LEE- Ulaştırma Mühendisliği-Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 2 / 2
-
ÖgeEN 16432-2'de verilen tasarım yöntemlerinin Ankara-Sivas YHT hattı tünellerinde uygulanan balastsız demiryolu üstyapısı üzerinden incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-01-28)Yaklaşık iki asırlık geçmişi bulunan modern demiryollarına gelen işletme taleplerinin her geçen gün artması, demiryolu idare ve işletmecilerini balastlı hat sistemine alternatif, daha yüksek dayanım ve kararlılığa sahip yeni sistemler geliştirmeye itmiştir. 1960'lı yıllarda sektörde öncü ülkelerde eş zamanlı ve sistematik olarak başlatılan Ar-Ge çalışmaları sonucunda 1970'li yıllarda "balastsız hat sistemleri" olarak adlandırılan yeni nesil hat sistemlerinin ilk örnekleri geliştirilmiş ve test amaçlı uygulamaları gerçekleştirilmiştir. İlk uygulamalardan günümüze geçen 50 yılda farklı ülke, kurum ve firmalar tarafından çok çeşitli balastsız hat sistemleri geliştirilmiştir. Balastsız demiryolu sistemlerindeki bu hızlı gelişim ve çeşitliliğe karşın, konu hakkında yakın tarihte yürürlüğe konulan standart ve şartnameler çok genel ve geniş kapsamlı kalmaktadır. Henüz gençlik döneminde olan balastsız demiryolu sistemlerinin standart ve şartnamelerinin önümüzdeki yıllarda farklı tasarım konseptlerinin özelinde dallanarak evirileceği varsayılabilir. Ülkemizde yeni yeni yaygınlaşmaya başlayan ve stratejik planlar dahilinde gerek yeni inşa edilecek gerekse de rehabilite edilecek hatlarda sıklıkla karşılaşacağımız balastsız demiryolu sistemlerinin ilk yatırım maliyetleri ve yenileme, modernizasyon, iyileştirme benzeri tadilat işlerinin ekonomik yükü balastlı hatlarla kıyaslandığında daha yüksektir. Bu yüzden, proje gereksinimleri doğrultusunda uygun sistem mimarisi seçmek ilk ve en önemli adımdır. Şehirler arası demiryolu yatırımları doğası gereği yüksek metrajlara sahip olduğundan dolayı, seçilen balastsız hat sisteminde yapılacak ufak iyileştirmeler dahi kayda değer maliyet avantajları getirebilirken; tasarım sırasında yapılacak bir hata hattın işletilebilirliğini ve işlevselliğini olumsuz etkileyebilir hatta hattı kullanılamaz duruma getirebilir. Bu yüzden, balastsız hatlar söz konusu olduğunda doğru sistem seçiminden sonra en önemli konulardan biri de yeter hassasiyete sahip, mutlaka tecrübe ile desteklenmiş uygun bir tasarım hizmeti almasıdır. Literatür incelendiğinde, farklı gelişim arka planlarından dolayı çok çeşitli konsept ve sistem mimarilerine sahip ve yapısal çalışma prensipleri birbirlerinden farklı balastsız hat sistemleri mevcuttur. Balastsız hat sistemleri için yürürlükte bulunan Avrupa şartnameleri serisinin (EN 16432 serisi) tarihsel gelişimine bakıldığında, tasarım yaklaşımları Eisenmann'ın 1970-2000 yılları arasında ağırlıklı olarak Almanya'da geliştirilen balastsız hat konseptleri üzerine çalışmaları baz alınarak oluşturulmuştur. Eisenmann'ın üzerinde çalıştığı balastsız hat sistemleri incelendiğinde, çoğu yerinde dökme olarak uygulanan bu sistemler beton yollardan elde edilen tecrübe birikimi ile açık hat koşulları için geliştirilmiştir. Birçoğu boyuna doğrultuda sürekli olan bu tasarım konseptlerinde sıcaklık yüklemeleri, beton büzülmeleri ve farklı oturmalar tasarımın ana odağı olarak dikkate alınmıştır. Düşey araç yükleri altında analizler zemine oturan döşeme veya kiriş kabulü ile yapılmakta, boyutlandırmada ise elastik tasarım yöntemleri uygulanmaktadır. Türkiye'nin sahip olduğu şehirler arası demiryolu ağı incelendiğinde şu anda inşa halinde olan Ankara-Sivas demiryolu projesi ülkenin 300 km/sa hıza izin verecek balastsız hat kullanılan ilk YHT hattıdır. Uygulamaya bakıldığında tünellerde ve bazı istasyonlarda balastsız hat uygulandığı görülmektedir. Ankara-Sivas YHT hattı teknik şartnamesi incelendiğinde, tasarım konsepti olarak Alman Demiryollarını izlediği ve yapısal analizler için EN 16432-2'ye yönlendirdiği görülmektedir. EN 16432-2 incelendiğinde Sonlu elemanlar metoduna ek olarak iki adet de analitik hesap yöntemi önerir: Zimmermann yöntemi ve Westergaard yöntemi. Zimmermann ve Westergaard yöntemi hem tarihsel gelişimi hem de teknik açından incelendiğinde, katmanlarında boyuna doğrultuda eğilme ve kesme süreksizliği bulunan (örneğin prefabrik hat döşemeleri) ya da çok dar veya çok geniş bir ene sahip balastsız hat üstyapı sistemleri için geçerliliği tartışmaya açıktır. Zimmermann yöntemi enine doğrultuda kesit tesiri vermezken, boyuna doğrultuda kesit tesirlerini hat üstyapısının yarı genişliğini dikkate alarak sürekli kiriş kabulü ile hesaplar. Bu yüzden, Zimmermann yönteminin birçok balastsız hat üstyapı sistemi için yeter doğrulukta sonuç vermeyeceği tahmin edilebilir. EN 16432-2'de verilen Westergaard yöntemi ise, elastik zemine oturan döşeme kabulüne dayanarak yüklemenin döşeme kenar ve köşe bölgelerinde yeter uzaklıkta olduğunu varsayarak boyuna ve enine doğrultuda kesit tesirlerini hesaplar. Westergaard yöntemi ile elde edilen kesit tesirleri döşeme boyutlarından bağımsız sonuç verirken aynı zamanda Zimmermann yöntemine benzer şekilde boyuna doğrultudaki (moment ve/veya kesme) süreksizlikleri dikkate alamaz. Bu sebeple, Westergaard yönteminin de bazı balastsız hat üstyapı sistemleri için yeter doğrulukta sonuç vermeyeceği tahmin edilebilir. Bu yüksek lisans tezinin ana amacı, döşeme genişliği, yük modelinin konumu ve üzerinde oturduğu altyapının rijitliğinin değiştirilmesi sonucu Zimmermann ve Westergaard yöntemleri ile elde edilen sonuçların sonlu elemanlar analizleri ile elde edilen sonuçlarla karşılaştırılması ve EN 16432-2'de önerilen bu iki yöntemin, ülkemizdeki geniş çaplı ilk uygulama örneği olan Ankara-Sivas YHT hattında tercih edilen prefabrik döşemeli balastsız hat sistemi üzerinden hassasiyetinin ve geçerliliğinin belirlenmesidir. Tez kapsamında Westergaard ve Zimmermann analizlerine ek olarak üç boyutlu katı elemanlarla ve iki boyutlu alan elemanlarla olmak üzere iki farklı yaklaşımla sonlu elemanlar analizleri kurulmuştur. Bu analizlerde sadece düşey araç yüklerine odaklanılmış ve devlet demiryollarının Ankara-Sivas YHT hattı tünellerinde uygulanan tip kesitleri seçilmiştir. Yine aynı hat için belirlenen tasarım kriterleri (aks yükü, tasarım hızı ve dinamik arttırma katsayısı) korunmuş, tezin ana amacı doğrultusunda hat üstyapı genişliği, yatak katsayısı ve yük modelinin konumu değiştirilerek karşılaştırma tabloları ve grafikleri elde edilmiştir. Çalışma altı ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde tezin amacı kapsamı ve hipotezler sunulmuştur. İkinci ve üçüncü bölümde sırasıyla balastsız hat üstyapıları ve analitik analiz modelleri ile ilgili literatür taraması verilmiştir. Dördüncü bölümde tez kapsamında incelenen balastsız hat sistemi tanıtılmış ve analiz modellerine ait genel kabuller ile girdiler verilmiştir. Beşinci bölümde kurulan analiz modellerinin sonuçlarına ve bu sonuçların yorumlanmasına yer verilmiştir. Altıncı ve son bölümde ise çalışmadan elde edilen sonuçlar ve öneriler verilmiştir. Elde edilen sonuçlar irdelendiğinde aşağıda sıralanan bulgular elde edilmiştir. İlk hipotezde altyapı rijitliği azaldıkça analitik analiz yöntemlerinin daha konservatif kalacağı ve sonlu elemanlar analizleri ile analitik analizlerin arasındaki farkların artacağı tahmin edilmiştir. Elde edilen sonuçlar özetlenecek olursa, enine doğrultuda gerilmeler dikkate alındığında hipotez ile uyumlu olarak, altyapı rijitliği azaldıkça sonlu elemanlar analiz sonuçları ile analitik analiz yöntemleri arasındaki farklar açılmaktadır. Diğer bir yandan boyuna doğrultuda gerilmeler dikkate alındığında ise tahmine paralel bir davranış gözlemlense de net bir yargıya varılamamıştır. İkinci hipotezde döşeme en genişliğindeki değişimlerin Westergaard yönteminde önerilenin aksine yapısal davranış üzerine etkisi olacağı tahmin edilmiştir. İkinci hipotez bünyesinde iki yargı barındırmaktadır. İlki, döşeme genişliği daraldıkça yükleme konumu döşeme kenarına yaklaşacağı için yükleme durumu iç yükleme durumundan uzaklaşarak kenar yükleme durumuna yakınsayacak dolayısıyla da sonlu elemanlar analizlerinden elde edilen boyuna doğrultuda gerilmeler artarak EN 16432-2'de verilen analitik analiz yöntemlerinin üzerine çıkacaktır. Sonuçlar bu varsayımla uyumsuz olup, uyumsuzluğun nedenleri Bölüm 6'da açıklanmıştır. İkinci olarak ise döşeme genişliği arttıkça, artan konsol momentlerinden dolayı, sonlu elemanlar analizlerinden enine doğrultuda elde edilen gerilmelerin Westergaard yöntemine kıyasla artacağı tahmin edilmiştir. Elde edilen sonuçlar hipotez ile uyumlu olarak değerlendirilmiştir. Üçüncü hipotezde, EN 16432-2'de verilen analitik analiz modellerinde dikkate alınamayan katman-1'in üst yüzeyinin açıklık bölgesinde enine doğrultuda oluşan gerilmeler bazı durumlarda kritik seviyeye geleceği tahmin edilmiştir. Elde edilen analiz sonuçları hipotezi desteklemektedir. Dördüncü hipotezde boyuna doğrultuda süreksizlik bölgelerinde analitik analiz modelleri ile tespit edilemeyen iki davranış öngörülmüştür. İlki, süreksizlik bölgelerine yakın bölgelerde yapı davranışı iç yükleme durumundan uzaklaşarak köşe yükleme durumuna yakınsayacak dolayısıyla da sonlu elemanlar analizlerinden elde edilen davranış EN 16432-2'de verilen analitik analiz yöntemlerinde ön görülen durumdan farklılaşacaktır. Sonuçlar bu varsayımla uyumsuz olup, uyumsuzluğun nedenleri Bölüm 6'da açıklanmıştır. İkinci olarak ise, prefabrik döşemeler arasında bulunan bu süreksizlik bölgelerinde, sürekli devam eden alt temel tabakasında sonlu elemanlar analiz modellerinde yüksek mertebelerde boyuna yönde gerilmelerin oluşacağı tahmin edilmektedir. Elde edilen analiz sonuçları hipotez ile uyumludur. Sonlu elemanlar analiz sonuçları incelenirken çalışma başında öngörülmeyen bazı sonuçlar doğrultusunda yeni bir hipotez daha ortaya atılmıştır. Bu doğrultuda, tek aks yüklemesi altında yeni bir analiz seti kurulmuş ve elde edilen yeni sonuçlar üzerinden ek bir yükleme durumu kullanılması önerilmiştir. Ek olarak, literatür taraması doğrultusunda, yapısal tasarımda dinamik etkileri dikkate almak için kullanılan dinamik yük artırma katsayısının kullanımı konusunda bir öneri sunulmuştur. Sonuç olarak bu çalışma balastsız hatlarda yapısal tasarım yaklaşımlarının geçerlilik sınırlarını karşılaştırma analizleri ile belirlemeye çalışmış ve bundan sonra yapılacak yeni teknik şartname ve standardizasyon çalışmaları için fikir vermeyi amaçlamıştır.
-
ÖgeA multi-objective optimization framework for trade-off among pedestrian delays and vehicular emissions at signal controlled intersections(Graduate School, 2021-12-14)Traffic congestion has numerous negative effects on urban life. Increased travel time and vehicular emissions are some of these negative effects. On one hand, the transportation sector is the leading factor in contributing to climate change air pollution based on the greenhouse gas emission of 29%. On the other hand, pedestrian traffic management requires extreme caution, especially in Central Business Districts. In classic traffic signal control applications, allocation of pedestrian green time is held at the minimum value mostly. However, in crowded intersections located in city centers, the number of pedestrians that need to be served can be excessive due to a number of reasons (gatherings, touristic, sport event, etc.). In this study, an integrated methodology for optimizing traffic signal control considering pedestrian delay and vehicular emissions is developed. VISSIM is used as the microscopic traffic simulator, the Non-dominated sorting genetic algorithm-II is adopted to solve the multi-objective optimization problem at hand, and MOVES3 is used to calculate vehicular emissions on a microscopic scale. To interfere with the traffic signal control settings, COM feature of VISSIM is used in conjunction with MATLAB. By using COM interface, one can change the signal control settings, vehicle and pedestrian inputs, routes of vehicles, and many other features that can be read and changed during simulations. To illustrate the trade-off between pedestrian delay and vehicular emissions, two objective functions are formulated. The input for these functions are obtained from VISSIM via COM interface. Since the objective functions are conflicting with each other, one tries to maximize the pedestrian green time while the other tries to maximize vehicle green time, a trade-off is observed between the objectives. In addition, a case study is conducted at Kadıköy, Istanbul to evaluate the proposed approach. Data is retrieved using camera recordings. Collected data involves the vehicle and pedestrian counts, and average crossing times of pedestrians. Calibration of the simulation model is done considering GEH statistics. After the calibration, two main scenarios are designed. The first main scenario involves a gradual change in vehicles loaded to the network. The second main scenario is produced to test the different prioritization approaches with changing vehicle demand. Three different sub-scenarios are generated in this manner. First, the sub-scenario is the situation where pedestrian movement is prioritized by giving more pedestrian time compared to vehicles. The second sub-scenario is created to achieve a balance between pedestrian and vehicle green times. The third sub-scenario is produced to prioritize vehicles over pedestrians. In the second scenario, all the signal timings are chosen from the Pareto front set acquired from the multi-objective optimization solved with MATLAB. Results acquired from simulations suggest a trade-off between pedestrian delay and vehicular emissions. In conclusion, a novel method is proposed in this study to assess through trade-off the signal control settings considering pedestrian delay and vehicular emissions. Despite the fact that an optimization problem is solved in the thesis, a unique global solution is not acquired. Because more than one objective is overlooked, multiple solutions are obtained after the optimization process. The multi-objective optimization problem is handled with a posteriori approach which enabled us to sense some intuition over the problem and its Pareto optimal solutions. By using this unique feature, scenarios are designed to test the solutions. In future research, the proposed framework can be applied to a variety of networks and traffic conditions. Safety measures can be added to the multi-objective optimization framework. 3-D Pareto fronts can be acquired for pedestrian delay, emissions, and safety in an optimization framework.