Geri Dön

Determination of hanger tension force with vibration measurements

Askı halatı kuvvetinin titreşim ölçümleri ile belirlenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 874178
  2. Yazar: MUSTAFA AKBULUT
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖMER TUĞRUL TURAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 79

Özet

Asma köprüler büyük deplasman teorisi kullanılarak tasarlanan ve uzun açıklıkların geçilmesinde tercih edilen kablolu köprü tiplerinden biridir. Bu köprüler genellikle iki kule üzerinde teşkil edilmiş ana kablolara çelik tabliyelerin askı halatları ile bağlanması ile oluşturulmaktadır. Bu yapı tiplerinde kullanılan kablo elemanlarının iç kuvvetlerinin, yapı geometrisine ve köprünün yapısal elemanlarının yorulma ömrüne oldukça büyük etkisi vardır. Ayrıca köprünün servis ömrü sırasında, halatlarda korozyon hasarına bağlı olarak kesit kayıpları veya halatlarda kopma meydana gelmektedir. Bu durum özellikle birbirine komşu olan askı halatlarının iç kuvvetlerini doğrudan etkilemektedir. Bu sebeple, kablo kuvvetlerinin periyodik olarak izlenmesi, asma köprülerin yapısal sağlığı ve kullanım ömrü için büyük bir öneme sahiptir. Günümüzde yapılan modern birçok asma köprüde, yapısal sağlık izleme sistemleri ve kullanılan ekipmanlarla beraber askı halatı kuvvetleri anlık olarak belirlenebilmekte ve uzun vadede kontrol edilmektedir. Tabliye bağlantı plakası (Gusset Plate) ve askı halatı soketi arasına yerleştirilen yük ölçme pinleriyle (Load Cell) askı halatı kuvvetleri kolaylıkla takip edilmektedir. Fakat özellikle 20. yy.'da yapılan birçok asma köprüde, modern yapı sağlığı izleme sistemlerinin olmayışı sebebiyle, askı halatı kuvvetleri anlık takip edilememektedir. Bu sorunun üstesinden gelebilmek için, kablonun titreşim kayıtları ve dinamik özelliklerini temel alan birçok method ve teori geliştirilmiştir. Bu çalışmada askı halatı titreşimleri, ilk olarak yapı sağlığı izleme sisteminin bulunduğu ve askı halatı kuvvetlerinin yük ölçme pinleri tarafından anlık olarak takip edildiği ve 2016 yılınca trafiğe açılan ve 1550 metre ana açıklığa, 2682 metre toplam uzunluğa, 36 metrelik genişliği ve 252 metrelik yüksekliğe sahip olan Osman Gazi Köprüsü'nde (Kocaeli / Türkiye) ölçülmüştür. Bu köprüde 48.9 ve 6.7 metrelik uzunluğa sahip ve paralel tel demeti sistemine sahip halatların titreşim ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın uygulandığı ikinci köprü ise, 1988 yılında trafiğe açılan 1090 metre ana açıklığa, 1510 metrelik toplam uzunluğa, 39 metrelik tabliye genişliğine, 107 metrelik kule yüksekliğine sahip olan Fatih Sultan Mehmet Köprüsü'dür. Fatih Sultan Mehmet Köprüsü'nde 2022 yılında askı halatı değişim işleri başlamış ve yeni askı halatı kuvvetlerinin kalibre edilmiş hidrolik krikolar ile ölçülmüştür. Bu köprüde, uzunlukları 90.5 metre ile 1.3 metre arasında değişen ve Osman Gazi Köprüsü'nden farklı olarak spirak (helical) en kesite sahip halatların titreşim ölçümleri gerçekleştirilmiştir. İki farklı asma köprüde, farklı uzunluk ve kesitteki askı halatlarının titreşimleri OMEGA – CP – SHOCK – 300 Data Logger ile kaydedilmiştir. Saha çalışmalarında bütün askı halatlarının titreşim ölçümleri 1024 Hz ile gerçekleştirilmiştir. Ayrıca ölçüm aralığı ±15g ve ölçüm çözünürlüğü 0.02g olarak ayarlanmıştır. Askı halatı titreşim ölçümlerinde iki farklı ölçüm yöntemi uygulanmıştır. İlk yöntemde askı halatlarının doğal titreşim ivmelerinin ölçüldüğü ve dışarıdan herhangi bir etki veya uyarılma yapılmayan durumdur (Ambient Case). Bu ölçüm tipi, genellikle eğilme rijitliklerinin ve sönüm katsayısının çok düşük olduğu uzun asku halatlarında kullanılan bir yöntemdir. Askı halatlarında titreşime sebep olan durum ise rüzgardır. Çalışmada kullanılan ikinci ölçüm tipi ise uyarılma durumudur. Bu ölçüm tipi genellikle eksenel rijitliği ve sönüm katsayısı çok yüksek olan kısa askı halatlarında kullanılmaktadır. Rijitlik sebebiyle doğal durumda titreşimleri çok düşük düzeyde olan askı halatlarının yüzeyine plastik çekiç ile vurularak titreşimler kaydedilmiştir. Fatih Sultan Mehmet Köprüsü'nün ilk 15 askı halatında doğal titreşim ölçümleri yapılırken, köprünün diğer askı halatlarında ve Osman Gazi Köprüsü'nün iki askı halatında titreşim ölçümleri uyarılma durumu ile kaydedilmiştir. Kaydedilen üç boyutlu ivme verilerinden askı halatlarının modal frekanslarını elde etmek için Hızlı Fourier Dönüşümü (Fast Fourier Transform: FFT) kullanılmıştır. MATLAB programı kullanılarak hazırlanan kod ile sahada ivme ölçer ile kaydedilen titreşim verilerinden askı halatlarının modal frekansları hesaplanmıştır. Elde edilen frekans değerleri kullanılarak, askı halatı kuvvetleri Taut Yay Teorisi, Eksenel Yüklü Kiriş Teorisi, Efektif Titreşim Uzunluğu Yöntemi ve Birleşik Pratik Formülü'yle hesaplanmıştır. Taut Yay Teorisi, hesaplamalarda yalnızca eksenel rijitliği göz önünde bulundurduğundan ve eğilme rijitliğini ihmal ettiğinden dolayı yalnızca uzun askı halatlarında kablo kuvvetlerini gerçek askı halatı kuvvetlerine yakın olarak hesaplamıştır. FSM Köprüsü askı halatları için 90.5 metreden 32 metreye kadar, kablo kuvvetlerini maksimum %5 farkla hesaplamıştır. Askı halatı boyları kısaldıkça bu fark %20'lere kadar yükselmiştir. Osman Gazi Köprüsündeki 48.9 metrelik askı halatı için kablo kuvveti %1.7 farkla hesaplanırken 6.7 metrelik askı halatı için %20.4 farkla hesaplanmıştır. Eksenel Yüklü Kiriş Teorisi ve Efektif Titreşim Uzunluğu Yönteminde eğilme rijitliği katkısı, FFT ile elde edilen iki farklı mod frekansı kullanılarak elimine edildiği için, kablo kuvvetleri FSM Köprüsünün hem uzun askı halatlarında hem de kısa askı halatlarında gerçek kablo kuvvetlerinden maksimum %7 farkla hesaplanmıştır. Osman Gazi Köprüsünde ise hesaplanan askı halatı kuvvetleri gerçek askı halatı kuvvetlerinden %6 farkla hesaplanmıştır. Birleşik Pratik Formül ise Eksenel Yüklü Kiriş Teorisi ve Efektif Titreşim Uzunluğundan farklı olarak, kablo eğilme rijitliğini, kabloların mesnet koşullarını ve kabloların iki farklı mod frekanslarını kullanarak doğrudan hesaplayıp eğilme rijitliğini düzeltme katsayısına dönüştürdüğü için askı halatı kuvvetlerini hem uzun hem de kısa askı halatlarında gerçek kablo kuvveti değerlerine yakın olarak hesaplamıştır. FSM Köprüsü'nde Birleşik Pratik Formül kullanılarak, kablo kuvvetleri maksimum %8 farkla hesaplanmıştır. Osman Gazi Köprüsü'nde ise maksimum fark %3.5'tur. Fakat FSM Köprüsü için 5.6 metreden daha kısa askı halatları için, halat kuvvetleri tutarsız sonuçlar ile hesaplanmıştır. FFT sonuçlarına ve hesaplama teorilerine bağlı olarak problemin ana sebebini belirlemek amacıyla her bir askı halatının sonlu elemanlar modeli SAP2000 ile oluşturulmuş ve her bir askı halatı için modal analiz gerçekleştirilmiştir. SAP2000 ile oluşturulan sonlu eleman analizinde her bir askı halatı için iki farklı model oluşturulmuştur. İlk modelde (Kablo Modeli) analizde yalnızca kablonun eksenel rijitliği dahil edilmiştir ve iç kuvvetler sisteme etki ettirilmiştir. İkinci model tipinde ise (Çerçeve Modeli) kablo kesitlerinin hem eksenel rijitliği hem de eğilme rijitliği göz önünde bulundurulmuştur. Ayrıca bu modelde sistem üzerindeki deforme olmuş şekil de hesaplamalarda göz önüne alınmıştır. SAP2000 ile gerçekleştirilen analiz sonucunda kablo modeli, çerçeve modeli ve FFT sonuçları karşılaştırmıştır. Uzun askı halatlarında kablo modeli, çerçeve modeli ve FFT sonuçları birbirlerine benzer sonuçlar vermiştir. Ayrıca bu sonuçlar irdelendiğinde uzun askı halatlarında mod frekanslarının mod numaralarına oranın sabit olduğu gözlemlenmiştir. Bu durum uzun askı halatlarında, dinamik davranışa sadece eksenel rijitliğin etki ettiği ve eğilme rijitliğinin katkısının ihmal edilebilir düzeyde olduğu göstermiştir. Kısa askı halatlarında ise, kablo modelinde bu oran sabit kalırken, artan eğilme rijitliği etkisiyle mod frekanslarının mod numaralarına oranlarının arttığı ve doğrusal olmayan davranışın ortaya çıktığı gözlemlenmiştir. Bu durum askı halatlarının dinamik davranışına hem eksenel rijitliğin yanı sıra eğilme rijitliğinin etkisi olduğunu göstermektedir. Tutarsız sonuçlar elde edilen askı halatlarında SAP2000 kullanılarak elde kiriş modeli ile FFT sonuçları karşılaştırıldığında ise elde edilen mod frekanslarında farklar olduğu gözlemlenmiştir. SAP2000 ile oluşturulan çerçeve modeli ile elde edilen sonuçlar, bahsedilen teorilerde kullanıldığında halat kuvvetlerinin çok düşük hatalar ile hesaplandığı belirlenmiştir. Böylece kablo kuvvetleri hesaplamasında elde edilen tutarsız sonuçlarının sebebinin teorilerden kaynaklanmayıp FFT sonuçlarından kaynaklandığı belirlenmiştir. FFT'de spektral sızıntı, ayrık frekans adımları ve yüksek gürültü seviyesi gibi dezavantajları bulunduğu için bazı durumlarda frekans ve genlikleri doğru olarak hesaplayamamaktadır. Bu sebeple FFT ile elde edilen hassasiyetini arttırmak için ilk olarak Lowpass ve Highpass filtreleri uygulanmıştır. Fakat elde edilen frekans değerlerinde çok büyük değişiklikler olmamıştır. Daha sonra Hann, Hamming ve Blackman gibi kosinüs bazlı pencereleme fonksiyonları FFT' de uygulanmıştır. Ancak bu işlemler sonucunda beklenen düzeyde bir iyileşme sağlamamıştır. Daha sonra sistemin mod frekanslarını belirlemek için sahada kaydedilen ivme verileri Yüksek Doğruluklu FFT kullanılarak frekans genlik grafikleri elde edilmiştir. Bu işlemlere rağmen pencereleme fonksiyonlarında gözlemlenen sonuçlara benzer şekilde sonuçlarda anlamlı bir değişiklik olmamıştır. Bu tezde, iki farklı asma köprüde bulunan farklı uzunluktaki ve kesitteki askı halatlarının titreşimleri tek ivme ölçerler ile kaydedilmiş ve FFT kullanılarak askı halatlarının modal frekansları belirlenmiştir. Hesaplanan frekanslar kullanılarak kablo kuvvetleri dört farklı teori ile 90.5 metreden 5.6 metreye kadar olan askı halatlarında hesaplanmış ve bilinen askı halatı kuvvetleri ile karşılaştırılmıştır. Daha kısa askı halatlarında ise FFT sonucu ile elde edilen frekans değerleri kullanılarak hesaplanan kablo kuvvetlerinin tutarsız olduğu gözlemlenmiştir. Daha kısa askı halatlarında ise çoklu ivmeölçer ölçümleriyle mod şekli destekli hesaplama yöntemlerinin kullanılması, kablo frekanslarının doğruluğunu önemli ölçüde arttırabilir. Böylece daha kısa askı halatlarında kablo kuvvetleri gerçek kablo kuvvetlerini yakın olarak hesaplanabilir. Titreşim ölçümleri ve bahsedilen teoriler kullanılarak gerek asma köprülerde gerekse diğer kablolu yapılarda, kablo kuvvetleri belirli bir uzunluğa kadar düşük hata oranlarıyla periyodik olarak hesaplanabilmektedir

Özet (Çeviri)

Suspension bridges are one of the preferred bridge types for crossing long spans. The internal forces of the cable elements used in these structures have a significant impact on the structural geometry and the fatigue life of the elements. Therefore, periodic monitoring of cable forces is important for the structural health of suspension bridges. In many suspension bridges built today, hanger forces can be determined instantly with structural health and monitoring systems. Hanger forces are easily monitored with the Load Cells placed between the gusset plate on deck and the hanger lower sockets. However, due to the lack of modern structural health monitoring systems in many suspension bridges, especially those built in the 20th hanger forces cannot be monitored instantly. In these bridges, hanger forces can be calculated by vibration measurements, which is one of the alternative methods. In this study, vibration measurements were carried out on two different suspension bridges. The first bridge in the study is the Osman Gazi Bridge (Kocaeli / Türkiye), where the structural health monitoring system is located and the hanger forces are instantly monitored by load cells. The second bridge is Fatih Sultan Mehmet Bridge (Istanbul / Türkiye), where hanger replacement works were carried out and new hanger forces were measured with calibrated hydraulic jacks. Three-dimensional acceleration data recorded on hangers of different lengths and cross-sections in two different suspension bridges were used to obtain the natural vibration frequencies of the hangers with Fast Fourier Transform (FFT). Using the obtained frequency values, hanger forces were calculated with Taut Spring Theory, Axially Loaded Beam Theory, Effective Vibration Length Method, and Unified Practical Formula. Hanger forces obtained with these theories were compared with known hanger forces and the differences were determined. However, for the FSM Bridge hangers that are less than 5.6 meters the hanger tension forces calculated with inconsistent results. In order to identify the main cause of the problem which depends on the FFT results or calculation theories, the finite element model of the hangers are modelled with SAP2000. The modal frequencies of the hangers were calculated with SAP2000 and these results are used for tension force calculation theories. When the finite element results used in the theories, the hanger tension force is calculated with high accuracy. As a result, the main source of the error is identified as FFT. To enhance the precision of the FFT analysis, Low Pass and High Pass filters were applied along with windowing functions such as Hann, Hamming, and Blackman. However, these operations did not yield the anticipated level of improvement in the results. Subsequently, Ultra Precise FFT was used to determine the system's mode frequencies. Despite these steps, similar to the outcomes observed with the windowing functions, there was no notable change in the FFT results. In this study, a single accelerometer was utilized for determining the mode frequencies of the hangers. However, employing multiple accelerometers for mode shape-aided calculation with multi-acceleration measurements can significantly enhance the accuracy of the mode frequencies.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    158098

    Prolaktin ve bromokriptinin veküla seminalis kasılmaları üzerine etkilerinin in vitro olarak incelenmesi

    In vitro effect of prolactin and bromocriptin on the seminal vesicle contractions

    MEHMET SEZAİ OĞRAŞ

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2004

    ÜrolojiFırat Üniversitesi

    Üroloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. İRFAN ORHAN

  2. Tez No

    233240

    Arkadan itişli hafif ticari araçlarda arka tekerleklere hareket transferini gerçekleştiren kardan milinde oluşan titreşim ve seslerin analizi

    Analysis of vibration and noise acting on driveline of rear wheel driven vehicles

    TURGUT KORKUT

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    Makine MühendisliğiKocaeli Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. SEDAT KARABAY

  3. Tez No

    422119

    Üç boyutlu konsolidasyon

    Three-dimensional consolidation tests

    AYŞEN ÇELEBİ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSEYİN YILDIRIM

  4. Tez No

    510296

    Asma köprülerde ana açıklık ile kablo sarkma boyu arasındaki ilişki ve bunun kablo üzerinde oluşan eksenel kuvvete olan etkisinin incelenmesi

    Effect of change in the ratio of the main cable sag depth to main span distance on the normal force generated on the suspended main cable

    MUSTAFA YETİM

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ELİŞAN FİLİZ PİROĞLU

  5. Tez No

    526921

    Biyolojik mücadele makrobiyal ajanı predatör Oenopia conglobata (Linnaeus) (Coleoptera:Coccinellidae)'nın laboratuvar koşullarında kannibalistik davranışlarının belirlenmesi

    Determination of cannibalistic behaviors of biological macrobial agent predatory insect Oenopia conglobata (Linnaeus) (Coleoptera:Coccinellidae) in laboratory conditions

    HÜSNA DUSAK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    ZiraatHarran Üniversitesi

    Bitki Koruma Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET MAMAY

Geri Dön