Köprülerin deprem etkileri altındaki davranışları
Behaviour of bridges under earthquake effects
Yazar: EZGİ ÖZTORUN KÖROĞLU
Danışman: PROF. CENK ALHAN
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Depremlerde köprü, viyadük ve benzeri yapıların hasar görebildiği ve hatta yıkılabildiği bilinmekle birlikte; nedenleri henüz kesin olarak belirlenememiştir. Deprem etkisine maruz köprü türü yapıların davranışları araştırılırken, mevcut araştırmalarda genellikle sadece yatay etkilerin hesaba katıldığı görülmektedir. Hatta günümüze kadar süregelmiş önemli uluslararası şartnamelerde de yalnızca yatay etki hesaba katılmaktadır. Yalnızca yatay etkilerin hesaba katılmasında önemli nedenlerden bir tanesi, düşey yüklerin deprem esnasında meydana gelebilen olası çekme kuvvetlerine kıyasla küçük olması durumunda sistemin mekanizma haline gelmesi (oynak olması) ve sonuçta çözümün pratik olarak imkânsız hale gelmesidir. Bu durumda problem çözülememekte ve düşey etkiler hesaba katılamamaktadır. Mevcut çalışmada yapısal sistemlerin alışılagelmiş deprem analizlerinin yanı sıra düşey etkiler de hesaba katılmaktadır. Düşey etkiler de dâhil olmak üzere bir yapısal sistemin geleneksel statik ve modal analizlerini gerçekleştirebilen genel amaçlı bir bilgisayar programı geliştirilmiştir. Bu yazılım kullanarak, örnek köprü modelinin mod şekilleri ve dinamik özellikleri elde edilmiştir. Kütle matrisi ile yapısal sistemin rijitlik matrisi aynı boyutlara sahip olduğu için, program açısal bileşenler de dâhil olmak üzere her serbestlik derecesine karşılık gelen bir kütle bileşeni içermektedir. Ayrıca, yayılı kütle ve açısal bileşenlerin yanı sıra; yatay, düşey bileşenlerin ve kombinasyonları ile birlikte etkileşimlerinin dikkate alınması gibi seçenekler de mümkündür. Yapısal sistemin zaman alanı analizi için kodlara Doğrudan Entegrasyon Teknikleri uygulanarak; her bir düğüm noktasında ivme, hız, yer değiştirme ve kuvvet bileşenlerinin elde edilmesi mümkün hale gelmiştir. Bu haliyle, program, mevcut genel amaçlı sonlu eleman programlarının sınırlarını zorlayan çok sayıda (milyonlarca) bilinmeyen için analiz yapabilmektedir. Analiz edilen köprü modeline dayanan bulgular, düşey hareketin dikkate alınmasının kritik olabileceğini ortaya koymaktadır.

Abstract:
It is well-known that bridges, viaducts, and similar structures have been damaged and even destroyed under earthquake excitation; however, reliable reasons have not been determined yet. It is observed that, generally, only horizontal seismic effects are included in the current studies and vertical motion is neglected for the investigation of the behavior of bridge-type structures subjected to earthquakes. Likewise, only the horizontal impact is taken into account by important prevailing international specifications/codes. One of the main reasons for excluding vertical behavior is the possibility for the system to become mechanism if the vertical loads are small compared to the potential tension forces during the earthquake since the solution will become practically impossible. A general purpose computer program, that can perform the conventional static and modal analyses of a structural system including the vertical effects has been developed. By using this software, the mode shapes and dynamic characteristics of an example bridge model have been obtained. Since the dimensions of the mass matrix and the stiffness matrix of the structural system are the same, the program included a mass component corresponding to each degree of freedom, including angular components. Moreover; accounting horizontal, vertical components and their interactions together with combinations as well as taking distributed mass and angular components into consideration are possible options. At this stage of the study, by implementing Direct Integration Techniques to the aforementioned code for time history analysis of the structural system; obtaining acceleration, velocity, displacement and force components at each nodal point has become possible. As it stands, the program is capable of performing analysis for a large number (millions) of unknowns that push the limits of extent of general purpose finite element programs. Findings based on the analyzed bridge model reveal that taking vertical motion into consideration may be crucial.