Mesnetlerinden farklı yer hareketi etkisindeki kablolu köprülerin yapı-zemin etkileşim analizi
Soil-structure interaction analysis of cable-stayed bridges subjected to multiple-support excitations
Yazar: EDA AVANOĞLU SICACIK
Danışman: DOÇ. DR. KURTULUŞ SOYLUK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering
Dizin: Kablolu köprüler = Cable-stayed bridges ; Yapı-zemin etkileşimi = Soil-structure interaction

Özet:
Bu tez çalışmasında, kablolu köprü türü uzun açıklıklı köprü sistemlerinin dinamik davranışının, yapı-zemin etkileşimi (YZE) ve yer hareketindeki değişim etkileri açısından karşılaştırmalı olarak incelenmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla yer hareketi değişim bileşenlerinden, korelasyon, dalga yayılma ve zemin etkisi ile bu etkilerin birlikte dikkate alındığı analiz durumları için, farklı yer hareketleri üretilmiş ve bu yer hareketleri etkisindeki üst yapının dinamik davranışı yapı-zemin etkileşimi açısından incelenmiştir. Oluşturulan tüm yer hareketi ivmesi kayıtları, 0.5g PSA'ya göre normalize edilmek suretiyle, Eudrocode 8'e uyumlu olacak şekilde belirlenmiştir. Yapı-zemin etkileşimi, sistemi yapısal sistem ve zemin sistemi olmak üzere iki alt sisteme ayıran alt-sistem yaklaşımı kullanılarak dikkate alınmıştır. Alt sistem yaklaşımında üst yapı ve zemin iki ayrı sistem olarak ele alınmış ve her iki sistem için ayrı ayrı yazılan dinamik denge denklemleri, daha sonra üst yapı-zemin ara kesitindeki geometrik uygunluk ve denge koşulları dikkate alınarak birleştirilmiştir. Uygulama amacıyla Güney Kore'de inşa edilen Jindo Kablolu Köprüsü seçilmiştir. Deprem hareketinin değişimine bağlı olarak tanımlanan analizler için yapı-zemin etkileşiminin dikkate alındığı ve ihmal edildiği iki farklı sonlu eleman modeli oluşturulmuştur. Çalışmadan edilen sonuçlar, hem yapı zemin etkileşiminin hem de yer hareketi değişim bileşenlerinin yapısal köprü tepkilerini önemli ölçüde değiştirebileceğini göstermiştir. Bu bakımdan uzun açıklıklı köprü sistemlerinin dinamik analizi yapılırken, yapı-zemin etkileşiminin ve yer hareketindeki değişim etkilerinin dikkate alınması önem arz etmektedir. Bu amaçlarla hazırlanan tez, aşağıdaki bölümlerden oluşmaktadır.Birinci bölümde genel bilgiler üzerinde durulmakta olup, konunun önemi ile ilgili bilgiler verilmektedir.İkinci bölümde çalışmanın amacı, konu ile ilgili daha önce yapılmış çalışmalar ve çalışmanın kapsamı hakkında bilgiler verilmektedir.Üçüncü bölümde çalışmada kullanılacak yer hareketlerinin elde edilmesi ile ilgili teorik formülasyon üzerinde durulurken, uygulama amacı ile seçilen köprünün analitik modeli de oluşturulmaktadır. Ayrıca, yer hareketindeki değişim ve yapı-zemin etkileşiminin dikkate alınabilmesi için geliştirilen bilgisayar programı ile ilgili açıklamalara da bu bölümde yer verilmektedir.Dördüncü bölümde ise, yer hareketi değişim etkilerinin ve yapı-zemin etkileşiminin dikkate alınan kablolu köprü sistemine etkisi elde edilen yapısal tepkilere bağlı olarak irdelenmektedir. Beşinci bölümde çalışmadan çıkarılabilecek sonuçlar ile öneriler verilirken, bu bölümü kaynaklar izlemektedir.

Abstract:
In this study, it is intended to determine the effects of soil-structure interaction (SSI) and multiple-support excitation on the dynamic characteristics of the seismic response of cable-stayed bridges. For this purpose, ground motion time histories are simulated for multiple-support excitation, depending on the spatially varying components of incoherence, wave-passage and site-response effects. Each simulated time-history is generated to be compatible with the Eurocode 8 response spectrum normalized to 0.5g PSA. The substructure method which partitions the total soil-structure system into two substructures: the structural system and the soil system, is used to treat the soil-structure interaction problem. In order to investigate the soil-structure interaction effect on the response of cable-stayed bridges under multiple-support excitation, two-dimensional model of an existing bridge (Jindo Bridge) is used to represent the superstructure. To emphasize the relative importance of the spatial variability effects of the earthquake ground motion, bridge responses are determined for the fixed base bridge model which neglects the soil-structure interaction effect and for the bridge model which includes the soil-structure interaction effect. It is observed that both of the soil-structure interaction and spatially varying ground motions have important effects on the structural responses. The parametric study of the relative importance of the soil-bridge interaction in the presence of spatial variability components of the ground motion shows that the multiple-support excitation and soil-structure interaction should be considered in the dynamic analyses of cable-stayed bridges. The thesis prepared with this purpose includes the following chapters.In the first chapter, general information about the subject is given and the importance of the matter is outlined.In the second chapter, the aim of the study, previous studies about the subject and information about the content of the study are given.In the third chapter, the theoretical formulation about simulating ground motions is given along with the construction of the finite element model of the selected cable-stayed bridge. The flowchart of the modified computer program which includes the spatial variability of ground motion and the soil-structure interaction effect is also defined in this chapter.In the fourth chapter, the influence of the soil-bridge interaction and spatial varying ground motion effects on the selected cable-stayed bridge model is discussed depending on the obtained structural responses. As the results and recommendations obtained from the analyses are given in chapter five, this chapter is followed by the references.