Basit Mesnetli Tek Açıklıklı Çelik Demiryolu Köprüsünün Deprem Davranışının Kırılganlık Eğrileri Yardımı ile Değerlendirilmesi

Abstract

Kırılganlık analizi köprülerin deprem performanslarının belirlenmesinde yaygın bir şekildekullanılmaktadır. Aktif deprem kuşağında yer alan ülkemizde demiryolu köprülerinin depremperformanslarının belirlenmesi olası deprem senaryoları için maddi ve can kayıplarının önlenmesi içinbüyük önem taşımaktadır. Ülkemizdeki demiryolu köprülerinin 19 uncu yüzyılın sonları ile 20 inciyüzyılın başlarında inşa edildiği görülmektedir. Devlet Demiryolları envanterinde bulunan köprüler;çelik, yığma ve betonarme köprülerden oluşmakla birlikte bunların önemli bir kısmı tarihi köprüniteliğindedir. Demiryolu köprülerinin uzun kullanım ömrünün olması ve köprülerin imal edildiğizamanın teknolojisi ile günümüz teknolojisi arasındaki gelişmeler göz önüne alındığı takdirdeköprülerin deprem performanslarının belirlenmesi için ayrıntılı çalışmaların yapılması gerekliliği açıkçagörülmektedir. Bu çalışmada Türkiye’de ki demiryolu hatlarında sıklıkla kullanılan basit mesnetli tekaçıklıklı bir çelik demiryolu köprüsü ele alınmıştır. Köprünün doğrusal olmayan analizlerininyapılabilmesi için A, B ve C zemin sınıflarında 30 farklı gerçek deprem kaydı seçilmiş ve bu depremkayıtları en büyük yer ivmesi 0.1g ile 1.0g arasın da 10 sarsıntı şiddeti değerine oranlanmış ve 300 zamantanım alanına doğrusal olmayan analiz gerçekleştirilmiştir. Köprünün matematiksel modeli yaygınolarak kullanılan bir sonlu elemanlar programı yardımı ile imalat paftalarına uygun şekildeoluşturulmuştur. Kırılganlık eğrileri elde edilirken maksimum olasılık yaklaşımından faydalanılmış veher bir köprü elemanı için dört farklı hasar sınıfına ait kırılganlık eğrileri elde edilmiştir. Yapılananalizler sonucunda köprü mesnetlerinin köprünün en zayıf elemanları olduğu tespit edilmiştir. Köprümesnetlerinde %50 olasılıkla hafif hasara neden olan sarsıntı şiddeti parametresi 0.086g olarakbelirlenmiştir. Köprü üst yapı elemanları incelendiği takdirde ise %50 olasılıkla hasar oluşmasına nedenolan sarsıntı şiddeti parametresi 0.32 g olarak belirlenmiştir. Üst yapı elemanlarında plastik davranışbaşladıktan sonra yüklerin tekrar dağılımı mümkün olmamaktadır. Bu nedenle üst yapı gevrek davranışgöstermekte ve hafif hasara ulaşıldıktan hemen sonra orta, ileri ve göçme durumu hasarlarıgözlemlenmektedir. Köprünün kullanım sınır durumları incelendiği takdirde ise kullanım hızlimitlerinin artması ile köprü hasar olasılıklarının arttığı gözlemlenmiştir. Yapılan analizler dikkatealınarak demiryolu hat güvenliğinin arttırılması için deprem riski yüksek olan bölgelerde köprükullanım hız limitlerinin sınırlandırılması gerektiği belirlenmiştir.

Fragility analysis is widely used in determining the earthquake performance of bridges.Determination of earthquake performances of railway bridges in Turkey which is located in the activeearthquake zone is of great importance for preventing earthquake loss and material loss for possible earthquake scenarios. When the railway bridges in our country are examined it is seen that they aregenerally constructed in the late 19th century and early 20th century. Turkish Railway administration’sbridge inventory contains steel, masonry and reinforced concrete bridges, some of which are historicalbridges. It is clear that detailed studies should be carried out to evaluate the seismic performance ofbridges considering their long period service life and changes of technology and constructionmethodologies between their construction days and nowadays. In this study, a single-span steel railwaybridge with simple support, which is frequently used in railway lines in Turkey is investigated. In orderto make nonlinear analysis of the bridge, 30 different real earthquake records are selected in A, B and Cground classes. These earthquake records are scaled to 10 different shaking intensity values between 0.1g and 1.0 g, and 300 nonlinear time-history analyzes are performed. The mathematical model of thebridge is constructed in accordance with the shop drawing with the help of commonly used finiteelement software. When the fragility curves are obtained, the maximum probability approach is usedand the fragility curves of four different classes of damage are obtained for each bridge element. Theresults obtained are elaborated in detail. As a result of the analyzes, it is determined that the bridgesupports are the weakest elements of the bridge. Intensity measure which causes 50% probability slightdamage on bridge supports is 0.086g. The intensity measure, which causes 50% probability of damagesfor bridge superstructures, is 0.32 g. Redistribution of loads is not possible after plastic behavior is startin superstructure, for this reason the superstructure shows brittle behavior and moderate, extensive andcomplete damage are observed immediately after slight damage is reached. Considering theserviceability limit state, the analysis shows that increase in the use speed, increase the probability offailure. For the high risk seismic region use speed of Railway Bridge need to be restrained.