Karayollarında kısa açıklıklı öngerilmeli köprü tasarımı ve analizi
Short span prestressed bridge design and analysis on highways
Yazar: OUMAR SAWADOGO
Danışman: DOÇ. DR. MURAT SERDAR KIRÇIL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
İkinci dünya savaşından kaynaklanan ulaşımdaki altyapı hasarları, köprülerin yeniden inşa edilmesi ve güçlendirmesi için çeşitli araştırmalar yapılmıştır.  Günümüzde gelişmiş betonarme köprülerin inşaat yöntemi ve prekast kirişli uygulamalar yaygın kullanılmaktadır. Çalışmamızda, karayollarında kısa açıklıklı öngerilmeli köprü tasarımı ve analizi tezin başlığı ile ilgili köprü yönetmelikleri irdeleyerek statik itme analiz yöntemi ile beklenen performans ve hasar düzeyleri değerlendirilecektir. Köprülerdeki çökme hasar nedenlerinin araştırılması ve ortaya çıkan verilere dayalı Türkiye Köprü Deprem Yönetmeliği (TKDY, 2020) ile Amerikan Eyalet Karayolları ve Ulaştırma Kurumunun (AASHTO, 2017) standartlarına göre güçlendirilmesi veya yeniden inşa edilmesi gerekmektedir. Köprü tasarım mühendisliğin kriterleri birinci bölümünde, ikinci bölümünde yapım şartnamesinin kavramları, üçüncü bölümünde etki yükleri, dördüncü bölümünde tasarım ile analiz işlemleri ve beşinci bölümünde hesaplamalarla deformasyon sonuçların değerlendirmesi bir tez içeriği kapsamaktadır.
Köprü modellenmesinde, Kuzey Marmara Otoyolu güzergahında Kemerburgaz ile Gümüşdere'ye bağlayan köprü tasarım projesi ile ilgili taşıyıcı sistemlerin boyutlandırması ve doğrusal olmayan malzemeleri tanımlayarak Sap 2000 üzerinde doğrusal olmayan şekil değiştirme esaslı hasar ile performans düzeyleri değerlendirilmiştir. Köprünün 7 öngerilmeli kiriş, 3 dairesel orta ayak geometrik ve fiziksel özelliklerin ölçeğinde üç boyutlu çubuk modeli ile tasarlanmıştır. Üstyapı başlık kirişi (120 cm yüksekliğinde) ile prekast kirişleri (AASHTO Tip-IV) arasında elastomer mesnetlerle birleşimi sağlanmıştır. Doğrusal olmayan statik itme analizi uygulayarak plastik mafsal davranışları ile deprem performansı belirlenmiştir. TKDY yönetmeliği kapsamında, seçilen deprem yer hareket kaydı (DD-1; DD-2) altında kapasite eğrilerinde performans noktaları belirlenmiştir. Elde edilen deformasyon miktarı, Minimum Hasar performans düzeyi ile Kontrollü Hasar performans düzeyin limiti aşmadığını karşılaştırılmıştır.
Köprü orta ayaklarındaki plastik dönme ile başlık kirişin elastik davranışın değerlendirmesinde, kolonun plastik mafsal boyunu (Lp=1096 mm) ile şekil değiştirme miktarların hesaplayarak itme analizi ile değerlendirmiştir. Hedeflenen yer değiştirmesi miktarı belirlenmesi için ilk aşamada köprüyü 40 cm'ye kadar itme kuvveti uygulanmıştır. Analiz neticesinde, köprünün boyuna ve enine yönlerinde talep edilen deformasyon miktarı sırasıyla 12 cm ve 6 cm değerleri elde edilmiştir.

Abstract:
Various investigations have been carried out for the transportation infrastructure damage that occurred after the Second World War, the reconstruction and strengthening of bridges. In this regard, advanced reinforced concrete bridge construction methods and precast beam applications are widely used. In this study, important factors related to the subject of short-span prestressed bridge design and analysis on highways will be examined also we will consider the performance and damage levels expected from the results of analysis will be evaluated. Necessary precautions are not taken for bridge structural damage, which increases with the effects of earthquakes, heavy traffic loads, and sufficient maintenance. The causes of collapse damage in bridges should be investigated and based on the resulting data, they should be strengthened or reconstructed under the Turkish Bridge Earthquake Regulation (TKDY, 2020) besides the Amercain (AASHTO, 2017) standards. Within the scope of the Turkish regulation deformation risks were observed as a result of the evaluation over existing bridges condition for the earthquake performance and structural damage level. In this thesis study, the important factors related to the design of the precast bridge suited between Kemerburgaz and Gümüşdere on the Northern Marmara Highway were examined, the performance and damage levels expected from the analysis methods were evaluated. This bridge includes 7 precast beams and 3 pieces circular columns were designed with a three-dimensional rod model in the light of its geometric and physical properties. The connection between the superstructure cap beam and the precast beams is provided on the middle columns with elastomeric bearings. Earthquake performance was determined by applying non-linear pushover analysis methods. The obtained results were evaluated by calculating the plastic hinge behavior of the bridge substructure mid-columns. Within the scope of the TKDY regulation, performance points were determined on the capacity curves under the selected earthquake ground motion record (DD-1; DD-2). The obtained deformations were compared with those corresponding to the minimum damage and the controlled damage performance level. By evaluating the plastic hinge deformation in the middle columns and the elastic behavior of the cap beam, the plastic hinge length of the column (Lp = 1096 mm) and the deformation amounts were calculated and examined by pushover analysis.   The bridge was pushed up to 40 cm at the first step to determine the performance point. The pushover analysis result indicates that the required displacement amount in the longitudinal and transversal directions of the structure was recorded as 12 cm and 6 cm, respectively. Damage points were determined on the graphs of horizontal forces (earthquake, wind), base shear force, and peak displacement applied to the bridge. The calculation values compatible with the plastic hinge criteria applied to the bridge columns have been proven to not exceed the collapse and deformation limit values. For instance, the Controlled Performance Level target with static pushover analysis, approve design accuracy for reinforced bridge evaluation.