Behavior of concrete box-girder bridges exposed to environmental thermal loads: Experimental and finite element study
Çevresel sıcaklık yüklerine maruz kalan betonarme kutukiriş köprülerin davranışlarının incelenmesi: deneysel ve sonlu elemanlar çalışmaları
- Tez No: 406235
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. NİLDEM TAYŞİ, PROF. DR. MUSTAFA ÖZAKÇA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gaziantep Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 357
Özet
Dünya çapında mevcut köprü tasarım kodlarının çoğu, günlük ve mevsimsel çevresel değişikliklerin etkisiyle süper köprülerde ortaya çıkan gerilimleri kontrol etmek için hükümler bildirmektedirler. Son zamanlarda, tasarım kodlarının çoğu köprü ortalama sıcaklığındaki maksimum değişim oranları ve sıcaklık dağılımları için modeller önermektedirler. Bu araştırmanın amacı betonarme köprülerin üzerindeki çevresel sıcaklık yüklerinin etkilerini araştırmak ve Türkiye'deki betonarme köprüler için özel tasarım önerileri sunmaktır.Araştırma ağırlıklı olarak dört ana bölümden oluşmaktadır. İlk kısım tam ölçekli betonarme kutu kirişli köprünün inşa edilerek beton sıcaklığı, hava sıcaklığı, güneş radyasyonu ve rüzgâr hızı sensörlerinin yerleştirildiği deneysel bir çalışmadır. İkinci bölümde ise, betonarme kutu kiriş köprünün deneysel sonuçlarla doğrulanmış üç boyutlu sonlu elemanlar ısı transferi analizi yapılmıştır ve ayrıntılı parametrik çalışmalar için kullanılmıştır. Bu sonlu elemanlar modeli, uzun vadeli hava sıcaklığı kayıtları ile birlikte sıcaklığın betonarme köprülerin tasarım hükümlerine etkilerini araştırmak için üçüncü bölümde kullanılmıştır. Son olarak, çevresel ısıl yükler altında beton köprülerin yapısal davranışını incelemek amacıyla termo-mekanik sonlu elemanlar analizi gerçekleştirilmiştir. Deneysel sonuçlar betonun yeni döküldüğü dönemde hidratasyon ısısının sıcaklık dağılımları üzerinde önemli etkileri olduğunu ve bu sıcaklıkların köprünün farklı bölümlerinde çeşitli doğrultularda bir noktadan diğerine değiştiğini göstermektedir. Bir yıldan fazla süreyle kaydedilen en yüksek dikey ve yanal sıcaklık değişimleri sırasıyla yaklaşık 20oC ve 19oCdir. Deneysel kayıtlardan, maksimum düşey ve yatay sıcaklık değişimlerini tahmin etmek için denklemler önerilmiştir. ANOVA parametrik çalışmalarına dayanarak, yüzey emiciliğinin beton sıcaklığı ve değişimi üzerinde çok daha etkili olduğunu gösterirken yoğunluk ve yüzey emisyonunun ihmal edilebilir oranda olduğunu göstermiştir. Bu araştırmanın deneysel istatistiksel ve sayısal çalışmaları, Meteorolojiden temin edilen Türkiye'deki farklı şehirler için uzun dönem aşırı hava verilerine ek olarak ortalama sıcaklık ve sıcaklık değişimleri modellemelerinde kullanılmıştır ve Türkiye'deki beton köprülerdeki ısıl eylemler için tasarım yöntemleri önerilmiştir.
Özet (Çeviri)
Most of the worldwide available bridge design codes specify provisions to control the stresses that arise in bridge superstructures due to the effect of the diurnal and the seasonal environmental changes. Recently, most of the design codes provide ranges for the maximum change in the bridge mean temperature and models for temperature gradients. This research aims to investigate the effects of the environmental thermal loads on concrete bridges and to introduce special design recommendations for concrete bridges in Turkey. The research composed mainly of four parts. The first is the experimental work, in which a full-scale concrete box-girder bridge segment was constructed and instrumented with concrete temperature, air temperature, solar radiation, and wind speed sensors. In the second part, a heat transfer 3D finite element analysis was conducted to investigate the temperature distributions in concrete box-girders, which was verified using the experimental results and utilized to conduct detailed parametric studies. This finite element model was used in the third part with long-term weather records to introduce design provisions for thermal effects on concrete bridges. Finally, a thermo-mechanical finite element analysis was carried out to study the structural behavior of the concrete bridges under environmental thermal loads. The experimental results showed that the hydration heat has significant effects on temperature distributions during the early age of concrete, and that the temperature differs from one fiber to another along and across the different parts of the superstructure. The recorded maximum vertical and lateral temperature gradients for more than one-year measurements were approximately 20oC and 19oC, respectively. From the experimental records, equations were proposed to estimate the maximum vertical and lateral temperature gradients. Based on parametric studies, ANOVA showed that density and surface emissivity are of negligible effects, while surface absorptivity has much more effect on concrete temperatures and gradients. The experimental, statistical, and numerical studies of this research, in addition to long-term extreme weather data for different Turkish cities were utilized, from which mean temperature and temperature gradient models were proposed and design procedures were suggested for thermal actions in concrete bridges in Turkey.
Benzer Tezler
- Behavior of composite bridge under effect of thermal loading
Kompozit köprülerın ısıl yükler altında davranışı
HESHAM ABDULATEF NUMAN AL ADHAMI
Doktora
İngilizce
2017
İnşaat MühendisliğiGaziantep Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ÖZAKÇA
YRD. DOÇ. DR. NİLDEM TAYŞİ
- Kutu kesitli ardgermeli köprülerin doğrusal ve doğrusal olmayan davranışlarının berlirlenmesi
Determination of linear and nonlinear behavior of posttensioned concrete box girder bridges
WALID YAQOOBI
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
İnşaat MühendisliğiKaradeniz Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞEVKET ATEŞ
- Sandık kesitli betonarme köprülerin taşıt yükü etkisindeki yapısal davranışı
Structural behavior of reinforced concrete bridges with box girder under the influence of vehicle load
ENES MİRAÇ KARADAĞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
İnşaat MühendisliğiAdıyaman Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT PALA
- Kutu kesitli karayolu köprülerinde en kesit şeklinin dinamik davranışa etkisi
Effect of cross sectional shape on dynamic behaviour of box-girder highway bridges
SAKİNE BOSTAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
İnşaat MühendisliğiKaradeniz Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VOLKAN KAHYA
- Prefabrike öngermeli ve betonarme kirişli karayolu köprülerinin bilgisayar yardımıyla boyutlandırılması
Cad design of the bridges which have prefabricated prestressed and rainforced concrete girders
Z.ÖZKAN ÖZTOPRAK