TR201615468A2 - Asma köprü ayaklarina uygulanmak üzere bi̇r si̇smi̇k i̇zolasyon si̇stemi̇ - Google Patents

Abstract

Buluş, kuleleri kıyı bölgelerde konumlanan asma köprülerde, köprü ayaklarına uygulanmak üzere; derin deniz tabanlarında konumlanan; betonarme keson (5), bahsedilen betonarme kesonun (5) oturduğu ve bir çakıl yatakta konumlanan bir keson alt levha (4), bahsedilen alt levha (4) altında oluşturulmuş temas (sürtünme yüzeyi)(1), bahsedilen sürtünme yüzeyi (1) ile keson alt levhaya (4) sabitlenen; deniz tabanına(6) dikey saplanmış çelik kazıklar (3) içeren bir sismik izolasyon sistemi (A) ile ilgilidir. Şekil-1

Description

Tarifname ASMA KÖPRÜ AYAKLARINA UYGULANMAK ÜZERE BIR SISMIK IZOLASYON Teknik Alan Bulus, sismik izolasyon zemin iyilestirme sistemi ile ilgilidir.

Bulus özelikle, kuleleri derin deniz tabanlarinda konumlanan asma köprülerde sismik izolasyon sistemi ile ilgilidir.

Teknigin Bilinen Durumu Günümüzde sismik izolasyon; depreme dayanma kapasitesini arttirmak yerine deprem hasar potansiyelini düsürmek, yapiya gelen sismik enerjiyi yapilarin dogal titresim periyodunu uzatarak azaltma esasina dayanir. Bu teknolojinin dogru uygulamalari büyük depremler sirasinda bile yapilarin elastik davranmasini saglar.

Yunanistanidaki Rio-Antirion köprüsünde, kule tabaninda benzer bir izolasyon sistemi kullanilmaktadir. Bulusumuz ile arasindaki ana fark, köprü karakteridir. Rio-Antrion köprüsü egik-askili bir köprüdür. Güçlü yer hareketleri altinda kuleler, zemin üzerinde ankstre mesnetli bir kolon gibi titresirler. Kuleler ve köprü tabliyesi, kulelerde köprü tabliyesinin mesnetlenme durumu geregi aralarinda belirgin bir bagil hareket olmaksizin birlikte titresirler. (Söz konusu tabliye, tabliye ve kule arasindaki sadece küçük bir bagil harekete izin veren mesnetlerle kuleye baglanmistir.) Söz konusu köprü, köprü ayaklarindaki tabliyeyi destekleyen mesnetlerce çok az bir bagil harekete izin verildigi için bir bütün olarak hareket edecektir veya salinacaktir. kulelerinde taban izolasyon sismik tepki kontrol cihazi ile ilgilidir. Bu nihayi olarak orijinal pozisyona göre kalici yer degistirmelere yol açabilecek, zemin üzerinde sismik enerjiyi sönümleyen ve dagitan bir sürtünme yüzeyi içeren yatay hareket sinirlayici ile ilgilidir.

Söz konusu kalici yer degistirme degeri, köprünün yapisal bütünlügünü riske etmeyecek sekilde dikkatlice ayarlanir.

Bulusun Amaci Teknigin bilinen durumunda yer alan dezavantajlari ortadan kaldirmak üzere bulusun bir amaci, Sismik izolasyon yönteminde amaç zemin ile yapinin tabani arasina esnek enerji sönümleyici elemanlar yerlestirerek zeminden yapiya aktarilan deprem kuvvetlerinin azaltilmasidir. Özellikle bulus konusu asma köprülerin sismik dizaynini gerektiren sismik kuvvetlerin, zeminden yapiya aktarilan kinetik enerji miktarinin azaltilmasi sayesinde, asagi çekilmesidir.

Bulusun bir uygulamasinda; Osman Gazi Köprüsünün tipi, asma köprüdür ve kule üzerinde aski sisteminin ana kablosu tarafindan olusturulan çok sert bir elastoplastik mesnet ve kule ile tabliye arasinda herhangibir düsey hareket sinirlayici bir makanizma olmamasindan dolayi, agir sismik olaylar sirasinda köprü tabliyesi ve kuleleri arasinda büyük ölçekli bagil yer degistirmeler olusur. Söz konusu köprünün davranisi kule temelinin zemin üzerindeki boyuna ve yatay dogrultudaki hareketi ve zemindeki elastoplastik sekil degistirmeler için genel olarak ana kablo ve bu kabloca mesnetlenmis kulenin üstü tarafindan yönetilir. Bu nedenle, kule, zemin ve kablonun etkilesimi, agir sismik olaylar için dikkatlice hesaplanmalidir. Örnegin, kalici yer degistirme (kule ve ankrajin bagil yer degisimi), kulenin kendisinin ve ana kablonun yapisal kapasitesinde önemli bir etkiye neden olabilir. Ana kablonun detayli performans kontrolü sonrasi asma köprünün kulesinde sismik izolasyon sistemi olusturulabilir. Böylece, köprü ana kablo ve kulelerinin boyutlarinda (en kesit) kayda deger bir azalma gerçeklesir.

Yukaridaki avantajlari saglamak üzere bulus, kuleleri derin deniz tabanlarinda konumlanan asma köprülerde, köprü ayaklarina uygulanmak üzere; sualtinda konumlanan; betonarme keson, betonarme kesonun oturdugu ve bir çakil yatakta konumlanan bir keson alt levhasi, bahsedilen alt levha altinda olusturulmus temas (sürtünme yüzeyi), sürtünme yüzeyi ile keson alt levhaya sabitlenen; deniz tabanina dikey saplanmis çelik kaziklar içeren bir sismik izolasyon sistemidir.

Sekillerin Açiklamasi Sekil 1 izolasyon sistemi ve bilesenlerinin genel görünümüdür, Sekil 2 bir çelik kazik bilesenin temas yüzeyi detayi görünümüdür, Sekil 3 çakil yatak (gerekli kazi alani) görünümüdür, Sekil 4 çelik kaziklarin detay görünümüdür, Sekil 5 keson alt levha ve güçlendirilmis beton kesonun detay görünümleridir, Sekil 6 izolasyon sisteminin genel bir modellemesidir, Sekil 7 çakil yatagini temsil eden yatay yaya ait tipik histerik davranis görünümüdür, Sekil 8 referans bir tüm köprü modeli ve zemindeki tepki (köprü dogrultusu yönünde) görünümüdür, Referans Numaralarinin Açiklamasi Ref. No. Ref. Açiklamasi A Izolasyon sistemi Temas (sürtünme) yüzeyi Çakil katman Çelik (fore) kazik Keson alt levha Güçlendirilmis betonarme keson Deniz tabani Dogrusal yay Dogrusal olmayan yay Çakil yayi -LCOCDNOÖCN-IÄODN 0 Toprak yayi 11 Bosluk toprak sönümleyici çakil sönümleyici Bulusun Detayli Açiklamasi Bulus konusu sismik izolasyon sistemi (A); su altinda konumlanan; betonarme keson (5), bahsedilen betonarme kesonun (5) oturdugu ve bir çakil yatakta konumlanan bir keson alt levha (4), bahsedilen alt levha (4) altinda olusturulmus temas (sürtünme yüzeyi)(1), bahsedilen sürtünme yüzeyi (1) ile keson alt Ievhaya (4) sabitlenen; deniz tabanina (6) dikey saplanmis çelik kaziklar (3) içermektedir.

Bulus konusu sistem (A), asagidaki bilesenleri içermektedir; Zemin güçlendirme; sivilasmaya karsin güvenlik faktörünü arttirma saglamaktadir. Derin çimento karisimi, tas kolon, boru seklinde çelik kazik veya betonarme fore kazik (3) formunda olabilir. Çakil katman (2); bir keson alt levhasi (4) altinda kaymasi için bir sürtünme saglamaktadir. Taban izolasyon etkisi, keson alt levhasi (4) ve çakil katman (2) arasindaki temas yüzeyinde (1) yer alan temas (sürtünme) yüzeyi (1) sürtünme açi degerine baglidir. Söz konusu materyal, amaçlanan sürtünme açisinin saglanmasi için uygun materyallerden seçilmistir.

Söz konusu güçlendirilmis zemin, çakil katman (2) vasitasiyla keson alt kolon vs gibi topraga ait herhangi bir bilesen ile temasi yoktur. Bir deprem (AASHTO tarafindan tanimlanan Çökmeye Izin Verilmeyen Performans Kriteri Depremleri) aninda kuleler, sismik kuvvetlerin izolasyonuna ilave olarak deniz tabaninda (6) serbest kayma hareketi yaparlar.

Betonarme keson (5); betonarme kesonun (5) rijit bir sekilde üzerine oturan alt levhasi (4), sürtünme yüzeyi (1) olarak formlanir. Söz konusu beton levhanin (4) bitis yüzeyi, çakil katman (2) ile amaçlanan sürtünme açisini saglayacak materyalden seçilmistir. Sekil 5'te, betonarme kesonun (5) iç kisimlarinin bosluk (11) içerdigi görülmektedir. Bu sayede, betonarme kesonun (5) daha hafif hale gelmesi saglanarak azalan kütleden dolayi deprem sirasinda olusacak eylemsizlik kuvvetleri küçültülür. Böylece yapiya gelecek sismik zorlama azalmis olur.

Yukaridaki bilesenler sekil 1'de gösterilmektedir. Söz konusu bilesenlere ait detay ise sekil 2, 3, 4 ve 5'te verilmektedir.

Sayisal hesaplamalar için sistem modelleme; Keson levha (4) üzerindeki gerilme ve hareketler, zemin ve çakil katmanin (2) yayilmis yaylar (9, 10) gibi modellendigi sayisal model seklinde hesaplanir. Zemin ve çakil yatagin (2) dikey hareketi, dogrusal kuvvet-yer degistirme iliskili yaylar (7) vasitasiyla temsil edilir. Diger taraftan yatay hareket; histerik kuvvet-yer degistirme iliskili yaylar (8) vasitasiyla temsil edilir (sekil 6).

Sekil Gida modellemenin sematik gösterimi yer almaktadir. Bu model, taban izolasyon sistemi hesabina dikkate alinarak düsünülebilir bir asma köprünün tüm yapi FEM modelinin bir parçasi gibi kullanilabilir. Sekil Gida bu model tipinde, bir çakil yayinin (9) içerdigi dogrusal yay (7) ve dogrusal olmayan yay (8) ile; zemin yayinin (10) içerdigi dogrusal yay (7) ve dogrusal olmayan yay (8) görülmektedir.

Yay parametreler/nin tayini Dogrusal yay sabitleri ve histerik davranisin parametreleri, çakil yatak (2) ve zeminin sirasiyla kati sonlu elemanlarla modellendigi FEM model kullanilarak elde edilir. Zemini temsil eden kati elemanlarin malzeme özellikleri, geoteknik ve geofiziksel arazi etüt sonuçlari kullanilarak tayin edilir. Diger taraftan çakil yatagi (2) temsil eden elementler sürtünme açisi kabulüne dayali olarak belirlenir. 35-45 derece arasindaki sürtünme açisi (sürtünme katsayisi 0,6-0,7 arasi), kolay ulasilabilir bir üst güvenlik siniri olarak optimum taban izolasyon etkisini verir.

Elastoplastik statik itme analizleri, farkli seviyelerdeki kuvvet yer degistirme iliskisini elde etmek üzere ilgili FEM modeller ile yapilir.

Dikey yöndeki statik itme analiz sonuçlari kullanilarak, dikey yer degistirme ve kuvvet arasindaki iliski bu dogrultudaki hareketi ayarlamak üzere yay (7) sabitlerinedönüstürülür. Yatay dogrultu için, bu yöndeki hareketi sinirlayan yay (8) yatay yöndeki statik itme analiz sonuçlari kullanilarak yatay kuvvet talebiyle yer degistirme arasindaki histerik iliski cinsinden tanimlanir. Sekil 7ide, zemindeki seçili bir noktada yayin (8) yatay yöndeki histerik bir referans davranisi gösterilmektedir.

Söz konusu histerik davranis sistemi etkili bir sekilde sönümler. Histerik kuvvet yer degistirme iliskisi üzerinde iliskinin plastik bölgeye dönüstügü nokta, elastik sigortanin kopmasi olarak tanimlanir, böylece kalici yer degistirmeye sebebiyet verilmis olur.

Tüm Yapi Yapisal Analizi: Tüm yapi yapisal analizi, sismik davranisin elde edilmesi için, söz konusu taban izolasyon modellemesiyle modellenen zemin ve kulenin etkilesim halinde oldugu FEM modelince gerçeklestirilir. Sekil 8'de, bu sekilde teskil edilmis tabliye ve kulenin çubuk sonlu elemanlarca modellendigi referans bir tüm yapi modeli gösterilmektedir. Söz konusu model, yapisal sismik davranisin hesaplanmasi için, çesitli yer hareketlerine ait kayitlar ile harekete geçirilir.

Sekil 8ide ayni zamanda, kalici yer degistirmelerin demonstre edildigi temel seviyedeki sismik davranis gösterilmektedir. Söz konusu kalici yer degistirme seviyesi, bir asma köprü için zararli olmayacak degerler dahilinde ayarlanir.

Toplam yer degistirmenin boyuna dogrultuda (köprü dogrultusu) 0,87 m., yatay yönde(köprü dogrultusuna dik) 0,40 m. oldugunda, maksimum kalici yer degistirme için optimum seviye, boyuna yönde maksimum 0.28 m. ve yatay yönde de 0,12 m. olarak ayarlanmistir.

Claims (1)

1. ISTEMLER Bulus, kuleleri derin deniz tabaninda konumlanan asma köprülerde, köprü ayaklarina uygulanmak üzere bir sismik izolasyon sistemi (A) olup, su altinda konumlanan; betonarme keson (5), bahsedilen betonarme kesonun (5) oturdugu ve bir çakil yatakta konumlanan bir keson alt levha (4), bahsedilen alt levha (4) altinda olusturulmus temas (sürtünme yüzeyi)(1), bahsedilen sürtünme yüzeyi (1) ile keson alt levhaya (4) sabitlenen; deniz tabanina (6) dikey saplanmis çelik kaziklar (3), içermesiyle karakterize edilmektedir. Istem 1'e uygun bir sistem (A) olup, temas (sürtünme) yüzeyi (1) sürtünme açi degerinin; 35-45 derece arasinda (sürtünme katsayisi 0,6-0,7 arasi) olmasi ile karakterize edilmektedir. Istem 1 ve 2'ye uygun bir sistem (A) olup, toplam yer degistirmenin boyuna 0,87 m., yatay yönde de 0,40 m. oldugunda, maksimum kalici yer degistirme için optimum seviye, boyuna dogrultuda maksimum 0.28 m. ve yatay yönde de 0,12 m. olarak ayarlanmasi ile karakterize edilmektedir. istem, e uygun sistem (A), bahsedilen betonarme kesonunun (5) iç kisimlarinin bosluk (11) içermesi ile karakterize edilmektedir.