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

Benzer belgeler
KARAYOLU KÖPRÜLERİNİN SONLU ELEMAN MODELLERİNİN OPERASYONAL MODAL ANALİZ YÖNTEMİYLE İYİLEŞTİRİLMESİ

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

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

Kömürhan Köprüsünün Sonlu Eleman Model İyileştirilmesi *

TARİHİ KÖPRÜLERİN DEPREM DAVRANIŞINA SONLU ELEMAN MODEL İYİLEŞTİRİLMESİNİN ETKİSİ

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

ANALİTİK MODEL GÜNCELLEME YÖNTEMİ KULLANILARAK KÖPRÜLERİN HASAR TESPİTİ

DENEYSEL MODAL ANALİZ YÖNTEMİ İLE DÜZLEM ÇERÇEVELERİN DİNAMİK KARAKTERİSTİKLERİNİN BELİRLENMESİ

DERİNER BETON KEMER BARAJI NIN DENEYSEL DİNAMİK ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ

ÇEVRESEL TİTREŞİM VERİLERİ KULLANILARAK KEMER BARAJLARIN HASAR DEĞERLENDİRMESİ

Düzlem Çelik Çerçeve Sistemlerin Operasyonel Modal Analizi

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

Ölçekli Yığma Taş Kemer Köprü Modelinin Dinamik Davranışının Deneysel ve Analitik Olarak İncelenmesi

Binaların Dinamik Parametrelerinin Operasyonal Modal Analiz Yöntemiyle Belirlenmesi *

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

Hibrit ve Çelik Kablolu Köprülerin Dinamik Davranışlarının Karşılaştırılması

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

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

Şekil 1. DEÜ Test Asansörü kuyusu.

Betonarme Binalarda İnşa Aşamalarının Dinamik Karakteristiklere Etkisinin Operasyonal Modal Analiz Yöntemiyle Belirlenmesi

YAPI MEKANİĞİ LABORATUVARI

BETONARME BİR YAPIDA ÇEVRESEL VE KUVVET ETKİSİNDE TİTREŞİM ANALİZLERİ AMBIENT AND FORCED VIBRATION SURVEY IN A REINFORCED CONCRETE BUILDING

Prefabrik Yapıların Dinamik Davranışlarının. hasarsız deneysel yöntemlerle belirlenmesi

Karadeniz Teknik Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

FATİH SULTAN MEHMET KÖPRÜSÜ YAPISAL DAVRANIŞININ BELİRLENMESİ. Kubilay KAPTAN 1

SARSMA TABLASINA YERLEŞTİRİLMİŞ 3 KATLI HASARLI VE HASARSIZ ÇELİK YAPI MODELİNİN DİNAMİK KARAKTERİSTİKLERİNİN BELİRLENMESİ

Musa DEMİRCİ. KTO Karatay Üniversitesi. Konya

SİMETRİK VE SİMETRİK OLMAYAN ÜÇ BOYUTLU ÇELİK YAPILARIN OPERASYONEL MODAL ANALİZİ

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

ÇELİK BİNALARDA MODAL ÖZELLİKLERİN DEĞIŞİMİNİN YAPIM SÜRESİNCE İZLENMESİ

Sıvı Depolarının Statik ve Dinamik Hesapları

DOKUZ KATLI TÜNEL KALIP BİNA SONLU ELEMAN MODELİNİN ZORLAMALI TİTREŞİM TEST VERİLERİ İLE GÜNCELLENMESİ

Uzay Çatı Sistemlerinin ANSYS Paket Programı Kullanılarak Statik Analizi

ÇOK KATLI BİNALARIN DEPREM ANALİZİ

TESTBOX Serisi Cihazlar ile Tarihi Bir Yapıda Kablosuz Yapısal Sağlık Takibi

TARİHİ TAŞ KEMER KÖPRÜLERİN MODAL DAVRANIŞLARININ KÖPRÜ BOYUTLARINA BAĞLI OLARAK TAHMİN EDİLMESİ

REZA SHIRZAD REZAEI 1

SÜLEYMANİYE CAMİİ NİN FARKLI DEPREM KAYITLARI ALTINDA DAVRANIŞININ İNCELENMESİ

DEPREM YÖNETMELİĞİNDEKİ FARKLI ZEMİN SINIFLARINA GÖRE YAPI DAVRANIŞLARININ İRDELENMESİ

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

BACA DİNAMİĞİ. Prof. Dr. Hikmet Hüseyin H

Yapım Aşamalarının Betonarme Binaların Yapısal Davranışına Etkisi

KİRİŞLERDE PLASTİK MAFSALIN PLASTİKLEŞME BÖLGESİNİ VEREN BİLGİSAYAR YAZILIMI

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

Posta Adresi: Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, Esentepe Kampüsü/Sakarya

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

KODU DERSİN ADI SORUMLUSU YER P.TESİ SALI ÇARŞ PERŞ CUMA Yüksek Lisans Tezi Doç. Dr. Tayfun DEDE

Güçlendirme Alternatiflerinin Doğrusal Olmayan Analitik Yöntemlerle İrdelenmesi

K VE DİRSEK TİPİ EĞİK ELEMANLARLA RİJİTLEŞTİRİLMİŞ DEPREM ETKİSİNDEKİ YAPILARIN LİNEER DAVRANIŞLARININ KARŞILAŞTIRMALI OLARAK İNCELENMESİ

KÖPRÜ SARSMA DENEYLERİYLE ARAÇLARIN KÖPRÜ DEPREM DAVRANIŞI ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN İNCELENMESİ

TAŞIYICI DUVARLARDA FARKLI BOŞLUK YAPILANDIRMASINA SAHİP SARILMIŞ YIĞMA YAPILARIN DEPREM DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ. Ali URAL 1

ÇOK KATLI BETONARME YAPILARIN DİNAMİK ANALİZİ

Yarıyıl Kodu Dersin Adı Sorumlusu Sınav Yeri

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

GEOMETRİK DÜZENSİZLİĞE SAHİP NURTEPE VİYADÜĞÜNÜN SİSMİK PERFORMANSININ FARKLI YÖNTEMLER KULLANILARAK BELİRLENMESİ

BETONARME YAPILARDA BETON SINIFININ TAŞIYICI SİSTEM DAVRANIŞINA ETKİSİ

HOŞGELDİNİZ Mustafa ERGÜN Şevket ATEŞ

DUMLUPINAR ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ GÜZ YARIYILI

Ege Üniv. Müh. Fak. İnşaat Müh. Böl. Bornova / İZMİR Tel: Faks:

HARAKETLİ YÜK PROBLEMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

Erdal İRTEM-Kaan TÜRKER- Umut HASGÜL BALIKESİR ÜNİVERSİTESİ MÜH. MİM. FAKÜLTESİ İNŞAAT MÜH. BL.

İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ (Bölüm-3) KÖPRÜLER

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

YAPILARDA BURULMA DÜZENSİZLİĞİ

Eşdeğer Deprem Yüklerinin Dağılım Biçimleri

Karayolu Üstyapıları (Rijit-Esnek) İçin Alternatif Prefabrik Plak Yönteminin Geliştirilmesi

TARİHÎ KEMER KÖPRÜLERİN SONLU ELEMAN METODUYLA ANALİZİ. Ali URAL 1 aliural@ktu.edu.tr

BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM HAFTA 9 COSMOSWORKS İLE ANALİZ

İÇİNDEKİLER. Sayfa ÖNSÖZ... II ÖZET... VIII SUMMARY...IX ŞEKİL LİSTESİ... X TABLO LİSTESİ...XIX SEMBOL LİSTESİ...XX

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

İzmit Körfez Geçişi Asma Köprüsü nün Dinamik Analizi

T.C. MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

YIĞMA YAPILARIN YAPISAL DAVRANIġININ ĠNCELENMESĠ

ANTAKYA MÜZE OTEL TAŞIYICI SİSTEM PROJESİ. İnş.Yük.Müh. Bülent DEVECİ

KABLO DESTEKLİ KÖPRÜLERİN DİNAMİK DAVRANIŞLARININ KARŞILAŞTIRILMASI

Döşemelerdeki Boşluk Konumunun Kayma Gerilmesine Etkisinin İncelenmesi Investigation of Effect of Slab Opening Location to the Shear Stress

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Afyon Kocatepe University Journal of Science and Engineering

ÜÇ AÇIKLIKLI TARİHİ YIĞMA KEMER KÖPRÜNÜN YAPISAL DAVRANIŞININ BELİRLENMESİ

BETONARME BİNALAR İÇİN HASARGÖREBİLİRLİK EĞRİLERİNİN BELİRLENMESİ

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

Kirişli Döşemeli Betonarme Yapılarda Döşeme Boşluklarının Kat Deplasmanlarına Etkisi. Giriş

Kablolu Köprülerin Dinamik Davranışının Deprem Ve Trafik Yükleri Açısından İncelenmesi

YAPILARIN ZORLANMIŞ TİTREŞİM DURUMLARININ ARAŞTIRILMASI

ESKİŞEHİR-KÖSEKÖY HIZLI TREN HATTINDAKİ KÖPRÜ VE VİYADÜKLERİN ÜSTYAPILARININ TASARIMI

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

PERDELERDEKİ BOŞLUKLARIN YATAY ÖTELENMEYE ETKİSİ. Ayşe Elif ÖZSOY 1, Kaya ÖZGEN 2 elifozsoy@hotmail.com

KÜTAHYA YEŞİL MİNARENİN KAPALI VE AÇIK ŞEREFELİ DİNAMİK DAVRANIŞLARININ KARŞILAŞTIRILMASI

Farklı Özeliklerdeki Betonarme Çerçevelerin Çevresel Titreşimler Altında Dinamik Karakteristiklerinin Deneysel Modal Analiz Yöntemiyle Belirlenmesi

DENGELİ KONSOL BETONARME KÖPRÜLER İÇİN DENEYSEL YÖNTEMLERE DAYALI DOĞAL FREKANS FORMÜLÜ

2.3. Dinamik Benzeri Yöntemler ile Ölçekli Beton Barajda Deprem Simulasyonu

YAPI ZEMİN ETKİLEŞİMİ. Yrd. Doç. Dr Mehmet Alpaslan KÖROĞLU

DENİZ PETROL TLP-TİPLİ PLATFORMUN MODEL DİNAMİK İNCELENMESİ

Yapısal Analiz Programı SAP2000 Bilgi Aktarımı ve Kullanımı. Doç.Dr. Bilge Doran

Mukavemet-I. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Kompozit Kolon Elemanların Modal Davranışlarının Belirlenmesi

... Alemdar BAYRAKTAR, Ahmet Can ALTUNIfiIK, Bar fl SEV M, Temel TÜRKER, Fatma B R NC Karadeniz Teknik Üniversitesi, nflaat Mühendisli i Bölümü

Aktif Titreşim Kontrolü için Bir Yapının Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Modelinin Elde Edilmesi ve PID, PPF Kontrolcü Tasarımları

DENEY 2 ANKASTRE KİRİŞLERDE GERİNİM ÖLÇÜMLERİ

Üzerinde birden fazla yay-kütle sistemi bulunan eksenel yük etkisi altındaki kirişlerin serbest titreşim analizi

Transkript:

KARAYOLU KÖPRÜLERİNİN DEPREM DAVRANIŞLARININ OPERASYONAL MODAL ANALİZ YÖNTEMİYLE BELİRLENMESİ DETERMINATION OF EARTHQUAKE BEHAVIOR OF HIGHWAY BRIDGES BY OPERATIONAL MODAL ANALYSIS BAYRAKTAR A., ALTUNIŞIK A. C., SEVİM B., TÜRKER T., ATEŞ Ş., ADANUR S. Posta Adresi: Karadeniz Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, 61080, Trabzon, Turkey. E-posta: ahmetcan8284@hotmail.com Anahtar Kelimeler: Deprem davranışı, Dinamik karakteristik, Karayolu köprüsü, Operasyonal modal analiz, Sonlu eleman model iyileştirilmesi. ÖZ Bu çalışmada, karayolu köprülerinin deprem davranışlarının Operasyonal Modal Analiz yöntemi kullanılarak belirlenmesi amaçlanmaktadır. Uygulama amacıyla Trabzon İlinde bulunan ve ağır araç trafiğine maruz bir karayolu köprüsü seçilmektedir. SAP2000 sonlu eleman programıyla analitik olarak dinamik karakteristikleri belirlenen köprünün, Operasyonal Modal Analiz yöntemiyle de frekansları, mod şekilleri ve sönüm oranları belirlenmektedir. Operasyonal Modal Analiz yönteminde uyarıcı olarak trafik yükü ve yaya hareketi gibi çevresel etkilerden yararlanılmaktadır. Analitik ve deneysel olarak belirlenen dinamik karakteristikler arasındaki farklılıklar taşıyıcı sistem elemanlarının malzeme özelliklerindeki değişimleri dikkate alınarak sonlu eleman model iyileştirilmesiyle giderilmektedir. Seçilen deprem kaydı için, karayolu köprüsünün iyileştirilen sonlu eleman modeli analiz edilerek olası bir deprem davranışı belirlenmektedir. Çalışmadan, karayolu köprülerinin sonlu eleman modellerinin deneysel sonuçlara göre iyileştirilmesi gerekliliği ortaya konulmakta ve köprünün en çok zorlanan ve muhtemel çatlakların oluşabileceği kesitler belirlenmektedir. ABSTRACT In this study, it is aimed to determine the earthquake behavior of highway bridges using Operational Modal Analysis. A highway bridge located in Trabzon is selected as an application. Dynamic characteristics such as frequencies and mode shapes are determined both analytical modal analysis using SAP2000 finite element program and Operational Modal Analyses using ambition vibrations such as traffic load and human walking. By comparing the finite element and Operational Modal Analyses results, updated model of the bridge is created considering uncertainties in the material properties of the structural elements of the bridge. Updated model of the bridge subjected to selected earthquake record is analyzed to evaluate earthquake behavior. It is seen from the results that finite element model updating must be considered in the analyses. Also, maximum stressed sections of bridge are determined. GİRİŞ Yapıların dinamik özellikleri olarak adlandırılan frekans, mod şekli ve sönüm oranlarının deneysel ölçüm yöntemleri kullanılarak belirlenmesinde birçok köprü tipinin yanında (yığma köprüler, asma köpüler, kablolu köprüler, yaya üst geçitleri ve kemer köprüler) karayolu köprüleri de yaygın kullanım alanı bulmaktadır. Deneysel ölçüm yöntemleri olarak Deneysel ve Operasyonal Modal Analiz yöntemleri literatürde yaygın olarak 368

kullanılmaktadır. Deneysel Modal Analiz yönteminde yapı, bilinen ve ölçülebilen uyarıcılar ile (elektrodinamik shaker ve çekiç) titreştirilmekte ve yapının bu titreşime verdiği tepki ölçülmektedir. Operasyonal Modal Analiz yönteminde ise rüzgâr, taşıt yükü ve yaya hareketi gibi zamana bağlı değişen uyarıcılar dikkate alınmaktadır. Operasyonal Modal Analiz yöntemi kullanılarak önemli mühendislik yapıları olarak adlandırılan köprülerin dinamik karakteristiklerinin belirlenmesi konusunda birçok çalışma mevcuttur. Bu çalışmalarda, Paultre ve diğ. (1995), trafik yükü altında karayolu köprülerinin dinamik testlerini gerçekleştirmişlerdir. Pang (1996), Karayolu Köprülerinin Modellenmesi ve Deneysel Modal Analizi adlı doktora tezinde Oklahama da bulunan Walnut Creek köprüsünü incelemiştir. Deneysel ölçümlerde frekans ve zaman ortamındaki yöntemler dikkate alınmış, uyarıcı olarak sarsıcılar kullanılmıştır. Ren ve diğ. (2004) yapmış oldukları çalışmada, Roebling asma köprüsünün doğal uyarıcılar altında dinamik karakteristiklerini belirlemişler ve köprünün sonlu eleman modelini kablo kesit alanlarında %40 lara varan azalmalar yaparak iyileştirmişlerdir. Kwasniewski ve diğ. (2006), karayolu köprülerinin dinamik davranışını değişken yükler altında deneysel olarak incelemişlerdir. Yapılan çalışmanın karayolu köprülerinin gerçek yük kapasitesi ve performans değerlendirmesinin belirlenmesinde etkili ve gerekli olduğu vurgulanmıştır. Bayraktar ve diğ. (2007a-b), Operasyonal Modal Analiz yöntemi ile yığma köprülerin ve yaya üst geçitlerinin dinamik karakteristiklerini belirlemişler, analitik ve deneysel olarak belirlenen dinamik karakteristikleri karşılaştırarak köprülerin sonlu eleman modellerini iyileştirmişlerdir. Ayrıca bu çalışmalarda, malzeme özellikleri ve sınır şartlarının köprülerin gerçek durumunu yansıtan sonlu eleman modelini oluşturmada etkili olduğu vurgulanmış ve olası bir deprem davranışı belirlenmiştir. Bu çalışmada, Trabzon ili Of ilçesinde bulunan bir karayolu köprüsünün dinamik karakteristikleri analitik ve Operasyonal Modal Analiz yöntemleri kullanılarak belirlenmiş, analitik ve deneysel dinamik karakteristikler karşılaştırılarak karayolu köprüsünün sonlu eleman modeli iyileştirilmiştir. Operasyonal Modal Analiz yönteminde trafik yükü uyarıcı olarak dikkate alınmıştır. Köprünün iyileştirilmiş sonlu eleman modeli seçilen deprem yer hareketi kaydı için analiz edilerek deprem davranışı ve en çok zorlanan kesitleri belirlenmiştir. FORMÜLASYON Operasyonal Modal Analiz Yönteminde yapının çevresel bir etki ile titreştirildiği kabul edilmekte ve yapının bu titreşime göstermiş olduğu tepki ölçülmektedir. Tepkilerin ölçülüp değerlendirilmesinde frekans ortamında Piklerin Seçilmesi (Peak Picking-PP) yöntemi yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu yöntemde bilinmeyen etki ve ölçülen tepki fonksiyonları arasındaki ilişki Denklem 1 de verilmektedir (Bendat ve Piersol, 1986). * [ ] [ ][ ] T yy ω = H( ) G ( ) H( ) xx G ( ) ω ω ω (1) Burada; G xx ( ω ) etki sinyalinin güç spektral yoğunluk fonksiyonunu, G yy ( ω ) tepki sinyalinin güç spektral yoğunluk fonksiyonunu ve H frekans davranış fonksiyonunu göstermektedir. Denklemdeki * ve T sırasıyla ifadelerin kompleks eşleniğini ve transpozunu göstermektedir. Tepki sinyaline ait güç spektral yoğunluk fonksiyonu tek kutuplu artık değer fonksiyonu formunda Denklem 2 deki şekilde elde edilmektedir. d ψψ d ψψ (2) T * * H k k k k k k yy ω = + * k= Sub( ω) jω λk jω λk G ( ) 369

Burada, d k sabit bir değer ve ψ k ise k. mod şekli vektörüdür. H kompleks eşleniğin transpozunu göstermektedir. Tepki sinyali güç spektral yoğunluk fonksiyonu, tekil değer ayrışımı gerçekleştirilerek ayrık değerler olarak Denklem 3 te verilmektedir. Ĝ (j ω ) = USU (3) H yy i i i i Burada, U i u ij tekil vektörlerinden oluşan birim matrisi, S i s ij tekil değerlerden oluşan diyagonal matrisi göstermektedir. Spektrumlarda k. moda yakın bölgelerde k. mod baskındır ve güç spektral yoğunluk fonksiyonu tek matris olarak Denklem 4 teki şekilde verilebilmektedir. Ĝ (j ω ) = s u u, ω =ω (4) H yy i i i1 i1 i k Bu yöntemde, doğal frekanslar tekil değerlerin dağılımında pikler olarak, mod şekilleri ise tekil vektörler olarak elde edilmektedir. Modal sönüm oranları ise tekil pik değerlerin hızlı Fourier dönüşümü ile zaman ortamına aktarılması ve logaritmik azalım yönteminin kullanılmasıyla hesaplanmaktadır. UYGULAMA Çalışma kapsamında, aktif ve ağır taşıt trafiğine maruz bir karayolu köprüsünün sonlu eleman modelinin analitik ve deneysel yöntemler kullanılarak belirlenen modal parametreler dikkate alınarak iyileştirilmesi ve köprünün mevcut durumunu yansıtan gerçek sonlu eleman modelinin oluşturularak olası bir deprem davranışının belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, Trabzon un Of ilçesinde bulunan bir karayolu köprüsü seçilmiştir. Birçok köy yolu üzerinde bulunan köprü, tersane şantiyeleri için gerekli olan malzemelerin elde edildiği taş ocağı yolu üzerinde de bulunduğundan yoğun ağır taşıt trafiğine maruz kalmaktadır. Seçilen köprü yaklaşık 20 yıllık geçmişe sahiptir. Şekil 1 de karayolu köprüsüne ait bazı görünüşler verilmektedir. Şekil-1. Karayolu köprüsüne ait bazı görünüşler. 370

Köprünün Analitik Modeli Seçilen karayolu köprüsünün toplam boyu 61,5m olup, 8,5m genişliğe sahiptir. Köprünün tabliye kalınlığı 20cm dir. Tabliyenin alt kısmında boyuna doğrultuda uzunluğu 20,5m ve yüksekliği 1m olan üç sıra betonarme I profili bulunmaktadır. Her bir sırada enine doğrultuda yan yana dokuz adet I profili yer almaktadır. Profiller kıyıda kenar, ortalarda ise kolon ayaklara oturmaktadır. Her bir kolon 10m yüksekliğinde ve 6,40mx0,50m kesitlidir. Tabliye kenarlarında 50cm genişliğinde ve 20cm kalınlığında yaya geçişi bulunmaktadır. Köprü kenarlarında 80cm yüksekliğinde korkuluklar mevcuttur. Yaya geçişleri ve kenarlardaki korkulukların kütleleri köprünün iyileştirilmiş sonlu eleman modeli oluşturulurken tabliye kütlesine eklenmiştir. Çalışma kapsamında seçilen karayolu köprüsü için dikkate alınan malzeme özellikleri Tablo 1 de verilmektedir. Tablo-1. Analizlerde dikkate alınan malzeme özellikleri. Malzeme Elastisite Modülü (N/m2) Poisson Oranı Kütle Yoğunluğu (kg/m3) Tabliye 2,482E10 0,2 2403 I profilleri 2,482E10 0,2 2403 Ayaklar 2,482E10 0,2 2403 Köprünün üç boyutlu sonlu eleman modeli SAP2000 programı (SAP2000, 1997) kullanılarak oluşturulmuştur. Köprü kolon ayaklarının zemine oturduğu bölümlerin bütün hareketleri (ankastre mesnet), köprü tabliyesinin kıyıdaki kenarlarının ise hem yatay hem de düşey hareketi (sabit mesnet) engellenmiştir. Karayolu köprüsünün SAP2000 programı kullanılarak oluşturulan üç boyutlu sonlu eleman modeli Şekil 2 de verilmektedir. a) Köprünün 3D sonlu eleman modeli b) Tabliye I pofili birleşimi Şekil-2. Karayolu köprüsünün üç boyutlu sonlu eleman modeli. 371

Deneysel Ölçümler Karayolu köprüsünün modal parametrelerinin titreşim testleri yapılarak belirlenmesinde Operasyonal Modal Analiz yöntemi kullanılmıştır. Ölçümlerde dört adet üç eksenli ivmeölçer kullanılmıştır. Her bir ivmeölçerden gelen titreşim sinyalleri veri toplama ünitesinde birleştirilip ilgili programlarda (Şekil 3) işlenmiştir. İşlenen titreşim sinyalleri burada harmonize edilip Operasyonal Modal Analiz (OMA) yazılımına aktarılmış ve modal parametreler belirlenmiştir. Şekil-3. Deneysel ölçümlerde kullanılan veri toplama ünitesi ve üç eksenli ivmeölçer. Modal parametrelerin belirlenmesinde yedi farklı noktadan üç eksenli ivmeölçerler kullanılarak köprünün titreşim sinyalleri toplanmıştır. Köprünün aktif taşıt yüküne maruz kalmasından dolayı referanslı ölçümler alınamamıştır. Ayrıca, seçilen karayolu köprüsü dere yatağı üzerinde bulunduğundan köprü ayaklarından titreşim verileri elde edilememiştir. Bu nedenle deneysel ölçümler köprü tabliyesi üzerinde tek sırada gerçekleştirilmiştir. Deneysel ölçümlerde, iki farklı ölçüm düzeneği oluşturulmuştur. İlk ölçüm düzeneğinde ivmeölçerler Şekil 4 te gösterilen 1-3-5-7 noktalarına (köprü kenar noktaları ile köprü ayaklarının tabliye üzerindeki izdüşümlerine) yerleştirilmiş, ikinci ölçüm düzeneğinde ise ivmeölçerler 2-4-6 noktalarına (her bir açıklık için orta noktalara) yerleştirilmiş ve titreşim sinyalleri toplanmıştır. Köprüyü titreştirmek amacıyla dışarıdan kuvvet uygulanmış, ağır taşıt yükü gibi çevresel etkilerden yararlanılmıştır. 372

a) Köprünün üç boyutlu sonlu eleman modeli b) Köprü tabliyesi Şekil-4. Deneysel ölçümlerde kullanılan ölçüm düzeneği. Analitik ve Deneysel Olarak Elde Edilen Dinamik Parametreler Deneysel olarak elde edilen titreşim sinyallerinin Operasyonal Modal Analiz (OMA) yazılımı kullanılarak işlenip modal parametrelerin belirlenmesinde birçok yöntem kullanılmaktadır. Bu yöntemlerin matematik tabanları hemen hemen benzer olup, denklem indirgeme teknikleri ve matris oluşturma yöntemleri arasında bazı farklılıklar mevcuttur. Her bir yöntemin bazı avantajları ve dezavantajları vardır. Fakat gerek işlem hızı ve kolaylığı, gerekse basitliği gibi nedenlerden dolayı deneysel ölçüm metotlarına bağlı modal parametrelerin elde edilmesinde Piklerin Seçilmesi (Peak Picking-PP) yöntemi kullanılmaktadır. Modal parametreler, Piklerin Seçilmesi yönteminde her bir titreşim sinyalinden tekil değerler olarak elde edilmektedir. Şekil 5 te Piklerin Seçilmesi yöntemi için bütün sinyallerden elde edilen değerler gösterilmektedir. Şekil-5. Piklerin Seçilmesi (PP) yöntemi kullanılarak elde edilen tekil değerler. 373

Köprünün analitik ve deneysel olarak elde edilen ilk altı frekans ve sönüm değerleri Tablo 2 de karşılaştırmalı olarak verilmektedir. Tablo-2. Analitik ve deneysel olarak elde edilen dinamik karakteristikler. Frekans No Analitik Frekanslar (Hz) Deneysel Frekanslar (PP) (Hz) Deneysel Sönüm Oranları (%) 1 3,57 3,35 1,336 2 4,33 3,71 0,689 3 4,72 4,46 3,953 4 5,26 4,97 0,535 5 6,12 5,25 0,508 6 6,59 6,11 0,605 Şekil 6 ve 7 de analitik ve deneysel olarak elde edilen mod şekilleri verilmektedir. Köprünün analitik ve deneysel olarak elde edilen mod şekilleri dikkate alındığında mod şekillerinin uyum içerisinde olduğu ve ilk altı mod şeklinin eğilme ve burulma modları olarak elde edildiği görülmüştür. 374

Hz) 1. Eğilme modu(f= 3,57 Hz) 2. Eğilme modu (f= 4,33 Hz) 1. Burulma modu(f= 4,72 Hz) 2. Burulma modu (f= 5,26 3. Eğilme modu (f= 6,12 Hz) 3. Burulma modu (f= 6,59 Hz) Şekil-6. Analitik olarak elde edilen ilk altı mod şekli. 375

1. Eğilme modu(f= 3,35 Hz) 2. Eğilme modu (f= 3,71 Hz) Hz) 1. Burulma modu (f= 4,46 Hz) 2. Burulma modu (f= 4,97 3. Eğilme modu (f= 5,25 Hz) 3. Burulma modu (f= 6,11 Hz) Şekil-7. Deneysel olarak elde edilen ilk altı mod şekli. Analitik ve deneysel modal analiz sonuçları karşılaştırıldığında elde edilen mod şekillerinin uyum içerisinde olmasına rağmen, frekans değerleri arasında farklılıkların olduğu görülmüştür. Bu farklılıkların analizler sırasında dikkate alınan malzeme özellikleri ile sınır şartlarında yapılan kabullerden kaynaklandığı düşünülmektedir. Bu nedenle köprünün analitik modelinin deneysel sonuçlara göre iyileştirilmesi gerekmektedir. Literatürde yapıların sonlu eleman modellerinin iyileştirilmesinde malzeme özellikleri ve sınır şartlarındaki değişimlerden yararlanılmaktadır (Zivanovic ve diğ., 2006). Bu çalışmada malzeme özelliklerindeki değişimler göz önünde bulundurulmuştur. Tablo 3 te köprünün gerçek durumunu yansıtan sonlu eleman modelinin oluşturulmasında dikkate alınan malzeme özellikleri verilmektedir. Tablo 4 te malzeme özelliklerindeki değişimler dikkate alınarak iyileştirilen sonlu eleman modelinden ve deneysel sonuçlardan elde edilen frekans değerleri verilmektedir. Tablo 4 ten analitik ve deneysel sonuçların birbirleriyle daha iyi bir uyum içerisinde olduğu görülmektedir. Ayrıca, iyileştirilen modelden elde edilen ilk altı mod şeklinin yine eğilme ve burulma modları olduğu görülmüştür. 376

Tablo-3. Sonlu eleman model iyileştirilmesinde dikkate alınan malzeme özellikleri Malzeme Sonlu Eleman Model İyileştirilmesinden Önce Elastisite Modülü (N/m2) Kütle Yoğunluğu (kg/m3) Sonlu Eleman Model İyileştirilmesinden Sonra Elastisite Modülü (N/m2) Kütle Yoğunluğu (kg/m3) Tabliye 2,482E10 2403 2,200E10 3500 I propilleri 2,482E10 2403 2,200E10 2000 Ayaklar 2,482E10 2403 2,200E10 2000 Tablo-4. İyileştirilen modelin analitik ve deneysel dinamik karakteristikleri Frekans No Analitik Frekanslar (Hz) İyileştirilen Anallitik Frekanslar (Hz) Deneysel Frekanslar (PP) (Hz) 1 3,57 3,35 3,35 2 4,33 4,07 3,71 3 4,72 4,35 4,46 4 5,26 4,85 4,97 5 6,12 5,75 5,25 6 6,59 6,08 6,11 İyileştirilen Sonlu Eleman Modelinin Dinamik Analizi Uygulama olarak seçilen karayolu köprüsünün deneysel ölçüm sonuçlarına göre modal iyileştirmesi yapıldıktan sonraki sonlu eleman modeli, 1992 yılında meydana gelen Erzincan depreminin ERZIKAN/ERZ-EW bileşeni (Şekil 8) kullanılarak analiz edilmiştir. Pik değeri 0.496g olan ivme kaydı köprüye düşey doğrultuda uygulanmıştır. 5.0 Ivme (m/s²) 2.5 0.0-2.5-5.0 Max=4.86 (m/s²) 0 5 10 15 20 25 Zaman (sn) Şekil-8. 1992 yılında meydana gelen Erzincan depreminin doğu-batı bileşeni. Köprünün dinamik analizi sonucunda elde edilen yerdeğiştirmelerin tabliye kenar orta noktalarındaki (197 ve 300 nolu düğüm noktalarından elde edilen yerdeğiştirmeler simetriden dolayı eşit çıkmaktadır) zamana bağlı olarak değişimi, maksimum değeri ve 377

maksimum yerdeğiştirmelerin elde edildiği andaki sistemin yerdeğiştirmiş hali Şekil 9 da verilmektedir. 197 300 Yerdegistirme (cm) 2.5 1.3 0.0-1.3-2.5 Max=2.354 cm 0 5 10 15 20 25 Zaman (sn) Şekil-9. Analizler sonucu elde edilen deformasyon şekilleri ve yerdeğiştirme değerleri. Köprünün dinamik analizi sonucunda maksimum ve minimum asal gerilmelerin oluştuğu andaki sistemin gerilme diyagramı ve en çok zorlanan kesitleri Şekil 10 da verilmektedir. 378

a) Maksimum asal gerilmeler b) Minimum asal gerilmeler Şekil-10. Maksimum ve minimum asal gerilmelerin oluştuğu andaki diyagramlar. SONUÇ Bu çalışmada, karayolu köprülerinin deneysel ölçümler sonucunda elde edilen dinamik karakteristikleri dikkate alınarak sonlu eleman modelinin iyileştirmesi gerçekleştirilmiştir. Uygulama amacıyla, Trabzon ili Of ilçesinde bulunan ve ağır taşıt yüküne maruz bir karayolu köprüsü seçilmiştir. Analizler ve deneysel ölçümler sonucunda elde edilen mod şekilleri incelendiğinde mod şekillerinin uyum içerisinde olduğu ve ilk altı mod şeklinin eğilme ve burulma modu olduğu görülmüştür. Buna rağmen, dinamik karakteristikler arasında bazı farklılıkların bulunduğu ve deneysel olarak elde edilen frekans değerlerinin analitik olarak elde edilen frekans değerlerinden daha küçük olduğu görülmüştür. Analitik ve deneysel olarak elde edilen dinamik karakteristikler arasındaki farklılıkların giderilmesi için karayolu köprüsünün sonlu eleman modelin iyileştirilmesinin gerekliliği ortaya konulmuş ve köprünün yapısal elemanlarının malzeme özelliklerindeki değişimler dikkate alınarak gerçekleştirilen model iyileştirmesinin sonuçlar arasındaki uyumu arttırdığı görülmüştür. 379

Köprüler gibi önemli mühendislik yapıları üzerinde yapılacak çalışmalarda hem mod şekillerinin daha iyi belirlenmesi hem de değişik yöntemler kullanılarak dinamik karakteristikler arasında daha iyi bir uyumun elde edilebilmesi için referanslı ölçümlerin alınmasının ve alınacak ölçümler için köprü ayaklarından da ölçümlerin yapılmasının uygun olacağı düşünülmektedir. Dinamik analizler sonucu elde edilen yerdeğiştirmeler dikkate alındığında, maksimum yerdeğiştirmelerin tabliye orta açıklıklarında elde edildiği görülmüştür. Ayrıca, maksimum ve minimum asal gerilmelerin tabliye ile köprü ayaklarının birleşim bölgelerinde oluştuğu ve muhtemel çatlakların bu bölgelerde oluşabileceği düşünülmektedir. TEŞEKKÜR Bu çalışma, TUBİTAK Bilimsel Araştırma Programı tarafından desteklenen 106M038 numaralı araştırma projesi ve Karadeniz Teknik Üniversitesi Bilimsel Araştırma Birimi tarafından desteklenen 2005.112.001.1 numaralı araştırma projesi kapsamında gerçekleştirilmiştir. KAYNAKLAR Bayraktar, A., Altunışık, A.C., Türker, T., ve Sevim, B., 2007a, Tarihi köprülerin deprem davranışına sonlu eleman model iyileştirilmesinin etkisi, Altıncı Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, 29-40, Ankara, Türkiye. Bayraktar, A., Türker, T., Sevim, B., ve Altunışık, A.C., 2007b, Determination of dynamic characteristics of steel footbridges by analytical and experimental modal analyses, International Symposium on Advances in Earthquake and Structural Engineering, 163-173, Isparta, Turkey. Bendat, J.S. and Piersol A.G., 1986, Random Data Analysis and Measurement Procedures, John Wiley & Sons, 1986. Kwasniewski, L., Wekezer, J., Roufa, G., Li, H., Ducher, J., ve Malachowski, J., 2006, Experimental evaluation of dynamic effects for a selected highway bridge, Journal of Bridge Engineering, ASCE, 9, 119-126. Pang, J., 1996, Modelling and experimental modal analysis of Highway Bridge, Doktora Tezi, University of Oklahoma, USA. Paultre, P., Proulx, J., ve Talbot M., 1995, Dynamic testing procedures for Highway Bridges using traffic loads, Journal of Structural Engineering, ASCE, 121, 362-376. Ren, W.X., Harik, I.B., Blanford, G.B., Lenett, M., ve Baseheart, T.M., 2004, Roebling Suspension Bridge II: Ambient Testing and Live-Load Response, Journal of Bridge Engineering, ASCE, 9, 2, 119-126. SAP2000, 1997, Integrated finite element analysis and design of structures, Computers and structures, Inc., Berkeley, California, USA. Zivanovic, S, Pavic A., ve Reynolds, P, 2006, Modal testing and FE model tuning of a lively footbridge structure, Engineering Structures, 28, 857-868. 380