İki açıklıklı betonarme plak köprünün hesap esasları ve projelendirilmesi

Abstract

Bu çalışmada; betonarme karayolu köprü hesabı esaslarının, Karayolları Genel Müdürlüğü yayım olan Yol Köprüleri için Teknik Şartname ve AASHTO Amerikan Karayolu Köprüleri standardına bağlı olarak köprülerin projelendirilme aşamaları ve buna bağlı olarak iki açıklıklı betonarme plak bir köprünün hesabı yapılmıştır. Köprü projelendirme aşamaları; köprülerin maruz kaldığı yük etkileri, bu yüklerin en elverişsiz kesit etkilerini oluşturacak yükleme kombinasyonları, yapılan yükleme kombinasyonları neticesinde kesit hesabı gerektiren noktalardaki kesit hesabı esasları, köprü projelerinin yapılması ve projenin uygulama ve kullanım aşamasında verimliliğini etkileyen konstrüktif esaslar ve köprülerde deprem hareketine bağlı olan boyutlama esasları belirtilen şartnameler çerçevesince etraflı bir şekilde incelenmiştir. İlgili şartnamelerden yapılan inceleme neticelerine bağlı olarak; iki açıklıklı yerinde döküm betonarme plak üst yapısı olan, perde ayaklı ve kazıklı temellere oturan bir köprünün hesabı yapılmıştır. Köprü hesabmda taşıyıcı sistem modeli bilgisayar destekli statik ve dinamik analiz yapan bir program ile üç boyutlu olarak modellenip kesit tesirleri saptanmıştır. Bulunan kesit tesirleri ile kesitlerin donatım esasları ve konstrüktif özellikleri AASHTO şartnamesine göre belirlenmiştir. Köprülerin projelendirilmesinde; geçilen açıklığın, bölgenin deprem davranış durumunun, zemin profilinin, köprünün hizmet sınıfının ve ekonomik olarak kullanılabilecek malzeme türüne bağlı olarak belirlenen kıstaslar neticesinde köprü üst yapı ve alt yapı tiplerinin tayini yapılmıştır. Köprü tipinin tayini neticesinde köprünün konumuna göre özellikle deprem riski yüksek bölgelerde deprem etkilerini karşılayacak mukavemet ve stabilite etkileri etraflı şekilde incelenmiştir. Köprü 2. Derece deprem bölgesi içinde yer almakta olup; deprem hesabmda ana parametre olarak kullanılan maksimum yer ivmesi ilgili şartnamelerden tespit edilmiştir. Deprem etkilerinin özellikle üst yapı sisteminin prefabrik kirişli olması durumlarında yatay deprem etkisi neticesinde köprü enine ve boyuna yönde deprem takozu detaylarının ve deprem hareketinde mesnet takozlarının üzerinde serbest olarak oturan elastomer mesnetlerin mesnet takozlarına ankrajlı olarak tespit edilmeleri ve muhtemel kiriş düşmelerine karşı bir önlem olarak AASHTO şartname hükümleri gereği yeterli oturma payı bırakılması esaslarına uyulmuştur. Aksı halde üst yapının gerekli mukavemet esaslarım sağlamasına rağmen deprem etkisinde kirişlerin devrilmesi ve elastomer mesnetlerin yerlerinden kayması ve düşmesi gibi etkilerin deprem hareketi neticesinde yoğun olarak gözlenen hasar şekillerini teşkil ettikleri gözlenmiştir. Ayrıca açıklıkların durumuna bağlı olarak su geçirmez, uzun süre bakım gerektirmez ve üst yapıya ankrajlı tipte genleşme derzi detayları uygulanmıştır. Köprü yüzeyinde meydana gelecek su birikintileri uygun eğim ve drenaj sistemleri ile uzaklaştırılmalıdır. Oto korkuluk ve yaya korkuluk detayları standardına uygun olarak tayin edilmelidir. Betonarme köprülerde tahliyenin ve diğer taşıyıcı elamanların zaman içinde su etkileri ile içerlerindeki donatıların korozyona uğramaması için uygun izolasyon sisteminin araştırılıp uygulanması köprünün ekonomik ömrünü artıran faktörlerden olduğu göz önünde bulundurulmuştur. Köprünün 100 yıllık bir hizmet ömrü olacağı düşünülerek köprü, bakım ve onarım çalışmaları ( örneğin, mesnetlerin değiştirilmesi ) için ihtiyaç duyulacak krikoların yerleştirebilmeleri gereğinden dolayı kenar ve orta ayaklarda yeterli pay bırakılmalıdır.

In this study, analysis desing and principles of reinforced concrete highway bridges are presented according to Technical Specifications for Highway Bridges published by KGM and AASHTO, American Standard for Highway Bridges; as an example the analysis and design of a double span bridge are carried out using these specifications. Design stages of a bridge are studied in detail considering the loads acting on the bridge, load combinations that will constitute the most critical section forces, principles for calculation of load carrying capacities to resist these section forces, construction details that effect the construction and usage stages of the bridge, and dimensioning principles related to seismic response of bridges. The design of a double span bridge is carried out which has a cast-in-place reinforced concrete slab deck, wall-type piers, and pile foundations. Main structure of the bridge is modeled in three dimensions using a computer program that is capable of making static and dynamic analysis, and section forces are calculated. Reinforcement and construction details of the design sections are determined using the principles of AASHTO. Superstructure and substructure of the bridge are designed considering the bridge span, seismic properties of the site, soil profile, service class of the bridge, and the materials that will be used. While determining the bridge type, strength and stability factors that effect the seismic resistance of the bridge are studied in detail. The bridge is assumed to be in 2. degree seismic area and the effective ground acceleration coefficient which is the main parameter in seismic design is determined according to the relevant codes. To prevent the sliding of the bridge deck under seismic loading, bearings of the bridge are designed as anchored elastomeric bearings and sufficient seat width and seismic block details are provided according to AASHTO. It is observed that without these precautions, the superstructure and bearings may slide although the superstructure satisfies the strength requirements. Expansion joints are water-proof and anchored to the superstructure requiring no short-term care. Water that is collected on the deck should be drained with appropriate superelevation and drainage systems. Guard-rail details are made using proper codes. It is also taken into consideration that isolation materials increase the economical life-time of reinforced concrete bridges by protecting the reinforcement from the effects of corrosion. xn Considering a 100 year economical life-time for the bridge, sufficient clear distance is allowed for around the bearings in order to place the jacks that will be used in repair works (for example replacing the bearings).