Ardgermeli sürekli köprü tabliyelerinin yapısal davranışının incelenmesi

Abstract

Ulaşım sistemleri ve bunun bir parçası olan köprüler, ülkelerdeki ulaşım ağını sağlamalarının yanı sıra ülkenin medeniyet seviyesini de belirleyen en önemli unsurlardan biridir. Günümüzde, artan nüfusla birlikte şehir içi ve şehir dışı yolların birbirleriyle çakışması farklı kavşak çözümlerinin oluşturulması ihtiyacını doğurmuştur. Bu anlamda, yapım kolaylığı ve imalat hızı bakımından prefabrike öngermeli önçekim kirişli köprüler şehir içi kavşak projelerinde en fazla uygulanan köprü tipi haline gelmiştir. Fakat bu tip köprülerde açıklıkların 30m-40m arasında kısıtlı olması, yol geometrisinin yatayda yüksek kurp yarıçapına ya da verevliğe sahip olması durumunda yetersiz kalmaktadır. Son zamanlarda, ardgerme sisteminde, beton kalitesinde ve mesnet tiplerinde teknolojinin ileri seviyelere taşınması sonucu prefabrike köprülerin yerini daha estetik, geometri olarak uyumluluk gösteren, daha uzun açıklıkların geçilebildiği yerinde dökme ardgermeli sürekli köprüler almıştır. Bu yöntemle ortalama 50m civarında açıklıklar dolu ya da boşluklu tabliyelerle rahatlıkla geçilebilmektedir. Ardgermeli sürekli kiriş sistemi kullanılarak tasarlanan hiperstatik tabliyelerde, oluşan eğilme momentleri, taşıyıcı sistemin mesnet ve açıklık bölgeleri tarafından paylaşılır. Köprü kesiti değişken boyutlu, mesnet kısmında daha derin (yüksek), açıklık ortasında ise daha az derinliğe sahip olarak oluşturulabilmektedir. Bu tez çalışması kapsamında, yatay kurbalarda tasarlanan yerinde dökme ardgermeli sürekli ve özel mesnetli köprülerin depremli durum yükleri altında yapısal davranışı incelenmiş ve sonuçları özellikle tasarım optimizasyonu açısından değerlendirilmiştir. Ayrıca, ilgili tez çalışması kapsamında, planda yatay kurba sahip köprülerin deprem etkileri altında davranışlarını dikkate alan, hesap esasları ve analiz yöntemleri hakkında kıstaslar getiren AASHTO LRFD şartnameleri irdelenmiştir. AASHTO LRFD 2020 ve AASHTO LRFD 2011 şartnamelerinde kurpta köprülerin doğru eksenli köprü şeklinde idealize edilebilmesi için birtakım koşullar belirlenmiştir. Köprü açıklık sayısı, açıklık oranları, ayak rijitlikleri ve kurp yay merkez açısı değerleri söz konusu çözüm yönteminde belirleyicidir. AASHTO LRFD 2020 şartnamesinde kurpta köprülerin doğru eksenli köprü şeklinde idealize edilebilme koşulu için kurp yayı merkez açısının 900 olması belirlenmiştir. koşulları kurp yayı merkez açısının 900 olması belirlenmiştir. Yapılan çalışmalar ışığında bu sınır AASHTO Guide Specifications (LRFD 2011) şartnamesinde 300 olarak belirlenmiştir. Bu çalışma kapsamında söz konusu sınırların gereklilik ve yeterliliği araştırılmıştır. Bu kapsamda, yatay kurbada ardgermeli köprülerin yapısal davranışı ile ilgili olarak daha önce yapılan çalışmaların ışığında, konunun daha net bir şekilde anlaşılması için köprülerin 3-boyutlu gerçek geometrileriyle uyumlu modelleri gelişmiş paket programlar kullanılarak oluşturulup çözümler yapılmıştır. Bu çalışmada incelenen köprülerin tabliyesi çubuk elemanlarla ve shell elemanlarla temsil edilerek SAP2000 ve CSiBridge programı yardımıyla modellenmiştir. Köprü tasarımına etki eden parametreler (köprü tabliyesi enkesiti, köprü açıklığı, kurp yarıçapı (kurp yay merkez açısı), ayak yükseklikleri, mesnetlenme koşulları ve sismik yükler (ve geliş doğrultuları değiştirilerek) ile zemin sınıfları farklı köprü modelleri oluşturulmuştur. Oluşturulan köprü taşıyıcı sistemlerine ait sayısal modeller düşey yükler ve deprem yükleri etkisinde doğrusal ve doğrusal olmayan hesap yöntemleriyle çözümlenmiştir. Doğrusal elastik olmayan analiz yöntemleri 01.01.2019 tarihinde yürürlüğe giren Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY 2018) ile uluslararası yönetmeliklerde (AASHTO LRFD Bridge Design Specifications 2017, AASHTO Guide Specifications for LRFD Seismic Bridge Design, Caltrans 2013, New Zealand Bridge Manual 2013) tanımlanan hesap esaslarına uygun olarak farklı deprem düzeyleri için öngörülen performans seviyelerine göre gerçekleştirilecektir. Ayrıca 6 ekim 2020'de resmi gazetede yayımlanan "Deprem Etkisi Altında Karayolu Ve Demiryolu Köprü ve Viyadükleri Tasarımı İçin Esaslar" yönetmeliği de dikkate alınmıştır. Elde edilen çok sayıda yapısal analiz sunucundan hareketle belirlenen farklı köprü konfigürasyonları için dinamik modal büyüklükler (doğal periyot-frekans, kütle katılım oranı), ayak üst ucu en büyük yerdeğiştirmeleri ile yapısal elemanların iç kuvvetleri (normal kuvvet, kesme kuvveti, eğilme momenti ve burulma momenti) elde edilmiştir. Belirlenen çok sayıda köprü konfigürasyonu farklı değişken parametlerle incelenmiş olup, sonuçların değerlendirilmesi ile yatay kurpta köprülerin yapısal çözüm yöntemlerine dair önerile getirilmiştir. Ayrıca, ulusal ve uluslararası şartnamelerin konuyla ilgili esaslarının ve limitlerinin yeniden değerlendirilmesi gerektiği sonucuna varılmıştır.