Mevcut öngerilmeli betonarme bir köprünün deprem performansının incelenmesi
Earthquake performance assessment of an existing prestressed reinforced concrete bridge
- Tez No: 982247
- Danışmanlar: PROF. DR. KADİR GÜLER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Köprü ve viyadükler günümüz karayolu ulaşım ağının en önemli bileşenlerindendir. Bu sanat yapıları, ulaşım ve ulaştırma için bu kadar önemli iken, bazı olası sebepler neticesinde işlevlerini yerine getirememesine ve önemli olumsuz sonuçlar doğurmasına neden olabilir. Bu durumlara sebep olacak olaylardan birisi de depremdir. Mevcut bir köprünün olası şiddetli bir depremde nasıl performans göstereceği önemlidir. Depremden sonra acil müdahalelerin yapılması, yardımların ulaştırılması ve operasyonel işlemlerin devamlılığı ve sürekliliği için, köprülerde deprem sırasında ciddi hasar gözlemlenmemesi, toptan göçmenin meydana gelmemesi gerekmektedir. Bu sonuçların öngörülmesi ve buna göre strateji geliştirilebilmesi için, mevcut köprülerin deprem performanslarının incelenmesi ve belirlenmesi mühimdir. Bu sebeple bu tez çalışmasında Amasya İli, Suluova-Amasya otoyolu üzerinde bulunan betonarme bir karayolu köprüsünün deprem performansı incelenmiştir. Köprünün 3 boyutlu modeli sonlu elemanlar analiz programı olan CSIBridge ile oluşturulmuştur. Köprünün deprem performansı Türkiye Köprü Deprem Yönetmeliği (2020)' ne göre iki aşamalı olarak incelenmiştir. Değerlendirme yöntemleri olarak birinci aşamada doğrusal olmayan orta ayak itme analizi yöntemi (pushover) ve ikinci aşamada zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz yöntemi (time history) seçilmiştir. İtme analizi yönteminde plastik mafsal hipotezi kullanılarak mafsal boyu TKDY (2020)'e göre belirlenmiştir. Time history analizinde ise histeretik davranışı tanımlamak için Takeda modeli kullanılmıştır. İki analiz yöntemi ile köprünün enine ve boyuna doğrultuları için ayrı ayrı elde edilen sonuçlar değerlendirilerek deprem performansı belirlenmiştir. Toplamda 7 bölümden oluşan çalışmanın ilk bölümünde giriş yapılarak tezin konusundan, amacından ve daha önceden konuya ilişkin yayınlanan benzer çalışmalardan bahsedilmiştir. İkinci bölümde, TKDY (2020)'e göre deprem etkisi altındaki köprülerin performansa göre değerlendirme ve tasarım esaslarından bahsedilmiş ve mevcut köprülerin performanslarının değerlendirilmesi yöntemleri açıklanmıştır. Üçüncü bölümde, çalışmaya sayısal çözümü yapılarak konu olan köprü hakkında bilgiler verilmiş ve köprünün özelliklerinden bahsedilmiştir. Köprünün taşıyıcı sistemi tanıtılarak taşıyıcı elemanların kesit ve malzeme özellikleri paylaşılmıştır. Köprünün bulunduğu zemin özellikleri ayrıca verilmiştir. Dördüncü bölümde mevcut köprünün 3 boyutlu matematiksel modelinin CSIBridge sonlu elemanlar programında nasıl oluşturulduğundan, kullanılan veriler ve kabullerden bahsedilmiştir. Köprünün alt ve üst yapısı çubuk elemanlarla modellenmiştir. Köprü üst yapısının ve taşıyıcı elemanlarının nasıl tanımlandığı üst yapıya hangi yüklerin tanımlandığı anlatılmıştır. Beşinci bölümde, gerçekleştirilecek olan doğrusal olmayan analiz yöntemleri için gerekli alt yapının nasıl oluşturulduğundan bahsedilmiştir. İlk olarak köprünün modal analizi gerçekleştirilerek ilk 30 moda ait mod şekilleri elde edilmiştir. Daha sonra şekildeğiştirmeye göre değerlendirmeden bahsedilmiş ve doğrusal olmayan davranışın modellenmesi anlatılmıştır. Doğrusal olmayan davranışın modellemesinde kullanılan plastik mafsal hipotezi, beton ve çelik malzeme modelleri açıklanmıştır. Etkin kesit rijitlikleri hesaplanmış ve orta ayaklar için moment-eğrilik diyagramları elde edilmiştir. Son olarak köprü performans düzeyleri için hesaplanan plastik dönme limitleri verilmiştir. Altıncı bölümde, mevcut köprünün iki aşamalı doğrusal olmayan deprem hesabı verilmiştir. İlk olarak birinci aşama değerlendirmede kullanılan orta ayakların itme hesabı hakkında bilgilere yer verilmiştir. Daha sonra itme hesabı için gereken itme eğrileri köprünün enine ve boyuna doğrultusu için ayrı ayrı elde edilmiş ve bu eğriler modal kapasite eğrilerine dönüştürülmüştür. Ardından DD-2 elastik tasarım spektrumu (Sa-T), spektral ivme-spektral yer değiştirme eğrisi (Sa-Sd) olan talep eğrisine dönüştürülmüştür. İki doğrultu için ayrı oluşturulan talep ve kapasite eğrilerinden iki doğrultulardaki performans noktaları belirlenmiştir. Daha sonra orta ayaklar enine ve boyuna doğrultuda performans noktasına kadar itilerek mafsallarda plastik dönmeler elde edilmiştir. Elde edilen plastik dönmeler performans düzeyleri limit değerleriyle karşılaştırılarak, köprünün birinci aşama performans seviyesi belirlenmiştir. Birinci aşama değerlendirmenin sonunda orta ayakların kesme kuvveti ve moment kapasitelerinin yeterliliği kontrol edilmiştir. İkinci aşama değerlendirmede zaman tanım alanında analiz yöntemi kullanılmıştır. 10 adet deprem kaydı seçilerek, bu kayıtların ivme spektrumlarının ortalaması DD-1 elastik tasarım spektrumuna göre ölçeklendirilmiştir. Ölçeklendirilen ivme kayıtları köprünün enine ve boyuna doğrultusu için ayrı ayrı tanımlanmıştır. Deprem etkisi altında analiz gerçekleştirilerek ayaklardaki plastik dönmeler belirlenmiştir. Enine ve boyuna doğrultuda büyük dönmelerin oluştuğu plastik link elemanların moment-dönme grafikleri her bir deprem kaydı için elde edilmiştir. Enine ve boyuna doğrultuda oluşan plastik dönmeler, performans sınırı değerleriyle karşılaştırılarak köprünün ikinci aşama deprem performansı belirlenmiştir. Bölümün sonunda orta ayakların ikinci aşama değerlendirme için kesme kuvveti ve moment kapasitelerinin yeterliliği kontrol edilmiştir. Çalışmada elde edilen sonuçlar yedinci bölümde verilmiştir. İki farklı analiz yönteminin sonuçları, köprünün performans düzeyleri, yönetmeliğe göre performans düzeylerinin yeterli olup olmadığı ve güçlendirilmesinin gerekip gerekmediği açıklanmıştır.
Özet (Çeviri)
Bridges and viaducts are among the most important components of today's highway transportation network. While these art structures are so important for transportation, their failure to serve their functions as a result of some possible reasons will have negative consequences. One of the events that will cause these situations is earthquakes. It is important how an existing bridge will perform in a possible strong earthquake. In order to provide emergency interventions after the earthquake, to deliver aid, and to ensure the continuity and continuity of operations, bridges should not be severely damaged during the earthquake and prevent total collapse. In order to predict these consequences and develop strategies accordingly, it is important to assess and determine the earthquake performance of existing bridges. For example, during the Loma Prieta earthquake (1989), the collapse of the Cypress Street Viaduct in California/Oakland resulted in numerous deaths and injuries. Furthermore, it cost $1.2 billion and took nine years to replace the collapsed structure with a new one. In the past, since there was no detailed technical specification for bridge design in our country, foreign regulations such as AASHTO-LRFD were used in the design. An important step was taken in this regard with the Turkey Bridge Earthquake Code (TBEC, 2020), published in the Offical Journal in 2020. Prepared by utilizing existing relevant regulations, this regulation classifies bridges according to their importance levels and determines calculation and evaluation methods according to importance levels. For this reason, in this thesis, the earthquake performance of an existing reinforced concrete highway bridge located on the Suluova-Amasya highway in Amasya province is examined. The existing bridge was built in 1989 in the Merzifon district of Amasya Province. The bridge has four spans, total length of bridge is 73.80 m. The bridge deck consisting of prestressed RC beams and topping concrete is connected to the bridge cap with elastomeric bearings. The bridge cap is connected to piers (as piles) of the bridge. CSI Bridge software was used to establish the bridge numerical analysis model. In the numerical model, springs are assigned to the piles (piers of the bridge) to consider the soil-structure interaction. The 3D model of the bridge was modeled using CSIBridge, a finite element analysis program. The earthquake performance of the bridge was analyzed in two stages according to the“Turkish Bridge Earthquake Code (2020)”. Nonlinear pushover analysis method in the first stage and in nonlinear time history analysis method in the second stage were selected as the assessment methods. In the pushover analysis method, the hinge length was determined according to TBEC (2020) using the plastic hinge hypothesis. In time history analysis, Takeda model was used to describe the hysteretic behavior. The earthquake performance of the bridge was determined by evaluating the results obtained separately for the transverse and longitudinal directions with the two analysis methods. The study consists of 7 chapters in total. In the first chapter section of the study, an introduction is made and the subject of the thesis, its purpose and similar studies published previously are mentioned. In the second chapter section, the principles of performance assessment and design of bridges under earthquake effects according to TBEC (2020) are mentioned and the methods of evaluating the performance of existing bridges are explained. The third chapter section provides information about the bridge under study and discusses its characteristics. The bridge's structural system is introduced, and the cross-sections and material properties of the structural elements are shared. The soil characteristics of the bridge's foundation are also provided. In the fourth chapter section, the creation of the existing bridge's 3D mathematical model in the CSIBridge finite element program is explained, along with the data and assumptions used. The bridge's superstructure and substructure are modeled using beam elements. The definition of the bridge superstructure and its structural elements, along with the loads applied to the superstructure, are described. In Chapter 5, the necessary background for the nonlinear analysis methods to be performed is mentioned. First, the modal analysis of the bridge was performed, and the free vibration mode shapes for the first 30 modes were obtained. Then, the evaluation based on strain was explained, and the modeling of nonlinear behavior was described. The plastic hinge hypothesis used in modeling nonlinear behavior, along with concrete and steel material models, is described. Effective section stiffnesses are considered calculated, and moment-curvature diagrams are obtained for the bridge columns (piers). Finally, the plastic rotation limits calculated for the bridge performance levels are provided. In Chapter 6, the two-stage nonlinear seismic analysis of the existing bridge is described. First, information is provided on the pier pushover analysis used in the first stage evaluation. Subsequently, the pushover curves required for the pushover analysis were obtained separately for the bridge's transverse and longitudinal directions and converted into modal capacity curves. Then, the DD-2 elastic design spectrum (Sa-T) was converted into a demand curve, which is the spectral acceleration-spectral displacement curve (Sa-Sd). The demand and modal capacity curves created separately for the two directions were run to determine the performance points in the directions. Then, the pier was pushed to the performance point in the transverse and longitudinal directions, and plastic rotations were obtained at the hinges. The obtained plastic rotations were compared with the limit values of the performance levels, and the first-stage performance level of the bridge was determined. At the end of the first stage evaluation, the sufficiency of the shear force and moment capacity of the piers was checked. In the second stage evaluation, the time history analysis method was used. 10 earthquake records were selected, and the average of their acceleration spectra was scaled according to the DD-1 earthquake level elastic design spectrum. The scaled acceleration records were defined separately for the bridge's transverse and longitudinal directions. Analysis was performed under seismic effects to determine the plastic rotations at the piers. The moment-rotation diagrams of the plastic link elements, where large rotations occurred in the transverse and longitudinal directions, were obtained for each seismic record. The plastic rotations occurring in the transverse and longitudinal directions were compared with the performance limit values to determine the second-stage seismic performance of the bridge. At the end of the section, the sufficiency of the shear force and moment capacities of the piers was checked for the second stage evaluation. The results obtained in the study are given in Chapter Section 7. The results of two different analysis methods, the performance levels of the bridge, whether the performance levels are adequate according to the code and whether retrofitting is required or not are explained.
Benzer Tezler
- Mevcut bir demiryolu köprüsünün deprem performansının doğrusal olmayan yöntemlerle incelenmesi
Seismic performance evaluation of existing railway bridge by nonlinear analysis methods
OGÜN ERBAY ONAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ABDULLAH NECMETTİN GÜNDÜZ
- Buğdayda farklı melezleme teknikleri kullanarak tohum tutma oranının saptanılması
Başlık çevirisi yok
İSMAİL TÜZÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
ZiraatUludağ ÜniversitesiTarla Bitkileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİS RUHİ EKİNGEN
- Doğuştan kalça çıkıklı hastalarda kalça patolojilerinin bilgisayarlı tomografi ile değerlendirilmesi
Başlık çevirisi yok
NECDET ŞÜKRÜ ALTUN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
1987
Ortopedi ve TravmatolojiGazi ÜniversitesiOrtopedi ve Travmatoloji Ana Bilim Dalı
PROF.DR. ORHAN ASLANOĞLU
- Wistar tipi erkek farelerin gastrointestinal kanal duvarında yaygın apud hücrelerinin türleriyle dağılımlarının modifiye gümüşleme metodlarıyla ışık mikroskobu düzeyinde incelenmesi
Başlık çevirisi yok
MEVLÜT ASAR
Doktora
Türkçe
1986
MorfolojiAkdeniz ÜniversitesiHistoloji ve Embriyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MERAL TEKELİOĞLU