BETONARME KÖPRÜLERİN YAPISAL ÇELİK ELEMANLAR KULLANILARAK DEPREME KARŞI GÜÇLENDİRİLMESİ UYGULAMALARI

Transkript

1 BETONARME KÖPRÜLERİN YAPISAL ÇELİK ELEMANLAR KULLANILARAK DEPREME KARŞI GÜÇLENDİRİLMESİ UYGULAMALARI E. Namlı 1, D.H.Yıldız. 2, A.Özten. 3, N.Çilingir. 4 1 Emay Uluslararası Mühendislik ve Müşavirlik A.Ş., İstanbul 2 Emay Uluslararası Mühendislik ve Müşavirlik A.Ş., İstanbul 3 Emay Uluslararası Mühendislik ve Müşavirlik A.Ş., İstanbul 4 Emay Uluslararası Mühendislik ve Müşavirlik A.Ş., İstanbul

2 GİRİŞ ÖN İNCELEME AŞAMALARI VE TESTLER SİSMİK DEĞERLENDİRMENİN GENEL İLKELERİ DEPREM GÜVENLİĞİ DEĞERLENDİRME YÖNTEMLERİ ANALİZ YÖNTEMLERİ KÖPRÜ YAPISININ SİSMİK DEĞERLENDİRİLMESİ YAPISAL MODEL SONUÇLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ ÖNERİLEN ONARIM VE GÜÇLENDİRME ÖNLEMLERİ SONUÇLAR E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 2/32

3 İstanbul Büyükşehir Belediyesi (İBB) tarafından yönetilen proje kapsamında (İBB), Belirli köprülerde inceleme ve deprem güvenliğini değerlendirme Gerek görülen köprüler için güçlendirme tasarımları ve projeleri hazırlanarak yeterli güvenlik seviyesinin sağlanması E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 3/32

4 Üsküdar Haydarpaşa Üstgeçit Köprüsü, Üsküdar ile Haydarpaşa arasındaki trafik akışını sağlamaktadır. Köprünün yapım yılı 1957 dir. E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 4/32

5 Köprü mevcut durum görünümü KÖPRÜ ÖZELLİKLERİ Söz konusu yapı 40.4m uzunluğunda, 20m genişliğindedir. Köprü birbirine eş 8 adet betonarme çerçeveden oluşmaktadır. Yapı monolitik kolon-kiriş bağlantısına sahiptir. Köprü çerçeve sistemi 25.00m lik bir iç açıklık ve 7.70m lik iki adet konsoldan oluşmaktadır E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 5/32

6 7.70m lik iki adet konsol Köprü boy kesit görünümü. 0.45m genişliğinde ve m arasında değişken yükseklikte ana kirişler 22cm kalınlığında betonarme döşeme 5.62m yüksekliğinde değişken kesitli kolonlar Köprünün plan görünümü. Kolon-temel birleşimi serbest dönebilen mafsallı birleşim 6/32

7 10Φ32 KOLON 3Φ12 3Φ m 0.45m (kolon üst ucu) 5Φ32 5Φ32 sargılı beton KİRİŞ 16Φ32 6Φ12 6Φ12 2Φ m 0.45m 0.22m 2.35m (kiriş derinliği en büyük) Figure 1.6. Sargı beton KİRİŞ 2Φ32 2Φ12 2Φ12 16Φ m 0.45m 0.22m 2.35m (kiriş derinliği en küçük) Mevcut projeler incelenerek eleman detayları ve donatı miktarları yukarıda gösterildiği şekilde belirlenmiştir. E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 7/32

8 Köprü betonlarında (15x15) cm küp için karakteristik basınç dayanımı kg/cm 2, ortalama dayanım kg/cm 2 olarak tespit edilmiştir. Elde edilen projeler ve yerinde yapılan görsel değerlendirmeye göre donatı sınıfı S220 olarak belirlenmiştir. 3-boyutlu haritalama/röleve çalışmaları Yerinde yapılan gözlem ve ölçümler Yerinde detaylı hasar ve durum incelemesi Malzeme deneyleri (karbonasyon, vs.) ile karot testleri E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 8/32

9 GEOTEKNİK İNCELEMELER Deprem bölgesi Zone 1. Jeolojik birim Kumtaşı Zemin sınıfı B Spektrum değerleri Ss<0.25 Ss=0.50 Ss=0.75 Ss=1 Ss> Zemin parametreleri Çalışma alanında planlanan hat üzerinde 2 adet geoteknik amaçlı sondaj yapılmıştır. Sondajlar sonucunda temellerin mesnetlendiği birim, kumtaşı birimi olarak belirlenmiştir. E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 9/32

10 Köprülerin değerlendirilmesinde DLH 2008 yönetmeliği temel alınmıştır. KÖPRÜ SINIFLARI ÖZEL KÖPRÜLER NORMAL KÖPRÜLER BASİT KÖPRÜLER İdare tarafından bildirilen karara göre Üsküdar, Haydarpaşa Üstgeçit Köprüsü özel köprü" sınıfında incelenmiştir. E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 10/32

11 Köprülerin performansa dayalı hesaplarında kullanılacak deprem düzeyleri D1, D2 ve D3 olmak üzere üç ayrı şekilde göz önüne alınmıştır (DLH 2008, ). Deprem Düzeyi D1 D2 D3 DLH Bölüm yılda aşılma olasılığı %50 %10 %2 Dönüş Periyodu 72 yıl 475 yıl 2475 yıl Tasarım Deprem Düzeyleri (DLH 2008,1.2.1.). E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 11/32

12 DLH 2008 Ek-A daki spektral ivme değerleri S s (kısa periyot için spektral ivme) ve S 1 (1.0 sn periyotu için spektral ivme) Zemin Sınıfı B için verilmiştir. Koordinatlara göre bulunan S s ve S 1 değerleri zemin sınıfı ve spektral ivme değerleri kullanılarak DLH 2008 Tablo 1.1 ve DLH Tablo 1.2 deki düzeltme katsayıları ile çarpılır. Deprem Tasarım Spektrumu [DLH & ] E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 12/32

13 3.1 Değerlendirme Yöntemleri DEPREM GÜVENLİĞİ DEĞERLENDİRM ESİ DAYANIMA GÖRE DEĞERLENDİR ME (DGD) ŞEKİL DEĞİŞTİRMEYE GÖRE DEĞERLENDİRME (ŞGD) KAPASİTE TASARIM PRENSİBİ ARTIMSAL İTME ANALİZİ ZAMAN TANIM ALANINDA ANALİZ E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 13/32

14 3.1 Deprem Güvenliği Değerlendirme Yöntemleri Değerlendirmede kullanılan performans limitleri Minimum Hasar (MH) ve Kontrollü Hasar (KH) performans düzeylerine ait limitlerdir. MH yapısal hasarın çok sınırlı olması durumu KH meydana gelmesine izin verilen performans düzeyi Özel Normal köprüler köprüler köprüde deprem etkisi ile hiç hasar meydana gelmemesi veya deprem etkisi altında çok ağır olmayan ve onarılabilir hasarın Basit köprüler Deprem Seviyesi Değerlendirme Yöntemi Performans Limiti D2 D3 D1 D2 D2 DG D ŞGD DGD ŞGD DGD MH KH MH KH KH DLH Köprü Sınıfına Göre Değerlendirme Yöntemleri [DLH Table 3.1&3.2] E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 14/32

15 DAYANIMA GÖRE DEĞERLENDİRME Yapının doğrusal elastik davranışından yola çıkılarak deprem etkileri bulunur ve Kapasite/Etki Oranı (K/E) kullanılarak bu etkiler değerlendirilir r = C D D EQ g r>1 Kapasite yeterli yetersiz r<1 Kapasite E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 15/32

16 ŞEKİL DEĞİŞTİRMEYE GÖRE DEĞERLENDİRME Yapı elemanlarının ve bağlantılarının dayanım kapasitelerine yaklaşması, ulaşması veya geçmesi durumlarında ortaya çıkan doğrusal olmayan davranışı göz önüne alır. Performansa Göre Değerlendirme olarak da bilinmektedir. İncelenen köprüde ŞGD için kontrollü hasar (KH) performans limitinin kullanılması öngörülmüştür. E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 16/32

17 3.2 ANALİZ YÖNTEMLERİ Birinci (hakim) moda ait etkin kütle katılım oranının %70 den fazla olduğu durumda artımsal itme analizi kullanarak yapılabilir [DLH ]. Bu koşul sağlanmıyorsa veya daha kapsamlı hesap gerektiren karmaşık ve/veya kurpta olan köprüler için değerlendirme zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Öngörülen performans düzeyine göre birim şekildeğiştirme limitleri tabloda verilen değerler olarak alınmıştır (DLH 2008,Tablo 3.4). Birim şekildeğiştirme Performans Düzeyi MH Beton basınç birim şekildeğiştirmesi, ε c Donatı çeliği birim şekildeğiştirmesi, ε s Performans Düzeyine Göre Birim Şekildeğiştirme Limitleri [DLH 2008 Table 3.4] E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 17/32 KH

18 MALZEME DENEY SONUÇLAR I (Beton karot örneği) (Çelik [DBYBHY kupon örneği) EK.7] MALZEME DAVRANIŞ MODELLERİ ÖNDEĞERLENDİRME JEORADAR / TEMEL ARAŞTIRMASI 3-D RÖLEVE / HARİTALAM A HASAR TESPİT ÇALIŞMALARI YAPI GEOMETRİSİ / ELEMAN BOYUTLARI / KESİT DAYANIMLARI SONDAJ ÇALIŞMAL ARI YAY/YATAK KATSAYILARI ZEMİN ÖZELLİKLERİ GEOTEKNİK RAPOR ZEMİN SINIFI [DLH EK- B] (A, B, C, D, E, F) DETAYLI İNCELEME SONLU ELEMAN MODELLEMESİ (SAP2000) KÖPRÜLERİN DEPREME GÖRE KARŞI DEĞERLENDİRİLME Sİ AKIŞ ŞEMASI YETERSİZ ELEMANLAR VEYA SİSTEM İÇİN ONARIM/ GÜÇLENDİRME PLANI KÖPRÜ GÜVENLİĞ İ YETERLİ DEĞİL BİR VEYA DAHA FAZLA ELEMAN İÇİN K/E < 1.0 DAYANIMA GÖRE DEĞERLENDİRME (DGD) K/E ORANLARI DEĞERLENDİRM ESİ ŞEKİLDEĞİŞTİRMEY E GÖRE DEĞERLENDİRME (ŞGD) (MH limitine göre) BÜTÜN ELEMANLAR İÇİN K/E 1.0 DEPREM TALEP SPEKTRUMLARI [DLH EK- A] D3 D2 D1 T KÖPRÜ COĞRAFİ KONUMU (ENLEM/BOYLA M) KÖPRÜ GÜÇLENDİRME PROJELERİNİN HAZIRLANMASI GÜÇLENDİR ME EKONOMİK VE TEKNİK OLARAK UYGUN YIKILIP YENİDEN YAPILMASI GEREKLİ BİR VEYA DAHA FAZLA PERFORMANS DÜZEYİ > KH PERFORMANS DÜZEYLERİ DEĞERLENDİRM ESİ (KH limitine göre) YAPISAL ELEMANLARIN HEPSİ İÇİN: PERFORMANS DÜZEYİ < KH KÖPRÜ GÜVENLİĞİ YETERLİ ONARIM / YENİLEME PROJELERİNİN HAZIRLANMASI 18/32

19 4.1. Yapısal model Köprünün yapısal modellemesi, SAP2000 bilgisayar programı ile, sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak yapılmıştır. E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 19/32

20 4.1. YAPISAL MODEL Köprünün mevcut durumdaki deprem dayanımının analizi için, biri DGD için diğeri ŞGD için olmak üzere iki ayrı model kullanılmıştır. Düşey elemanlarda çatlamış kesit özellikleri eksenel kuvvete bağlı etkin eğilme rijitliği ile tanımlanmış, kirişlerde ise çatlamış kesit eğilme rijitliği brüt kesit rijitliğinin %50 si olarak alınmıştır. E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 20/32

21 4.2. Sonuçların Değerlendirilmesi Köprü taşıyıcı sistemi detaylı inceleme sonucunda DGD ve ŞGD yöntemlerine göre değerlendirilmiştir. Dayanıma göre değerlendirme sonuçları aşağıdaki tabloda verilmiştir. Değerlendirilen Eleman r (kapasite/etki) Sonuç Köprü boyuna Ortaayak yeterli Eğilme tahkiki doğrultuda kolonları Köprü enine doğrultuda 0.78 < 1.00 yetersiz Kesme tahkiki Yüzeysel temel tahkiki Tabliye yerdeğiştirme tahkiki Ortaayak kolonları Ortaayak temeli Köprü boyuna doğrultuda 0.80 < 1.00 yetersiz Köprü enine doğrultuda yeterli Köprü boyuna < 1.00 yetersiz doğrultuda 0.56 Köprü enine doğrultuda yeterli Köprü boyuna 1.00 yeterli doğrultuda 1.42 Köprü enine doğrultuda 0.52 < 1.00 yetersiz E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 21/32

22 MEVCUT KÖPRÜ DGD DEĞERLENDİRMESİ Mevcut köprüde artımsal itme analizi yapıldı. Artımsal itme analizinde sistem performans noktasına ulaşamadan stabilitesini yitirdiği için mevcut durum için şekil değiştirmeye göre değerlendirme yapılamamıştır. E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 22/32

23 Mevcut köprü DGD ve ŞGD değerlendirmeleri sonucunda karşılaşılan bu durum nedeniyle, ortaayak kolonlarının, yüzeysel temelin ve kolon kiriş birleşim bölgelerinin güçlendirilmesine karar verilmiştir.. E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 23/32

24 Mevcut köprü sisteminin DGD ve ŞGD yöntemleri ile değerlendirmeleri sonucunda karşılaşılan bu durum nedeniyle ortaayak kolonlarının betonarme mantolama yöntemiyle güçlendirilmesine karar verilmiştir. Mevcut durumda mafsallı olan kolon-temel bağlantısının rijit hale getirilmesine ve temel boyutunun köprü boyuna doğrultusunda büyütülmesine karar verilmiştir. Kolon alt ucunda oluşan ortaayak kolonlarının mantosuna yerleştirilen boyuna eğilme donatıları mevcut temel içinde ankraj boyu kadar devam ettirilmiş ve böylece kolon-temel birleşimi rijit (dönmeye karşı tam tutulu) hale getirilmiştir. Mevcut ana kirişler güçlendirilmiş durumda yeniden değerlendirilmiş, mesnet bölgelerinde ve açıklıkta teşkil edilecek çelik levhalı-bulonlu birleşimlerle güçlendirilmelerine karar verilmiştir. E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 24/32

25 GÜÇLENDİRİLMİŞ KÖPRÜ ŞGD HESAP MODELİ Güçlendirilmiş köprüye DGD ve ŞGD modelleri yeniden oluşturuldu. E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 25/32

26 GÜÇLENDİRİLMİŞ KÖPRÜ DGD VE ŞGD DEĞERLENDİRMELERİ Köprüde gerçekleştirilen güçlendirme işlemlerinden sonra yapılan DGD ve ŞGD Değerlendirmeleri sonucunda köprünün yeterli güvenliği sağladığı görülmüştür. E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 26/32

27 Kolon üst ucu (mantolanmış) Kolon alt ucu(mantolanmış) Kolon alt ucu(mantolanmış) Güçlendirilmiş köprü boykesit görünümü E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 27/32

28 Kolon-kiriş birleşim bölgesinde altta moment aktaran bulonlu birleşim teşkil edilmiştir. Bayrak olarak tabir edilen bu takviyede çelik levhalar bulonlarla mevcut kolona ve mantolanmış kolona ankre edilmiştir. Kolon-kiriş birleşimi üst kesitte L luk korniyerler enleme kirişi yüzüne bulonlanmıştır. Kiriş üst kesitinde kapasite bu şekilde arttırılmıştır. E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 28/32

29 Güçlendirilen birleşimler kapasite tasarımı prensibine göre kontrol edilmiştir. Buna göre, birleşimin kapasitesinin arttırılmış toplam etkilere göre elde edilen birleşim iç kuvvetlerini güvenle karşıladığı kanıtlanmıştır. E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 29/32

30 Bu proje kapsamında, Dayanıma Göre Değerlendirmede response spektrum yöntemine göre çalışmalar yapılırken şekil değiştirmeye göre değerlendirmede artımsal itme analizi yöntemi uygulanmıştır. Yapılan değerlendirmeler sonucunda yetersizlik içerdiği belirlenen köprülerin depreme karşı güvenli hale getirilebilmesi için güçlendirme uygulama tasarımları geliştirilmiştir. Ülkemizin depremselliği yüksek bir bölgede yer aldığı gözönünde tutularak, bu tür değerlendirmelerin genelleştirilmesinin ve yaygınlaştırılmasının deprem etkilerinin olumsuz etkilerinin en aza indirgemesi açısından gerekli olduğu görüşüne varılmıştır. E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 30/32

31 [1] AASHTO (2002), Standard Specifications For Highway Bridges, American Association of State Highway and Transportation Officials, AASHTO, 17th Edition. [2] DBYYHY (2007) Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, T.C. Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Ankara. [3] DLH (2008) Kıyı ve Liman Yapıları, Demiryolları, Hava Meydanları İnşaatlarına İlişkin Deprem Teknik Yönetmeliği, Demiryolları, Limanlar ve Hava Meydanları İnşaatı Genel Müdürlüğü. [4] FEMA356 (2000), Prestandard and Commentary For the Seismic Rehabilitation of Buildings, American Society of Civil Engineers. [5] FHWA-HRT (2006), Seismic Retrofit Manual for Highway Structures: Part 1 Bridges, U.S. Department of Transportation Federal Highway Administration. [6] Dönmez M.C, Çilingir N., Özer E.(2014) Seismic evaluation and retrofit of an existing bridge by using current codes of practice, İstanbul Bridge Conference. E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 31/32

32 İLGİNİZ İÇİN TEŞEKKÜRLER E M A Y U L U S L A R A R A S I M Ü H E N D İ S L İ K v e M Ü Ş A V İ R L İ K A. Ş. E. Namlı 1, D.H.Yıldız 2, A.Özten 3, N.Çilingir 4 32/32