Çarpma yüküne maruz köprü ayaklarının davranışının incelenmesi
Investigation of bridge pier behavior subjected to impact loads
- Tez No: 1006548
- Danışmanlar: DOÇ. DR. YUSUF SÜMER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Betonarme köprü ayağı, Çarpma yükü, LS-DYNA, Parametrik analiz, Hasar mekanizmaları, CFRP ile güçlendirme, Reinforced concrete bridge pier, Impact load, LS-DYNA, Parametric analysis, Damage mechanisms, CFRP strengthening
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Köprüler, karayolu taşımacılığının sürekliliğini sağlayan temel altyapı elemanları olup, hem ekonomik hem de sosyal yaşam açısından kritik öneme sahiptir. Bu yapılar, yalnızca doğal afetler ve deprem gibi çevresel yükler değil, aynı zamanda taşıt kaynaklı ani darbelere de maruz kalmaktadır. Özellikle orta ve ağır tonajlı kamyonların köprü ayaklarına çarpması, hem dünya genelinde hem de Türkiye'de ciddi riskler oluşturmaktadır. Türkiye'de şehirlerarası yoğun trafik hatları boyunca yer alan köprülerin çoğu, ağır araç çarpmalarına karşı potansiyel tehlike taşımakta, ancak mevcut tasarım ve güvenlik standartları bu tür yüksek şiddetli darbelere yeterince yanıt verememektedir. Bu çalışmada, çarpma yüküne maruz kalan betonarme köprü ayaklarının davranışı, LS-DYNA sonlu elemanlar yazılımı kullanılarak kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Beton için MAT_159 (CSCM), donatı çeliği için MAT_024 ve CFRP kompozitleri için MAT_054/055 malzeme modelleri kullanılmış ve modelin güvenilirliği literatürdeki deneysel çalışmalarla doğrulanmıştır. Analizde, iki farklı kamyon tipi ve çok kolonlu çerçeve tipi (bent) bir köprü ayağı modeli ele alınmış, araç hızı, araç ağırlığı, kolon çapı ve kolon üzerindeki eksenel yük gibi kritik parametrelerin etkileri sistematik biçimde değerlendirilmiştir. Araç çarpma yükünü doğru temsil etmek amacıyla, köprü kolonlarına uygulanan darbe kuvvet-zaman ilişkileri üçgensel bir darbe modeli ile idealize edilmiş ve bu model çerçevesinde matematiksel bir fonksiyon geliştirilmiştir. Fonksiyon, araç hızı, araç ağırlığı, kolon çapı ve eksenel yük parametrelerini dikkate alarak kolonlara ulaşan dinamik çarpma yükünü tahmin etmektedir. Katsayılar, parametrik simülasyon verilerinden elde edilen sonuçlar kullanılarak regresyon analizi ile belirlenmiş ve modelin doğruluğu LS-DYNA sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Simülasyonlar, ağır araç çarpmalarında tepe darbe kuvvetlerinin yaklaşık 20000 kN'a ulaştığını ve AASHTO LRFD (2020) standardında öngörülen 2670 kN değerinin yaklaşık 7.5 katına karşılık geldiğini göstermiştir. Bu bulgu, mevcut standartların yüksek tonajlı araç çarpmalarını yeterince temsil etmediğini açıkça ortaya koymaktadır. Buna ek olarak, kolonlara 2 mm ve 4 mm kalınlığında CFRP güçlendirmesi uygulanmış; güçlendirme, kolon rijitliğini artırmış, yer değiştirmeleri azaltmış ve darbe enerjisinin kolon boyunca daha geniş bir alana yayılmasını sağlamıştır. Beton çatlaması, ezilme, donatı akması, lokal burkulma ve CFRP ayrılması gibi hasar mekanizmaları detaylı biçimde incelenmiş ve güçlendirme etkileri açıklanmıştır. Elde edilen bulgular, sayısal modelin güvenilirliğini ve çarpma etkilerini doğru biçimde temsil ettiğini göstermekte olup, köprü tasarım standartlarının geliştirilmesine ve etkili güçlendirme yöntemlerinin belirlenmesine önemli katkılar sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Bridges play a fundamental role in ensuring the continuity of highway transportation and are critically important for both economic and social life. These structures experience not only environmental loads such as natural disasters and earthquakes but also sudden impacts from vehicles. Collisions of medium and heavy trucks with bridge piers pose significant risks worldwide, including in Turkey. Most bridges along intercity high-traffic corridors in Turkey face potential vulnerability to heavy vehicle impacts, yet current design and safety standards fail to address such extreme load events adequately. In this study, we investigated the behavior of reinforced concrete bridge piers subjected to vehicle impact loads using the LS-DYNA finite element software. We used MAT_159 (CSCM) for concrete, MAT_024 for reinforcing steel, and MAT_054/055 for CFRP composites, and validated the model's reliability against experimental studies from the literature. The analysis considered two different truck types and a multi-column frame-type (bent) bridge pier model, and we systematically evaluated the effects of key parameters such as vehicle speed, vehicle weight, pier diameter, and axial load on the columns. To represent vehicle impact loads accurately, we idealized the force–time relationships applied to the bridge piers using a triangular impact model and developed a mathematical function within this framework. The function predicts the dynamic impact load reaching the piers based on vehicle speed, vehicle weight, column diameter, and axial load. We determined the function coefficients through regression analysis using results from parametric simulations and verified the model's accuracy by comparing it with LS-DYNA results. The simulations showed that peak impact forces from heavy truck collisions could reach approximately 20,000 KN, which is about 7.5 times higher than the 2,670 KN equivalent static horizontal load recommended by AASHTO LRFD (2020). This finding clearly indicates that current design standards do not adequately represent high-tonnage vehicle impacts. Additionally, we applied CFRP strengthening with thicknesses of 2 mm and 4 mm to the columns. The reinforcement increased pier stiffness, reduced displacements, and distributed the impact energy over a larger area of the column. We examined damage mechanisms including concrete cracking, crushing, reinforcement yielding, local buckling, and CFRP debonding in detail and discussed the effects of strengthening. The results demonstrate that the numerical model reliably represents impact behavior and provide valuable insights for improving bridge design standards and identifying effective strengthening strategies against vehicle collisions.
Benzer Tezler
- Doğu Karadeniz bölgesinde trametes (fomes) pini (thore ex.fr.) fr.'nin yayılışı konukçuları ve zararı üzerine araştırmalar
Stydies on distribution, hosts and damage of trametes (fomes) pini (thore ex.fr.) fr. in the eastern black-sea region of Turkey
MEHMET ABATAY
- Sayısal stereo kotlayıcı
Başlık çevirisi yok
A.İKLİL KAYIHAN
Doktora
Türkçe
1984
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF. DR. DURAN LEBLEBİCİ
- Bina dış kabuğunda yoğuşma ve buharlaşma miktarları ile ısı etkinliğine etkilerinin belirlenmesi için grafik yöntem
Graphisches verfahren für die bestimmung der kondens-und verdunstmengen in aussenbauteilen und derer einfluss über die waermeleitfaehigkeit
LEMİ YÜCESOY
- Çeşitli şekillerde düzenlenmiş iki silindir etrafındaki akım alanının incelenmesi
Investigation of the flow araund two circular cylinders in various arrangements
M.NEVZAT ÖZKAN