KÖPRÜLERDE KULLANILAN KAUÇUK MESNETLERİN HESAP

Transkript

1 Mayı 2015 KÖPRÜLERE KULLANILAN KAUÇUK MESNETLERİN HESAP ve TASARIM YAZILIMI 1 Barbaro ATMACA, 2 Şevket ATEŞ, 3 Ahmet Can ALTUNIŞIK 1 Karadeniz Teknik Ünivetei, İnşaat Mühendiliği Bölümü, Trabzon/ Türkiye Tel: (0462) atmaca@ktu.edu.tr 2 Karadeniz Teknik Ünivetei, İnşaat Mühendiliği Bölümü, Trabzon/ Türkiye Tel: (0462) ate@ktu.edu.tr 3 Karadeniz Teknik Ünivetei, İnşaat Mühendiliği Bölümü, Trabzon/ Türkiye Tel: (0462) ahmetcan@ktu.edu.tr Özet Ülkemizde bulunan köprülen yarıından fazlaını öngelmeli betonarme köprüler oluşturmaktadır. Öngelmeli betonarme köprülerde, kauçuk menetler ıklıkla kullanılmaktadır. Kauçuk menetler ile köprü kişle araındaki ınır koşullarının, köprü performanını önemli derecede etkilediği de bilinmektedir. Türkiye de henüz köprü ve köprü elemanlarının heap ve taarımında kullanılacak geniş kapamlı bir yönetmeliğin bulunmamaı, araştırmacıları ve mühendile yabancı ülkelen yönetmelikleni kullanmaya zorlamaktadır. Bu çalışmada, öngelmeli betonarme köprülen tabliyeini oluşturan ön yapım kişlenin kenar ayak ve/veya orta ayaklara oturmaını ağlayan kauçuk menetlen AASHTO LRF 2012 ye göre taarım aşamaları belirlenmiştir. Bu kapamda, farklı yükler, geomet ve malzeme özelliklene ahip olan kauçuk menetlen AASTHO LRF 2012 ye göre heap ve taarımını gerçekleştiren görel bir bilgiayar programı C # yazılım dili kullanılarak oluşturulmuştur. Giş eprem meydana geleceği yer, zaman ve büyüklüğü bilinemeyen bir doğa olayıdır. Bu doğa olayı meydana geldikten onra can ve mal kaybına ebep olmaktadır. Bu kayıpları en aza indirmek için yoğun çaba arf edilmektedir. eprem Mühendiliği nde on yıllarda kat edilen gelişmeler, bilgiayar itemle ve programları ile heap metotlarındaki ilerlemeler, malzemeimalat teknolojilendeki yenilikler ve meydana gelmiş depremlerden elde edilen bilgi bikimleyle deprem davranışının daha iyi anlaşılmaı ayeinde; depremin yıkıcı etkilenin mühendilik yapılarına vereceği zararları en aza indirebilecek çeşitli yöntemler geliştilmiştir. Bu yöntemler araında en çok dikkat çekenlerden bii de zemin ile yapı araındaki etkileşimi azaltarak depremin yapılarda meydana getirdiği olumuz etkile en düşük eviyelere indilmeini ağlayan izolayon yöntemledir.

2 Mayı Gelenekel yöntemler, yapının deprem yükü taşıma kapaiteini, jitliğini, ünekliğini, tabiletiini ve elatik ötei şekil değiştirmeini artırarak ağlanmaktadır. Buna karşın imik izolayon yöntemle; yapının jitliğini azaltmak, peyodunu ve önümünü artırarak yapıya gelen deprem kuvvetleni küçültülmeini ağlamaktadır. (Soneji ve Jangid, 2006; Zaya, 1987). İzolayon itemle için 1800 lü yıllarda ve 1900 lü yıllarda örnekler bulunmaına rağmen, imik izolayon kavramının yapıal mühendiliğe girmei 1970 li yıllarda olmuştur. Simik izolayon itemle 1970 lerde önce köprülerde, onraında diğer yapılarda kullanılmaya başlanmıştır (Murat, 2007). Zaya vd. (1987), imik izolayon aygıtlarını 150 den fazla deprem imülayonu ve deprem şartları altında tet etmişlerdir. Tuna (1998), köprülen depreme dayanıklı projelendilmeinin can güvenliği eaına yönelik olduğunu açıklamıştır. Haar oluşumunun kabul edildiğini, ancak çökmenin oluşmamaının itendiğini belirtmiştir. eprem enaında yapıda meydana gelen deprem kuvvetlenin, kauçuk menetler kullanılarak kontrol edilebildiğini açıklamıştır. Bu menetlen, köprünün doğal peyodunu büyüttüğünü ve yapıya aktarılacak olan deprem kuvvetlenin düşük eviyede kalmaına yardımcı olduğunu vurgulamıştır. Green vd. (2007), öngelmeli kişli karayolu köprülende kauçuk menetlen ıklıkla kullanıldığını ve kişle ona menetlik görevini yene getiren kauçuk menet araındaki ınır koşulların köprünün performanı üzende etkili olduğunu vurgulamışlardır. Akoğlu ve Çelik (2008), Türkiye deki betonarme köprü ve viyadüklen AASHTO ya göre depreme dayanıklı taarımına ilişkin koşulları incelemiştir. Bu bağlamda, yurdumuzda ıkça kullanılan, kauçuk menetlere erbetçe oturan prekat öngelmeli kişli köprü itemini ele almıştır. Taarım aşamaında kauçuk menetlen modellenme biçiminin deprem davranışına olan etkiine odaklanmıştır. Bu amaçla, değişik tipteki kauçuk menetlen mekanik özelliklene bağlı olarak köprünün peyodlarında ve iç kuvvetlerdeki değişimler baitleştilmiş modellerden elde edilenlerle karşılaştırmıştır. Atmaca vd. (2013), çalışmalarında, kablolu bir köprüyü taban izolayonlu ve izolayonuz olarak SAP 2000 onlu paket programında modelleyerek köprünün dinamik davranışını karşılaştırmışlardır. Üç farklı deprem kaydı kullanılarak yapılan çalışmada izolatör kullanımının depremin yıkıcı etkileni büyük ölçüde azaltığını vurgulamışlardır. Yazdani vd. (2000), AASHTO daki metotlar ile kauçuk menetlen jitliklen uygun biçimde heaplandığını öylemişlerdir. Bu çalışmada öngelmeli betonarme köprülerde yaygın olarak kullanılan kauçuk menetlen ululararaı şartnameler ve kaynaklar yardımıyla bir taarım özeti hazırlanmış, Türkiye ye uyarlanmaya çalışılmıştır. Türkiye nin depremellik açıından konumu düşünüldüğünde, benzer depremellik özelliklene ahip bir coğrafyadaki ülkenin yönetmeliğini kullanmak uygun olmaktadır. Yönetmeliğin, yaşanan büyük depremler onucunda gerekli değişiklen yapılmaıyla güncel taarım kterlene ahip olmaı diğer bir önemli özelliktir. Bu koşullar göz önüne alındığında Türkiye de köprü taarımı için kullanılabilecek en kapamlı yönetmeliklerden bii Amekan Eyalet Karayolları ve Ulaştırma Kurumu tarafından yayınlanan AASHTO LRF 2012 dir. Bu çalışmada bu yönetmelik kuralları izlenecektir.

3 Mayı 2015 Kauçuk Menet Taarımı Kauçuk menetlen taarımında AASTHO LRF 2012 de A ve B yöntemi olmak üzere iki yöntemden bahedilmektedir. Büyük kauçuk menetlen heabında B yönteminin kullanılmaı taviye edilmektedir. Bu çalışmada B yöntemindeki parametreler dikkate alınmıştır. Kauçuk Menedin Boyutal Özellikle Şekil faktörü (Si) kauçuk malzemenin tek bir tabakaına ait boyutuz bir oran ölçüüdür. Kauçuk menedin şekil faktörünün heabı menedin kareel ya da daireel olmaına bağlı olarak aşağıdaki gibi belirlenmektedir. LW SiKareel, Siaireel (1) 2 h ( L W ) 4h Burada, L menedin köprü boyu doğrultuundaki kenarının uzunluğu; W menedin köprü boyuna dik doğrultuundaki uzunluğunu; menedin çapını; kauçuk menette bulunan her bir kauçuk tabakanın kalınlığını götermektedir. Kauçuk menetler kauçuk ve çelik levhaların bir arada kullanılmaıyla meydana geldiği için, yükek ekenel jitlik (KV) ve düşük kayma jitliğine (KH) ahiptirler. Kauçuğun ve çelik levhaların davranışı elatik kabul edilire ekenel ve kayma jitlikle aşağıdaki gibi heaplanmaktadır. Bait kiş davranışı onucu menette oluşan dönme jitliği ( ), elatiite modülü (E), atalet momenti (I) ve kauçuk menetteki kauçuk tabakanın toplam kalınlığına ( ) bağlı olarak aşağıdaki gibi heaplanmaktadır. GA EA K H, KV h h, 1,6(0,5 EI c ) K h (2) rt rt rt Burada, A menedin yüzey alanı; G ve E ıraıyla kauçuk menedin kayma ve elatiite modülünü götermektedir. Malzeme Özellikle Kauçuk menedin taarımında kullanılan en önemli malzeme özelliklenden bii keme modülüdür. Keme modülü değenin 0,552-1,21 MPa aralığında alınmaı taviye edilmektedir. Kauçuk menedin taarımında kullanılan diğer bir malzeme özelliği ie kauçuk menedin elatiite modülüdür. AASHTO 2012 de kauçuk menedin elatiite modülünü kauçuk menedin keme modülüne ve şekil faktörüne bağlı, yaklaşık olarak belirlenmektedir. E=4,8GS 2 (3)

4 Mayı Taarım Gerekinimle Keme eformayonu Kauçuk menette yorulma ve kauçuk köşelende yuvarlanma gibi problemlen oluşmamaı için keme deformayonu 0,5h rt ile ınırlanmaı taviye edilmektedir. Baınç, önme ve Keme Kombinayonu Kauçuk menetler genellikle ıkıştırılamaz olarak kabul edilmektedir. Fakat poion etkiiyle bir miktar genişlemekte ve meydana gelen bu genişleme kauçuk tabakaları araında bulunan çelik levhalar tarafından ınırlanmaya çalışılmaktadır. Bu durum kauçuk tabaka ile çelik levhalar araındaki yüzeyde keme gelmelenin oluşmaına ebep olmaktadır. Ekenel kuvvet, dönme ve kemenin ervi ınır durumunda birlikte etkimei onucunda aşağıdaki eşitizliklen ağlanmaı gerekmektedir. ( ) 1,75( ) 5,0 ayrıca, 3,0 (4) a, t r, t, t a, cy r, cy, cy a t Burada, a ekenel kuvvetten oluşan keme şekil değiştirmeini; r dönmeden oluşan keme şekil değiştirmeini; keme deformayonundan oluşan keme şekil değiştirmeini; t ve cy ırayla tatik ve tekrarlı yükü götermektedir. a GSi a (5) Burada, a ekenel kuvveten oluşan keme şekil değiştirmeinin belirlenmeinde kullanılan bimiz bir katayıdır. a kareel menetler için 1,4 daireel menetler için 1,0 olarak alınmaktadır. tatik ya da tekrarlı yüklerden meydana gelen ortalama baınç gelmeini götermektedir. r Kareel L, h n r 2 raireel r 2 h n (6)

5 Mayı 2015 Burada, r dönmeden dolayı oluşan keme şekil değiştirmeinin belirlenmeinde kullanılan bimiz bir katayıdır. r kareel menetler için 0,5 daireel menetler için 0,375 olarak alınmaktadır. n kauçuk menedin içinde bulunan iç tabaka ayıını; makimum tatik ya da tekrarlı dönüş açıını götermektedir. ervi ınır durumundaki h rt (7) Burada, h rt kauçuk menette bulunan kauçuk tabakanın toplam kalınlığını; uygun yük kombinayonu altında makimum tatik ya da tekrarlı keme deformayonunu götermektedir. Kauçuk Menedin Stabilitei Menedin tabilitei yük kombinayonları altında incelenmektedir. 2A B koşulu ağlandığında menedin tabil olduğu ve daha fazla araştırmaya gerek olmadığı kabul edilmektedir. A hrt 1,92 L 2,67, B (8) 2,0L L 1 Si 2,01 W 4,0W aireel menetler için heap yapılırken W=L=0,8 alınarak tabilite kontrolü yapılabilir. Eğer kareel menet için 2A B koşulu ağlanmaz ie aşağıdaki denklemler ağlanmalıdır. Köprünün yatay yer değiştirmei erbet ie GSi 2A B (9) Köprünün yatay yer değiştirmei tutulmuş ie GSi A B (10) enklem 10 da bulunan A B değenin ıfır ya da eki olmaı menedin abit ve den bağımız olduğunu götermektedir.

6 Mayı Çelik Plakalar Kauçuk menedin düşey jitliğini artırmak için kauçuk tabakalar araına yerleştilmiş olan çelik levhaların kalınlığı (h) 1,5875 mm den az olmamalıdır. Çelik levhaların kalınlığı ayrıca ervi ınır durumunda ve yorulma ınır durumunda aşağıda velen denklem 11 ve 12 yi ağlamalıdır. Servi ınır durumunda Yorulma ınır durumunda h h 2h L TH 3h (11) F y (12) F Burada, kalınlığını; FTH abit yorulma genliğini; h kauçuk menette bulunan her bir kauçuk tabakanın tatik ya da tekrarlı yüklerden meydana gelen ortalama baınç gelmeini; hareketli yüklerden meydana gelen ortalama baınç gelmeini; Fy çeliğin akma dayanımını götermektedir. Kauçuk Menet Heap ve Taarım Programı Öngermeli kişli köprülerde ıklıkla kullanılmakta olan kauçuk menetlen köprünün yapıal davranışına olan etkile dikkate alındığında bu menetlen heap ve taarımının önemi anlaşılmaktadır. Bu kapamda farklı yükler, geomet ve malzeme özelliklene ahip olan kauçuk menetlen heap ve taarımını AASTHO LRF 2012 ye göre yapan bir bilgiayar programı C Sharp (C#) yazılım dili kullanılarak oluşturulmuştur. Şekil 1 de oluşturulmuş olan programın açılış ayfaı görülmektedir. Şekil 2 de velen örnek kauçuk menedin Tablo 1 deki geometk özellikle kullanılarak heap ve taarım adımları oluşturulan program ayeinde yapılmıştır. L Şekil 1. Oluşturulan programın açılış ayfaı

7 Mayı 2015 Tablo 1.Örnek Kauçuk Menedin Özellikle. Kauçuk Menet Özellikle h h hrd Menet Tipi Çapı(mm) İç kauçuk Kalınlığı(mm) İç kauçuk tabaka ayıı ış kauçuk tabaka kalınlığı(mm) Çelik levhaların kalınlığı(mm) Çeliğin Akma ayanımı (MPa) Boyuna Yönde Mak. Yer değiştirme(mm) Mak. üşey Statik Yük(N) Mak. üşey Hareketli Yük(N) aireel , Şekil 2. Örnek bir kauçuk menet Programda bulunan Kauçuk Menet Özellikle menüü üç başlık altında toplanmıştır. Bunlar Boyutal Özellikler, Menet Yer değiştirmele ve Yükler ve Malzeme Özelliklenin gildiği başlıklardır. Şekil 3 te boyutal özelliklen gildiği ara yüz görülmektedir. Şekil 3. Boyutal özellikler menüü Köprünün yatay hareketini önlenip önlenmediği, köprüde oluşan makimum boyuna yer değiştirme ve köprü kişlenden kauçuk menede aktarılan makimum tatik ve hareketli yüklen değerle gildiği aşamanın ekran görüntüü Şekil 4 te görülmektedir.

8 Mayı Şekil 4. Menet yer değiştirmele ve yükler menüü Malzeme Özellikle menüünü kauçuk menedinin kayma modülü ve elatiite modülü ile ilgili kımı kapamaktadır. Kauçuk menedinin bu özellikle hakkında yeterli bilgi mevcut ie bu değerler ilgili kıımlara gilebilmektedir. Yeterli bilgi olmadığı durumlarda programda bulunan ek bilgi butonları yardımıyla keme ve elatiite modülüyle ilgili yardımcı bilgiler kullanıcıya yol götermektedir. Malzeme özelliklenin gildiği ara yüz Şekil 5 te görülmektedir. Şekil 5. Malzeme özellikle menüü Yukarıdaki aşamalardan onra analiz kımına geçilmektedir. Analiz onuçları 4 başlık altında toplanmıştır. Bu başlıklar, tabillite kontrolü, çelik plakaların kontrolü, taarım gerekinimle ve kauçuk menet jitlikledir. Stabilite kontrolü başlığı altında kauçuk menedin tabilite durumu velmektedir. Örnek uygulama için elde edilen tabilite durumu Şekil 6 da velmiştir. Seçilen

9 Mayı 2015 örnek kauçuk menette tabilite koşulu olan 2A B ağlamadığından menedin abit olmadığını götermektedir. Şekil 6. Stabilite kontrol menüü Çelik plakaların kontrolü başlığı altında, en küçük çelik tabaka kalınlığının kontrolü, yorulma ınır durumunda ve ervi ınır durumunda ki uygunluk kontrolle yapılmaktadır. Şekil 7 de çelik plakaların kontrol ara yüzü velmiştir. Şekil 7. Çelik plakaların kontrol menüü Taarım gerekinimle başlığı altında keme deformayonu kontrolü ve keme şekil değiştirmei kontrolle yapılmaktadır. Şekil 8 de taarım gerekinimle ara yüzü velmiştir.

10 Mayı Şekil 8. Taarım gerekinimle kontrol menüü Kauçuk menet jitlikle başlığı altında kauçuk menede ait olan yatay, düşey ve dönme jitlikle heaplanmaktadır. Şekil 9 da kauçuk menet jitlikle arayüzü görülmektedir. Şekil 9. Kauçuk menet jitlikle menüü

11 Mayı 2015 Sonuçlar Bu çalışmada, öngelmeli kişli köprülerde, kişlere menetlik görevi yapan ve köprünün yapıal davranışı üzende etkili olan kauçuk menetlen heap ve taarım adımları belirlenmiştir. Ülkemizde köprüler ve köprü elemanları hakkında kapamlı bir yönetmelik bulunmadığından dolayı kauçuk menetlen heap ve taarım adımların belirlenmeinde ülkemiz şartlarına uygun yönetmeliklerden bi olan Amekan Eyalet Karayolları ve Ulaştırma Kurumunun yayınlamış olduğu AASHTO LRF 2012 yönetmeliği kullanılmıştır. AASHTO LRF 2012 de bulunan, kauçuk menedin heap kımı özetlenmiş ve bu heaplamaları gerçekleştiren görel bir program C# programlama diliyle oluşturulmuştur. Oluşturulan bu programla; farklı yükler, malzeme ve geometk özelliklere ahip kauçuk menetlen hızlı ve güvenilir şekilde heap ve taarımı gerçekleştilmiştir. AASHTO LRF 2012 de, kareel menetlen tabilite koşulunun ağlanmaı daireel menetlere göre daha kolay olmaı, kareel menetlen kullanılmaının teşvik edildiği onucunu götermektedir. Kaynaklar 1. AASHTO LRF, Bdge eign Specification, Sixth Edition, Amecan Aocation of State Highway and Tranportation Offical. 2. Akoğlu, C., Prekat Kişli Betonarme Köprülen AASHTO ya Göre epreme ayanıklı Taarımı, Yükek Lian Tezi, İtanbul Teknik Ünivetei, Fen Bilimle Entitüü, İtanbul, Atmaca, B., Yurdakul, M. ve Ateş, Ş., Nonlinear dynamic analyi of bae iolated cable-tayed bdge under earthquake excitation, Soil ynamic and Earthquake Engineeng, 66(2013) Green, T., Yazdani, N., Spainhour, L. ve Cai, C.S., Effect of Beang Stiffne and Skew Angle on Performance of Precat Concrete Bdge, Tranportation Reearch Record, 1770(2007) Murat, E., Binaların tabanlarına kauçuk menetler yerleştirerek imik yalıtım uygulamaı, Yükek Lian Tezi, İtanbul Teknik Ünivetei, Fen Bilimle Entitüü, İtanbul, Soneji, B.B., Jangid, R:S:, Influence of oil tructure interaction on the repone of eimically iolated cable-tayed bdge, Soil ynamic and Earthquake Engineeng, 28(2008) Soyluk, A., Simik taban izolatorü kullanımının mima taarıma etkii, oktora Tezi, Gazi Ünivetei, Fen Bilimle Entitüü, Ankara, Tuna, M. E., Köprüler ve dinamik izolayon menetle, Gazi Ünivetei Fen Bilimle ergii, 11(2): Yazdani, N., Eddy, S.M., Cai, C.S., Validation of AASHTO beang tiffne for tandard precat concrete bdge girder, ACI Structural Journal, 97(2000), 3, Zaya, V., Low, S. ve Mahin, S.A., The FPS Earthquake Reiting Sytem Expemental Report, EERC Technical Report, UBC/EERC, Anahtar Sözcükler: AASHTO LRF 2012, Kauçuk Menetler, Öngelmeli Betonarme Köprüler.