Dairesel kesitli tünellerin deprem etkileri altında numerik analizleri

Abstract

Yeraltı yapılarının deprem etkileri altındaki davranışı yer hareketi ivmelerinden kaynaklanan atalet kuvvetlerinden ziyade, zemin-yapı ortamının yer değiştirmeleri tarafından kontrol edilmektedir. Deprem sırasında yeraltı yapıları, içinde bulundukları zeminde oluşan yer değiştirmelere uymaya çalışır. Bu sebeple yeraltı yapılarının tasarımında yer değiştirme esaslı tasarımlar yapılmalıdır. Bu çalışma kapsamında öncelikle tüneller hakkında genel bilgiler verilmiş ve tüneller kullanım amaçlarına, enkesit şekillerine ve yapım yöntemlerine göre gruplandırılarak detaylandırılmıştır. Tünellerin deprem sırasında maruz kaldığı boyuna yönde, tünel eksenine paralel doğrultuda gelen deprem dalga yayılımlarından kaynaklı eksenel ve eğilme şekil değiştirmeleri ile enine yönde, özellikle düşey yönde yayılan S deprem dalgalarından kaynaklı oluşan ovalleşme/yamulma şekil değiştirmelerinden bahsedilmiştir. Bu şekil değiştirme modlarına karşılık mevcut olan Serbest Alan Şekil Değiştirme Yaklaşımı ve Zemin-Yapı Etkileşimi Yaklaşımı yöntemleri detaylıca anlatılmış ve bu yaklaşım yöntemlerinde kullanılan analitik kapalı form çözümlerden bahsedilmiştir. Türkiye Karayolu ve Demiryolu Tünelleri ile Diğer Zemin Yapıları Deprem Yönetmeliği'ne göre deprem etkisindeki tünellerin tasarım felsefesi, tasarım yöntemleri ve tasarım sürecinden bahsedilmiştir. Tünellerin deprem etkileri altındaki davranışını inceleyebilmek amacıyla sonlu elemanlar analizleri yapılmaktadır. Bunlardan yaygın kullanılanlardan biri Plaxis 2D sonlu elemanlar programıdır. Bu tez çalışmasında modellemeler Plaxis 2D programı kullanılarak oluşturulduğundan öncelikle program hakkında temel bilgiler verilmiştir. Plaxis 2D programında kullanılan zemin modellerinden bahsedilmiş, zemin geometrisinin ve zemin geometrisine eklenecek yapısal elemanların tanımlanma biçimleri anlatılmıştır. Numerik analizlerde İstanbul'da yapılmakta olan yaklaşık 8 km uzunluğuna sahip çift tüp TBM tünellerinden oluşan bir demiryolu hattı projesinden yararlanılmıştır. Analizler dairesel kesitli TBM tünelleri için yapılmıştır. Dairesel kesitli tünellerin enine yönde deprem hesabı için güzergah üzerinde alınan yedi farklı kesitte Plaxis 2D programında numerik analizler yürütülmüştür. Yapılan ilk iki analiz yöntemi yer değiştirme esaslıdır ve bu yöntemlerde modele farklı hesaplamalar ile belirlenen yer değiştirme değerleri etkitilmiş ve tünel kaplamasında oluşan eğilme momentleri ve normal kuvvetler elde edilmiştir. Diğer analiz yöntemi ise 2 boyutlu olarak zaman tanım alanında yapılmıştır. Plaxis 2D programında model tabanına deprem ivme kayıtları etkitilmiştir. Numerik analizde kullanabilmek için spektruma uygun olan Gebze istasyonuna ait 1999 yılı İstanbul Kocaeli depremi, TCU042 istasyonuna ait 1999 yılı Tayvan Chi-Chi depremi ve San Jose - Santa Teresa istasyonuna ait 1989 San Francisco Loma Prieta depremi kayıtları seçilmiştir ve model tabanına etkitilerek tünel kaplamasında oluşan eğilme momentleri ve normal kuvvetler elde edilmiştir. Her bir kesit için statik durumda bulunan kuvvetler de özetlenmiştir. Analizler sonucunda üç farklı numerik yöntemle tünel kaplamasında oluşan kuvvetler karşılaştırmalı olarak grafiklerde sunulmuştur. Analizler Maksimum Tasarım deprem seviyesine göre gerçekleştirilmiştir.