Demiryolu köprülerinin servis güvenilirlik indislerinin tanımlanması için bir yöntem
A procedure to determine service reliability indices of railway bridges
- Tez No: 166662
- Danışmanlar: PROF.DR. ERDOĞAN UZGİDER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2005
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 200
Özet
DEMİRYOLU KÖPRÜLERİNİN SERVİS GÜVENİLİRLİK İNDİSLERİNİN TANIMLANMASI İÇİN BİR YÖNTEM ÖZET Günümüzde birçok ülke demiryolu şebekesinde yer alan ve halen serviste bulunan demiryolu köprülerinin birçoğu 1800'lü yılların sonu ile 1900'lü yılların hemen ilk yıllarında inşa edilmiştir. Bu köprülerin ilk projelendirme esnasında esas alınan servis ömürleri dolmakta veya birçoğunda ise bu servis ömürleri aşılmıştır. Demiryolu şebekeleri dahilinde bu tip köprüleri bulunduran ülkelerin demiryolu işletmelerinin en büyük problemi servis ömürlerini hemen hemen doldurmuş bulunan bu köprülerin gelecekteki ve şu anki demiryolu yükleri altında nasıl kullanılabileceklerine karar vermektir. Özellikle artan dingil yükleri karşısında köprüler için ayrılan rehabilitasyon ve güçlendirme ödeneklerinin kısıtlı bir bütçe ile yapılma zorunluluğu söz konusu problemi daha da ön plana çıkartmaktadır. Mevcut eski demiryolu köprülerinin artan dingil basıncı yükleri altında güçlendirilmeleri veya yeniden inşaları için harcanacak maliyetler ile bu köprülerin artan dingil basıncı yükleri altındaki yapısal güvenilirlikleri arasında optimum dengenin aranması, mevcut problemin yaygın bir sorun haline getirmektedir. Bu problemin optimum çözümü, en az rehabilitasyon veya güçlendirme maliyeti ile istenilen dingil yüklerinin yeterli güvenilirlikte bu köprülerden geçmesini sağlamaktır. Köprü taşıyıcı sistemlerinin ve bunları oluşturan elemanların mevcut yük taşıma kapasitesi, birçoğu deterministlik olmayan yük ve mukavemete ait parametreler ile köprü sisteminin davranışının modellendiği yapı analiz metotlarında yer alan bazı kabullerden kaynaklanan belirsizliklerin yapısal güvenilirlik teorisi yardımıyla hesaplanmasına bağlıdır. Bu rasgele değişkenlerin değeri, bu değişkenlere ait olasılık dağılım fonksiyonlarının belirlenmesiyle tanımlanır. Ortalama değer, standart sapma.varyasyon katsayısı ve olasılık dağılım tipleri, bu rasgele değişkenlerin tanımlanmasında kullanılan en önemli istatistik parametrelerdir. Köprü taşıyıcı sistemlerinin yük taşıma kapasitesinin bir ölçüsü olan köprü sistemlerinin güvenilirlik indisi, bu sistemleri oluşturan elemanların ve bunları düğüm XVnoktalarında bağlantısını sağlayan birleşim elemanlarının mukavemeti ile bu sistemlere etkiyen yüklere bağlıdır. Bu konu üzerinde son yıllarda yapılan çalışmalar, yapı sistemlerini oluşturan elemanların yapısal davranışları üzerinde yoğunlaşmakta ve yapı elemanlarının akma gerilmelerine ulaştıktan sonraki davranışlarının ( yük-deplasman ilişkisi), belirlenen güvenilirlik analiz modelleri üzerindeki etkileri incelenmektedir. Bu alanda yapılan çalışmaların birçoğunda yapılan kabuller çoğunlukla yapı elemanların yapısal davranışları ile ilgilidir. Köprü sistemlerinin gerçek davranışı, güvenilirlik analiz modelleri için yapılan seri veya paralel sistem kabullerine uymamaktadır. Çünkü seri sistem kabulünde belirtildiği şekilde yapı sistemlerinin, herhangi bir elemanın taşıma kapasitesine erişmesiyle göçmediği, paralel sistem kabulünde belirtildiği şekilde sistemlerin, tüm elemanların taşıma kapasitelerine erişmeden önce göçmeye uğradıklan bilinen bir gerçektir. Bu nedenle, yapı sistemlerinin seri veya paralel modellendiği güvenilirlik analiz modellerinin yapının gerçek davranışına uygunluğunun belirlenebilmesi, bu yapı sistemlerine ait tüm göçme modlarının tanımlanabilmesi durumunda mümkündür. Bazı köprü sistemlerinin yüzlerce elemanlardan teşkil olduğu göz önünde bulundurulduğunda, bu sistemlerin tüm göçme modlarının belirlenmesi çok detaylı ve zaman alıcı bir çalışma gerektirir. Bu göçme modlarının bir çoğunun göçme olasılıklarının, tüm taşıyıcı sistemin göçme olasılığını etkilemeyecek kadar küçük olması, bu konuda birçok yaklaşık metotların geliştirilmesine neden olmuştur. Köprü elemanlarının süneklik seviyesi (düktilite), eleman mukavemetleri arasındaki korelasyon ile yük etkileri arasındaki korelasyon yapı sistemlerinin güvenirliği üzerinde önemli bir rol oynar. Özellikle her bir eleman üzerindeki yükler arasında veya elemanların mukavemetleri arasında korelasyonun olması, köprü sistemlerinin güvenirliliğinin bulunması çalışmalarını kompleks hale getirir. Bu problemi basitleştirmek için bu konuda çalışan araştırmacılar tarafından yapı sistemlerinin güvenirliği ile ilgili birçok alt ve üst sınır teoremleri geliştirmişlerdir. Yapılan çalışmada, sonlu elemanlar metodu kullanılarak mevcut demiryolu köprülerinin servis yükleri altında güvenilirlik indislerini belirleyen pratik ve etkin bir yöntem geliştirilmiştir. Bu çalışma kapsamında, köprü taşıyıcı sistemlerinin gerçek davranışlarını ve mukavemetlerini belirlenmesi için, geometrik bakımdan lineer olmayan davranışın stabilite fonksiyonları ile ifade edildiği, malzeme bakımından lineer olmayan etkiler ile sistemdeki düğüm noktalarının yarı rijit davranış özelliklerinin dikkate alındığı ve köprü sistemleri üzerinde katar yüklerinin her bir konumuna ait köprü göçme mekanizmalarını ve eleman göçme sırasını yük arttırımı tekniği ile belirleyen yapı analiz programı (NONKIMS) oluşturulmuştur. XVIKöprü sistemlerinin davranışlarını karakterize eden parametrelerin (malzeme ve yük karakteristikleri) istatistik değerleri (ortalama değer, standart sapma, varyans,...vs) ; köprüye ait proje dokümanlarından, TU-850 BRIDGES projesi kapsamında yapılan testlerden elde edilen bilgilerden ve işletilmekte olan tren dizilerine ait bir takım bilgilerin yer aldığı (tren dizilerinin tertibi, hızları, seyir süreleri ve istasyonlara varış ve kalkış zamanları... vs) örer ve livrelerden yararlanılarak hesaplanmıştır. Elde edilen bu istatistik değerler ve geliştirilen sonlu eleman programı yardımıyla belirlenen göçme mekanizmaları ve her bir göçme mekanizması için belirlenen eleman göçme sıralarından istifade edilerek, her bir köprü elemanı için hesaplanan güvenilirlik indislerine bağlı olarak köprü taşıyıcı sistemine ait güvenilirlik indisi hesaplanmıştır. Yapılan çalışmada; ülkemiz demiryolu şebekesinde hizmet veren ve mesnet açıklıklan 31.20 m. (Yol Üst başlıkta ), 50 m. (Yol Alt başlıkta) ve 100 m. (Yol Altbaşlıkta) olan kafes kirişli çelik demiryolu köprülerinin geliştirilen bilgisayar programı yardımıyla modellemeleri yapılmış ve demiryolu tren dizilerinde kullanılan E43000 tipi elektrikli lokomotifin köprü üzerlerindeki farklı her bir konumları için köprü göçme mekanizmaları ve her bir göçme mekanizmasına ait eleman göçme sırası belirlenmiş ve elde edilen göçme mekanizmaları ve eleman göçme sıraları değerlendirilerek eleman seviyesinde hesaplanan güvenilirlik indislerinden yararlanılarak köprü sistemlerinin her birine ait güvenilirlik indisleri belirlenmiş ve ayrıca her bir köprü için elde edilen analiz sonuçları yorumlanmıştır. XVU
Özet (Çeviri)
A PROCEDURETO DETERMINE SERVICE RELIABILITY INDICES OF RAILWAY BRIDGES SUMMARY Most of railway bridges that are present and still in service on rail networks of many countries were constructed in late 1800s or early 1900s. Service life of these bridges, assumed at the design stage, is coming to the end or has already ended. The biggest problem for railway undertakings that have this type of bridges at their rail networks is to decide how these bridges, of design service life almost came to the end, will be used under present or future railway traffic loads. The problem is aggravated, especially when increasing axle loads are taken into account, by the fact that rehabilitation and strengthening works have to be realised within a limited budget. Search for an optimum balance between cost of strengthening or reconstruction of existing railway bridges and structural safety of these bridges, under increasing axle loads, makes it a widespread problem. An optimum solution for the problem is to allow needed axle loads to pass over bridges with an enough safety, by the least possible rehabilitation or strengthening cost. Load carrying capacity of the supporting system of a bridge and its constituent members is depend on calculation of load and strength parameters, mostly non deterministic, and uncertainties arising from some assumptions in structural analysis methods for modelling the behaviour of a bridge system. Values of these random variables are set by defining probability distribution functions of these variables. Mean, standard deviation, variation coefficient and types of probability distribution are the most important statistical parameters used for defining these random variables. Safety index for a bridge system as a measure of load carrying capacity for the supporting system of a bridge, is depend on the strength of its constituent members and connections that fixing members at joints and loads acting on the supporting system. Recent studies on this subject focus on structural behaviour of members of xvina structural system and investigate effects of behaviour of structural members after reaching yield stress (load-deformation relation) on defined models for safety analysis. Assumptions made in most of these studies often relates to structural behaviour of structural members. Serial and parallel system assumptions made in models for safety analysis do not represent actual behaviour of a bridge system. Because it is a well-known fact that a structural system does not fail when any of its members reaches its load carrying capacity as against to the assumption of a serial system and a structural system fails before all of its members reach their load carrying capacity as against to the assumption of a parallel system. Therefore, determination of whether a model for safety analysis in which a structural system is modelled by a serial or parallel assumption represents actual behaviour of the structure is only possible by providing that all failure modes of this structural system are determined. Taken into account that some bridges have hundreds of members, determination of all failure modes of these systems requires a very detailed and time-consuming study. Many approximate methods have been developed, as probability of most of these failure modes is too low to affect probability of total failure of the supporting system. Ductility of bridge members, correlation between strengths of members and correlation between load effects play an important role on the safety of structural systems. Especially, the fact that there is a correlation between loads acting on each member or strengths of members leads to very complex studies for finding safety of bridge systems. To make the problem simple, researches studying on the subject have developed many upper and lower boundary theories in relation to safety of structural systems. In this study, by using a finite element method, a practical and effective method determining safety indices of existing railway bridges under service loads has been developed. A Structural Analysis Program (NONKIMS), in which geometrically non linear behaviour is represented by stability functions, materially non-linear effects and characteristics of semi-rigid behaviour of joints in the system are taken into consideration, determining bridge failure mechanisms and order of failure of members for each position of train loads acting on bridge systems by means of a load increment technique, has been formed in order to determine actual behaviour and strengths of supporting systems of bridges. Statistical values (mean, standard deviation, variation, etc.) of parameters (material and load characteristics) representing behaviours of bridge systems have been XIXcalculated by using project documents of bridges, information from field tests within the project of TU-850 BRIDGES, train timetables and schedules giving some information on operating trains (order of train sets, their speed, travel time, departure time from stations and arrival time at stations, etc.). Safety indices of the supporting system of bridges based on the safety index of each member of the bridge have been calculated by utilising failure mechanisms and the order of member failures determined by means of these statistical values and the finite element method developed. In this study, by using the finite element method developed, modelling of the following steel truss bridges giving service on Turkish State Railways (TCDD) network; a deck truss (deck on the upper chord) with a span of 31.2 metres, two through trusses (deck on the lower chord), one with a span of 50 metres and the other with a span of 100 metres, bridge failure mechanisms and order of failure of members for each bridge failure mechanism, for each position of E43000 type electric locomotive used in train sets, are determined, and then safety indices of each bridge system is determined by utilising bridge failure mechanisms and safety indices of each member using the order of failure of members, and finally results of analysis for each bridge have been assessed. xx
Benzer Tezler
- Testing and evaluation of Konaklar Railway Bridge
Konaklar Demiryolu Köprüsünün değerlendirmesi ve rafine bir bilgisayar modelinin hazırlanması
CANES AVCI
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERDOĞAN UZGİDER
- Deprem etkisi altında demiryolu köprülerinin zayıf zeminlerde yapı-kazık-zemin etkileşimi için farklı analiz yöntemleri ile çözümü ve sonuçların karşılaştırılması
Soil-structure interaction for railway bridges under earthquake loads with different analysis methods and comprassion of solutions and results
ADEM GÜLSUYU
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesiİnşaat Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH ALEMDAR
- Karbon lifli polimerler (CFRP) ile güçlendirilmiş çelik-betonarme kompozit kirişlerin yorulma davranışı
Fatigue behavior of steel-concrete composite beams strengthened with carbon fiber reinforced polymers (CFRP)
BARIŞ GÜNEŞ
Doktora
Türkçe
2013
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NAMIK KEMAL ÖZTORUN
PROF. DR. ALPER İLKİ
- Dikdörtgen kesitli tübüler uzay kafes kirişlerin elastik ve elastik-plastik analizi
Elastic and elastic-plastic analysis of tubular rectangular space trusses
MUHAMMET ZEKİ ÖZYURT
- Demiryolu köprülerinin yapı-zemin etkileşimi altında analizi
Analysis of railway bridges considering soil structure interaction
ABDUL AHAD FAIZAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
İnşaat MühendisliğiSakarya Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. OSMAN KIRTEL