Mevcut öngerilmeli betonarme bir köprünün deprem performansının incelenmesi

Abstract

Köprü ve viyadükler günümüz karayolu ulaşım ağının en önemli bileşenlerindendir. Bu sanat yapıları, ulaşım ve ulaştırma için bu kadar önemli iken, bazı olası sebepler neticesinde işlevlerini yerine getirememesine ve önemli olumsuz sonuçlar doğurmasına neden olabilir. Bu durumlara sebep olacak olaylardan birisi de depremdir. Mevcut bir köprünün olası şiddetli bir depremde nasıl performans göstereceği önemlidir. Depremden sonra acil müdahalelerin yapılması, yardımların ulaştırılması ve operasyonel işlemlerin devamlılığı ve sürekliliği için, köprülerde deprem sırasında ciddi hasar gözlemlenmemesi, toptan göçmenin meydana gelmemesi gerekmektedir. Bu sonuçların öngörülmesi ve buna göre strateji geliştirilebilmesi için, mevcut köprülerin deprem performanslarının incelenmesi ve belirlenmesi mühimdir. Bu sebeple bu tez çalışmasında Amasya İli, Suluova-Amasya otoyolu üzerinde bulunan betonarme bir karayolu köprüsünün deprem performansı incelenmiştir. Köprünün 3 boyutlu modeli sonlu elemanlar analiz programı olan CSIBridge ile oluşturulmuştur. Köprünün deprem performansı Türkiye Köprü Deprem Yönetmeliği (2020)' ne göre iki aşamalı olarak incelenmiştir. Değerlendirme yöntemleri olarak birinci aşamada doğrusal olmayan orta ayak itme analizi yöntemi (pushover) ve ikinci aşamada zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz yöntemi (time history) seçilmiştir. İtme analizi yönteminde plastik mafsal hipotezi kullanılarak mafsal boyu TKDY (2020)'e göre belirlenmiştir. Time history analizinde ise histeretik davranışı tanımlamak için Takeda modeli kullanılmıştır. İki analiz yöntemi ile köprünün enine ve boyuna doğrultuları için ayrı ayrı elde edilen sonuçlar değerlendirilerek deprem performansı belirlenmiştir. Toplamda 7 bölümden oluşan çalışmanın ilk bölümünde giriş yapılarak tezin konusundan, amacından ve daha önceden konuya ilişkin yayınlanan benzer çalışmalardan bahsedilmiştir. İkinci bölümde, TKDY (2020)'e göre deprem etkisi altındaki köprülerin performansa göre değerlendirme ve tasarım esaslarından bahsedilmiş ve mevcut köprülerin performanslarının değerlendirilmesi yöntemleri açıklanmıştır. Üçüncü bölümde, çalışmaya sayısal çözümü yapılarak konu olan köprü hakkında bilgiler verilmiş ve köprünün özelliklerinden bahsedilmiştir. Köprünün taşıyıcı sistemi tanıtılarak taşıyıcı elemanların kesit ve malzeme özellikleri paylaşılmıştır. Köprünün bulunduğu zemin özellikleri ayrıca verilmiştir. Dördüncü bölümde mevcut köprünün 3 boyutlu matematiksel modelinin CSIBridge sonlu elemanlar programında nasıl oluşturulduğundan, kullanılan veriler ve kabullerden bahsedilmiştir. Köprünün alt ve üst yapısı çubuk elemanlarla modellenmiştir. Köprü üst yapısının ve taşıyıcı elemanlarının nasıl tanımlandığı üst yapıya hangi yüklerin tanımlandığı anlatılmıştır. Beşinci bölümde, gerçekleştirilecek olan doğrusal olmayan analiz yöntemleri için gerekli alt yapının nasıl oluşturulduğundan bahsedilmiştir. İlk olarak köprünün modal analizi gerçekleştirilerek ilk 30 moda ait mod şekilleri elde edilmiştir. Daha sonra şekildeğiştirmeye göre değerlendirmeden bahsedilmiş ve doğrusal olmayan davranışın modellenmesi anlatılmıştır. Doğrusal olmayan davranışın modellemesinde kullanılan plastik mafsal hipotezi, beton ve çelik malzeme modelleri açıklanmıştır. Etkin kesit rijitlikleri hesaplanmış ve orta ayaklar için moment-eğrilik diyagramları elde edilmiştir. Son olarak köprü performans düzeyleri için hesaplanan plastik dönme limitleri verilmiştir. Altıncı bölümde, mevcut köprünün iki aşamalı doğrusal olmayan deprem hesabı verilmiştir. İlk olarak birinci aşama değerlendirmede kullanılan orta ayakların itme hesabı hakkında bilgilere yer verilmiştir. Daha sonra itme hesabı için gereken itme eğrileri köprünün enine ve boyuna doğrultusu için ayrı ayrı elde edilmiş ve bu eğriler modal kapasite eğrilerine dönüştürülmüştür. Ardından DD-2 elastik tasarım spektrumu (Sa-T), spektral ivme-spektral yer değiştirme eğrisi (Sa-Sd) olan talep eğrisine dönüştürülmüştür. İki doğrultu için ayrı oluşturulan talep ve kapasite eğrilerinden iki doğrultulardaki performans noktaları belirlenmiştir. Daha sonra orta ayaklar enine ve boyuna doğrultuda performans noktasına kadar itilerek mafsallarda plastik dönmeler elde edilmiştir. Elde edilen plastik dönmeler performans düzeyleri limit değerleriyle karşılaştırılarak, köprünün birinci aşama performans seviyesi belirlenmiştir. Birinci aşama değerlendirmenin sonunda orta ayakların kesme kuvveti ve moment kapasitelerinin yeterliliği kontrol edilmiştir. İkinci aşama değerlendirmede zaman tanım alanında analiz yöntemi kullanılmıştır. 10 adet deprem kaydı seçilerek, bu kayıtların ivme spektrumlarının ortalaması DD-1 elastik tasarım spektrumuna göre ölçeklendirilmiştir. Ölçeklendirilen ivme kayıtları köprünün enine ve boyuna doğrultusu için ayrı ayrı tanımlanmıştır. Deprem etkisi altında analiz gerçekleştirilerek ayaklardaki plastik dönmeler belirlenmiştir. Enine ve boyuna doğrultuda büyük dönmelerin oluştuğu plastik link elemanların moment-dönme grafikleri her bir deprem kaydı için elde edilmiştir. Enine ve boyuna doğrultuda oluşan plastik dönmeler, performans sınırı değerleriyle karşılaştırılarak köprünün ikinci aşama deprem performansı belirlenmiştir. Bölümün sonunda orta ayakların ikinci aşama değerlendirme için kesme kuvveti ve moment kapasitelerinin yeterliliği kontrol edilmiştir. Çalışmada elde edilen sonuçlar yedinci bölümde verilmiştir. İki farklı analiz yönteminin sonuçları, köprünün performans düzeyleri, yönetmeliğe göre performans düzeylerinin yeterli olup olmadığı ve güçlendirilmesinin gerekip gerekmediği açıklanmıştır.