Kablolu Köprülerin Yapısal Elemanları

Oldukça estetik bir görünüme sahip olan kablolu köprü, iki ucunda iki kenar ayağa ve orta ayaklara oturan bir tabliyeden ve kablolardan oluşur. Temel taşıyıcı sistem; tabliye, kule ve kablolardır. Kablolu köprüler için yapı sistemleri genellikle Şekil 1.2' de görüldüğü gibi dört temel bileşene ayrılır:

 Döşeme ile birlikte çalışan tabliye  Tabliyeyi destekleyen kablo sistemi  Kabloları taşıyan kuleler

 Kabloları düşey veya yatay olarak destekleyen mesnetler

Şekil 1.2. Kablolu köprünün temel elemanları

Kablolu köprülerin yük taşıma prensibinde, tabliye ve tabliye üzerindeki yükler, kablolar tarafından taşınmaktadır. Kablolar bu yüklerden oluşan çekme kuvvetlerini kulelere basınç kuvveti olarak aktarırlar. Oluşan bu basınç kuvvetleri kuleler tarafından zemine iletilirler. Kablolardaki bu çekme kuvvetleri aynı zamanda tabliyede yüksek basınç kuvvetleri oluşturur. Şekil 1.3' de kablolu köprülerin bu yük taşıma prensibi şematik olarak gösterilmiştir.

Kablo Sistemi

Tabliye

Kule Mesnet Mesnet _Kule

Şekil 1.3. Kablolu köprünün yük taşıma prensibi

1.3.3.1. Tabliye

Kablolu köprülerde tabliye, kablolarla desteklenmesine rağmen yüksek eğilme momentinin yanında kablolardan gelen yüksek basınç kuvvetlerine maruzdur. Kablolardan gelen bu yüksek basınç kuvvetleri kulelere doğru artmaktadırlar. Kule yakınlarındaki tabliyede, yüksek eğilme momentleri ve normal kuvvetler etkindir. Tüm elemanları her zaman çekmeye çalışan kablo sisteminin tersine tabliye, çekme ve basınç etkilerine maruz kalabilmektedir.

Döşeme plağı karşılıklı iki dik doğrultuda uzanan enlemeler ve boylamalar ile sabitlenmiştir. Enlemeler ve boylamalar ana kirişlerle birleşerek tabliyeyi meydana getirir. Döşeme plağı örtü elemanı görevini yapar. Ayrıca sabit ve hareketli yükleri boylamalara, enlemelere ve ana kirişlere iletir. Enlemeler ise ana kirişleri birbirine bağlayarak yük dağıtımını ve köprünün enine rijitliğini sağlar. Köprü üst yapısında süreklilik önemlidir ve iyi bir kablolu köprü için gereklidir. Ortotropik plaklı döşemeye sahip köprüler, kabloların yatay kuvvetlerini hemen hemen ek malzeme gerektirmeden karşılarlar (Şekil 1.4).

Şekil 1.4. Ortotropik plaklı döşeme

Kablolu köprülerde sabit yükten kaynaklanan ağırlığı azaltmak amacıyla ortotropik tipteki döşemeler kullanılmaktadır. Bilindiği gibi uzun açıklıklı köprülerde sabit yükten

Basınç

Çekme Çekme

Ana kiriş Boylamalar Enlemeler

kaynaklanan ağırlık oldukça önemlidir. Kablolu köprülerin mesnet koşulları, köprünün kendi ağırlığı ve üzerinden geçen taşıtların meydana getireceği düşey yük etkileri dikkate alınarak oluşturulmaktadır. Bazı durumlarda, mesnet koşulları nedeniyle yatay yükler meydana geldiğinden köprü davranışı değişebilmektedir.

1.3.3.2. Kablolar

Kablolar doğrusal olmayan davranış gösteren en önemli taşıyıcı elemanlarıdır. Kablolarda oluşan eksenel çekme kuvveti etkisiyle serbest haldeki kabloların geometrisi değişir. Bu durum rijitliğinin değişmesine neden olur. Çekmeye çalışan kablolar için yüksek mukavemetli kabloların kullanılması, malzemede ve ağırlıkta ekonomi sağlar. Ekonomik bir köprü için tabliye, basınç kuvvetlerini taşımada yardımcı olmalıdır. Kabloların tabliyeye bağlandıkları noktalar arası mesafe genellikle 10-20 m arasındadır.

Kablolu köprülerde kullanılan kablolar genelde yüksek dayanımlı çelikten imal edilir ve akma dayanımları 1860 MPa ve daha yüksektir. Bu kabloların kopma uzama oranları % 3.5 mertebesindedir (Boduroğlu, 2007).

Kablo geometrisi, tabliye tipi ve kuleler çok farklı şekillerde olabileceğinden tipik bir kablolu köprünün tanımlanması oldukça zordur. Bunlardan başka kablo düzenlemesine ve sınır şartlarında da farklılıklar olabilir. Kabloların düzenlenişi, enlemesine ve uzunlamasına doğrultuda farklılık gösterebilir. Temel yük taşıyıcı eleman olan kabloların bağlantıları son derece önemlidir. Kablolar kulelere ve tabliyeye çok çeşitli şekillerde mafsallı olarak bağlanırlar. Kablo sistemi için iki temel konfigürasyon vardır; radyal sistem (yelpaze ve yıldız) ve paralel sistem. Çeşitli kule-kablo bağlantı türleri Şekil 1.5' de gösterilmiştir. Kablo bağlantıları yüklerin tam transferini sağlamalıdır ve iklim şartlarına karşı korunmalıdır.

Şekil 1.5. Kablolu köprülerde farklı kablo bağlantıları (Zadeh, 2012)

Radyal Sistem _{Paralel Sistem}

Yıldız Sistem Yelpaze Sistem

Radyal sistemde kule tepe noktasında birleşen kablolar, döşemede maksimum açılar oluşturarak döşemedeki eksenel kuvvetleri azaltmaktadır. Bu çalışmada, modellenmesi düşünülen Quincy Bayview Köprüsünde (Illinois, ABD) yelpaze sistem kullanılmıştır. Kablolar arasındaki mesafenin çok az olması nedeniyle, radyal ve yelpaze sistemlerin davranışları arasında ciddi farklar yoktur. Paralel sistemlerin etkin kullanımı da kenar açıklıklarda kabloların ana kirişe bağlandıkları bölgelerde basit mesnetler planlanarak arttırılabilir.

1.3.3.3. Kuleler

Farklı şekillerde tasarlanabilen kuleler genelde birkaç bin ton kadar olan ağır yükleri taşımak zorundadırlar. Malzeme olarak betonarme, çelik veya bunların birleşimi şeklinde olabilirler. Çelik kulelerin avantajı hızlı yapımıdır. Bununla birlikte büyük kablolu köprülerde kulelerin betonla inşası çeliğe oranla %40 ekonomi sağlar. Kule yüksekliklerini belirleyen genel etkenler; tabliye uzunluğu ve tabliyenin taşıdığı yükle ilişkilidir. (AISC,1963).

Kulelerin davranışı kablolara, döşemeye ve ayaklara bağlantı şekline göre değişir. Bağlantılar, eğilme momentini indirgeyecek şekilde yapılabilirler. Kablo ile tabliye arasındaki eğim arttıkça, kablolardaki gerilmeler azalır. Kulenin yüksekliği arttıkça kablo uzunlukları ve dolayısıyla eksenel deformasyonlar artar. Kuleler, köprü ağırlığını taşımanın yanında rüzgârdan veya depremden dolayı oluşacak yatay kuvvetlere de karşı koyabilmelidir.

Çelik kuleler fabrika ortamında oluşturulduklarından yapım hızı yüksektir. Ancak, betonarmenin basınç altında davranışı, çelikten daha iyi olduğu için betonarme kesitler de kullanılmaktadır. Kuleler, ayrıca tabliyenin mesnetlendiği elemanlardır. Bu mesnetlenme şekli, moment aktaran veya aktarmayan türde olabilmektedir. Kablolar kulelere mafsallı şekilde bağlıdırlar. Kulelerin rijitliği, tabliyenin yapacağı sehim açısından da önemlidir. Kulenin düşey düzlemdeki rijitliği arttıkça, tabliyenin yapacağı sehim azalmaktadır. Kulelerin şekli temel olarak kablo sistemiyle yakından ilişkilidir, çünkü kulenin temel amacı kabloları desteklemektir.

Kulede oluşan yüksek basınç kuvveti, kulede burkulma etkisi oluşturabilir. Özellikle çelik kulelerde bu durum daha önemli hale gelmektedir. Kule, kablo kuvvetlerini temele iletebilecek şekilde projelendirilmelidir. Kuleler enlemesine ve uzunlamasına doğrultuda

farklı şekillerde olabilirler. En kesitte çeşitli şekilde düzenlenen bazı kule tipleri Şekil 1.6' da görülmektedir (Troitsky 1988).

Şekil 1.6. Kablolu köprülerde çeşitli kule tipleri, a) Tekil kule, b) ve c) H şekilli kule, d) A şekilli kule, e) Elmas şekilli kule, f) Ters Y şekilli kule