Konvansiyonel demiryolu köprü titreşimlerinin sönümlenmesinde pasif damperlerin performansının incelemesi
Investigation of the performance of passive dampers in mitigation of conventional railway bridge vibrations
Yazar: MEHMET AKİF YILDIZ
Danışman: DOÇ. DR. YILDIRIM SERHAT ERDOĞAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Damper = Damper ; Demir yolları = Railways ; Deprem yükü = Earthquake load ; Enerji sönümleme = Energy damping ; Köprüler = Bridges

Özet:
Köprüler, demiryolu ve karayolu ağının tamamlayıcı elemanlarıdırlar. Demiryolu ve karayolu taşımacılığının ülke ekonomilerinin üzerindeki etkinliği köprülerin ulaşım ağının vazgeçilmez bir parçası olduğu ortaya çıkmıştır. Köprü üst yapısında oluşan dinamik etkiler demiryolu ve karayolu ulaşımının zorlanmasına neden olmaktadır. Demiryolunun dinamik davranışı sonucu oluşan rezonans titreşimler, işletme bakım ve onarımı açısından önemli bir sorun haline gelmiştir. Yapılan araştırmalar doğrultusunda köprü titreşimlerinin dinamik yükler altındaki etkileri kapsamlı şekilde incelenmiş ve önemli bulgulara rastlanmıştır. Ayarlı Kütle Damperinin (AKD), inşaat mühendisliği yapılarının titreşimlerini azaltmada çok etkili olduğu gösterilmiştir. Son yirmi yılda, pasif enerji sönümleyiciler olarak yaygın bir şekilde uygulanmıştır. Son zamanlarda, çarpma sırasında enerji kaybına dayanan çekiçleme ayarlı kütle damperi (ÇAKD), basit konfigürasyonları nedeniyle popüler hale geldi. Bununla birlikte, ÇAKD'ler, ayarlanmış kütle ve sınır arasındaki düzgün olmayan temas nedeniyle doğrusal olmayan davranış sergilediği araştırmalar sonucunda ortaya çıkmıştır. Bu çalışmada, ÇAKD'lerin köprü tipi yapılarda titreşim azaltma üzerindeki performansı araştırılmıştır. Sunulan vaka çalışmasının konusu olarak Erzurum/Türkiye'de bulunan konvansiyonel bir demiryolu köprüsü benimsenmiştir. Çekiçleme ayarlı kütle damperinin frekans ve geri dönüş katsayısının optimum tasarım değeri, Demiryolu Köprüsü'nün titreşim özelliklerine göre belirlendi. Demiryolu köprüsünün detaylı 3D sonlu eleman modeli oluşturulmuş ve ÇAKD'ler, düzgün olmayan çekiç-temas modeli dikkate alınarak yay-kütle sistemi olarak modellenmiştir. Daha sonra ÇAKD'nin yatay ve düşey titreşim büyüklüklerini azaltmadaki etkinliği deprem yükü altında doğrulanmıştır. ÇAKD'lerin köprü yapısı üzerinde optimum yerleşimi için çeşitli ÇAKD konfigürasyonları test edilmiştir. Sonuçlar, ÇAKD'lerin titreşim azaltmadaki etkilerinin dikkat çekici olduğunu ve bu tür pasif enerji sönümleyicileri pratik uygulamalar için uygun hale getirdiğini göstermiştir.

Abstract:
Bridges are complementary elements of the rail and road network. The effectiveness of rail and road transport on the national economy has revealed that bridges are an indispensable part of the transportation network. Dynamic effects on the bridge superstructure cause difficulties in railway and road transportation. Resonance vibrations, which occur because of the dynamic behavior of the railway, have become an important problem in terms of operation, maintenance, repair. In line with the researches, the effects of bridge vibrations under dynamic loads have been extensively studied and important findings have been found. Tuned mass dampers (TMD) have shown to be very effective in mitigating vibrations of civil engineering structures. In the last two decades, they have been extensively applied as passive energy absorbers. Recently, pounding tuned mass dampers (PTMD), which relies on the energy dissipation during impact have become popular due to their simple configuration. However, PTMDs exhibit nonlinear behavior due to the non-smooth contact between the tuned mass and the boundary. In this study, performance of the PTMDs on the vibration mitigation in bridge type structures have been investigated. A conventional railway bridge which is in Erzurum/Turkey has been adopted as the subject of the presented case study. The optimum design value of the frequency and the coefficient of restitution of the pounding tuned mass damper were determined based on the vibration properties of Railway Bridge. The detailed 3D FE model of the railway bridge was created and the PTMDs are modeled as spring-mass system considering non-smooth impact-contact model. Subsequently, the efficiency of the PTMD in reducing the lateral and vertical vibration magnitudes was verified under earthquake loading. Various PTMD configuration have been tested for the optimum placement of the PTMDs on the bridge structure. The results have showed that the effects of PTMDs in vibration suppression is remarkable, which makes these types of passive energy absorbers suitable for practical applications.