Geri Dön

Tramvay hattı titreşimlerinin zeminde yayılmasınıetkileyen faktörlerin incelenmesi

Analysis of factors affecting the propagation of tramline vibrations in the ground

PDF İndir

  1. Tez No: 948215
  2. Yazar: ALİ FIRAT ÇİÇEK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ZÜBEYDE ÖZTÜRK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Ulaştırma Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 129

Özet

Artan şehirleşme ve nüfus yoğunluğu ile birlikte, ulaşım sistemlerine olan talep artmış ve bu durum, raylı taşıma sistemlerinin çevresel etkilerini de daha belirgin hale getirmiştir. Demiryolları sistemlerinden kaynaklanan gürültü ve titreşim, çevresel etkiler arasında önemli bir yer tutmakta olup, özellikle bu etkilerin zemine yayılması ve yapılara iletilmesi, sürdürülebilir ulaşım açısından kritik bir sorundur. Burada, demiryolu kaynaklı titreşimlerin zemin üzerindeki yayılımını tramvay hattı özelinde modelleyerek, hassas yapıların olduğu bölgelerde bu tür etkilerin en aza indirilmesine katkı sunmak amaçlanmaktadır. Demiryolu sistemlerinden kaynaklanan titreşimlerin zemin üzerindeki yayılımını modellemede, bu yayılımda etkili parametrelerin etki derecelerini belirlemek önemlidir. Önce incelenen örnek tramvay hattında üstyapı türü, elemanları, altyapı elemanları ve fonksiyonları tanımlanarak, fonksiyonları açıklanmaktadır. Demiryolu titreşimine neden olan kaynaklar, titreşim oluşum mekanizmaları ile titreşim dalgalarının zeminde yayılma prensipleri ve titreşimlerin çevreye etkileri incelenmektedir. Demiryolu kaynaklı titreşimlerin oluşumunda tipik araç hızları ve frekans aralıkları belirtilerek bunların etkisi dikkate alınmaktadır. Titreşimlerin zemin üzerindeki yayılımında, Amerikan Federal Ulaşım İdaresi'nin belirlediği üç ana faktör grubu dikkate alınmıştır: titreşim kaynağına ilişkin faktörler (araç süspansiyonu, ray yapısı, hız vb.), titreşimlerin zemin üzerindeki yayılımını etkileyen faktörler (zemin tipi, kaya katmanları, yeraltı su seviyesi vb.) ve titreşimlerin algılandığı çevreye ilişkin faktörler (bina tipi, temel yapısı vb.). Çalışmada, özellikle titreşimlerin yayılımını etkileyen zemin faktörleri üzerinde durulmuştur. Ayrıca, UIC'ye göre demiryolu kaynaklı titreşimler, altı temel mekanizma ile oluşur: quasi statik uyarı, parametrik uyarı, ray düzensizlikleri, ray dalgalanmaları, ray birleşim noktaları ve tekerlek yüzeyi düzensizlikleri. Bu mekanizmalar, titreşimlerin kaynağından çevreye nasıl yayıldığını ve bunların etkilerini belirlemede kritik rol oynamaktadır. Tezde, tramvay hatlarında oluşan titreşimlerin seviyesi belirlenmeden önce ilgili yönetmelikler ve titreşim analizi için kullanılmakta olan yöntem ve yaklaşımlar araştırılmıştır. Kullanılan yöntemin ve teorisinin matematiksel açıklamasına da yer verilmiştir. Ray-teker teması sonucu ortaya çıkan titreşimler, sadece taşıma kalitesini değil, çevredeki hassas yapıları da olumsuz etkileyebilmektedir. Bu etkilerin analizinde sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak, bir hat modeli olarak İstanbul T1 tramvay hattı ele alınmıştır. Yapılan analizlerle, hattın çevre titreşimlerinin zemin üzerinde nasıl ve hangi faktörlerin etkisinde, ne seviyede yayıldığı araştırılmıştır. Çalışmada önce bir tamvay hattı modeli oluşturulmuş, model olarak kullanılan demiryolu altyapı/üstayapısı kesiti, İstanbul Kabataş – Bağcılar T1 Tramvay hattı kesitine uygun olarak oluşturulmuştur. Hattın orta ekseninden boyuna doğrultuda simetrik olduğu kabul edilmiştir. Ayrıca hattın karayolu üstyapısı üzerinde inşa edilmiş olması sebebiyle, hat güzergâhındaki karayolu üstyapısı da hesaba katılmıştır. Bu noktada tramvay hattı üstyapısı ve karayolu hattı üstyapısının birlikte modellenmesi, karayolu hattı elemanlarına benzer davranış gösterecek olan yatak dolgu malzemesinin ve yatak betonunun güzergâh üzerindeki karayolu kesiti boyunca kullanıldığı varsayımı ile modellenmiştir. Yolun, hattın orta ekseninden itibaren 3m genişlikte olduğu ve yola komşu yapıların temel malzemesinin beton olduğu varsayılmıştır. Bu sebeple yol üstyapı elemanlarına komşu eleman temeli temsilen üstyapı elemanları derinliği boyunca uzanan beton tabaka olarak modellenmiştir. Tabaka derinlikleri 2.5 Boyutta çeyrek tren modeli kullanılarak modellenen bu kesit, ANSYS R19.1 sürümlü program kullanılarak Sonlu Elemanlar Yöntemi ile incelenmiştir. Kabataş – Bağcılar T1 tramvay hattında görülen kaplama tabakaları kimi zaman asfalt betonu, kimi zaman da parke taşı olarak değişmektedir. Hattın büyük bölümünde görülen asfalt betonu kaplama tabakası, aynı zamanda hat üzerinde görülen ve en hassas yapılardan olması beklenen Million Taşı, Zeynep Sultan Camii, Köprülü Camii ve Basın Müzesi gibi yapıların çevresinde de kullanıldığından, bu analizde de kaplama tabakası olarak asfalt betonu modellenmiştir. Analizde, standart RI60 veya 60R1 olarak bilinen oluklu ray tipi modellenmiştir. Tramvay üstyapısında ray çevresinde elastomer kullanıldığı bilinmekle beraber, Edilon Elastomerinin kullanıldığı varsayılmıştır. Zemin tabakaları için etkili derinlik, literatür çalışmaları baz alınarak 10m seçilmiş ve zemin 4 tabaka halinde ve derinlik arttıkça tabakaların taşıma gücü ve rijitliği azalmayacak şekilde modellenmiştir. Belirtilen hattın, güzergâhı boyunca İstanbul Fatih ilçesinde pek çok tarihi ve hassas yapının bulunduğu“Tarihi Yarımada”olarak da adlandırılan bölgeden geçmekte ve demiryolu kaynaklı titreşimlerin bu yapılara olası etkisi, bu sebeple önem kazanmaktadır. Sonlu elemanlar yöntemi ile elde edilen sonuçlar, İstanbul T1 tramvay hattı üzerindeki tarihi binaların temel seviyesindeki titreşim ölçümleri ile karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma, ilgili bölgede daha önce yapılan ölçüm sonuçlarından faydalanılarak, gerçekleştirilmiştir. Bu analizler sonucu bulunan değerlerin ölçüm sonucu bulunan değerlere yakınlığı gözlenmiştir. Demiryolu kaynaklı titreşimlerin zemin üzerindeki yayılımı ve bu enerjinin yapılara etkisini incelemek amacıyla, UIC (Uluslararası Demiryolu Birliği) standartlarına dayalı model kullanılarak, tramvay hattının belli üst yapı elemanları dahilinde, zeminde oluşturduğu titreşim seviyesi ortaya konulmuştur. Çalışmanın bulguları, demiryolu hattı üzerindeki titreşimlerin etkili ve incelenen parametrelere bağlı olarak zemin üzerindeki yayılım durumlarını ve seviyelerini vermektedir. Tarihi ve hassas yapılar üzerinde oluşan titreşimlerin etkileri, bu yapıların taşıyıcı sistemlerinin özelliklerine bağlı olarak değişiklik gösterebildiğinden demiryolu projelerinde, özellikle bu tür hassas yapılar yakınında, hat yapısında önlem alınması, hat işletilirken de titreşimlerin ölçülmesi, seviyelerine bakılması, yönetmelik sınır değerlerini aşıp, aşmadığının kontrol edilmesi, aşıyorsa önlem alınması önem taşımaktadır. Çalışma, kent içi toplu taşıma sistemlerinden olan tramvay hatlarının işletim sırasında oluşturduğu titreşim seviyelerinin, yayılma şeklinin ve etkili zemin parametrelerinin, daha iyi anlaşılmasına ve bu etkilerin azaltılmasına yönelik stratejilerin geliştirilmesine katkı sağlamaktadır. Demiryolu projelerinin tasarımı ve planlamasında, titreşimlerin dikkate alınmasının gerekliliği vurgulanmakta ve bu tür çevresel etkilerin yönetilmesi için gerekli önlemleri belirlemede yardımcı olmak da hedeflenmektedir. Gelecekteki çalışmalarda, daha farklı zemin koşullarındaki titreşim yayılımı farklı üstyapılar, farklı hat türleri için incelenebilir ve farklı sayısal modeller kullanılarak, analiz yapılabilir.

Özet (Çeviri)

This study aims to model the propagation of vibrations caused by railway systems on the ground and offer solutions to mitigate their environmental impacts. With increasing urbanization and population density, the demand for transportation systems has surged, making the environmental effects of mass transit systems like railways more evident. Among the environmental impacts of these systems, noise and vibration are particularly significant, especially in terms of how these effects spread through the ground and affect nearby structures. The propagation of these vibrations poses a critical challenge for sustainable transportation systems. This study focuses on modeling the propagation of railway-induced vibrations on the ground to develop strategies for minimizing their negative effects. The choice of tramway lines as the model for this study is rooted in the widespread use of tramways in densely urbanized areas. In cities like Istanbul, tram systems play a significant role in urban transportation due to their efficiency and ability to navigate congested environments. Given the prominence of tramways in such urban settings, understanding the environmental impacts, particularly vibration propagation, is of great importance. The thesis begins by assessing the environmental effects of noise and vibration generated by railway transportation. Vibrations arising from rail-wheel contact can negatively affect not only the transportation capacity but also the surrounding structures. These vibrations can have detrimental effects on buildings, particularly in areas where sensitive and historical structures are present. Therefore, the study emphasizes the importance of understanding how railway-induced vibrations propagate through the ground and how this transferred energy affects surrounding structures. The study considers key factors affecting vibrations, as outlined by the American Federal Transportation Administration. These factors are categorized into three main groups:“Factors Related to the Vibration Source,”“Factors Related to the Path Vibrations Take as They Propagate,”and“Factors Related to the Environment in which Vibrations Are Perceived.”Within the first category, the factors influencing the vibration source are as follows:“Vehicle Suspension,”“Wheel Type and Condition,”“Track Surface,”“Travel Speed,”“Track Structure,”and“Depth of the Vibration Source.”The second category examines the factors affecting the propagation of vibrations through the ground, which include“Soil Type,”“Rock Layers,”“Soil Strata,”and“Groundwater Level.”The third category focuses on the environment where vibrations are perceived, covering“Foundation Type,”“Building Type,”and“Acoustic Condition of the Structure.”For the purpose of this study, particular emphasis is placed on the factors related to the path vibrations take as they propagate through the ground, with the other factors being treated as fixed for the analysis. Under the factors related to vibration propagation, the study also briefly explores the influence of soil type, rock layers, soil strata, and the groundwater level, as these are key variables that affect the transmission of vibrations and their subsequent impact on nearby structures. In addition to the above, the UIC (International Union of Railways) explains the formation of railway-induced vibrations through six fundamental mechanisms. These mechanisms are categorized as follows: Quasi-static excitation: This mechanism, also known as vibrations caused by moving loads, occurs when the static axle load of a train moves along the track at a certain speed. These vibrations are typically low-frequency and can be felt at considerable distances from the track, extending over a limited range on the ground. Parametric excitation: This type of vibration is caused by periodic railway elements, such as rail fastenings and ties, which are used at regular intervals along the track. The characteristics of these vibrations depend on factors like wavelength, axle spacing, and the distance between track components, such as the spacing of the ties. Track irregularities: These vibrations, with wavelengths ranging from 0.1m to 10m, are influenced by several factors, including track geometry, the condition of the ballast bed, and the properties and performance of the underlying soil. These irregularities can lead to significant variations in vibration intensity along the track. Track undulations: These vibrations have wavelengths between 0.01m and 0.05m and are caused by the wear and tear of the rail due to wheel contact over time. The accumulation of this wear leads to undulations on the track surface, contributing to vibration generation. Track junction/transition points: Vibrations in this category arise from irregularities at rail joints and switches during train movement. These elements cause roughness in the rail-to-wheel contact, generating vibrations as the train passes through these areas. Wheel surface irregularities: Over the course of a vehicle's service life, wear on the wheel-rail contact surface results in irregularities in the wheel's geometry. These surface imperfections can lead to vibrations during the rolling motion of the wheels. These mechanisms are applicable to both surface and underground railway systems. The frequency of the resulting vibrations depends on the train's speed; as higher speeds typically lead to higher frequency vibrations. Soil type plays a critical role in how vibrations propagate, with denser soils such as gravel and sand generally allowing vibrations to travel faster and further compared to more cohesive soils like clay. The presence of rock layers can also influence vibration transmission, as they can either amplify or dampen vibrations depending on their properties and continuity. Soil strata, or the different layers of soil, create variations in stiffness and density, leading to changes in the speed and intensity of vibration propagation. Finally, the groundwater level is another important factor, as higher water levels can decrease the soil's stiffness and increase its susceptibility to vibration propagation, especially in saturated soils. Saturation can lead to reduced friction between particles, which in turn can lower the soil's ability to dampen vibrations, allowing them to travel further. The study uses the Finite Element Method (FEM) for analyzing these effects, which was chosen due to the ease and flexibility it offers in modeling complex systems such as tramway lines. FEM allows for the simulation of various factors affecting vibration propagation in a detailed and manageable manner. In particular, the study conducted a 2.5D FEM analysis, which takes into account the propagation of vibrations along the ground. Given the limitations in processing power, 2.5D analysis was selected as it offers a good balance between computational efficiency and accuracy. Moreover, the study includes the mathematical explanation of the FEM approach used for vibration modeling. Outputs such as peak particle velocity and axial displacement values, as specified in relevant regulatory standards, were extracted to quantify the environmental effects of railway-induced vibrations. These metrics are crucial for evaluating the potential damage to buildings and the surrounding environment, particularly in urban areas with dense infrastructure. To ensure the accuracy of the vibration modeling, the study takes into account the UIC (International Union of Railways) soil standards, which provide essential guidelines for soil classification and their influence on vibration propagation. The UIC standards cover a wide range of soil types, accounting for soil's mechanical properties, groundwater levels, plasticity, and other factors that can vary significantly from one region to another. These guidelines distill complex soil characteristics into manageable and standardized sets of quantifications, ensuring consistency across different rail systems. The qualities defined by the UIC standards are universally accepted, providing a benchmark for the soil conditions that rail lines are expected to meet to optimize performance and minimize environmental impact. Hence, by aligning the soil model with UIC standards, the analysis developed can be applied to other comparable rail lines, making it adaptable for broader use. The analysis focuses on the Istanbul T1 tramway line, a key part of the city's public transportation system. Vibration measurements were taken at the foundation level of historical buildings along the tramway to understand how vibrations from the tram system propagate through the ground and affect nearby structures. The measurements were compared with data from previous studies, such as those by Öztürk and Erol (2008), to validate the results of the modeling and analysis. The findings of the study highlight the significant propagation of vibrations from the tramway on the ground and the resulting environmental impacts. The effects of these vibrations on historical and sensitive structures vary depending on the structural properties of the buildings in question. This finding underscores the importance of measuring and analyzing vibrations, particularly in areas with sensitive buildings, as part of railway project planning. In conclusion, this study makes a significant contribution to understanding the environmental impacts of railway transportation, especially in terms of vibrations, and provides valuable insights for the development of strategies to minimize these effects. The thesis emphasizes the need to consider vibration impacts in the design and planning phases of tramway and railway projects. By doing so, it will be possible to better manage and mitigate the environmental effects of such systems. Furthermore, future studies could explore vibration propagation under different soil conditions and employ more advanced numerical models to enhance the accuracy and depth of the analysis.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    848861

    Raylı sistemlerdeki titreşimlerin tarihi yapılar üzerindeki etkileri: Caferağa Medresesi örneği

    The effect of railway systems vibrations on historical buildings: example of Caferağa Madressa

    BETÜL YAZICI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Deprem MühendisliğiGebze Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FERİT ÇAKIR

  2. Tez No

    622050

    İzmir tramvay hattı

    İzmir trolley line

    ESRA YILDIZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Kamu YönetimiKütahya Dumlupınar Üniversitesi

    Tarih Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞAKİR TURAN

  3. Tez No

    599281

    Kocaeli tramvay hattı projesinin hava kalitesine yapacağı etkinin modellenmesi

    Modeling the impact on air quality of Kocaeli tramway line project

    MÜCAHİT BAYAM

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Çevre MühendisliğiKocaeli Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ŞENAY ÇETİN DOĞRUPARMAK

  4. Tez No

    633385

    Eminönü – Alibeyköy tramvay hattı projesi coğrafi bilgi sistemi (CBS) tabanlı güzergah analizi ve gelişimi

    Analysis and development of Eminonu – Alibeykoy tram line using geographical information system (GİS)

    SAİT BUĞRA UZUN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Ulaşımİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ OSMAN ATAHAN

  5. Tez No

    705673

    Kabataş-Bağcılar tramvay hattı araç gürültü ölçümleri ve değerlendirilmesi

    Kabataş-Bağcılar tram line vehicle noise measurement and evaluation

    FIRAT TOPARLI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Ulaşımİstanbul Ticaret Üniversitesi

    Kentsel Sistemler ve Ulaştırma Yönetimi Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ YALÇIN EYİGÜN

Geri Dön