Sürtünmeli sarkaç sistemi ile izolasyonlu karayolu köprülerinin değişerek yayılan yer için stokastik analizi
Stochastic analyses of base isolated highway bridges to spatially varying ground motions using friction pendulum system
Yazar: ŞEVKET ATEŞ
Danışman: PROF.DR. ALEMDAR BAYRAKTAR
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2004
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
ÖZET Bu çalışmada, sürtünmeli sarkaç sistemi ile izolasyonlu karayolu köprülerinin değişerek yayılan yer hareketleri için stokastik davranışlarının belirlenmesi amaçlanmaktadır. Yer hareketindeki değişimler; dalga yayılma, tutarsızlık ve zemin özellerinin etkilerini içermektedir. Yer kürenin karmaşık yapısı nedeniyle, yer hareketlerinin farklı noktalardaki değişiminden hasıl olan etkilerin köprüler gibi uzun açıklıklı yapıların stokastik analizlerinde göz önünde bulundurulması gerekli olmaktadır. Köprüler ulaşım ağının can daman olan yapılardır. Depremlerden dolayı oluşabilecek hasarlar ulaşım açısından önemli sonuçlara sebep olmaktadır. Köprülerin periyodu uzatılırsa veya enerji yutma kapasiteleri artırılırsa bu gibi yapılar üzerindeki sismik kuvvetler azaltılmış olacaktır. Bu da, alternatif bir tasarım olan ve güçlü depremlerin yıkıcı etkilerinden köprüleri koruyan sismik izolasyon sistemlerinin kullanılmasıyla mümkün olmaktadır. Bu amaçlar dikkate alınarak hazırlanan tez aşağıdaki bölümlerden oluşmaktadır. Birinci bölümde, konunun öneminden bahsedilmekte ve daha önce bu konuda yapılmış olan çalışmalar verilmektedir. Ayrıca, izolasyonsuz ve izolasyonlu karayolu köprülerinin stokastik analiz formülasyonu değişerek yayılan yer hareketi göz önünde bulundurularak sunulmaktadır. ikinci bölümde, stokastik analizlerde kullanılan yer hareketi modeli tanımlanmaktadır. Ayrıca, analizlerde kullanılacak olan örnek köprü ve analitik modeli verilmektedir. Bu bölümün sonunda, izolasyonsuz ve izolasyonlu köprünün serbest titreşim davranışı da verilmektedir. Üçüncü bölümde, değişerek yayılan yer hareketine maruz izolasyonsuz ve izolasyonlu köprünün stokastik analizlerinden elde edilen tepki değerleri irdelenmektedir. Dördüncü bölümde, çalışmadan çıkarılabilecek sonuçlar ve öneriler verilmekte ve bu bölümü kaynaklar takip etmektedir. Çalışma sonucunda, köprüler gibi uzun açıklıklara sahip yapıların değişerek yayılan yer hareketi için stokastik davranışlarının belirlenmesinde izolasyon etkilerinin tepkileri önemli derecede azalttığı vurgulanmaktadır. Anahtar Kelimeler: Taban izolasyonu, Sürtünmeli Sarkaç Mesnet Sistemi, Stokastik Analiz, Karayolu Köprüsü, Filtre Edilmiş Beyaz Gürültü, Tutarsızlık Etkisi, Dalga Yayılma Etkisi, Zemin Etkisi, Güç Spektral Yoğunluk Fonksiyonu, Değişerek Yayılma. VI

Abstract:
SUMMARY Stochastic Analyses of Base Isolated Highway Bridges to Spatially Varying Ground Motions by Using Friction Pendulum System In this study, stochastic response of base isolated highway bridges subjected to spatially varying ground motions by using friction pendulum system are investigated. The ground motion model includes the effects of wave passage, incoherence and site response. Due to the complex nature of earth crust, the spatial variability of ground motions should be included in the stochastic analyses of bridges that have long span. Bridges are lifeline structures. In addition, the failure of bridges during earthquakes causes seriously consequences. The seismic forces on such structures can be reduced if the fundamental period of bridges is lengthened or if the energy dissipating capacity of bridges is increased. Therefore, the seismic isolation is an alternative design of bridges to protect from damages caused by strong earthquakes. The thesis prepared with this scope includes the following chapters. In the first chapter, general information, the importance of the matter, previous studies about the subject are given. Besides, the formulation of stochastic analyses of non isolated and isolated structures considering spatially varying ground motions is also presented. In the second chapter, the ground motion model used in the stochastic analyses is described. In addition, the analytical model of the highway bridge chosen as an example is taken place. The end of this chapter, the frequencies and mode shapes obtained from free vibration analysis of the bridge without and with isolation are presented. In the third chapter, response values obtained from stochastic analyses of non-isolated and isolated bridge to spatially varying ground motion are discussed. As the results and recommendations are given in the fourth chapter, the references are presented in the fifth chapter. As a conclusion it can be observed that base isolation and spatially variability of the ground motion have significant effects on base isolated bridges. So, these effects should be considered in the analyses of bridges with long span. Keywords: Base Isolation, Friction Pendulum System, Stochastic Analysis, Highway Bridge, Filtered White Noise, Incoherence Effect, Wave-Passage Effect, Site- Response Effect, Power Spectral Density Function, Spatially Variability. VII