Structural investigation of masonry stone arch bridges
Tarihi yığma taş kemer köprülerin yapısal davranışlarının incelenmesi
- Tez No: 445068
- Danışmanlar: DOÇ. DR. KASIM ARMAĞAN KORKMAZ, YRD. DOÇ. DR. YAŞAR HANİFİ GEDİK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Deprem Mühendisliği, İnşaat Mühendisliği, Earthquake Engineering, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 134
Özet
Tarihi yapılar, kültürel mirasımızın büyük bir çoğunluğunu oluşturmaktadır. Tarihi yapılar için mevcut yapı stoku tarihi camiler, köprüler, kiliseler, saraylar, tarihi hamamlar, okullar ve konutlardan oluşmaktadır. Tarihi köprüler ise bu eserler içerisinde önemli bir yere sahiptir ve bunların büyük bir çoğunluğu taş yığma kemerli köprüdür. Bu eserlerin bir kısmı günümüze kadar ulaşamamış olsa da önemli bir kısmı varlığını sürdürmektedir. Oldukça zengin olan tarihi yığma köprü mirasımızın korunarak gelecek nesillere aktarılması ulusal ve uluslararası öncelikli hedefler arasındadır. Tarihi yığma köprüler çoğunlukla şehir merkezlerinden uzakta kalmış eserler oldukları için yeterli bakım ve onarım görememiştir. Son zamanlarda bu yapıların önemlerine dikkat çekilerek, çok sayıda restorasyon projesi Karayolları Genel Müdürlüğü tarafından yürütülmüştür. Ülkemizdeki tarihi yığma köprülerin büyük bir bölümü taş kemer köprü olarak inşa edilmiştir ve ilgili literatürde, bunların yapısal olarak değerlendirmeleri amacıyla modellenmesi ve analizi ile ilgili yapılmış birçok çalışma mevcuttur. Tarihi taş köprülerin performans analizleri basitleştirilmiş analitik yöntemlerle yapılabileceği gibi, bilgisayar teknolojisi yardımı ile sayısal yöntemlerle de yapılabilir. Doğru sonuç alınabilen ve hesaplaması masraflı olmayan doğru model yaklaşımın seçilmesi ve malzeme özelliklerine karar verilmesi, modelleme aşamasının önemli adımlarıdır. Basit ve hızlı değerlendirme yöntemleri genellikle doğrusal elastik ve izotropik malzeme modelini esas alırken; karmaşık ve ayrıntılı yöntemler, malzemenin doğrusal olmayan elastik ötesi davranışını dikkate alan modeller kullanmaktadır. Tarihi köprülerin yapısal analizi tarih boyunca geliştirilen birçok yöntem kullanılarak yapılmış ve değerlendirilmiştir. Geliştirilen sayısal yöntemlerden biri olan sonlu elemanlar yöntemi, tarihi yapıların yapısal analizinde oldukça yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Sonlu elemanlar sayısal yönteminde 3 farklı modelleme yaklaşımı mevcuttur. Bu yöntemler sırasıyla mikro modelleme, basitleştirilmiş mikro modelleme ve makro modellemedir. Bu çalışmada, sonlu elemanlar yöntemi ile makro modelleme yaklaşımı kullanılarak Artuklu ve Osmanlı dönemlerine tarihlenen, açıklık, yükseklik ve uzunluk gibi farklı geometrik özelliklere sahip Dicle (On Gozlu) köprüsü, Malabadi köprüsü, Papaz köprüsü ve Sinanlı-Alpullu köprüsü modellenmiştir. Çalışmada farklı boyutlarda ağ örgüsü ile tasarlanmış köprü modellerinin sonuçlar üzerindeki etkisini anlamak, köprü geometrik özelliklerinin köprülerin kapasitesi üzerindeki etkisini anlamak, ve doğrusal olmayan analiz yöntemlerinden gerçekçi olan yaklaşımı belirlemek hedeflenmiştir. Bu hedefler doğrultusunda da sonlu elemanlar yönteminin kullanımına imkan sunan FX+ DIANA programı kullanılmıştır. Çalışma 3 aşamadan meydana gelmektedir. Birinci aşamada seçilen köprü modelleri FX+ DIANA programında sonlu elemanlar yöntemi ile her bir köprü için farklı ağ boyutlarına sahip iki model hazırlanmıştır. Yapının doğrusal analizinde, doğrusal statik, modal ve tepki spektrum analizleri yapılmıştır. Tepki spektrum analizi için Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik esas alınarak deprem yükleri tanımlanmıştır. Farklı yük kombinasyonları altında iki farklı ağ örgüsüne sahip modellerin 4 köprü için de analizi gerçekleştirilmiştir. Ağ boyutunu değiştirerek, azaltılan eleman sayısıyla işlem yaptığımızda elde edilen doğrusal sonuçlar ile fazla eleman sayısına sahip modeller için elde edilen sayısal sonuçlar tartışılmıştır. Bu karşılaştırma yapılırken lokal gerilme değerleri sonuçlardan çıkartılmıştır. Sonrasında elde edilen normal gerilme ve kayma gerilmesi değerleri arasındaki farklar karşılaştırılmış ve tartışılmıştır. Bu karşılaştırma sonucunda, kullanılan 2 farklı ağ modeli içerisinden zaman kaybını aza indirgeyerek aynı zamanda da analiz sonuçlarında da detaylı ağ modelinden farklı sonuç vermeyen kaba ağ boyutlu modelle, seçilen tarihi taş kemerli köprülerin doğrusal olmayan malzeme yaklaşımı ile statik ve dinamik analizleri yapılmıştır. İkinci aşamada doğrusal olmayan statik analiz artımsal eşdeğer deprem yükü yöntemi ile kaba ağ boyutuna sahip model seçilen tüm köprüler için yapılmıştır. Kütle katılım oranı en fazla olan birinci titreşim mod şekline göre, köprülerin taşıma kapasitesi sınırları esas alınarak, seçilen köprülerin davranışları adım adım arttırılan eşdeğer deprem yüklerinin etkisi altında incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, taban kesme kuvveti/ağırlık (V/W) oranına karşılık gelen deplasman limitleri (d/h), köprü geometrik özelliklerine bakılarak karşılaştırılmıştır. Kemer açıklığı, yüksekliği ve kalınlığı gibi köprü geometrik özelliklerinin, seçilen köprüler üzerinde uygulanan doğrusal olmayan statik itme analizleri ile elde edilen köprü deplasman sınır değerleri ile doğru orantılı olduğu sonucuna varılmıştır. Üçüncü aşamada ise, A sınıfına ait 10 ayrı mevcut deprem yer hareket kayıtları ile, seçilen köprülerin zaman tanım alanında doğrusal olmayan dinamik analizleri yapılmıştır. Her bir deprem kaydı için ayrı ayrı maksimum yer değiştirmeye karşılık maksimum taban kesme kuvveti elde edilmiştir. Aynı zamanda, seçilen köprülerin yükseklik ve ağırlıkları da dikkate alınarak, taban kesme kuvveti/ağırlık oranlarına karşılık gelen deplasman limitleri (d/h) tartışılmıştır. Kullanılan 10 deprem kaydından en büyük yer ivmesine sahip Duzce depreminin, her köprü için de en fazla deplasmana sebep olduğu ortaya konulmuştur. Doğrusal olmayan analizde verilen çekme ve basınç dayanımları kullanılan 10 deprem verisi için de aşılmamış olup, yalnızca Sinanlı-Alpullu köprüsü için Düzce depremi analizinde 13.4 saniyede analiz durmuştur. Sinanlı- Alpullu köprüsünün düzce gibi bir deprem etkisi altında büyük hasar görerek yıkılabileceği sonucuna varılmıştır. Doğrusal olmayan dinamik analizlerden elde edilen sonuçlar ile doğrusal olmayan statik analiz sonuçları karşılaştırıldığında, elde edilen grafiklerin birbiri ile tam olarak örtüşmediği sonucuna varılmıştır. Özellikle köprü geometrisindeki boylamsal ve enlemsel farklılıklar, simetrik olmama durumu söz konusu ise, doğrusal olmayan statik analiz sonuçları zaman tanım alanında dinamik analiz sonuçlarından uzaklaşılmaktadır. Doğrusal olmayan statik analizde kullanılan mod şeklinin ve kütle katılım oranlarının yığma yapıların yapısal analizinden elde edilen sonuçlar üzerindeki etkisi azımsanmayacak kadar önemlidir. Geometrideki farklılıklar köprü mod şekillerini etkilemiş ve doğrusal olmayan zaman tanım alanında analiz sonuçlarından uzaklaşılmıştır. Fakat, geometrisi daha simetrik ve doğrusal olmayan statik analizde ele alınan 1. Mod katılım oranı daha fazla olan Papaz Köprüsü için doğrusal olmayan her iki analiz sonuçları arasında bulunan farklılık oldukça azdır. Doğrusal olmayan statik analizlerde kullanılan mod sayıları arttırılarak, analizlerin farklı mod birleşimleri ile yapılması daha gerçekçi sonuçlar elde etmemizi sağlayacaktır.
Özet (Çeviri)
Turkey, with its ancient civilization history, has an invaluable inventory of structural heritages inherited from the past eras. Existing structural reserves include historic mosques, bridges, churches, viaducts, palaces, traditional baths, schools and residential houses etc. Historical bridges have an important part within these heritages in Turkey, and the structural system type is mostly stone arch masonry. Protection of historic masonry bridges and their transition to next generations are priority national and international goals. Historical masonry bridges, which are mostly located far from urban areas, typically do not undergo sufficient maintenance and repair. Recently, greater emphasis has been placed on maintaining the integrity of existing stone masonry bridges as important heritage structures. Numerous restoration projects have been undertaken by the General Directorate of Turkish Highways (KGM) to preserve and protect historic bridges. There are many studies in literature about modeling and structural evaluation of stone arch bridges. Analysis and performance evaluation of historic stone arch bridges can be performed using simplified analytical approaches as well as numerical approaches using computer technology. In the latter, important aspects of modeling are the determination of the materials properties and selection of a suitable modeling approach that is sufficiently accurate yet computationally inexpensive. There are two ways to assess these type of bridges; (a) simple and rapid assessment method which use linear elastic and isotropic material model basis, (b) complex and detailed methods which use nonlinear models that take into account the behavior of the material. In this study, four historic stone arch bridges Dicle (On Gozlu), Malabadi, Papaz and Sinanlı-Alpullu, which were constructed in different periods and have different geometric properties such as span, rise, and length, were selected for evaluation of structural behavior. The followed approach included performing analyses using two different modeling approaches. 3D FE models of the bridges were created using FX+ DIANA software using two different mesh sizes for each bridge. Linear static analysis, modal analysis and response spectrum analysis were carried out for both models involving different mesh sizes. The Specification for Buildings to be Built in Seismic Zones (Turkish seismic code, 2007) was used to perform structural response spectrum analysis under various load combinations. The obtained results for both models with two mesh sizes, which are referred to as fine and coarse meshes, were compared and discussed for selected bridges. Considering computation time and obtained minor differences between results of fine and coarse meshes models, coarse mesh was used to perform complex and detailed nonlinear static and dynamic analyses. Nonlinear static analyses of the studied bridges were performed using the incremental lateral force method for coarse mesh models. According to the first mode shape, which had the maximum mass participating ratio, gradually increased lateral force was applied to the bridges until capacity is reached. The obtained results, in the form of base shear force/weight (V/W) ratio corresponding to the drift ratio (d/h), were discussed in relation to the geometric characteristics. It was concluded that, span, rise and thickness of the arch is directly related with the ultimate drift capacity of the studied bridges. In the nonlinear dynamic analyses, ten earthquake ground motion records for site class A were used in the analysis of the studied bridges. Maximum base shear corresponding to the maximum displacement under ten ground motion records were assessed for each selected bridge. The performance of the bridges was discussed according to the base shear force/weight (V/W) ratio corresponding to the drift (d/h) ratio. Duzce, 1999 (Turkey) earthquake motion with a peak ground acceleration in the selected 10 ground motion records, cause the maximum displacement for each bridge. It was observed that for Duzce, 1999 (Turkey) ground motion, the capacity of Sinanlı-Alpullu Bridge was exceeded. In the case of nonsymmetrical geometry, the pushover analysis results.
Benzer Tezler
- 3D nonlinear modeling and testing of historic stone masonry arch bridges: The case of Justinian's Bridge
Tarihi yığma taş kemer köprülerin doğrusal olmayan davranışının 3B modellenmesi ve deneysel olarak incelenmesi: Justinianos Köprüsü örneği
VİLDAN GİZEM MENTEŞE
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ CEM ÇELİK
- Tarihi kemer köprünün düzlem içi ve düzlem dışı deprem davranışının incelenmesi
Investigation of the in-plane and out-plane earthquake behavior of the historical arc bridge
BETÜL NİHAN ÜSTÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
İnşaat MühendisliğiBartın Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMİN HÖKELEKLİ
- Tarihi Malabadi Köprüsünün incelenmesi ve yapısal analizinin değerlendirilmesi
Investigation and evaluation of the structural analysis of the historical Malabadi Bridge
ABDULLAH ÇETİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
İnşaat MühendisliğiBatman Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞAHNAZ TİĞREK
- Pushover analysis of the triumphal arch of the church ofandahuaylillas, Peru: effect of stone masonry and ground settlement
Başlık çevirisi yok
SELMAN TEZCAN
- Zal Mahmut Paşa Camii yapısal davranışı ve geçmiş hasarların incelenmesi
Stuctural behaviour of Zal Mahmut Pasa Mosques and review of past damages
MEHMET NURİ YAVUZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İHSAN ENGİN BAL