Tezin bu bölümde, köprünün SAP2000 programında köprünün modellenme ve tanımlama işlemleri ele alınmıştır. İlk olarak model genel yapının daha kolay çizileceği için AUTOCAD programında genel taslak modellenmesi yapılmıştır (Şekil 4.1) ve daha sonra AUTOCAD de yapılan çizim sonrasında SAP2000 programına aktarımı yapılmıştır. Kemer köprü profilleri genel olarak farklı kalınlık, açıklık ve yüksekliğine sahip olduğu için farklı profiller tanımlanarak modelde tanımlanmıştır. Analiz kısmında ise; ilk aşamada etkileyen katar yükleri tanımlanmıştır ve daha sonra non-linear analiz yapılmıştır. Bu analiz sonrasında yapının ölü ve hareketli yükler altındaki dayanımı değerlendirilmiştir. Daha sonrasında performans sonuçlarını elde etmek için seçilen 21 tane deprem ivmesi ile zaman-tanım analizi yapılmıştır. Bu köprüde X doğrultusu boyuna, Y doğrultusu enine ve Z doğrultusu ise dikine düzlem olarak ele alınmıştır.
4.1 Yükler 4.1.1 Ölü yük
Ölü̈ yük, köprünün tüm sabit parçalarını ve ilavelerinin ağırlıklarını kapsamaktadır. Bu yük SAP2000 programı tarafından otomatik olarak yapılabilmektedir. Tüm ağırlık hesapları için aşağıdaki kabuller yapılmıştır. Bu yük hesaplanırken SAP2000
programına yapısal çelik birim hacim ağırlığı γ = 78,5 kN/m3 olarak tanımlanmıştır. Ayrıca analiz yapılan köprü demiryolu köprüsü olduğu için, raylardan gelen yük de ölü olarak eklenmiştir (Şekil 4.2).
4.1.2 Hareketli yük
Hareketli yük ise boylama kirişleri üzerinde hareket eden tren yükü esas alınmıştır ve hareketli yük, DIN normuna uygun olarak alınmıştır. Ayrıca hareketli yük iki boylamada sağ ve sol taraflara ayrı ayrı eşit olarak etki ettirilmiştir (Şekil 4.3).
Şekil 4.2: Ölü yükün SAP2000 tanımlanması.
Ele alınan tren yükü ise belirli aralıklarla hareket ettirilmek suretiyle boyma kiriş boyunca uygulanarak maksimum moment elde edilmeye çalışılmıştır. Yaklaşık olarak yüz tane kombinasyon oluşturulmuş ve maksimum moment elde edilmiştir.
Yüklerin kombinasyonları oluşturularak (Load Patterns) yük kombinasyonları ele alınmıştır. Ölü yük ve hareketli yükler kombinasyona göre tanımlanarak maksimumu moment kapasitesi elde edilmiştir (Şekil 4.4).
4.1.3 Deprem verileri
Yapıya etkiyen deprem yükü SAP 2000 programında “Tepki salınım fonksiyonu” tanımlanarak analiz yapılmak üzere köprüye yüklenmiştir. Tepki salınımı için tanımlanan fonksiyon aşağıdaki tabloda verilmiştir. Kırılganlık eğrilerinin deprem etkilerinden sonrası ile karşılaştırılması için 21 tane deprem datası seçilmiştir. Bu depremler köprünün bulunduğu konuma göre olma olasılığı yüksek olarak tanımlanmıştır, yani köprünün bulunduğu yerin fay hattına yakın ivmeli olacak şekilde seçilmiştir. Toplam 21 tane deprem datası 3 tane farklı sınıfa ayrılarak zaman-tanım analizi yapılmak üzere seçilmiştir. (Çizelge 4.1-4.3)
No Deprem Tarih Moment Büyüklük- (Mw) Kayıt Yer Hızı (cm/s) Yer ivmesi (g) Odak Uzaklığı (km) Tip
1 Landers 28/06/1992 7.3 GRN180 14.1 0.041 141.6 Atımlı Yanal
2 Loma Prieta 18/10/1989 6.9 G01090 33.9 0.473 11.2 Ters Eğik Atımlı 3 Loma Prieta 18/10/1989 6.9 MCH000 3.5 0.073 44.8 Ters Eğik Atımlı 4 N. Palm Springs 08/07/1986 6.0 AZF225 5.8 0.099 20.6 Ters Eğik Atımlı 5 N. Palm Springs 08/07/1986 6.0 ARM360 3.4 0.129 46.7 Ters Eğik Atımlı 6 Whittier Narrows 01/10/1987 5.3 MTW000 40 0.123 20.4 Ters Eğik Atımlı 7 Anza (Horse Cany) 25/02/1980 4.9 PTF135 5.1 0.131 13 Atımlı Yanal
No Deprem Tarih Moment Büyüklük- (Mw) Kayıt Yer Hızı (cm/s) Yer ivmesi (g) Odak Uzaklığı (km) Tip
1 Kocaeli 17/08/1999 7.4 ARC000 17.7 0.2188 17 Atımlı Yanal
2 Morgan Hill 24/04/1984 6.2 G06090 36.7 0.2920 11.8 Atımlı Yanal
3 Kobe 16/01/1995 6.9 KJM000 79.3 0.8213 6.9 Atımlı Yanal
4 Barbara Santa 13/08/1978 7.2 SBA222 16.3 0.203 14.0 Oblik Ters Atımlı
5 N. Palm Springs 08/07/1986 6.0 FVR045 41.2 0.129 13.0 Oblik Ters Atımlı
6 Victoria, Mexica 09/06/1980 6.1 CPE045 31.6 0.62 34.8 Atımlı Yanal
7
Anza (Horse
Cany)
25/02/1980 4.9 BAR225 2.6 0.047 40.6 Atımlı Yanal
No Deprem Tarih Moment Büyüklük- (Mw) Kayıt Yer Hızı (cm/s) Yer ivmesi (g) Odak Uzaklığı (km) Tip
1 Borrego Mtn 09/04/1968 6.8 A-PEL090 2.9 0.012 217.4 Atımlı Yanal
2 Coyote Lake 06/08/1979 5.7 G04270 25.0 0.248 4.5 Atımlı Yanal
3 Imperial Valley 15/10/1979 7.0 H-BCR230 40.0 0.775 2.5 Atımlı Yanal
4 Hollister 28/11/1974 5.2 A-HCH271 10.3 0.177 10.0 Atımlı Yanal
5 Coalinga 02/05/1983 6.4 H-C08000 8.6 0.098 50.7 Ters Egik Atımlı
6 County Kern 21/07/1952 7.4 PEL180 6.2 0.058 120.5 Ters Egik Atımlı
7 Prieta Loma 18/10/1989 6.9 G02000 32.9 0.367 12.7
Ters Egik Atımlı
Yukarıdaki tablolarda verilen deprem dataları ele alınarak analizler yapılmıştır. SAP2000 programında bu deprem datalarını kullanma için tepki salınım eğrisi ile yapılmaktadır. Bu grafik zaman periyodu ve ivmesi grafiğidir. Grafik aşağıda verilmiştir. (Şekil 4.5)
4.1.4 Deprem verilerinin kombinasyonları
Ele alınan deprem dataları genellikle 3 eksenli veya 2 eksenlidir. Bu deprem verileri kombinasyon yapılarak her edoğrultuda analiz yapılmıştır ve değerlendirilmiştir. Kombinasyonlar aşağıdaki grafikteki gibi tanımlanmıştır. (Şekil 4.6)
4.2 Modelleme
Öncelikle yukarıda da bahsedildiği gibi, köprünün modeli AUTOCAD programında dizayn edilip SAP2000 programında analiz yapılmak üzere aktarılmıştır.
Mesnet koşullarının atanmasında ise bir tarafı sabit mesnet iken bir diğer tarafı hareketli mesnet olarak dikkate alınmıştır. Sonra profiller atanmış ve yukarı yükler sisteme girilmiştir. Moment diyagramı, orta noktadaki yer değiştirmeler ve periyot gibi datalar elde edilmek için non-linear analiz yapılmıştır. (Şekil 4.7)
Malzeme olarak ise çelik köprü olduğu için çelik malzemenin özellikleri girilmiştir. Malzeme özellikleri normal yapı çeliği fiziksel ve kimyasal özelikleri Türk standartlarına göre en yakın S235 çelik kalitesindeki işaretli mamullere uyan çelik özellikleri girilmiştir.
Ayrıca deprem performans analizi yaparken daha iyi sonuç elde edebilmek için plastik mafsal atanmıştır. Plastik mafsallar her profilin başına ve sonuna olmak üzere uçlarına tanımlanmıştır (Şekil 4.8). Plastik mafsal tanımlanarak daha kesin sonuçlar elde edilmeye çalışılmıştır.
4.3 Performans Değerlendirilmesi
Yapılan performans değerlendirmesi sonrasında köprünün ilk üç moduna göre periyotları ve oluşan frekansları elde edilmiştir. Elde edilen bu veriler, saha çalışmasındaki veriler ile karşılaştırılmıştır. (Şekil 4.9-4.11)
Şekil 4.7: Köprünün mesnet tanımlanması.
Şekil 4.9: Köprünün ilk mod şekli ve frekansı.
Şekil 4.10: Köprünün ikinci mod şekli ve frekansı.
Yapılan analizler sonucunda 1.mod’ta oluşan frekans 0,9176 Hz, 2.mod 1,755 Hz. ve 3.mod 2,00 Hz’dir ve bu elde edilen frekanslar saha çalışmasında elde edilen frekanslarla karşılaştırılmış ve değerlendirilme yapılmıştır.
Yapılan analitik çalışma ile de köprünün deprem performans analizleri yapılmıştır. 21 tane deprem datasına göre zaman-tanım analiz testleri yapılmış ve sonucunda köprünün performans değerlendirilmesi yapılmıştır. Ayrıca deprem hasar durumları her bir deprem datası için elde edilmiştir. Ek A kısmında deprem sonrası oluşan hasar grafikleri herbir deprem datası için verilmiştir.