyor mu? At klar n azalt lmas sa lanabiliyor mu? Görsel kirlilik olu mamas sa layabiliyor mu? Gürültü kirlili i olu mamas sa layabiliyor mu? Su kirlili i olu mamas sa layabiliyor mu? Biyolojik çe itlili in korunmas sa layabiliyor mu? (+) olumlu, ( -) olumsuz, (+-) de ken Kullan m Evresinde Ah ap ve PVC Do ramalar n De erlendirilmesi Kullan m, yap biten do ramalar n kullan ld ve gerekti i dönemlerde bak m ve onar n yap ld evredir [15]. ngiliz standartlar ah ap do ramalar için 60 y l hizmet ömrü vermektedir, ancak çevremizde hizmet ömrü 100 ldan fazla olan ve hala i levini sürdüren ah ap do ramalar görmek mümkündür. Ayr ca ah ap do raman n paslanmamas, korozyona u ramamas, iyi nland nda ekil de tirmemesi ve mor ötesi nlar n etkisiyle k lganla mamas da kullan m evresinde avantaj sa lamaktad r. Di er bütün artlar e it oldu unda bir ah ap pencerenin yal m de eri PVC'den %10 daha iyidir. Ço unlukla göz ard edilen en önemli konu ise bir ah ap pencerenin kullan m ömrü boyunca bu özelliklerini korumas r. Bu ah ab n do rama olarak önemli bir üstünlü üdür [16]. ngiliz standartlar n PVC do ramalar için verdikleri ömür y l aras nda de mektedir [17]. PVC do ramalar, çevresel aç dan zararl olman n yan s ra, katk maddelerinden sal m ve yang n gibi riskler de ta maktad r. Kullan m evresinde kullan sa ve konforu en önemli ölçüt olup, tma, havaland rma, ayd nlatma kullan gibi levlerin dikkate al nmas gerekir. Bu evrede sürdürülebilirli i belirleyen ölçütler Çizelge 4 de verilmi tir. Çizelge 4. Kullan m evresinde ah ap ve PVC do ramalar n sürdürülebilirlik ölçütleri kapsam nda de erlendirilmesi Yap SÜRDÜRÜLEB RL K ÖLÇÜTLER Malzemeleri Ah ap PVC Bak onar kolay m? +- Zehirli olmayan temizleyici kullan na olanak veriyor mu? Eski yap lar n yenilenmesine Tüketilen enerji olanak veriyor mu? + + miktar belirli mi? Mevcut strüktürün i levine uyumu kolayla yor mu? Habitat n korunmas sa lanabiliyor mu? + - Yapay iklimlendirmenin en az derecede kullan na olanak veriyor mu? At klar n azalt lmas sa layabiliyor mu? Çevre kirlili ini azalt yor mu? Görsel kirlilik olu mamas sa layabiliyor mu? Böcek ilac kullan azalt yor mu? Kirli gaz yay azaltabiliyor mu? Kokular n emilimini Yüksek iç hava önleyebiliyor mu? kalitesi Yap eleman ve bile enlerinin sa lanabiliyor nefes almas na olanak veriyor mu? mu? Radon gaz yay azalmas sa layabiliyor mu? (+) olumlu, ( -) olumsuz, (+-) de ken Y m Evresinde Ah ap ve PVC Do ramalar n De erlendirilmesi m, yap n y larak ah ap ve PVC do ramalar n ya am döngüsünün sona erdi i evredir. Y m evresinde yap dan artakalan do rama parçalar n geri dönü türülmesi, yeniden kullan lmas veya at söz 2070

5 Sayar, Z. a, Gültekin A. B. b. ve Dikmen Ç. B. c. konusu olacakt r [18]. Y m evresinde geri dönü üm ve depolama (gömme) sorunlar ile yakma sonucu ortaya kan dioksit ve tehlikeli art klar olumsuz çevresel etkiler aras nda say labilir. Y m evresinin sürdürülebilirli ini belirleyen ölçütler Çizelge 5 te verilmi tir. Çizelge 5. Y m evresinde ah ap ve PVC do ramalar n sürdürülebilirlik ölçütleri kapsam nda de erlendirilmesi SÜRDÜRÜLEB RL K ÖLÇÜTLER Çevre kirlili i azalt yor mu? Habitat n korunmas sa lanabiliyor mu? Tüketilen enerji miktar az? Kullan lan ekipman miktar az m? Yeniden kullanabilirlik kapasitesi yüksek mi? Geri dönü ebilirlik kapasitesi yüksek mi? At klar n azalt lmas sa lanabiliyor mu? Görsel kirlilik olu mamas sa layabiliyor mu? Biyolojik çe itlili in korunmas sa layabiliyor mu? (+) olumlu, ( -) olumsuz, (+-) de ken Yap Malzemeleri Ah ap PVC Y m Sonras Evresinde Ah ap ve PVC Do ramalar n De erlendirilmesi Yap n y yla, yap daki i levini tamamlayan ah ap ve PVC do ramalar, y m sonras nda arazi doldurma, yakma veya denize atma yöntemleriyle imha edilebilir veya yeniden kullan m ve geri dönü türülme yöntemleriyle ile tekrar kullan labilir [19]. tamamlanan yap lardan ç kar lan ah ap do ramalar, ba ka alanlarda (örne in bahçe çitlerinde) kullan labilir. Kullan lamayan ah ap do ramalar yakacak olarak de erlendirilebilir veya at k sahalar na b rak larak bu malzemelerin do aya kat lmas sa lanabilir [20]. Ah ap do raman n geri dönü ümü s ras nda çevreye zarar verecek etkilerde bulunmamaktad r [21]. PVC do ramalar n bertaraf ise çevresel sorunlar yaratmaktad r. PVC do ramalar n aç k alanda veya yakma tesisinde yak lmas durumunda, PVC nin klorlu içeri i nedeniyle PVC do ramalar, dioksitlerle beraber asidik bir gaz yaymaktad r. PVC ürün, düzenli depolama durumunda dahi, sonunda yeralt su kaynaklar tehdit edecek katk sallar b rakmaktad r. PVC içeren at klar n aç k depolama alanlar ndaki yak lmalar daha da fazla dioksit kayna n aç a ç kmas na yol açmaktad r. u an PVC do ramalar n %1 inden daha az miktar, maddesel olarak geri dönü türülmektedir. Tüketim sonras ürünler veya PVC do rama at klar, ayn kalitedeki ürünleri yapmak için gerekli PVC kalitesine dönü türülememektedir. Geri dönü türülen PVC ürünlerinin birço u zehirli a r metal bile ikleri veya di er stabilitörler ile tekrar olu turulmak zorundad r. Bu, ikincil üründeki zehirli bile ikler dizilimini daha da artt rmaktad r. Bu nedenle toplanan PVC do rama at klar n büyük bölümü indirgenmekte veya bahçe banklar ve otoyol boyunca ses bariyerleri gibi daha alt ürünlerin yap nda kullan lmaktad r. Y m sonras evrenin sürdürülebilirli ini belirleyen ölçütler Çizelge 6 da verilmi tir. Çizelge 6. Y m sonras evrede ah ap ve PVC do ramalar n sürdürülebilirlik ölçütleri kapsam nda de erlendirilmesi SÜRDÜRÜLEB RL K ÖLÇÜTLER Tüketilen enerji miktar belirli mi? Çevre kirlili i azalt yor mu? Habitat n korunmas sa lanabiliyor mu? 5. Sonuç Do al ve yerel kaynaklardan elde edilebiliyor mu? Hammaddesinin depolanaca yere ta nmas s ras nda tüketilen enerji miktar n az olmas sa lanabiliyor mu? Ta nma maliyeti azalt labiliyor mu? At klar n azalt lmas sa lanabiliyor mu? Görsel kirlilik olu mamas sa layabiliyor mu? Gürültü kirlili i olu mamas sa layabiliyor mu? Hava kirlili i olu mamas sa layabiliyor mu? Biyolojik çe itlili in korunmas sa layabiliyor mu? Toprak niteliklerinin korunmas sa layabiliyor mu? (+) olumlu, ( -) olumsuz, (+-) de ken Yap Malzemeleri Ah ap PVC Ah ap do ramalar, üretimi ve i lenmesi için az enerji ye gereksinim duymas, sa kl ya am, sürdürebilme aç ndan ekolojik, yap m a amas nda bölgesel özelliklere ba olarak yöresel malzeme oldu u için bulunabilmesi, ta sistemin i levine uygun olarak kullan labilmesi, ekolojik olmas, kayna yenilenebilir ve kullan n kolay olmas, y lmaya kar daha güvenli davranmas nedeniyle uzmanlar taraf ndan da onaylanmaktad r. Bu özelliklerin yan s ra ah ap do ramalar, gereksinimlere ba olarak eklenebilen, yenilenebilen esnek bir malzemedir.. Bu özellikleri birle tirilince onu ça n çevre ve enerji sorunlar na cevap veren en iyi yap malzemesi yap yor. Ah ap do ramalara alternatif olan PVC do ramalar için bu özellikleri söylemenin pek mümkün de ildir. PVC do ramalar, üretim evresinden geri dönü üm evresine kadar geçen süreçte çevreye insan sa na zararl etkiler de bulunmaktad r. Bu nedenle ah ap ve PVC do ramalar ya am döngüleri kapsam nda, sürdürülebilirlik ölçütlerine göre de erlendirilmesi sonucunda; ah ap do ramalar n PVC do ramalara göre daha sürdürülebilir bir yap malzemesi oldu unu görmekteyiz. Kaynaklar [1] Gültekin, A.B., Ya am döngüsü de erlendirme yöntemi kapsam nda yap ürünlerinin çevresel etkilerinin de erlendirilmesine yönelik bir model önerisi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 10-60, [2] Zeytun, A.B., Sustainable buildings and building materials : environment, human health and energy, 2071

6 Sayar, Z. a, Gültekin A. B. b. ve Dikmen Ç. B. c. The Graduate School of Natural and Applied Sciences of METU, [3] Osso, A., Walsh T, and Gottfried, D., Sustainable Building Technical Manual, Public Technology Inc., New York, [4] Çelebi, G. ve Ayd n, A.B., Sürdürülebilir mimarl k yakla nda yap malzemelerinin irdelenmesi, IV. Ulusal Ekoloji ve Çevre Kongresi, Bodrum, , [5] Erdin, N., A aç malzeme kullan ve çevreye etkisi, Interteks aat Fuar Ah ap Seminerleri, stanbul, [6] Ak nc türk, N., Beceren,R., Considering the continuity of wooden construction culture in traditional settlements, IAPS Uluslararas Kongresi, Amasya, [7] Beceren, R., Mimaride ah ap, Güney Marmara Mimarl k Dergisi, Mimarlar Odas Bursa ubesi Yay nlar, [8] Akgül, M., Etüt ve ara rma ubesi sektör profill raporu, stanbul Ticaret Odas,1-4, [9] [10] [11] [12] seven, H., Ah ap hakk ndaki sorunlar, Tüyap Konferanslar, [13] [14] [15] [16] [17] oductalt.html [18] [19] Gültekin, A. B., Sürdürülebilir mimari tasar m ilkeleri kapsam nda çözüm önerileri, 19. Uluslararas Yap ve Ya am Kongresi (Mimarl n Gelece i ve Gelecek çin Mimarl k), Mimarlar Odas Bursa ubesi Yay nlar, [20] [21]

7 5. Uluslararas leri Teknolojiler Sempozyumu (IATS 09), May s 2009, Karabük, Türkiye YÜKSEK HIZLI DEM RYOLU KÖPRÜLER NDE ETK N D NAM K ANAL Z YÖNTEM VE UYGULAMASI EFFECTIVE DYNAMIC ANALYSIS METHOD AND ITS APPLICATION FOR HIGH SPEED RAILWAY BRIDGES Bar Güne stanbul Üniversitesi, stanbul, Türkiye, E-posta: bgunes@istanbul.edu.tr Özet Ülkemizde demiryollar n önemi artan ula m talebine ba olarak her geçen gün artmaktad r. Buna ba olarak yüksek h zl demiryolu hatlar na ve bunlar n bir parças olan köprü ve viyadüklere ihtiyaç duyulmaktad r. Günümüz de km/sa gibi yüksek h zl ta tlara servis veren demiryollar mevcuttur. Bu hatlardaki demiryolu köprülerinde, artan h z ve dingil a rl klar na ba olarak rezonans problemleri ortaya ç kabilmektedir. Bu nedenle yüksek h zl demiryolu köprü ve viyadüklerinin tasar nda statik analiz yan nda dinamik analizde yap lmas da gerekmektedir. Bu çal mada, Sivas-Erzincan h zl tren demiryolu hatt nda yap lmas planlanan ve projelendirme a amas nda olan bir köprü örne i incelenmi tir. Bu örnek üzerinde, Eurocode [1] ve UIC [2] artnamelerine ba olarak kritik dinamik analiz yük modelinin seçimi ve uygulamas yap lm r. Farkl tren yük modelleri için statik ve dinamik analizler yap larak rezonans riski olu turabilecek h z seviyeleri belirlenmi ve bu tip köprülerde dinamik analiz yap lmas gerekti i vurgulanm r. Anahtar kelimeler: Yüksek h zl demiryolu, köprü, dinamik analiz Abstract The importance of railways in Turkey increases by the day, in correlation with the ever increasing demand for more transportation capacity. Accordingly, there is a growing need for high-speed railway lines and for bridges and viaducts, which constitute integral components of railways. In our day, there are railways that can reach high speeds like km/h, or more. Depending on increased speed and axle weight, resonance problems may be encountered in railway bridges that are incorporated into these lines. Therefore, the design of bridges and viaducts for high-speed railways requires dynamic analysis alongside static analysis. This study examines the issue in the example of a particular bridge, contemplated to be built on the Sivas- Erzincan high-speed railway line, which is currently at project preparation stage. Using said example, a critical dynamic analysis load model was selected and applied pursuant to Eurocode [1] and UIC [2] specifications. Speed levels that can give rise to resonance risks were determined through static and dynamic analyses of different train load models and the necessity of performing a dynamic analysis was thereby emphasized. Keywords: High speed railways, bridges, dynamics analysis 1. Giri Genellikle her malzeme bir do al titre im frekans na sahiptir. Do al titre im frekans ile dinamik yükün frekans n çak mas durumunda rezonans olay meydana gelmektedir. Ray ve tekerlek aras ndaki ili kiden kaynaklanan dinamik etki, sistemde titre im hareketi meydana getirir. Bu etkinin mevcut demiryolu üstyap n do al titre im frekans na yakla mas durumunda, sisteme ilave dinamik yüklerin etkimesi sonucu ta sistemin güvenli i azalmakta ve yolcu ta ma konforu dü mektedir. Yükleme frekans ile yap do al titre im frekans n çak mas durumunda ise, ta sistemin güvenli i ciddi ekilde tehlike alt na girmektedir. Bu nedenle sistemde rezonans olu mamas için gereken önlemlerin al nmas gerekmektedir. Demiryolu köprülerinde, özellikle ta t h zlar n 200 km/sa de erinin üzerinde ve aç kl n 40 m nin alt nda oldu u durumlar da hareketli yükün dinamik etkisi hayli önem kazanmaktad r. ekil.1 de Sivas-Erzincan h zl tren hatt projesi kapsam nda projelendirme a amas nda olan bir köprü kesiti görülmektedir. Köprü iki adet hattan olu maktad r. Köprü geni li i 12 m olup 190 cm yüksekli inde 10 adet ön gerilmeli prekast kiri ve yakla k 30 cm betonarme tabliyeden olu maktad r. Ön gerilmeli prekast kiri lerin hesap aç kl L = 30 m dir. ekil 1. Sivas-Erzincan h zl tren hatt örnek köprü kesiti IATS 09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye 2073

8 Güne, B. 2. Sonlu Eleman Modeli Yap sal model, genel amaçl bir yap sal analiz program olan SAP2000 program nda haz rlanm r [3]. Mesnet ko ullar yaylarla tan mlanm r. Bir taraf boyuna yönde sabit di er taraf ise hareketli mesnet olarak tan mlanm r. Prekast kiri elemanlarla tabliye aras ndaki ba lant lar üç do rultuda da rijit cisim hareketi yapmalar sa layan noktalar tan mlanarak sa lanm r. 3. Dinamik Analiz 3.1 Yüksek H zl Demiryolu Köprülerinde Dinamik Analiz Gereklili i EN Eurocode 1 de yüksek h zl demiryolu köprüleri için dinamik analiz gereklili i a daki faktörlere ba olarak gösterilmi tir [1]. Köprü aç kl na Köprü sistemine Tren h na Trenin dingil yüklerine Yap n kütlesine, rijitli ine Yap n sönüm oran na Demiryolu köprülerinde dinamik analiz ak emas daki ekildedir [4]. ekil 2. Üst yap sonlu eleman modeli ekil 3. Birinci do al e ilme frekans 3.63 Hz ekil 5. Dinamik analiz ak emas [4]. ekil 4. Birinci do al burulma frekans 7.83 Hz L = Köprü aç kl k uzunlu u [m] V = Köprü yerindeki en büyük hat h [Km/sa] n o = Zati yükler alt nda köprünün birinci do al e ilme frekans [Hz] n T = Zati yükler alt nda köprünün birinci do al burulma frekans [Hz] v = En büyük anma h (m/s) = Dinamik etki katsay dyn = Dinamik analiz sonucunda bulunan dinamik etki katsay 2074

9 Güne, B. Dinamik analiz gereklili i ekil 5 de belirtilen esaslara ve ak emas na göre kontrol edilmi tir. n o hattaki düzensizlikler nedeni ile konulan bir üst s r de eridir. n o = 94,76 L -0,748 ifadesi ile bulunur. n o alt s ise hattaki dinamik darbe ölçütüdür ve aç kl a ba olarak a daki gibi hesaplanmaktad r. n o = 80/L n o = 23,58 L -0,592 4 m L 20 m için 20 m < L 100 m n o, köprünün zati yükler alt nda birinci do al frekans r. Seçilen aç kl k için alt ve üst de erler ; n o = 3.15 n o = 7.44 L, basit mesnetli köprüler için aç kl k uzunlu udur. (v/n o) lim = TS EN Annex F den elde edilmi tir.[1] (v/n 0)=83.33/3.63=22.96 (v/n 0) lim= Yap lan hesaplamalar sonucunda dinamik analiz yap lmas gerekti i ortaya ç km r Yap sal Sönüm Yap n sönümü rezonans h zlar na yak n h zlarda, yap n davran büyük ölçüde etkilemektedir. Sönüm ile ilgili olarak alt s r tahmin de erleri kullan lm r. Çizelge.1 de aç kl a ba sönüm oranlar verilmi tir. L=30 m aç kl nda öngerilmeli betonarme prekast kiri lerler için sönüm oran =1.0 al nm r. [4] Çizelge 1 Köprü tiplerine göre kritik sönüm oran [4]. Köprü tipi ( ) Kritik sönüm yüzdesinin alt s (%) Aç kl k L 20 m Çelik ve kompozit = 0.5 Öngerilmeli beton = 1.0 Betonarme = Maksimum Dalga Boyunun Belirlenmesi EN Bölüm de öngörüldü ü üzere 40 m/sn ve maksimum tasar m h aras nda de ik h z de erleri için uygulanm r [1]. 40 m/sn < vi < 83.3 m/sn EN Annex E2 bölümünde maksimum tasar m na ait dalga boyu tan mlanm r [1]. Maksimum tasar m h : V DS = 300 km/sa= m/sn ekil 6. Köprü aç kl na göre köprü do al frekans n s rlar [1] (1) : Do al frekans için üst s r (2) : Do al frekans için alt s r Proje h = V = 250 km/sa Maksimum Tasar m h = 1.2*Proje h = 300 km/sa V = 300 km/sa= m/sn Kiri Aç kl = 30 m < 40 m Frekanslar ; Yap dü ey e ilme titre im frekans Yap burulma titre im frekans no = 3.63 Hz nt = 7,83 Hz lk do al titre im frekans n o = 3.63 Hz Maksimum tasar m h na ait dalga boyu : vds v m bulunmu tur. n o 3.4. Kritik Dalga Boyunun Belirlenmesi EN Annex E, E2 bölümündeki L = 30 m aç kl k ve sönüm oran =1.0 e ait grafikler kullan larak kritik dalga boyu c belirlenmi tir [1]. nt >1.2*no oldu u için ak m emas na göre TS EN Annex F deki F1 ve F2 tablolar kullan lm r [1]. 2075

10 Güne, B. ekil 7. L=30 m =1.0 için kritik dalga boyu [1]. v = m için bulunan de er c = m Universal Tren A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 Ara vagonlar n Say N Vagon Boyu D (m) Bogie dingil aral d (m) 2,0 3,5 2,0 3,0 2,0 2,0 2,0 2,5 2,0 2,0 Nokta Yükü P (kn) < v de erleri için grafik daha büyük A G L/ de erine ula yorsa c de eri olarak ilgili de eri kullan lm r Yük Tipinin Belirlenmesi Dinamik analiz için HSLM yük modelinin uygulanmas gerekmektedir. HSLM Yük modeli, HSLM-A ve HSLM-B olmak üzere vagon boyu de ken olan farkl iki Universal tren den olu maktad r. EN bölüm tablo 6.4 de öngörüldü ü üzere L = 30 m için HSLM-A türü tren yükü uygulanm r [1] HSLM-A6 Yüklemesinin Sisteme Uygulanmas HSLM-A6 treni statik ve dinamik olarak Sap2000 program nda tan mlanm r. Dinamik yüklemede kullan lacak olan tren h 83,3 m/sn olarak sisteme uygulanm r. V=83.3 m/sn h z de eri için HSLM-A6 statik yüklemesinde maksimum dü ey deplasman de eri 2.40 mm dir. Ayn h z de erindeki dinamik yüklemede ise dü ey deplasman de eri ise 5.42 mm olarak bulunmu tur Çizelge 2 HSLM-A tipi tren s flar ve özellikleri [4]. ekil 8. HSLM-A tipi tren [1] ekil 9. c dalga boyuna ba olan HSLM-A tipi tren parametreleri [1]. c = m de eri için ; D=23 m, d=2 m, P=180 kn, N=13 adet de erleri elde edilmi tir (HSLM-A6). 2076

11 Güne, B. HSLM-A6 treni Sap2000 program nda 150 km/sa ve 350 km/sa aral ndaki h z seviyeleri için sisteme uygulanm r. 6 Dü ey Deplasman (mm) Tren h (km/sa) ekil 10. V=83.33 m/sn h z için HSLM-A6 statik yük dü ey deplasman de erleri. ekil 12. HSLM-A6 treni h z-deplasman grafi i. V=83.33 m/sn h z de eri için HSLM-A6 dinamik yüklemesinde maksimum dü ey ivme de eri m/sn 2 olarak bulunmu tur. ekil 11. V=83.33 m/sn h z için HSLM-A6 dinamik yük dü ey deplasman de erleri. Yük modeli HSLM-A6 için statik yük etkilerini artt ran dinamik katsay 1 + dyn + olarak hesaplanm r [1]. ydyn max dyn ystat EN Bölüm e göre hat ve araç düzensizliklerinden dolay hesaplanan dinamik yükleri artt rma faktörü 2 L * 10 L * 56* no 50* 100 e 80 = 0.02 olarak bulunmu tur [1]. 1 * e 2 L 10 Toplam dinamik etki faktörü top= 1 + dyn + =2.27 HSLM-A6 dinamik etkiler göz önüne al nd nda olu acak deplasman ; HSLM-A6y dyn = HSLM-A6y stat * top =5.45 mm olarak hesaplanm r. 0 vme (m/sn 2 ) ekil m/sn h z için HSLM-A6 dinamik yük dü ey ivme de erleri Tren h (km/sa) ekil 14. HSLM-A6 treni h z-ivme grafi i. HSLM-A6 treni d nda ICE-2 treni içinde de ik zlarda dinamik hesaplamalar yap lm r. ICE-2 treni 16 m dingil aral na ve P=195 kn dingil yüklerine sahip bir trendir. 2077

12 Güne, B. Dü ey Deplasman (mm) Dü ey ivme (m/sn 2 ) Tren h (km/sa) ekil 15. ICE-2 treni h z-deplasman grafi i Tren h (km/sa) ekil 16. ICE-2 treni h z-ivme grafi i 4. Statik Yükleme Durumu Normal demiryolu trafi i alt nda dü ey yükün statik etkisini temsil eden yük modeli LM 71 yük modelidir. LM 71 yük modeli için verilen karakteristik de erler, normal demiryolu trafi inden daha a r yada daha hafif trafik yükü ta yan hatlar için katsay ile çarp lmal r. katsay ile çarp ld nda bu yüklere s fland lm dü ey yükler denir. katsay bu proje için 1.33 olarak al nm r. EN belirtilen dinamik analiz d nda, LM71 yük modeli kullan larak statik yükleme de yap lm ve sonuçlar kar la lm r [1]. LM 71 yük modeli statik yüklemesi neticesinde bulunan tesirler 3 de eri ile çarp larak büyütülmü tür [1]. L = L kiri = 30 m L LM71 yüklemesi sonucu bulunan dü ey deplasman de eri 9.1 mm dir. LM71 için dinamik etkilere göre olu acak deplasman: LM71y dyn = LM71y stat * 3 =10.36 mm 5. Sonuçlar Yap lan analizler sonucunda LM71 yüklemesi için (LM71y dyn ) mm, HSLM-A6 yüklemesi için (HSLM- A6y dyn ) 5.45 mm dü ey deplasman de erleri elde edilmi tir. Dinamik analiz yap lan HSLM-A6 yüklemesindeki dü ey deplasman de eri, dinamik etkilerle ( 3) çarp lm statik yük LM71 den dü ük km r. LM71* 3 yüklemesi daha olumsuz tesirler olu turmu tur. Dinamik etki katsay ile artt lm LM71y dyn statik yüklemesi daha olumsuz tesirler olu turmas na ra men rezonans etkisini göz ard etmektedir. Köprüde HSLM- A6 yüklemesinde 300 km/sa h zda, ICE-2 yüklemesinde ise 209 km/sa h zda rezonans riski oldu u belirlenmi tir. Bu nedenle LM71y dyn statik yüklemesine göre daha az tesir olu turan HSLM-A6 ve ICE-2 trenleri, belirli zlarda köprüde rezonans olay olu turarak LM71y dyn statik yüklemesine göre çok daha büyük tesirler olu turarak yap güvenli ini tehlikeye atmaktad r. HSLM-A6 dinamik yüklemesinde maksimum dü ey ivme de eri m/sn 2 olarak bulunmu tur. Bu de er EN deki s r de er olan 3.5 m/sn 2 de erinden küçüktür ve EN 1990-A2 de belirtilen onaylanabilir konfor s r de eri olan 2 m/sn 2 de erinden küçüktür [1,5]. Yap daki dü ey ivmelenme güvelik s rlar içerisinde kalm r. Yüksek h zl demiryolu hatlar nda, tren yükünden kaynaklanan tahrik frekans, köprünün birinci do al ilme frekans na e it oldu u zaman rezonans olay meydana gelmektedir. Rezonans etkisi ise köprülerde betonarme ta elemanlarda çatlak olu umu, balast n stabilitesinin bozulmas ve a titre imlerin meydana gelmesi gibi olumsuz etkilere sebep olarak köprü ta sistem güvenli ini tehlikeye sokmakta ve yolcu konforunu azaltmaktad r. L=40 m den küçük aç kl klarda ve V=200 km/sa h zdan daha yüksek h zlarda mutlaka dinamik analiz yap larak köprünün rezonans riskinin belirlenmesi ve dinamik analiz sonuçlar na göre rezonans olu mas engellemek için köprü yada ta t tasar de tirmek gerekmektedir. Kaynaklar [1] EN1991-2, European Committee for Standardization. EN1991-2: EUROCODE 1-Actions on structures, Part 2: Traffic loads on bridges, European Union, [2] UIC Code nd Edition (October 2001 Leaflet revised). International Union of Railways. (1st edition July 1995 Leaflet first drafted), [3] Sap2000, Structural Analysis Program, Computers and Structures. Berkeley University. [4] T.C. Ula rma Bakanl Demiryollar, Limanlar, Havameydanlar in aat Genel Müdürlü ü Demiryollar Eki Köprü Tasar m Esaslar, [5] National Annex to EN 1990-A2, Basis of Structural Design, Application for bridges,

13 5 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 09), May 13-15, 2009, Karabuk, Turkey PERFORMANCE OF NON-LINEAR BASE ISOLATION SYSTEMS DESIGNED ACCORDING TO UNIFORM BUILDING CODE Cenk Alhan a and Metin Altun b a Department of Civil Engineering, stanbul University, stanbul, Turkey cenkalhan@istanbul.edu.tr b Department of Civil Engineering, stanbul University, stanbul, Turkey metinaltun1984@hotmail.com Abstract For the safety and welfare of the public, industrial facilities and public structures must remain functional at all times. Consequently, they have to remain essentially elastic even after major earthquakes. This could be achieved via seismic base isolation which is an advanced technology used in earthquake-resistant design. Rubber isolation pads with low horizontal stiffness placed between the columns and the foundation lengthen the period of a structure and thereby reduce floor accelerations and inter-story drifts. A challenge that base isolated structures may face is the near-fault earthquakes which contain long-period velocity pulses that may coincide with the period of base isolated structures resulting in excessive deformation and rupture of isolators. Uniform Building Code (UBC97) is widely used in design of base isolation systems which contains provisions accounting for near-fault earthquake effects. In order to investigate the performance of base isolation systems designed according to UBC97 under near-fault and far-fault earthquakes, bi-directional non-linear time history analyses of a 4-story base isolated benchmark building, located close to an active fault, are carried out. The isolation system is composed of high damping rubber bearings and the force-displacement behavior of the bearings is modeled as bi-linear. Design displacements are estimated using UBC97 parameters. The building is subjected to the far-fault 1940 El Centro Earthquake and the near-fault 1996 Kobe Earthquake. Results show that UBC97 predicts isolator displacements successfully. Floor accelerations and inter-story drifts of the subject baseisolated building are significantly reduced when compared to its fixed-based counterpart. Keywords: Seismic isolation, earthquake engineering, non-linear isolation system, Uniform Building Code 1. Introduction The basic philosophy of the seismic codes is to save lives by requiring that structures are designed such that any partial or total collapse is prevented in case of major earthquakes [1]. In conventional earthquake-resistant design, this is provided by ductility whereby the structure is allowed to deform beyond the elastic range. This consequently means that even though the collapse of the structure can be prevented, significant structural damage may be sustained in case of major earthquakes. However, for the safety and welfare of the public, structures such as hospitals, fire departments, and industrial facilities must remain completely functional [2]. Therefore, these structures have to remain essentially elastic even after major earthquakes. Seismic base isolation is an advanced technology that could provide such desired behavior [3, 4, 5, 6, 7]. Seismic isolation can be achieved by lengthening the natural period of vibration of a structure via use of rubber isolation pads between the columns and the foundation [3, 8]. Consequently, the seismic effects are reduced which leads to significant reductions in seismic response variables such as floor accelerations, inter-story drifts, and base shear [9, 10]. On the other hand, as the flexibility of the isolation system increases, base displacements become larger [11, 12]. Since all isolation systems have a deformation capacity, the peak isolator deformations should not exceed a certain design value [13]. In case the deformation capacity of the isolators exceeded, rupture or buckling of the isolators may come into scene which would be a major safety problem [14, 15, 16]. Therefore, it is vital to accurately estimate the peak base displacements in case of major earthquakes, particularly if the base isolated building is likely to be struck by near-fault earthquakes. Near-fault earthquakes may contain long-period velocity pulses which may coincide with the period of the base isolated structures. In such a case, the isolators may deform excessively [2, 17, 18, 19]. Uniform Building Code (UBC97) [20] is a seismic code that is widely used in the design of base isolation systems which contains special provisions to account for the near-fault earthquake effects depending on the closest distance to an active fault [2, 13]. In this study, bi-directional non-linear time history analyses of a 4-story base isolated building are carried out in order to investigate the performance of base isolation systems designed according to UBC97 [20]. The building is assumed to be located close to an active fault and the design displacements of high damping rubber bearings used in the isolation system are estimated using parameters defined in UBC97 [20]. The building is subjected to the 1940 El Centro Earthquake which can be classified as a typical far-fault earthquake and the 1996 Kobe Earthquake which can be classified as a near-fault earthquake. 2. Mathematical Modeling Typical floor plan and elevation of the base-isolated threestory reinforced concrete building, which is used as the subject structure in this study, are shown in Fig 1 and Fig 2, respectively. All columns are 45 cm x 45 cm, all beams are 30 cm x 55 cm, and the floor heights are 3.00 m. There are 4 bays of 5.00 m in each direction, i.e. plan dimensions are m x m. The total mass of the building is 1280 tons corresponding to a total weight of W= kn. All structural members are of concrete class C30 with an elasticity modulus of MPa. Each floor has three IATS 09, Karabük University, Karabük, Turkey 2079

14 Alhan, C. and Altun, M. degrees of freedom, X and Y translations and rotation about the center of mass of the floor. These degrees of freedom are attached to the center of mass of each floor which is at the geometric center. The centers of mass and centers of rigidity of each floor coincide and therefore there exists no eccentricity. The fixed-base periods of the superstructure in each translational direction are 0.34 seconds and the super-structure modal damping ratios are assumed to be constant for each mode as 5%. The superstructure is placed on an isolation system consisting of high-damping rubber bearings (HDR) placed under each column. Since the weight transferred to the bearings located on the corners and sides of the building is less than the weight transferred to the inner ones, two types of bearings are designed. The outer (corner and side) and inner bearings are labeled as HDR-A and HDR-B, respectively. There exists a rigid slab at the base level that connects all isolation elements. The three-dimensional model of the base-isolated building and the non-linear time-history analyses are made using a well-known finite element analysis program SAP2000n [21]. Y X Figure 1. Typical floor plan 3 rd Floor 2 nd Floor 1 st Floor closest distance to a known fault that is capable of producing large magnitude events and that has a high rate of seismic activity (Class A seismic source according to Table 16-U of the UBC97 [20]) is assumed to be 5 km. Since the building is in the vicinity of an active fault, it is likely to be subjected to the near-fault effects. The UBC97 [20] takes these effects into account by defining the nearsource factor N v. Based on the closest distance to the known seismic source, which is 5 km, the near-source factor N v is obtained from Table 16-T of the UBC97 [20] as 1.6. Based on the seismic zone factor and the soil profile type, which is assumed as S B that corresponds to rock profile, the seismic coefficient C VD =C v is obtained from Table 16-R of the UBC97 [20] as C VD =C v =0.4N v =0.4x1.6=0.64. High damping rubber bearings are composed of rubber layers and thin steel sheets. The damping is increased by adding oils, resins, or other fillers and a damping around 10%~15% can be obtained. The stiffness of the bearing is high in case of small displacements and low in case of high displacements. This is very advantageous since large movements are prevented under wind load. On the other hand long periods and therefore isolation under strong ground motion are obtained. Following the standard design procedure for high damping rubber bearings [4, 22, 23] target design level effective isolation period T D and target design level effective damping ratio D are selected, which are T D =2 s and D = 0.13 in this study. Horizontal stiffness of an individual rubber isolation bearing is given by: k D GA (1) t r where G is the shear modulus of the rubber, A is the crosssectional area of the bearing, and t r is the total thickness of the rubber layers in the bearing. Selecting the total thickness of the rubber layers in each bearing as t r =25 cm and the diameter of each bearing as =50 cm, the horizontal stiffness for HDR-A (G=0.5 Mpa) and HDR-B (G=1.0 Mpa) with cross sectional areas of A= x0.5 2 /4= m 2 are calculated following (1): HDR A k D HDR B k D MN/m (2a) MN/m (2b) 0.25 The total effective stiffness of the isolation system is obtained as Seismic Isolator Base HDR A HDR B k 16k 9k kn/m (3) D D D providing an effective isolation period of Figure 2. Elevation The building is assumed to be located in a high-seismicity region, i.e Zone 4, and assigned a seismic zone factor Z=0.4 according to Table 16-I of the UBC97 [20]. The T D W sn k g D which is very close to the target period. Here, g is the gravitational force and taken as 9.81 m/s 2. The design level damping ratio of the isolation system is obtained by: (4) 2080

15 Alhan, C. and Altun, M. k D k k HDR A HDR A HDR B HDR B D D D D D where D HDR-A and D HDR-B are damping ratios of individual bearings and are chosen as 0.10 and 0.15, respectively. The damping coefficient corresponding to D =0.127 is B D =1.28 according to Table A-16-C of the UBC97 [20]. The design displacement of the isolation system along each main horizontal axis at design basis earthquake (DBE) level is calculated according to the UBC97 [20]: D D (5) g 2 CVDTD m (6) B D Finally, the total design displacement including additional displacement due to accidental torsion is calculated according to the UBC97 [20] as follows: 12e DTD DD 1 y m b 2 d 2 (7) where b=20 m is the shortest plan dimension of the structure measured perpendicular to the longest plan dimension of the structure, which is d=20 m. Here, y is the distance between the center of rigidity of the isolation system and the isolation bearings placed at the sides of the plan, measured perpendicular to the direction of seismic loading under consideration, thus y=b/2=d/2=10 m in this study. Finally, e is the actual eccentricity plus the accidental eccentricity which is taken as 5 percent of the maximum building dimension perpendicular to the direction of force under consideration. Since the structure at hand is symmetrical, the actual eccentricity is zero and therefore e=0.05x20=1.00 m. The total design displacement calculated above satisfies the UBC97 [20] minimum criteria; D TD =0.278 m > 1.10xD D =0.266 m. Force displacement relationship of a high-damping rubber bearing, which is modeled as bi-linear, is shown in Fig 3. Shown in the figure are the yield force, F y, the yield displacement, D y, the design displacement, D D, the preyield stiffness, K 1, the post-yield stiffness, K 2, the effective stiffness, K ef, and characteristic force, Q. Post-yield to preyield stiffness ratio ( =K 2 /K 1 ) depends on the material used and typically attains values around 0.05~0.15. In this study, is chosen as 0.10 for both HDR-A and HDR-B and the design displacement values for both isolators are the same (D D =0.242 m). In order to achieve effective stiffness values of k D HDR-A =392.7 kn/m and k D HDR-A =785.4 kn/m, other parameters of the curves are calculated as K 1 = kn/m, K 2 =329.7 kn/m, F y =16.9 kn, Q=15.2 kn, and D y =5.1 mm for HDR-A and K 1 = kn/m, K 2 =593.5 kn/m, F y =51.6 kn, Q=46.4 kn, and D y =8.7 mm for HDR-B. For high damping rubber bearings, typically, yield displacements attain values around 5 mm~15 mm and the yield displacements calculated in this study lie in this typical range. In this study, the total characteristic force is Q=16x15.2+9x46.4=660.8 kn. Typically, Q/W would be around 0.05~0.15. Therefore, Q/W=660.8/ =0.052 lies in the typical range. F y Q F 3. Earthquake Data Figure 3. Force-Displacement relationship of a highdamping rubber bearing. The 18 May 1940 El Centro Earthquake and the 17 January 1995 Kobe Earthquake data are used in the bidirectional time history analyses. The NS and EW components of the earthquakes are applied in X and Y directions, respectively. However, since the NS components are the larger components of these earthquakes, only the results in X-direction will be presented and discussed here. The velocity records of the NS components are shown in Fig 4. As it can be seen from the figure, while there exists no significant pulse in the El Centro record, there exists a significant velocity pulse with amplitude of cm/s in the Kobe record. While El Centro is a typical far-fault earthquake, the Kobe Earthquake can be classified as a near-fault earthquake. The peak ground accelerations for the NS components of the El Centro and Kobe Earthquakes are 3.42 m/s 2 and 8.18 m/s 2, respectively. 4. Performance Criteria 1 K 1 D y 1 1 K ef Displacements, accelerations, and base shear discussed here are all in X-direction. In order to assess the performance of the structure when subjected to near-fault and far-fault earthquakes, a performance criteria is established. These include peak base displacement (P 1 ), peak roof-drift ratio (P 2 ), peak 3 rd floor acceleration (P 3 ), and peak base shear (P 4 ). Since there exists a rigid slab at the base level that connects all isolation elements, relative displacement of the base with respect to the ground also represents the deformations of the isolators: P1 max t( db ) (8) where t is time, d b is the relative displacement of base with respect to the ground. As a measure of the inter-story drifts, a roof-drift ratio is defined as the difference between K 2 D D D 2081

16 Alhan, C. and Altun, M. Velocity [cm/s] EL CENTRO Time (s) Velocity [cm/s] KOBE Time (s) Figure 4. Velocity records for NS components of the El Centro and the Kobe Earthquakes the displacement of the third floor (roof) and the base floor divided by the total height of the building. Thus, peak roofdrift ratio is defined as P max (( d d )/ H ) (9) 2 t 3 b where d 3 is relative displacement of the roof with respect to the ground and H is total height of the building. Peak 3 rd floor acceleration is P max ( a ) (10) 3 t 3 where a 3 is the total acceleration of the third floor. Finally, peak base shear is given by P4 max t( Vb ) (11) where V b is the base shear of the structure.. 5. Results Fig 5 shows the X-direction base shear time history of base-isolated building and its fixed-base counterpart for both El Centro and Kobe Earthquakes. As it can be seen from the figure, the period of the base-isolated building is much longer and the base shear is much smaller. Evidently, the seismic effects are reduced significantly. A complete list of the performance criteria is presented in Table 1. The peak base shear (P 4 ) of the base-isolated building is only 16% of its fixed-base counterpart in case of both El Centro and Kobe Earthquakes. The peak 3 rd floor acceleration is reduced from P 3 =8.24 m/s 2 to P 3 =2.06 m/s 2 in case of El Centro Earthquake and from P 3 =29.56 m/s 2 to P 3 =3.02 m/s 2 in case of Kobe Earthquake. The peak 3 rd floor acceleration is only 60% and 37% of the peak ground acceleration (a g ) in case of El Centro and Kobe Earthquakes, respectively showing the success of isolation. Performance Criteria Table 1. Performance Criteria EL CENTRO KOBE Fixedbase Baseisolated Fixedbase Baseisolated P 1 [cm] P 2 (x10-3 ) [-] P 3 [m/s 2 ] P 4 [kn] P 3 /a g [-] Likewise, the roof-drift ratio is reduced to P 2 = in case of El Centro Earthquake proving that the superstructure moved almost like a rigid-body above the isolation system. In case of Kobe Earthquake, the roof-drift ratio for the fixed-base building is which would be unacceptable. With the aid of base isolation, this value is reduced to an acceptable level, i.e P 2 = The force-displacement curves for the two types of bearings, HDR-A and HDR-B are presented in Figs 6 and 7 in case of El Centro and Kobe Earthquakes, respectively. It is seen that the bi-linear behavior assumption made in the design stage according to the UBC97 [20] is appropriate. A close inspection of the curves shows that the characteristic force, yield displacement, pre-yield stiffness and post-yield stiffness for the HDR-A and HDR-B bearings appear as designed and modeled. The peak displacement is P 1 =6.51 cm in case of the far-fault El Centro Earthquake which is much smaller than the predicted total design displacement of 27.8 cm. However, this prediction included the likelihood of the building to be subjected to a near-fault earthquake and corresponding near-source factor was included in the design displacement calculations. The peak displacement in case of the near-fault Kobe Earthquake shows the importance of taking this near-source factor into account. 2082

17 Alhan, C. and Altun, M EL CENTRO 4000 Base-Isolated Fixed-Base Base Shear [kn] Base Shear [kn] Time [s] KOBE Base-Isolated Fixed-Base Time [s] Figure 5. Base Shear under El Centro and Kobe Earthquakes 40 HDR-A 100 HDR-B Force [kn] 0-20 Force [kn] Displacement [cm] Displacement [cm] Figure 6. Force-Displacement curves for rubber bearings under El Centro Earthquake 100 HDR-A HDR-B Force [kn] 0-50 Force [kn] Displacement [cm] Displacement [cm] Figure 7. Force-Displacement curves for rubber bearings under Kobe Earthquake 2083

18 40 HDR-A 20 Alhan, C. and Altun, M. Force [kn] The peak base displacement in case of Kobe Earthquake jumps to P 1 =25.34 cm which is 91% of the total design displacement calculated according to the UBC97 [20]. 5. Conclusions Seismic base isolation can reduce the seismic effects and therefore floor accelerations, inter-story drifts, and base shear by lengthening the natural period of vibration of a structure via use of rubber isolation pads between the columns and the foundation. However, in case the deformation capacity of the isolators exceeded, isolators may rupture or buckle. Therefore, it is vitally important to accurately estimate the peak base displacements in case of major earthquakes, particularly if the base isolated building is likely to be struck by near-fault earthquakes. Near-fault earthquakes may contain long-period velocity pulses which may coincide with the period of the base isolated structures. In such a case, the isolators may deform excessively. Uniform Building Code [20] is widely used in design of base isolation systems which contains provisions accounting for near-fault earthquake effects. In order to investigate the performance of base isolation systems designed according to UBC97 [20] under nearfault and far-fault earthquakes, bi-directional non-linear time history analyses of a 4-story base isolated benchmark building, located close to an active fault, are carried out. Based on the simulations carried out, it is concluded that seismic base isolation is a successfull technique that can be used in earthquake-resistant design. A major improvement in the super-structure performance is achieved as the floor accelerations, inter-story drifts and base shear can be significantly reduced alltogether. However, inclusion of near-source effects defined in the UBC97 [20] in calculating the total design displacement is crucial since the peak base displacement is significantly bigger when a base-isolated building is hit by a near-fault earthquake containing a long-period and large amplitude velocity instead of a far-fault earthquake. References [1] Dowrick, D.J., Earthquake Resistant Design For Engineers and Architects, 2nd Ed., John Wiley & Sons, Great Britain, [2] Ramallo, J.C., Johnson, E.A., and Spencer Jr., B.F., Smart base isolation systems, Journal of Engineering Mechanics, vol 28, , [3] Deb, S.K., Seismic base isolation an overview, Current Science, vol 87, , [4] Kelly, J.M., Earthquake-resistant design with rubber, Springer-Verlag, London, UK, [5] Komodromos, P., Seismic isolation for earthquakeresistant structures, WITPress, Southampton, UK, [6] De la Llera, J., Lüders, C., Leigh, P., and Sady, H., Analysis, testing, and implementation of seismic isolation of buildings in Chile, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, vol 33, , [7] Nagarajaiah, S. And Xiaohong, S., Response of baseisolated USC hospital building in Northridge Earthquake, Journal of Structural Engineering, vol 126, , [8] Naeim, F. and Kelly, J.M., Design of seismic isolated structures from theory to practise, John Wiley & Sons, USA, [9] Morales, C.A., Transmissibility concept to control base motion in isolated structures, Engineering Structures, vol 25, , 2003 [10] Skinner, R.I., Robinson, W.H., and McVerry, G.H., An intoduction to seismic isolation, John Wiley & Sons, UK, [11] Alhan, C. and Gavin, H., A parametric study of linear and non-linear passively damped seismic isolation systems for buildings, Engineering Structures, vol 26, , [12] Su, L. And Ahmadi, G., A comparative study of performances of various base isolation systems Part II: Sensitivity analysis, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, vol 19, 21-33, [13] Kelly, J.M., The role of damping in base isolation, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, vol 28, 3-20, [14] Koh, C.G. and Balendra, T., Seismic response of base isolated buildings including P-Delta effects of isolation bearings, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, vol 18, , [15] Nagarajaiah,S. and Ferrell, K., Stability of elastomeric seismic isolation bearings, Journal of Structural Engineering, vol 125, , [16] Nagarajaiah,S. and Ferrell, K., Stability of elastomeric seismic isolation bearings: Experimental study, Journal of Structural Engineering, vol 128, 3-11, [17] Heaton, T.H., Hall, J.F., Wald, D.J., and Halling, M.W., Response of high-rise and base-isolated buildings to a hypothetical Mw 7.0 blind thrust earthquake, Science, vol 267, , [18] Jangid, R.S. and Kelly, J.M., Base isolation for nearfault motions, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, vol 30, , [19] Yoshioka, H., Ramallo, J.C., and Spencer Jr., B.F., Smart base isolation strategies employing magnetorheological dampers, Journal of Engineering Mechanics, vol 128, , [20] International Code Council, Uniform Building Code, Vol. 2, USA, 1997 [21] Computers and Structures Inc., SAP2000N Static and dynamic finite element analysis of structures, Version , Berkeley, USA, [22] Tezcan, S.S. and Cimilli, S., Seismic base isolation, Yüksek Ö renim E itim Ve Ara rma Vakf, Yay n No:KT004/02, Cenkler Matbaac k, stanbul, [23] Ba tu, B.K., Yap sistemlerinde depreme kar sismik izolatör kullan lmas, Yüksek Lisans Tezi, Y ld z Teknik Üniv., Fen Bilimleri Enst., aat Mühendisli i Anabilim Dal, Mekanik Program, stanbul,

19 5. Uluslararas leri Teknolojiler Sempozyumu (IATS 09), May s 2009, Karabük, Türkiye YÜKSEK HIZLI DEM RYOLU KÖPRÜLER NDE RAY-KÖPRÜ ETK LE VE UYGULAMASI TRACK BRIDGE INTERACTION IN HIGH-SPEED RAILWAY BRIDGES AND ITS APPLICATION Bar Güne * stanbul Üniversitesi, stanbul, Türkiye, E-posta: bgunes@istanbul.edu.tr Özet Ülkemizde uzun bir süre ihmal edilen demiryollar son dönemlerde yap lan yat mlarla tekrar hak etti i öneme kavu maktad r. Artan ula m talebine ba olarak yüksek zl demiryolu hatlar na ve bunlar n bir parças olan köprü ve viyadüklere ihtiyaç her geçen gün artmaktad r. Birçok Avrupa ülkesinde km/sa gibi yüksek h zlara ula an demiryollar mevcuttur. Demiryolu köprülerinde artan h z ve dingil a rl klar na ba olarak fren ve demeraj etkilerinden dolay önemli ölçüde yatay kuvvetler olu maktad r. Buna ilave olarak etkisi de yatay kuvvetler olu mas na sebep olmaktad r. Bu kuvvetler izin verilen s rlar a zaman, ray geometrisinin bozulmas na ve ray n i levini yerine getirememesine sebep olarak trenin raydan ç kmas gibi çok ciddi sonuçlar do urabilir. Bu çal ma da UIC [1] ve Eurocode [2] artnamelerine ba olarak, ray ve köprü aras ndaki etkile im, Sivas-Erzincan h zl tren demiryolu hatt nda yap lmas planlanan ve projelendirme amas nda olan bir köprü örne i ile incelenmi tir. Anahtar kelimeler: Yüksek h zl demiryolu, köprü, rayköprü etkile imi Abstract Railways, which had long been neglected in Turkey, reclaim their significance once more with the new investments that are being made in recent years. In correlation with growing demand for transportation, the need for high-speed railway lines and for bridges and viaducts, which constitute integral components of railways, increases by the day. In many European states, there are railways that can reach high speeds like km/h, or more. 1. Giri Son dönemlerde yüksek h zl demiryolu köprülerinde önemli teknolojik ilerlemeler kaydedilmi tir. Bu teknolojik geli melere paralel olarak trenlerin h zlar da önemli ölçüde artm r. Artan h z ve a rl klara ba olarak fren ve demeraj kuvvetleri de artmaktad r. Fren kuvveti, hareket halindeki bir cismin fren yapmas ile temas halinde bulundu u yüzeye uygulad kuvvet olarak tan mlanabilir. Demeraj kuvveti ise, sabit bir yüzeye temas ederek harekete geçen bir cismin o yüzeye temas yla olu an kuvvet olarak tan mlanabilir. Ray (hat) ve köprü (köprü tabliyesi) aras nda, fren ve demeraj kuvvetlerine ilave olarak l etkilerden kaynaklanan tesirlerde olu maktad r. Bu tesirlerin de göz ard edilmemesi gerekmektedir. Fren, demeraj, gibi yatay kuvvetler köprüye (köprü tabliyesine), ray ve köprü aras nda bulunan balast tabakas ile iletilmektedir. Dolay yla balast tabakas n özelliklerine ba olarak bu etkile im önemli ölçüde de mektedir. UIC (International Union of Railways) artnamesinde ray ve köprü aras ndaki etkile im, bu etkile imin ba oldu u faktörler, gerilme ve deplasmanlar n s r de erleri belirtilmi tir [1]. ekil1 de Sivas-Erzincan h zl tren hatt projesi kapsam nda projelendirme a amas nda olan bir köprü kesiti görülmektedir. Köprü iki adet hattan olu maktad r. Köprü geni li i 12 m olup 190 cm yüksekli inde 10 adet öngerilmeli prekast kiri ve ortalama 30 cm betonarme tabliyeden olu maktad r. Öngerilmeli prekast kiri lerin hesap aç kl L=30 m dir. Due to increased speed and axle weight, braking and traction effects generate substantial lateral forces on railway bridges. Moreover, heating is another factor that causes lateral forces. When they exceed permitted limits, these forces cause distortion in rail geometry, rendering the rail unable to fulfill its function, which may have very serious consequences like derailing. This study examines the interaction between the track (rail) and the bridge pursuant to UIC [1] and Eurocode [2] specifications in the example of a particular bridge, contemplated to be built on the Sivas-Erzincan high-speed railway line, which is currently at project preparation stage. Keywords: High speed railways, bridges, track-bridge interaction. ekil 1. Sivas-Erzincan h zl tren hatt örnek köprü kesiti. IATS 09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye 2085

20 Güne, B ekil 2. Köprü boy kesiti. ekil 2 de ise ayn köprünün boy kesiti görülmektedir. Köprü boyu 2x31.5m + 3 x 33 m olmak üzere toplam 162 m dir. Ön gerilmeli prekast kiri ler, P1 orta aya na her iki mesnette sabit, di er orta ayaklara ise sabit ve hareketli mesnet olarak mesnetlendirilmi tir 2. Ray ve Köprü Etkile imi 2.1 Ray Özellikleri Köprü üst yap nda UIC 60 tipi ray kullan lm r. Bu ray n kesit alan ray A UIC = 7686 mm 2, a rl kg/m, çekme dayan ise minimum 900 Mpa d r [5]. 2.1 Fren ve Demeraj Kuvvetleri Fren ve demeraj kuvvetleri ekil 3 de görüldü ü gibi ray n üst seviyesinden, boyuna do rultuda uygulanm r. Bir hattaki fren kuvveti, di er hattaki demeraj kuvvetiyle birlikte uygulanm r. ekil 4. Ray kesiti 2.3 Ray ve Köprü Etkile im Özellikleri ekil 3. Fren ve demeraj kuvvetinin uygulanmas [3] Köprüye tren yükü olarak LM71 tipi yük modeli uygulanm r. LM71 yüklemesi katsay (1.33) ile çarp larak s fland lm dü ey yükler olarak uygulanm r. Fren ve demeraj kuvvetleri hesaplan rken dinamik katsay kullan lmam r. Ray ve köprü aras nda balast tabakas vard r. Fren demeraj ve yüklerinden olu an tesirler balast tabakas arac yla köprü üst yap elemanlar na (tabliye) aktar lmaktad r. Balast tabakas n tesirleri aktarabilme kapasitesi, hatta tren yükü olup olmamas na göre yani de mektedir. Ray ve köprünün boyuna do rultudaki yük-deplasman davran, ekil 5 de gösterilen diyagram ile ifade edilmektedir. Burada ba lang ç k sm (u 0 deplasman na kadar olan k m) elastik kesme dayan, yatay m plastik kesme dayan göstermektedir [4]. LM71 yüklemesi için fren ve demeraj kuvvetlerinin de erleri bir hat için a daki gibi hesaplanm r [4]. Fren kuvveti: q f = 20 kn/m/hat, L 300 m ve Q f 6000 kn Demeraj kuvveti: q d = 33 kn/m/hat, L 30 m ve Q d 1000 kn L ise fren ve demeraj kuvvetlerinin uyguland hat uzunlu u olarak tan mlanmaktad r. ekil 5. Ray-köprü aras ndaki yük deplasman ili kisi [4] 2086