Eşdeğer Enerji Varsayımının Çelik Kemer Köprülerin Düzlem Dışı Davranışlarına Uygulanabilirliği

Abstract

Japon Karayolu Köprüleri Deprem Yönetmeliği`nde büyük Kanto depremi, Kobe depremi gibi şiddetli depremlere karşı tasarım yöntemi olarak “Süneklik Tasarım Yöntemi” adında malzeme ve geometrik doğrusal olmayan davranışı göz önüne alan statik analizlere dayanan basitleştirilmiş bir tasarım yöntemi verilmektedir. Yöntemde maksimum doğrusal olmayan şekil değistirmelerin hesabında Eşdeğer Enerji Varsayımı kullanılmaktadır. Ancak bu varsayımın uygulanabilirliği çerçeve sistemli ayaklı köprüler, çelik kemer köprüler gibi karmaşık dinamik davranış gösteren yapılar için sınırlıdır. Bu sebeple Japon Deprem Yönetmeliği, yönetmelikte karmaşık köprü sınıfına giren bu tür köprülerin sismik tasarımı için zaman alıcı ve pahalı doğrusal olmayan dinamik analiz yöntemlerinin kullanılmasını zorunlu kılmıştır. Bu çalışmada eşdeğer enerji varsayımının tabliyesi kemer üzerinde bulunan çelik kemer köprülerin maksimum doğrusal olmayan davranışının hesabında kullanılabilirliği 6 model üzerinde, serbest titreşim, pushover ve de doğrusal ve doğrusal olmayan dinamik davranış analizi (time history) yapılarak denenmiştir. Modellerin oluşturulmasında taşıyıcı kemerlerin basıklığı ve de aralarındaki mesafe temel parametreler olarak seçilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre hesaplanan şekil değiştirmeler güvenli tarafta olmasına rağmen birçok durumda hesaplanan değerler ekonomik güvenlik marjını aşarak gerçek şekil değiştirmelerin çok üzerinde bulunmuştur. Ancak varsayımın uygulanabilirliğine ilişkin bazı ilişkiler bulunmuş ve bu ilişkilere dayanarak bazı düzeltme fonksiyonları geliştirilmiştir. Bu fonksiyonların kullanılabilirliği çelik kemer köprü modelleri üzerinde numerik olarak gösterilmiştir.

Japanese seismic design code for highway bridges specifies the Ductility Design Method, which is based on static analysis considering the material and geometrical non-linearity, as the design method against severe earthquakes like great Kanto Earthquake and Hyogo ken Nanbu Earthquake. The method employs Equal Energy Assumption for the prediction of maximum inelastic seismic response. However, the application of this method is limited because the applicability of equal energy assumption is not clear to some types of structures with complex dynamic behavior such as steel portal frame bridge piers and deck-type steel arch bridges. For these structures time taking and costly dynamic response analysis is required in the seismic design. In this study, the applicability of the Equal Energy Assumption to the out-of-plane inelastic response prediction of deck-type steel arch bridges is numerically evaluated for 6 models by performing eigenvalue analysis, pushover analysis, and elastic and inelastic dynamic response analysis. The models are generated by setting the Arch Rise/Span Length ratio and the distance between the arch ribs as the main structural parameters. Although safety side estimation was achieved by the assumption, the results were too conservative in many cases. For the applicability of the assumption some tendencies were found and correction functions were established to improve the accuracy. The validity of the proposed correction functions for the estimation of maximum inelastic seismic response without the need of inelastic dynamic response analysis was evidenced on the studied bridge models.