Kablolu Köprülerin Dinamik Davranışının Deprem Ve Trafik Yükleri Açısından İncelenmesi

Benzer belgeler
KABLO DESTEKLİ KÖPRÜLERİN DİNAMİK DAVRANIŞLARININ KARŞILAŞTIRILMASI

Fotoğraf Albümü. Zeliha Kuyumcu. Mesnetlerinden Farklı Yer Hareketlerine Maruz Kablolu Köprülerin Stokastik Analizi

FATİH SULTAN MEHMET KÖPRÜSÜ YAPISAL DAVRANIŞININ BELİRLENMESİ. Kubilay KAPTAN 1

KÖPRÜ SARSMA DENEYLERİYLE ARAÇLARIN KÖPRÜ DEPREM DAVRANIŞI ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN İNCELENMESİ

KABLOLU KÖPRÜLERDE TRAFİK YÜKLERİNİN NEDEN OLDUĞU DİNAMİK ETKİLER

Lif Takviyeli Kompozit Asma Yaya Köprüsünün Yapısal Davranışının İncelenmesi: Halgavor Asma Yaya Köprüsü

Hibrit ve Çelik Kablolu Köprülerin Dinamik Davranışlarının Karşılaştırılması

Karayolu Köprülerinin Modal Davranışına Kutu Kesitli Kiriş Şeklinin Etkisi Doç. Dr. Mehmet AKKÖSE

Betonarme Yapıların Davranışının Zaman Tanım Alanında Hesap Yöntemi ile Belirlenmesi

İtme Sürme Yöntemi İle İnşa Edilmiş Sürekli Ardgermeli Köprülerin Deprem Tasarımı. Özgür Özkul, Erdem Erdoğan, Hatice Karayiğit

YAKIN FAY VE UZAK FAY YER HAREKETLERİNİN EĞİK KABLO ASKILI KÖPRÜLER ÜZERİNDEKİ ETKİLERİ

İTME ANALİZİ KULLANILARAK YÜKSEK RİSKLİ DEPREM BÖLGESİNDEKİ BİR PREFABRİK YAPININ SİSMİK KAPASİTESİNİN İNCELENMESİ

EĞİK GERGİLİ KÖPRÜLERDE GERİLME İLERLEYİŞİNİN KARŞILAŞTIRMALI ANALİZİ

YARI RİJİT BİRLEŞİMLİ ÇELİK ÇERÇEVELERİN ANALİZİ

Şekil 1. DEÜ Test Asansörü kuyusu.

UZUN AÇIKLIKLI KÖPRÜLERDE HAREKETLİ YÜK TASARIM PARAMETRELERİNİN TÜRK LRFD METHODU İÇİN BELİRLENMESİ. Doç. Dr. Alp CANER & Yusuf DÖNMEZ

1.1 Yapı Dinamiğine Giriş

ÇOK KATLI BİNALARIN DEPREM ANALİZİ

Yığma yapı elemanları ve bu elemanlardan temel taşıyıcı olan yığma duvarlar ve malzeme karakteristiklerinin araştırılması

GEOMETRİK DÜZENSİZLİĞE SAHİP NURTEPE VİYADÜĞÜNÜN SİSMİK PERFORMANSININ FARKLI YÖNTEMLER KULLANILARAK BELİRLENMESİ

Güçlendirme Alternatiflerinin Doğrusal Olmayan Analitik Yöntemlerle İrdelenmesi

ANKARA ŞUBESİ PERŞEMBE SEMİNERLERİ

KUTU KESİTLİ ÖNGERİLMELİ PREFABRİKE KİRİŞLİ VİYADÜK TASARIMI. YÜKSEK LİSANS TEZİ İnş. Müh. Murat Emre BATMAZ. Anabilim Dalı : İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ

Yapı Sağlığı İzleme Sistemlerinin Farklı Taşıyıcı Sistemli Uzun Açıklıklı Tarihi Köprülere Uygulanması

Sıvı Depolarının Statik ve Dinamik Hesapları

YÜKSEK RİSKLİ DEPREM BÖLGESİNDEKİ BİR PREFABRİK YAPININ FARKLI YER HAREKETLERİ ETKİSİNDEKİ SİSMİK DAVRANIŞININ İNCELENMESİ

Dr. Taner HERGÜNER İnşaat Yük. Müh. K.G.M. 1. Bölge Müdürlüğü Sanat Yapıları Başmühendisi İSTANBUL, TÜRKİYE. Özet

ÇELİK PLAKALI ELASTOMERİK KÖPRÜ YASTIKLARININ DÜŞÜK SICAKLIK KAYMA DENEYLERİ

Farklı Zemin Koşullarındaki Betonarme Yapıların Davranışının Zaman Tanım Alanında Hesap Yöntemi ile İncelenmesi: 8 Katlı Çerçeve Örneği

MEVCUT KÖPRÜLERİN DEPREME KARŞI DEĞERLENDİRME VE GÜÇLENDİRME UYGULAMALARI. M. Cem Dönmez, Mehmet Erinçer Şefika Caculi, Necdet Çilingir

TDY 2007 de Kullanılan Farklı Zemin Sınıfları İçin Performans Değerlendirme Yöntemleri Üzerine Bir Araştırma

ÇOK KATLI BETONARME YAPILARIN DİNAMİK ANALİZİ

KAZIK GRUPLARININ SİSMİK ETKİ ALTINDAKİ PERFORMANSI PERFORMANCE OF PILE GROUPS UNDER SEISMIC EXCITATIONS

Dr. Süleyman ADANUR. Karadeniz Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü 61080, Trabzon, TÜRKİYE. Tel: , Faks:

Deprem Kayıtlarının Seçilmesi ve Ölçeklendirilmesi

Öngerilmeli Beton Sürekli Kirişlerin Bilgisayarla Hesabı

YER HAREKETİ DEĞİŞİM BİLEŞENLERİNİN KABLOLU KÖPRÜLERİN DİNAMİK DAVRANIŞI ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN ZEMİN KOŞULLARINA BAĞLI OLARAK İNCELENMESİ

EŞDEĞER DEPREM YÜKÜ YÖNTEMİ İLE BETONARME KIZAĞIN DEPREM PERFORMANSININ İNCELENMESİ

REZA SHIRZAD REZAEI 1

DEPREM ETKİSİNDEKİ YAPI DAVRANIŞINA ZEMİN TAŞIMA GÜCÜNÜN ETKİSİ. Özet

SARILMIŞ VE GELENEKSEL TİP YIĞMA YAPILARIN DEPREM DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ. Ali URAL 1

Ders Kodu Ders Adı İngilizce Ders Adı TE PR KR AKTS Ders Kodu Ders Adı İngilizce Ders Adı TE PR KR AKTS

FATİH SULTAN MEHMET KÖPRÜSÜ'NÜN TAŞIT YÜKLERİ ALTINDA YAPISAL DAVRANIŞININ BELİRLENMESİ

T.C. MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Uzay Çatı Sistemlerinin ANSYS Paket Programı Kullanılarak Statik Analizi

SANDIK KESİTLİ KÖPRÜLERİN ANALİZİ

BACA DİNAMİĞİ. Prof. Dr. Hikmet Hüseyin H

T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ (Y.L.) PROGRAMI EĞİTİM ÖĞRETİM YILI DERS KATALOĞU

ÇELİK UZAY ÇATI SİSTEMLİ HAL YAPILARIN DEPREM DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ. Armağan KORKMAZ *, Zeki AY **

BETONARME ÇERÇEVE YAPILARIN GERÇEK DEPREMLERE AİT İVME KAYITLARI İLE DOĞRUSAL OLMAYAN DİNAMİK ANALİZİ

İzmir Körfez Geçişi Projesi Ardgermeli Kavşak Köprüleri Tasarım Esasları

İzmit Körfez Geçişi Asma Köprüsü nün Dinamik Analizi

DOĞRUSAL OLMAYAN ANALİZ İÇİN KULLANILAN TİCARİ PROGRAMLARIN ÇERÇEVE SİSTEMLER İÇİN KARŞILAŞTIRILMASI

RÜZGAR YÜKÜNÜN BİR TİCARİ ARAÇ SERVİS KAPISINA OLAN ETKİLERİNİN İNCELENMESİ

UZAYSAL VE DOLU GÖVDELİ AŞIKLARIN ÇELİK ÇATI AĞIRLIĞINA ETKİSİNİN İNCELENMESİ

GÜLBURNU KÖPRÜSÜ GENEL BİLGİLER

GERÇEK ZAMANLI YAPI SAĞLIĞI İZLEME SİSTEMLERİ

İNŞ 320- Betonarme 2 Ders Notları / Prof Dr. Cengiz DÜNDAR Arş. Gör. Duygu BAŞLI

SÜREKLİLİK VE SÜREKSİZLİK DURUMLARINDA PERDE-ÇERÇEVE ETKİLEŞİMİ. İnşaat Y. Müh., Gebze Teknik Üniversitesi, Kocaeli 2

İTME SÜRME YÖNTEMİ İLE İNŞA EDİLMİŞ SÜREKLİ ARDGERMELİ KÖPRÜLERİN DEPREM TASARIMI

YAPILARDA BURULMA DÜZENSİZLİĞİ

SAP 2000 İLE BETONARME HESAPLAMA. Hazırlayan: Dr. Onur TUNABOYU Eskişehir Teknik Üniversitesi Müh. Fak. İnşaat Müh. Bölümü

Çok Katlı Yapılarda Elverişsiz Deprem Doğrultuları

İKİ BOYUTLU ÇUBUK SİSTEMLER İÇİN YAPI ANALİZ PROGRAM YAZMA SİSTEMATİĞİ

BİNALARDA DÜŞEY DEPREM ETKİSİNİN ZAMAN TANIM ALANINDA HESAP YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ

YAPI MEKANİĞİ LABORATUVARI

İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ (Bölüm-3) KÖPRÜLER

Proje Genel Bilgileri

Eşdeğer Deprem Yüklerinin Dağılım Biçimleri

BÖLÜM 2: DÜŞEY YÜKLERE GÖRE HESAP

Hiperstatik sistemlerin çözümünde, yer değiştirmelerin küçük olduğu ve gerilme - şekil değiştirme bağıntılarının lineer olduğu kabul edilmektedir.

BETONARME KÖPRÜLERİN YAPISAL ÇELİK ELEMANLAR KULLANILARAK DEPREME KARŞI GÜÇLENDİRİLMESİ UYGULAMALARI

Dairesel Temellerde Taban Gerilmelerinin ve Kesit Zorlarının Hesabı

Yapı Sistemlerinin Hesabı İçin. Matris Metotları. Prof.Dr. Engin ORAKDÖĞEN Doç.Dr. Ercan YÜKSEL Bahar Yarıyılı

Doç. Dr. Bilge DORAN

Tablo 1 Deney esnasında kullanacağımız numunelere ait elastisite modülleri tablosu

UZUN AÇIKLIKLI BETONARME KARAYOLU KÖPRÜLERİNİN DEPREM GÜVENLİKLERİNİN HASARSIZ DİNAMİK DENEYSEL YÖNTEMLERLE BELİRLENMESİ: BİRECİK KÖPRÜSÜ ÖRNEĞİ

YORULMA ANALİZLERİNDE ARAÇ DİNAMİĞİ MODELLERİNİN KULLANIMI

FARKLI ÇAPMA ETKİLERİNE MARUZ KALMIŞ BETONARME KİRİŞLERİN DAVRANIŞININ BELİRLENMESİ

İNM 208 DERS TANITIM

KİRİŞLERDE PLASTİK MAFSALIN PLASTİKLEŞME BÖLGESİNİ VEREN BİLGİSAYAR YAZILIMI

BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM HAFTA 6 COSMOSWORKS İLE ANALİZ

hir Osmangazi Üniversitesi, Mühendislik

İntegral Köprülerde Hareketli Yük Dağılımına Yapı-Zemin Etkileşimi ve Uç-Ayak Tabliye Sürekliliğinin Etkileri *

BÜYÜK AÇIKLIKLI KABLOLU KÖPRÜLERDE TRAFİK YÜKLERİNİN MEYDANA GETİRDİĞİ DİNAMİK ETKİLERİN İNCELENMESİ. Ayşegül CENGİZ YÜKSEK LİSANS TEZİ

Karadeniz Teknik Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

İÇERİSİ BETON İLE DOLDURULMUŞ ÇELİK BORU YAPI ELEMANLARININ DAYANIMININ ARAŞTIRILMASI ÖZET

BETONARME ÇERÇEVELERİN DEPREM HESABINDA TASARIM İVME SPEKTRUMU UYUMLU DİNAMİK YÖNTEMLERİN KARŞILAŞTIRILMASI

BETONARME PERDELERİN BETONARME YÜKSEK BİNALARIN DEPREM PERFORMANSINA ETKİLERİ

Yapım Aşamalarının Betonarme Binaların Yapısal Davranışına Etkisi

ihmal edilmeyecektir.

YUMUŞAK KAT DÜZENSİZLİĞİNİN VE DOLGU DUVARLARIN BETONARME BİNALARIN DEPREM DAVRANIŞINA ETKİLERİ

YAPI MÜHENDİSLİĞİ BİLGİSAYAR UYGULAMALARI

MEVCUT BETONARME BİNALARIN DOĞRUSAL ELASTİK VE DOĞRUSAL ELASTİK OLMAYAN HESAP YÖNTEMLERİ İLE İNCELENMESİ ÜZERİNE BİR DEĞERLENDİRME

AASHTO-LRFD kriterleri (Madde )

BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM HAFTA 6 COSMOSWORKS İLE ANALİZ

Posta Adresi: Karadeniz Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, 61080, Trabzon, Turkey.

DEMİRYOLU VİYADÜKLERİNİ OLUŞTURAN ÖNGERİLMELİ KUTU KESİTLİ BETON KÖPRÜ KİRİŞLERİNDE BURULMA ETKİLERİ ve AÇIKLIK BOYUNCA DİYAFRAM GEREKSİNİMİ

AÇI YÖNTEMİ Slope-deflection Method

ELASTİK ZEMİNE OTURAN SÜREKLİ TEMELLERİN KUVVET YÖNTEMİ İLE ANALİZİ VE SAYISAL HESABI İÇİN GELİŞTİRİLEN BİLGİSAYAR PROGRAMI

Transkript:

İnşaat Mühendisliği nde 100. Yıl Teknik Kongresi, 22-24 Kasım 2012 Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul Kablolu Köprülerin Dinamik Davranışının Deprem Ve Trafik Yükleri Açısından İncelenmesi Hüseyin Kartal, Kurtuluş Soyluk Gazi Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Ankara Öz Özellikle Marmara Bölgesi gibi deprem riskinin yüksek olduğu bölgelerde yapılacak uzun açıklıklı kablolu köprülerin tasarımında deprem ve trafik yükleri büyük öneme sahiptir. Bu nedenle, bu çalışmada, kablolu köprülerde deprem ve trafik yüklerinin meydana getirdiği dinamik etkiler incelenmiştir. Model olarak Japonya da bulunan 890m merkez açıklıklı Tatara Kablolu Köprüsü seçilmiştir. Sonlu elemanlar yöntemine göre hazırlanan üç boyutlu kablolu köprü modeli, deprem yüklemesi olarak üniform ve mesnetlerinden farklı yer hareketi uygulamaları için çözümlenirken, trafik yüklemesi için de üniform yayılı sabit ve hareketli trafik yüklemeleri için çözümlenmiştir. İki farklı zemin grubuna ait ivme kayıtları için yapılan analizler neticesinde, kritik deprem ve trafik yüklemeleri belirlenmiştir. Çalışma sonucunda, kablolu köprüler için mesnetlerinden farklı yer hareketi ve hareketli trafik yükü uygulamalarının daha kritik olduğu görülmüştür. Anahtar Sözcükler : Kablolu köprü, Mesnetlerinden farklı yer hareketi, Trafik yüklemesi. Abstract Earthquake and traffic loads are very important for the design of long-span cable-stayed bridges especially in the areas with high seismicity like Marmara Region. Therefore, this paper focuses on the effects of earthquake and traffic loadings on the dynamic behavior of cable-stayed bridges. Tatara Bridge, which is the second longest cablestayed bridge in the world, is considered as a numerical example in this study. While the multi support and uniform ground motion applications are considered as earthquake loadings, the moving traffic loading and the uniform distributed static loading applications are considered as traffic loadings for the solution of the 3D finite element modal of the bridge. Depending on the analyses results obtained for the acceleration recordings of two different soil conditions, the most critical earthquake and traffic loadings are determined. The results show that the multi support and moving traffic loadings are more critical for cable stayed bridges. Keywords : Cable - Stayed Bridges, Multi Support Excitation, Traffic Loading. 1

Giriş Günümüzde artan trafik yoğunluğu uzun açıklıklı kablolu köprülerin yapımını arttırmıştır. Özellikle yumuşak zemin üzerine yapılan bu tip köprülerde deprem ve trafik yükleri altında detaylı analizlerinin yapılması gerçekci bir tasarım için son derece önemlidir. Bu çalışmanın amacı kablolu köprülerde, deprem ve trafik yüklerinin meydana getirdiği dinamik etkileri belirlemektir. Genellikle bu yapıların deprem yükleri altındaki dinamik davranışı incelenirken köprü ayaklarının üniform yer hareketine maruz kaldığı kabul edilmiştir. Fakat son yıllarda köprülerin açıklıklarındaki artış göz önünde bulundurulduğunda, analizlerde üniform olmayan yer hareketi dikkate alınarak ve köprü sistemine mesnetlerinden farklı yer hareketi uygulanması gerekmektedir. Geçmişte üniform olmayan yer hareketi etkisi için çeşitli çalışmalar yapılmıştır. (Nazmy ve Abdel-Ghaffar 1992, Soyluk ve Dumanoğlu 2000, Allam ve Datta 1999, Soyluk ve Sıcacık 2012). Bu çalışmalarda mesnetlerinden farklı yer hareketinin önemine değinilmiştir. Trafik yüklemesinin de uzun açıklıklı kablolu köprülerin dinamik davranışı üzerinde önemli etkileri vardır. Sözkonusu köprülerin trafik yüklerine bağlı olarak analizi yapılırken köprünün ağır taşıtlar ile tam dolu olması veya üzerinden belirli aralıklar ve sabit hızlarla taşıtların geçmesi durumlarının incelenmesi yanında, taşıtların değişik konumlarda hareket halinde olduğu durumların da incelenmesi gerekmektedir. Zaman ve diğ. 1996, Bruno ve diğ. 2008, Cengiz ve diğ. 2011, yapmış oldukları çalışmalarda trafik yüklerinin kablolu köprüler üzerindeki etkileri üzerinde durmuşlarıdr. Anlaşılacağı üzere, kablolu köprülerin deprem ve trafik yükleri altında detaylı bir şekilde dinamik analizlerinin yapılması gerekmektedir. Bu çalışmada da trafik ve deprem yükleri ayrı ayrı ele alınıp, kitik deprem ve trafik yüklemeleri belirlenmeye çalışılmıştır. Deprem yüklemesi olarak orta sert zemin grubuna ait kayıtlar kullanılarak köprüye üniform ve mesnetlerinden farklı yer hareketi uygulanırken, trafik yüklemesi olarak, üniform yayılı sabit trafik yüklemesi ile hareketli trafik yüklemesi yapılıp, sonuçlar karşılaştırılmıştır. Farklı Yer Hareketi Uygulaması Teorik Formülasyon Yer hareketi neticesinde oluşan toplam yerdeğiştirme (v r ) iki bileşenin toplamı olarak yazılabilir. Bunlardan biri, farklı yer hareketinden diğeri ise atalet kuvvetlerinin etkisinden kaynaklanmaktadır. Atalet kuvvetleri düğüm noktaları ivme ve kütlelerinin çarpımından ibaret olduğu için, ikinci yerdeğiştirme bileşeni dinamik olarak tanımlanıp v d ile gösterilmektedir. Farklı yer hareketi durumunda farklı serbestlik derecelerinde farklı yerdeğiştirmeler gözlenecek ve bundan dolayı iç kuvvetler oluşacaktır. Bu yerdeğiştirmelerin hesaplanmasında kütlenin etkisi dikkate alınmadığından, söz konusu yerdeğiştirmeler zahiri-statik olarak isimlendirilmekte ve v s ile gösterilmektedir. Toplam yer değiştirme; v v s v d (1) olarak tanımlanır. Burada v, v, v s d simgeleri sırası ile toplam, zahiri ve dinamik yerdeğiştirme vektörleridir. Dinamik yerdeğiştirme vektörü; 2

Y t vd i i (2) i olarak tanımlanır. Burada; i Zahiri-statik yerdeğiştirme vektörü; v s r v, t r v 2, t... 1 1g 1 2 2g i. mod vektorü, t Y i ise zamana bağlı i. modal genliktir. (3) olarak tanımlanır. Burada; i r zemin yerdeğiştirmelerinin şekil vektörü, v ig ise yer ivmesinin yerdeğiştirme vektörüdür. t zaman, j ise yer hareketinin belirli bir referans noktasından başlayıp i.mesnet noktasına veya bölgeye varış zamanıdır (Soyluk ve Dumanoğlu, 2000). Taşıt Köprü Etkileşimi Taşıt kütlesinin köprü kütlesine oranının düşük olduğu durumlarda, daha basit modeller oluşturulabilmesi için taşıtın elastik ve ataletsel etkileri ihmal edilebilir. Hareketli yük modeli olarak tanımlanan bu modelde, köprü üzerinde hareket halinde olan taşıt Şekil 1 deki gibi hareketli tekil yük olarak dikkate alınmaktadır (Yang ve diğ. 2004). Şekil 1 Hareketli yük modeli (Yang ve diğ. 2004). Köprü taşıt etkileşiminin ihmal edildiği bu durumda, hareketli yük modeli sadece büyük sistemin (köprü) tepkisinin hesaplanmasında kullanılmaktadır. Bu modelde her ne kadar temas kuvvetleri ihmal edilse de, hareketli yükler altında köprünün temel dinamik karakteristikleri yeterli doğrulukta elde edilmektedir. Taşıt ataletinin ihmal edilemeyeceği durumlarda hareketli yük modeli yerine Şekil 2 deki hareketli kütle modeli kullanılmalıdır. Şekil 2 Hareketli kütle modeli (Yang ve diğ. 2004). Hareketli kütle modelinde hareketli kütlenin köprü üzerindeki sıçraması dikkate alınamamaktadır. Yüzey pürüzlülüğü ve yol düzensizliklerinin söz konusu olması durumunda ve köprü üzerinden yüksek hızlı taşıtların geçmesi durumunda, sıçrama etkisinin önemli olması beklenmektedir. Bu durumdaki taşıt modeli Şekil 3 de görülen yay-sönümleyici birimi ile desteklenen hareketli yaylı kütle modelidir (Yang ve diğ. 2004). Bu çalışmada, trafik yüklemesi için hareketli yük modeli dikkate alınmıştır. Şekil 3 Hareketli yaylı kütle modeli (Yang ve diğ. 2004). 3

Yapılan Çalışmalar Kablolu köprülerin deprem hareketi ve trafik yüklemelerine bağlı dinamik davranışını belirlemek amacıyla bu çalışmada Tatara Kablolu Köprüsü nümerik örnek olarak seçilmiştir. Japonya da inşa edilen Tatara Köprüsü, yapıldığı tarihte 890 m lik merkez açıklıkla dünyanın en uzun kablolu köprüsü ünvanına sahiptir. Köprünün 3 boyutlu sonlu elemanlar modeli, SAP 2000 Advanced V14.1.0 programı kullanılarak oluşturulmuştur. Dikkate alınan kablolu köprü örneğinde kritik deprem yüklemesini belirlemek için köprü modeline orta derecede sağlam kaya ile sağlam kaya zemin grubunda kaydedilmiş deplasman zaman kayıtları farklı mesnet noktalarına uygulanarak mesnetlerinden farklı yer hareketi uygulaması yapılırken, ivme zaman kayıtları kullanılarak üniform yer hareketi uygulaması yapılmıştır. Kritik trafik yüklemesini belirlemek için, köprü modeline hareketli trafik yüklemesi ile üniform yayılı sabit trafik yüklemesi yapılmıştır. Taşıt sınıfı olarak AASHTO da tanımlı ağır kamyon tipi olan HS20-44 kamyon sınıfı ile orta ağırlıkta kamyon tipi olan H20-44 seçilmiştir. Kablolu köprünün doğrusal olmayan davranışına bağlı olarak, köprünün zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizi gerçekleştirilmiştir. Doğrusal olmayan analiz, köprünün kendi ağırlığını da kapsayacak şekilde uygulanmıştır. Yapılan analizler neticesinde elde edilen sonuçlar karşılaştırılmış, kritik olan trafik yüklemesi belirlenmiştir. Tatara Kablolu Köprüsünün Genel Özellikleri Tatara Köprüsü Japonya da Ikuchijima Adası ile Ohmishima Adası nı birbirine bağlayan ve yapıldığı yılda (1999) dünyanın en uzun kablolu köprüsü ünvanına sahip köprüdür. Tatara Köprüsü nün toplam uzunluğu 1480 m olup, merkez açıklığı 890 m, kenar açıklık mesafeleri ise 270 m ve 320 m dir. Orta açıklık tabliyesi çelikten, kenar açıklık tabliyeleri ise çelik ve öngerilmeli betondan oluşmaktadır. Şekil 4' de köprünün genel yerleşimi gösterilmiştir. Tabliye kesiti orta kısımda 1312 m boyunca çelik olup, 105.5 m ve 62.5 m lik kenar kısımlarda negatif reaksiyonu engellemek için öngerilmeli beton kullanılmıştır (Yabuna ve diğ. 2001). Şekil 4 Tatara Köprüsü genel yerleşimi (Yabuna ve diğ. 2001). 4

Deprem Hareketinin Tanımlanması Tatara Köprüsü ne uygulanacak yer hareketinin modellemesinde 1999 Kocaeli Depremi ile, 1999 Chi Chi Depremi (Tayvan) kayıtları kullanılmıştır. Kocaeli Depremi kayıtları sağlam kaya zemin sınıfından, Chi Chi Depremi kayıtları ise orta sertlikteki kaya zemin sınıfından elde edilmiş kayıtlardır. Köprü, mesnetlerinden farklı yer hareketleri uygulanarak inceleneceğinden, iki farklı yer hareketi kayıdına ihtiyaç duyulmuştur. Bu nedenle 1999 Kocaeli Depremi nin İstanbul un Mecidiyeköy ve Yıldız semtlerinde ölçülmüş kayıtları, 1999 Chi Chi Depremi nin de Tayvan da birbirine yakın bölgelerden ölçülmüş kayıtları seçilmiştir (Pacific Earthquake Engineering Research). Şekil 5 Chi-1 ve Mecidiyeköy doğu yönünde deplasman - zaman kayıtları. Mesnetlerinden farklı yer hareketi uygulamasında, Ikuchhijima Adası tarafındaki mesnetlere Mecidiyeköy ve Chi-1 deplasman-zaman kayıtları kullanılarak yer hareketi uygulanırken, Ohmishima Adası tarafındaki mesnetlere Yıldız ve Chi-2 deplasmanzaman kayıtları kullanılarak enine, boyuna ve düşey yönde olmak üzere üç yönlü yer hareketi uygulanmıştır. Üniform yer hareketi uygulamasında ise Mecidiyeköy, Yıldız, Chi-1 ve Chi-2 ivme-zaman kayıtları kullanılarak her iki deprem kayıtı için köprü modeline üç yönlü üniform yer hareketi uygulanmıştır. Trafik Yüklemesi Tatara Köprüsü nün trafik yükü altındaki davranışı incelenirken AASHTO da tarifli ağır kamyon tipi olan HS20-44 kamyon sınıfı ile orta ağırlıkta kamyon tipi olan H20-44 kullanılarak üniform yayılı sabit trafik yükü ve hareketli taşıt yükü uygulaması yapılmıştır. Hareketli yük uygulamasında taşıtlar köprüye belirli zaman aralıklarıyla girmekte ve belirlenen toplam süre boyunca seçilen şeritler üzerinde hareket etmektedirler. Tatara Köprüsü iki adet gidiş yönünde ve iki adet de dönüş yönünde olmak üzere toplam 4 şeritli bir köprüdür (Yabuna ve diğ. 2001). Hereketli trafik yükü uygulamasında köprünün 2 şer şeridi karşılıklı olarak yüklenmeye başlanmış ve hareket süresi tamamlandığında köprü boyunca 4 şeritin de tamamen dolu olması sağlanmıştır. Böylelikle değişik mesafelerde yüklemeler yapılabildiğinden bir çok kritik durum analiz edilebilmiştir. Tatara Köprüsü nün boyu 1480 m olup, tasarım hızı 80 km/h (22 m/s) dir (Yabuna ve diğ. 2001). Analiz süresi, köprüye 80 km/h hızla giren taşıtların köprüden ayrılışına kadar geçen süre olup, 68s olarak hesaplanmıştır. Uzun açıklıklı köprülerde taşıtlar arasındaki mesafe köprünün kullanım amacına ve yoğunluğuna göre değişmektedir. Örneğin Fatih Sultan Mehmet Köprüsü nün tasarımında, aşırı hareketli 5

yük kombinasyonu için taşıtlar arası mesafe 25 m olarak alınmıştır (Dost ve diğ. 2001). Bu çalışmada da hareketli ve yayılı trafik yüklemesi için taşıtlar arası mesafe 25 m olarak kabul edilmiştir. Kamyon boyu ise en elverişsiz durumu oluşturmak için 9 m olarak kabul edilmiştir. Şekil 6 Köprünün tamamına üniform yayılı trafik yükü uygulaması. Köprünün Sonlu Elemanlar Modeli Tatara Köprüsü nün 3D sonlu eleman modeli SAP 2000 Advanced 14.1.0 (Şekil 7) sonlu elemanlar programı kullanılarak oluşturulmuştur. Köprü tabliyesi ve ana kuleler çubuk eleman olarak, kablolar ise SAP 2000 programının içinde mevcut bulunan özel kablo elemanları ile tanımlanmıştır. Modelde toplam 381 düğüm noktası, 214 çubuk eleman, 168 adet kablo eleman ve 170 adet bağlantı elemanı kullanılmıştır. Şekil 7 Tatara Köprüsü 3D bilgisayar modeli. Tabliye çubuk elemanlarının ana kule cubuk elemanlarına mesnetlendiği noktalarda bağlantı elemanları kullanılmıştır. Bu bağlantı elemanları düşeyde ve enine yönde sabit olup, köprü boyuna yönünde 20000 kn/m lik rijitliğe sahiptir (Endo ve diğ. 1991). Deprem Yüklemesi Analiz Sonuçları Şekil 8'de her iki deprem hareketi için uygulanan deprem yüklemeleri neticesinde tabliyede oluşan deplasman değerleri karşılaştırılmaktadır. Şekilden görüleceği gibi, gerek üniform yer hareketi ve gerekse de farklı yer hareketi uygulamalarında, orta sertlikteki zemin sınıfına karşılık gelen deprem kayıtlarının kullanıldığı ChiChi depremi için elde edilen tabliye düşey deplasman değerleri, sert zemin sınıfına karşılık gelen deprem kayıtlarının kullanıldığı Kocaeli depremi için belirlenen deplasmanlardan beklenildiği gibi daha büyük çıkmıştır. Bunun yanında, hem ChiChi depremi hem de Kocaeli depremi için farklı yer hareketi uygulaması ile belirlenen deplasman 6

değerlerinin, üniform yer hareketi için elde edilen deplasmanlardan daha büyük olduğu gözlenmektedir. En fazla düşey deplasman köprü açıklığının orta noktasında gözlenmiş olup, mesnetlerinden farklı yer hareketi uygulanması neticesinde, tabliye orta noktasında elde edilen deplasman değerleri, köprünün zati ağırlığından kaynaklanan deplasman değerine oranla Kocaeli depremi için %6, ChiChi depremi için %27 daha büyük çıkmıştır. Şekil 8 Deprem yüklemeleri neticesinde tabliyede oluşan düşey deplasmanlar. Her iki zemin sınıfı için uygulanan deprem yüklemeleri neticesinde 220 m yükseliğindeki ana kulede oluşan deplasman değerleri Şekil 9' da görülmektedir. Kule yatay deplasmanları için de üniform ve farklı yer hareketi uygulamalarında, orta sertlikteki zemin sınıfına karşılık gelen deprem kayıtlarının kullanıldığı ChiChi depremi için elde edilen kule yatay deplasman değerleri, sert zemin sınıfına karşılık gelen deprem kayıtlarının kullanıldığı Kocaeli depremi için belirlenen deplasmanlardan çok daha büyük çıkmıştır. Ayrıca, hem Kocaeli depremi hem de özellikle ChiChi depremi için farklı yer hareketi uygulaması ile belirlenen deplasman değerlerinin, üniform yer hareketi için elde edilen deplasmanlardan daha büyük olduğu gözlenmektedir. Şekil 9 Deprem yüklemeleri neticesinde ana kulede oluşan yatay deplasmanlar. 7

Şekil 10' da her iki deprem hareketi için uygulanan deprem yüklemeleri neticesinde tabliyede oluşan eğilme momenti değerleri görülmektedir. Her iki zemin grubuna ait deprem kayıtları için farklı yer hareketi uygulaması ile belirlenen tabliye eğilme momenti değerlerinin, üniform yer hareketi için elde edilen eğilme momentlerinden daha büyük olduğu gözlenmektedir. Ayrıca, ChiChi deprem kayıtları için elde edilen eğilme momentlerinin, Kocaeli deprem kayıtlarına oranla köprünün zati ağırlığından kaynaklanan eğilme momentlerini çok daha fazla arttırdığı görülmektedir. Şekil 10 Deprem yüklemeleri neticesinde tabliyede oluşan eğilme momentleri. Trafik Yüklemesi Şekil 11'de tabliyeye ve ana kuleye ait üç farklı trafik yüklemesi neticesinde elde edilen deplasman değerleri karşılaştırılmaktadır. Trafik yüklemesine bağlı olarak tabliyede elde edilen en büyük düşey deplasmanlar, HS20-44 ağır kamyon sınıfına karşılık gelen hareketli trafik yükü uygulaması için elde edilmiştir. Bunun yanında, söz konusu ağır kamyon yükünün sabit yayılı trafik yükü olarak uygulanması ile elde edilen deplasman değerleri, hareketli trafik yükü uygulaması için elde edilen değerlerle oldukça uyumlu çıkmıştır. Ayrıca, HS20-44 sınıfı ağır kamyon için tabliye orta noktasında elde edilen düşey deplasman değeri, köprü zati ağırlığından kaynaklanan deplasman değerinden %33 daha büyük çıkarken, H20-44 sınıfı orta ağırlıktaki kamyon için aynı noktada elde edilen deplasman değeri, köprü zati ağırlığından kaynaklanan deplasman değerinden %20 daha büyük çıkmıştır. Şekil 11 Trafik yüklemeleri neticesinde tabliyede ve ana kulede oluşan deplasmanlar. 8

Köprü tabliyesi için elde edilen değişimde olduğu gibi, trafik yüklemesine bağlı olarak kulede elde edilen en büyük yatay deplasmanlar, HS20-44 ağır kamyon sınıfına karşılık gelen hareketli trafik yükü uygulaması için elde edilmiştir. Bunun yanında, söz konusu ağır kamyon yükünün sabit yayılı trafik yükü olarak uygulanması ile elde edilen deplasman değerleri, hareketli trafik yükü uygulaması için elde edilen değerlerle hemen hemen aynı çıkmıştır. HS20-44 sınıfı ağır kamyon için kule tepe noktasında elde edilen yatay deplasman değeri, köprü zati ağırlığından kaynaklanan deplasman değerinden %31 daha büyük çıkarken, H20-44 sınıfı orta ağırlıktaki kamyon için aynı noktada elde edilen deplasman değeri, köprü zati ağırlığından kaynaklanan deplasman değerinden %18 daha büyük çıkmıştır. Şekil 12' de tabliyeye ait her üç trafik yüklemesine bağlı olarak elde edilen eğilme momenti değerleri karşılaştırılmaktadır. Tabliye ve kule yerdeğiştirmelerinde olduğu gibi, trafik yüklemesine bağlı olarak elde edilen en büyük eğilme momentleri, HS20-44 ağır kamyon sınıfına karşılık gelen hareketli trafik yükü uygulaması için elde edilmiştir. Ancak, deplasmanlar için elde edilen değişimden farklı olarak, söz konusu ağır kamyon yükünün sabit yayılı trafik yükü olarak uygulanması ile elde edilen deplasman değerleri, hareketli trafik yükü uygulaması için elde edilen değerlerden bir miktar daha küçük çıkmıştır. Nitekim, açıklık ortasında, kenar açıklıkta ve mesnet bölgesinde elde edilen maksimum eğilme momentleri arasında sırasıyla %24, %51 ve %2 fark değerler ortaya çıkmıştır. Şekil 12 Trafik yükleri neticesinde tabliyede oluşan eğilme momentleri. Sonuçlar Kablolu köprülerin tasarımında deprem ve trafik yüklerinin büyük önemi olduğundan, bu çalışmada kablolu köprülerin deprem ve trafik yükleri altındaki davranışları ayrı ayrı incelenmiştir. Deprem hareketinin etkisini belirlemek için yapılan analizler sonucunda, köprüye ait maksimum deplasmanların ve kesit tesirlerinin çalışmada dikkate alınan her iki zemin sınıfı için de mesnetlerinden farklı yer hareketi uygulaması neticesinde oluştuğu gözlenmiştir. Bu durumda kablolu köprülerin yer hareketi etkisi altındaki davranışlarını 9

incelerken, sadece üniform yer hareketi uygulanmasının yeterli olmadığı, her bir mesnete farklı yer hareketi verilerek de analizlerinin yapılması gerektiği görülmüştür. Trafik yüklemesinin etkisini belirlemek için yapılan analizler sonucunda, köprüye ait maksimum deplasmanların ve kesit tesirlerinin ağır kamyon sınıfının kullanıldığı hareketli trafik yüklemesi neticesinde oluştuğu gözlenmiştir. Ağır kamyon sınıfı yük değerleri kullanılarak köprünün tamamına üniform yayılı sabit trafik yükü uygulanması neticesinde, köprüde oluşan deplasman değerleri hareketli trafik yüklemesi neticesinde oluşan değerler ile yaklaşık olarak aynı çıkmıştır. Bunun yanında, hareketli trafik yüklemesi ile belirlenen moment değerleri, köprünün tamamına üniform yayılı sabit trafik yükü uygulanması ile elde edilen moment değerlerinden daha büyük çıkmıştır. Bu durumda, uzun açıklıklı kablolu köprülerin trafik yükleri altındaki davranışlarını incelerken, sadece üniform statik yükleme yapmanın yeterli olmayacağı, bir çok taşıt konumunu içeren hareketli trafik yüklemesi uygulanarak analizlerin yapılması gerektiği anlaşılmaktadır. Kaynaklar American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) (2007), LRFD Bridge Design Specifications. 4th edition Allam, S. M., Datta, T. K.(1999), Seismic Behaviour of Cable-Stayed Bridges Under Multi-Component Random Ground Motion, Engineering Structures, pp 62-74 Bruno, D., Greco, F., Lonetti, P. (2008), Dynamic Impact Analysis of Cable-Stayed Bridges Under Moving Loads, Engineering Structures, pp 1160-1177 Cengiz A., Soyluk, K., Sıcacık E. A. (2011), Kablolu Köprülerde Trafik Yüklerinin Neden Olduğu Dinamik Etkiler, Gazi Üniversitesi, Müh. Mim. Fak. Dergisi, pp 243-252, Ankara Dost, Y. and Dedeoğlu, E. (2008) Fatih Sultan Mehmet Köprüsü nün Projelendirme ve Yapım Aşamaları, Karayolları Genel Müdürlüğü, pp. 37-38 Endo, T., Iijima, T., Okukawa, A., Ito., M. (1991), The technical challenge of a long cable-stayed bridge Tatara Bridge Cable-Stayed Bridges : Recent Developments and Their Future : Proceedings of the Seminar, pp. 417-436, Yokohama, Japan Nazmy, A.S., Abdel-Ghaffar, A.M.(1992), Effects of Ground Motion Spatial Variability on the Response of Cable-Stayed Bridges, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, pp 1-20 Soyluk, K., Dumanoğlu, A. A. (2000), Comparison of Asynchronous and Stochastic Dynamic Response of a Cable-Stayed Bridge, Engineering Structures, pp 435-445 Soyluk, K., Sıcacık E. A.(2012), "Soil-Structure Interaction Analysis of Cable-Stayed Bridges for Spatially Varying Ground Motion Components", Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Do : 10.1016/j.soildyn pp. 1-11 PEER (Pacific Earthquake Engineering Research) Strong Motion Database (2000), Retrieved from http://peer.berkeley.edu/smcat Yabuna, M., Fujiwara, T., Sumi., K., Nose, T., Suzuki, M. (2001), Design of Tatara Bridge, IHI Engineering Review, pp. 87-102, Japan Yang, Y.B., Yau, J.D., Wu, Y.S. (2004) Vehicle-Bridge Interaction Dynamics, World Scientific, pp. 149-155, Singapore Zaman, M., Taheri, M. R., Khanna, A. (1996), Dynamic Response of Cable-Stayed Bridges to Moving Vehicles Using the Structural Impedence Method, Applied Mathematical Modeling, (20) : pp. 877-889 10