Köprülerin zaman-tanım alanında doğrusal olmayan yöntemle yapı-zemin etkileşimli performans esaslı tasarımı
Performance based seismic design of bridges with nonlinear time-history analysis method considering soil-structure interaction
Yazar: HAKKI EŞKİ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BARIŞ GÜNEŞ
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Analitik tasarım = Analytical design

Özet:
Köprüler karayolu ve demiryolu ulaşımında büyük öneme sahiptir. Ulaşımın yanında ticaret, sağlık, iletişim, ekonomi gibi birçok sektör doğrudan ya da dolaylı yoldan bağlantılıdır. Bu sebeple köprülerin yapısal ya da fonksiyonel olarak gerekli yeterliliğe sahip olması oldukça önemlidir. Uluslararası yönetmeliklerde köprü tasarımı ile ilgili çalışmalar mevcuttur. Ülkemizde ise 2021 yılında yürürlüğe giren "Deprem Etkisi Altında Karayolu ve Demiryolu Köprü ve Viyadükleri Tasarımı İçin Esaslar" yönetmeliği uygulanmaktadır. Bu yönetmelik köprü tasarım yaklaşımında önemli değişiklikler getirmiştir. Performans esaslı doğrusal olmayan tasarım, şekildeğiştirme yöntemi, köprü-kazık-zemin etkileşimi, iki aşamalı tasarım ve serbest zemin davranış analizi bunlardan öne çıkan özelliklerdir. Yönetmeliğin yeni olması ve getirdiği kapsamlı tasarım değişiklikleri uygulamada bazı bilinmezlikler doğurmaktadır. Bu çalışmasındaki amaç bu bilinmezliklerin giderilmesi amacıyla örnek bir çalışma sunmaktır. 
Bu tez çalışmasında güncel köprü deprem yönetmeliğine göre "köprülerin zaman-tanım alanında doğrusal olmayan yöntemle yapı-zemin etkileşimli performans esaslı tasarımı" gerçekleştirilmiştir. Bu doğrultuda öncelikle köprü önem sınıfı KÖS=1 olan ve en ileri analizler gerektiren bir örnek köprü oluşturulmuştur. Bu köprünün tasarımı "statik etkiler altında tasarım", "deprem etkileri altında 1. aşama ve 2. aşama tasarım" olarak üç aşamada gerçekleştirilmiştir. İlk olarak köprünün statik etkiler altında tasarımı yapılmıştır. Ardından köprünün konumu ve zemin sınıfına bağlı deprem parametreleri elde edilmiştir. 7 adet deprem kaydı seçilerek yönetmelik spektrumu ile uyumlu olacak şekilde ölçeklendirilmiştir. Deprem etkileri altında 1. ve 2. aşama tasarım için yapının doğrusal ve doğrusal olmayan özelliklerini içeren analiz modeli oluşturulmuştur. Kritik elemanlara yayılı plastik mafsallar tanımlanmıştır. Köprü-kazık-zemin etkileşimi için yönetmelikteki en ileri yöntem uygulanmıştır. Yönetmelik kuralları doğrultusunda deprem kayıtları kullanılarak "serbest zemin davranış analizi" yapılmıştır. Serbest zemin davranış analizi ile elde edilen zamana bağlı yerdeğiştirme yüklemeleri hazırlanan analiz modelinde uygulanmış ve elemanların tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tüm bu çalışmalar ile tez çalışmasının amacı olan güncel köprü deprem yönetmeliğine göre ileri düzey analizler gerektiren bir köprünün analiz ve tasarım aşamaları sunulmuştur. Güncel yönetmelikte getirilen yeni tasarım kuralları ve yaklaşımlar ile köprülerin tasarımında daha gerçekçi ve güvenli sonuçlar elde edileceği sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
Bridges have great importance in roads and railway transportation. In addition to transportation, many sectors such as trade, health, communication, and economy are directly or indirectly linked. Therefore, it is crucial for bridges to have the necessary structural or functional adequacy. There are numerous studies in the international literature and regulations regarding the design of bridges. In our country, the current situation involves the implementation of the "Principles for the Design of Road and Railway Bridges and Viaducts under the Influence of Earthquake," which was announced in 2020 and came into effect in 2021. This regulation has brought significant changes to the previous bridge design approach. Performance-based nonlinear design, deformation method, bridge-pile-soil interaction, twostage design, and free-field behavior analysis are the prominent features. The newness of the regulation and the comprehensive design changes it introduced create certain uncertainties in practice. The aim of this study is to present an example study to address these uncertainties.
In this thesis study, the 'performance-based design of bridges with nonlinear time-domain analysis considering structure-soil interaction' was conducted according to the current bridge earthquake regulation. Accordingly, first, an example bridge with bridge importance class BIC=1, was created according to the current regulation. The design of this bridge was carried out in three stages: 'design under static effects,' '1st stage design under earthquake effects,' and '2nd stage design under earthquake effects.' First, the design under static effects was performed for the bridge. Then, the earthquake parameters were obtained based on the bridge's location and soil class. Seven earthquake records were selected and scaled to be compatible with the regulation spectrum. An analysis model was created for the 1st and 2nd stage design under earthquake effects, considering both linear and nonlinear properties of the structure. Spread plastic hinges were defined for critical elements. The most advanced method for bridge-pilesoil interaction, as described in the regulation, was applied. A 'free-field behavior analysis' was performed using the earthquake records according to the regulation rules. The displacement loadings obtained from the free-field behavior analysis were applied to the analysis model and design of structural elements. Through all these studies, the aim of the thesis work, which involves the analysis and design stages of a bridge requiring advanced analyses according to the current bridge earthquake regulation, was presented. It was concluded that the new design rules and approaches introduced in the current regulation will lead to more realistic and safer results in bridge design.