Betonarme Köprülerin Sürdürülebilirlik Düşüncesi İle Sismik Risk Değerlendirmesi

Abstract

Sürdürülebilirlik kavramı çok uzun zamandır aslında mühendislikte kullnılagelen bir kavram olup yapısal davranışın belirlenmesinde de önemli bir rol oynamaktadır. Sürdürülebilirlik kavramının, yapı ve davranış ile birlikte tanımlanır hale gelmesi son yıllarda oldukça yaygın bir hal almıştır. Aynı zamanda, son yıllarda, köprü yapımlarında sürdürülebilir tasarım hayati bir rol üstlenmeye başlamıştır. Sürdürülebilir bir köprü tasarımı kullanılan malzemeden onun ilişkilendirilen kullanım ömrü süresince maliyetini de içeren karmaşık ve birçok değişkeni barındıran bir denklemler dizisidir. Bu dizi içinde, dünyadaki uygulamalara baktığımızda, yapısal davranış çokça dikkate alnımamaktadır. Oysa ki, Türkiye gibi deprem riski altında bir ülkede bu en önemli parametrelerin başında gelmektedir. Sürdürülebilir bir köprü tasarlamak karmaşık olup, pek çok değişkenin gözönüne alınmasını gerektirir. Köprülerin ömür çevrimi diğer bir değişle hayat döngüsü, çevresel ve ekonomik etkiler bakımından hesaplanabilir. Köprülerin sürdürülebilir çözümleri için hayat döngüsünün değerlendirilmesi önemli olmaktadır. Ekonomik sürdürülebilir gelişme kavramı, genel tanımı ile, her bir yapısal değeri içine alan ve genel kalkınma konularını, çevresel etki ve irdeleme boyutunda kavramsal olarak ele alan hem gelişme hem de ilerleme konularında oldukça büyük önem taşıyan ile çevre koruma arasında köprüler kurmaya çalışan yaklaşım biçimidir. Dolayısıyla yapıların servis ömrü bakımından çevresel koruma ve aynı zamanda çevresel ve yapısal performans öne çıkmaktadır. Çevresel performansa etki eden başlıca parametreler; havaya, suya ve karaya zehirli madde salınımı, fosil yakıt tüketimi, karbondioksit salınımı, yenilenemeyen enerji kullanımı, global ısınma potansiyeli, asit birikimi ve ozon tabakası incelmesi gibi hususlar olarak belirtilebilir. Bu hususların çözümlerinde en önemli adım problemin ortaya konulması ve sürdürülebilir çözümler aranmasıdır. Sürdürülebilir çözüm tanımlama sürecinde yapının kimliğinin ortayakonması yapının doğru önlemlerle geleceğe taşınması yapının sürdürülebilir davranışının sağlanması konusunda önemli bir adım atılmış olur. Bu adımla birlikte yapısal davranış da dikkate alınmış olur. Sürdürülebilir köprü tasarımı, köprüye ait daha sonraki adımları da etkileyen önemli bir süreçtir. Köprüler için sürdürülebilirlik hedefleri uzun vadede incelenecek olursa malzeme sarfiyatını minimize ederek daha uzun servis ömrü ve daha düşük bakım ile daha mukavim yapıların oluşturulması olarak belirtilmiştir. Sürdürülebilir inşaat aşamasında göz önünde bulundurulması gereken, enerji sarfiyatı ve emisyondan sorumlu, ulaşım ve işletme olmak üzere başlıca iki husus mevcuttur. Son kategori olan sürdürülebilir bakım ve onarım olarak değerlendirme de, kısa, orta ve uzun dönem iyileştirmeleri olmak üzere, köprü ömrü boyunca esas kısmı oluşturmaktadır. Köprü yapımı, inşası, maliyeti, yerleşimi, yapım sırasında çalışacak işçi sayısı, kullanılacak yapı elemanları ve bu elemanların temini ve tesisi gibi bilindik parameterelerin yanına, çevresel etki değerlendirmesini de dahil ettiğimizde oldukça kompleks bir davranış profili çıkmaktadır. Bu profil karar verme mekanizmasını zorlaştırsa da, uzun zaman içinde alınan jararların daha gerçekçi ve daha doğru olarak ortaya konmasını sağlamaktadır. Bu tez ile bu kavramlar ele alınmış ve ele alınan bu kavramların köprü maliyetleri, davranışları ve uzun süreli kontrolleri gibi parameterlerin ne kadar etkin olduğunun ortaya konması sağlanmıştır. Köprülerin sürdürülebilirliğinin değerlendirilmesi amacıyla farklı kurumlar tarafından, farklı sistemler geliştirilmiştir. Yeşil yapılar için yeşil dereceledirme sistemleri, toplam çevresel etkilerin ölçülmesi amacıyla hayat boyu değerlendirme yöntemleri ile köprünün başlangıç ve gelecek ekonomi kıyaslamalarını incelemek amacıyla hayat boyu maliyet analizleri oluşturulmuştur. Çalışma kapsamında sürdürülebilirlik uygulamaları içerisinden hayat boyu değerlendirme yöntemine dayanan gaz emisyonu hesaplanması ve köprüler için hayat boyu maliyet analizi konularına yer verilmiştir. Bu tezin ana amacı yatay yapılar için yeni geliştirilmiş sürdürülebilir konseptlerin araştırılmasıdır. Çalışmanın ana odak noktası, yeni geliştirilen sürdürülebilirlikkavramını köprüler üzerinde uygulamak ve köprülerin sismik davranışını sürdürülebilirlik kapsamında ele almaktır. Tez toplam sekiz bölümden oluşmaktadır. Tezin birinci bölümünde giriş verilmiş olup, çalışmanın amacı ve araştırma yöntemi üzerinde durulmuştur. Çalışmada öncelikle binalar, köprüler ve diğer yapılardaki sürdürülebilirlik uygulamalarını sürdürülebilir tasarım, sürdürülebilir inşa ve sürdürülebilir bakım olmak üzere üç kategoride inceleyen detaylı bir literatür araştırmasına yer verilmiş ve daha sonra bu çalışmalardan hangisinin uygulanmasının köprüler açısından kullanılabileceğine karar verilmiştir. İkinci bölümde literatür araştırması, sürdürülebilirlik, geçerli sürdürülebilirlik kuralları verilmiştir. Üçüncü bölümde sürdürülebilirlikle ilgili uygulamalar binalar ve köprüler için ayrı ayrı ele alınmıştır. Dördüncü bölümde Türkiye’de bulunan mevcut köpru tipleri verilmiştir. Beşinci bölümde sayısal çözüm için iki, dört ve beş açıklıklı köprüler gözönüne alındığı belirtilmiş, altıncı bölümde bu köprülerin SAP2000 yazılımı ile sayısal modellerin nasıl hazırlanacağı konusunda ayrıntılı bilgiler verilmiş, yedinci bölümde köprüler için enine ve boyuna doğrultuda düşey yükler ve deprem etkisinde yapılan zaman tanım alanında doğrusal elastik hesap ve static itme analizi sonucunda elde edilen sayısal sonuçlar tablo ve şekillerde verilmiştir. C30, C50 ve C80 malzeme sınıflarından olmak üzere üç farklı yapısal malzeme türünde tekrarlanan analiz sonuçlarına ait veriler tezin son bölümünde verilmiştir. Sonuçlar genel olarak değerlendirilerek, elde edilen sonuçların sürdürülebilirlik açısından değerlendirilmiş ve önemi vurgulanmıştır. Yeni köprüler için, mühendislere ve yöneticilere daha sürdürülebilir köprü tasarım ve inşaat işlemleri ile mevcut köprüler için sürdürülebilir bakım uygulamaları sunmayı amaçlayan bu çalışma sonucunda elde edilen bulgulara 8. bölümde ulaşılabilmektedir. Tezin genel olarak orjinalliği, sürdürülebilirlik kavramını yatay yapılar için ele alması olmasının yanında deprem gibi Türkiye için oldukça önemli bir parametrenin de sürdürülebilirlik denklemi içinde yazılmasıdır. Yapısal davranışı bir bütün olarak ele alan bu yaklaşımda sürdürülebilirlik kavram olarak yapının tasarımında ve inşasında en önemli husus olarak değerlendirilmektedir.

Over the last few years, sustainable design has started to play an increasingly vital role in the construction of bridges. Designing for a sustainable bridge is complex and requires the consideration of many variables, from the design approach, to the materials used to its associated costs over its lifetime. To get a better grasp on the concept, this thesis is prepared. It contains modeling and the analysis of bridges with the SAP2000 software and synthesizing the existing practices in sustainable structural design applicable to bridges. The main focus of this thesis is to investigate this newly developed sustainability concept for horizontal structures. Thesis consists of eight chapters. In the first chapter, introduction and objectives of the study are given. In the second chapter literature review, sustainability, current sustaninability rules are given. In the third chapter applications related sustainability of buildings and bridges are studied separately. Forth chapter gives information about brdidge types used in Turkey. The bridges having two, four and five spans considered for numerical analysis are presented in fifth chapter and the SAP2000 numerical models of these bridges are given in the sixth chapter. The numerical results and behavior of those bridges (piers) are given under vertical and seismic effects. The linear time history analysis of the bridges and the static push-over analysis of piers are carried out. In the last chapter of this thesis the seismic risk assessment of reinforced concrete bridges with respect to sustainability point of view are given.