Sonlu hızla yayılan yakın fay yer hareketi etkisi için çelik kemer köprülerin dinamik analizi
Dynamic analysis of  steel arch bridges for near-fault ground motions travelling with finite wave velocity
Yazar: DERSU YILMAZ
Danışman: PROF. KURTULUŞ SOYLUK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering

Özet:
Uzun hakim periyotlara sahip çelik kemer köprülerin yakın fay bölgelerinde yer alması, yakın fay etkileri altındaki sismik davranışlarının araştırılması ihtiyacını doğurmuştur. Yakın fay yer hareketlerinin önemli yıkıcı etkiler içermesi ve bu etkiler altında çelik kemer köprülerin sergiledikleri sismik davranışların yeterince anlaşılması amacıyla bu tez çalışması gerçekleştirilmiştir. Statik yer değiştirmeler meydana getiren sıçrama ve uzun periyotlu yüksek genlikli darbe etkileri içeren yakın fay yer hareketlerinin uzun açıklıklı çelik kemer köprüler üzerindeki sismik etkilerinin anlaşılması köprü tasarımı açısından oldukça önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında yakın fay yer hareketi olarak dikkate alınan Chi-Chi depremine ait yakın fay yer hareketleri için ABD'de bulunan New River Gorge (NRGB) Köprüsü'nün dinamik analizleri gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında yakın fay yer hareketleri üç farklı şekilde ele alınmıştır: Chi-Chi depremine ait yakın fay özelliği gösteren kayıtlar, Chi-Chi depremine ait yakın fay kayıtları kullanılarak üretilen kayıtlar, Chi-Chi depremine ait uzak fay kayıtları kullanılarak üretilen kayıtlar. Yakın fay etkisinin kemer köprü üzerindeki etkisini vurgulamak amacıyla, yakın fay etkisi için gerçekleştirilen çözümler uzak fay kayıtları için elde edilen çözümlerle karşılaştırılmıştır. Günümüze kadar dalga yayılma etkisi çoğunlukla uzak fay yer hareketleri için dikkate alınmış olup, bu çalışma kapsamında deprem hareketinin sonlu yayılma hızının etkisini incelemek amacıyla hem darbe etkili yakın fay kayıtlarının hem de sıçrama etkili yakın fay kayıtlarının sonlu yayılma hızları için çözümler yapılarak elde edilen köprü tepkileri karşılaştırılmış ve yer hareketinin sonlu yayılma hızına bağlı olarak değerlendirmelerde bulunulmuştur. Söz konusu analizler SAP2000v14.1 sonlu eleman analiz programı ile gerçekleştirilmiş olup, dinamik analizler zaman tanım alanında yapılmıştır. Zaman tanım alanındaki analizler için deprem hareketleri yer değiştirme-zaman cinsinden köprü ekseni doğrultusunda mesnet noktalarından uygulanmıştır. Çalışma sonucunda yakın fay yer hareketi karakteristikleri olan sıçrama ve yönelme etkileri ile deprem hareketinin sonlu hızla yayılmasına bağlı olarak ortaya çıkan dalga yayılma etkisinin, çelik kemer köprüler üzerinde önemli etkilerinin olabileceği ortaya konulmuştur.

Abstract:
The presence of steel arch bridges with long fundamental periods in near fault zones has led to the need to investigate the seismic behavior of these bridges under near fault ground motions. Considering the destructive nature of near-fault ground motions this thesis has been carried out to understand the seismic behavior of steel arch bridges under these ground motions. Understanding the seismic effects of near-fault ground motions, which have fling-step and directivity characteristics showing static dispalcements and long-period high-amplitude impacts, respectively, on long-span steel arch bridges are very important in bridge design. In this thesis, dynamic analyses of the New River Gorge (NRGB) bridge in the USA are conducted for Chi-Chi earthquake which shows near-fault ground motion characteristics. Near-fault ground motions have been considered in three different ways: Records showing near-fault characteristics of Chi-Chi earthquake, records generated using the near-fault records of Chi-Chi earthquake, records generated using the far-fault records of Chi-Chi earthquake. In order to underline the effect of near fault effect on the steel arch bridge, the solutions for the near fault ground motions are compared with those of the far fault ground motions. So far the effect of wave propagation has been taken into account mainly for far fault ground motions. In order to investigate the travelling wave effect of earthquake ground motion, solutions are performed for near fault ground motions showing impact type and fling-step characteristics in this study and the resulting responses are compared and commented depending on the finite wave velocities. The mentioned analyses were carried out with SAP2000v14.1 finite element analysis program in the time history domain. For the time history analyses, earthquake motions were applied through the support points of the bridge in the longitudinal direction in terms of displacement-time history records. As a result of the study, it has been shown that the effects of fling-step and directivity, which are near fault ground motion characteristics, and the wave propagation effect due to the finite travelling nature of earthquake motions can have significant effects on steel arch bridges.