1 Kutu Kesitli Öngerilmeli Köprülerde Zamana Bağlı

1 Kutu Kesitli Öngerilmeli Köprülerde Zamana Bağlı

Kutu Kesitli Öngerilmeli Köprülerde Zamana Bağlı Yerdeğiştirmeler
1
Yasin Çağlar, 1Sıddık Şener, 1Çağatay Belgin, 2Kadir Can Şener
1
GÜ İnşaat Bölümü, Maltepe, Ankara, 2Purdue University, West Lafeyyette, Amerika
Özet: Dengeli konsol kutu kesitli Palau Cumhuriyetindeki 241m rekor açıklıklı Koror-Babeldaob
(KB) köprüsü aşırı yerdeğiştirmeler yüzünden kullanım dışı kalmıştır. 1977 de dengeli konsol olarak
yapımı gerçekleşen köprüde 18 yıl sonra orta açıklıktaki yerdeğiştirme 1.61m ye ulaşmış, 1996 da
onarımdan 3 ay sonra göçmüştür. Üç boyutlu sonlu eleman analizi ile kamyon yüklemesi sonucu
bulunan yerdeğiştirme beton modelinde değişiklik yapılmaksızın diğer öngermeli kutu kesitli köprüler
içinde kullanılabilir. Kutu kesitli köprü analizinde, sıcaklık farkı ile üst başlıktaki çatlamalarda göz
önüne alınmalıdır. Elde edilen modelin Türkiye’nin en uzun açıklıklı öngerlmeli köprüsü Gülburnu ile
değiştirilmesi tasarlanan Kömürhan köprülerinin analizinde kullanılabileceği gösterilmiştir.
Giriş
Yapıda aşırı yerdeğiştirmeler sonucu kullanılabilirlik sınır durumunun aşılmasının nedenlerini
açıklamak yapı mühendisliğinde oldukça önemlidir. Pasifik okyanusunun batısında Palau
cumhuriyetindeki Koror-Babeldaop adalarını birleştiren Koror-Babeldaop (KB) köprüsü !977 de
bitirildiğinde ana açıklık 241m ile kutu kesitli öngermeli dengeli konsol olarak dünyanın en uzun
açıklıklı köprüsü olmuştur [1]. Sonuç yerdeğiştirmenin -0.3m ters sehime ek olarak 0.76-0.88m
arasında sonlanacağı CEB-FIP tasarım yönetmeliğine göre hesaplanmıştır.
18 yıl sonra yerdeğiştirmeler 1.39m ye ulaşmış olup artmaya devam etmektedir [2]. Başlangıçta
köprüye verilen 0.30m ters sehim, sünme yerdeğiştirmelerini karşılayamadığı için daha yapım
aşamasında konsollar birleştirilir iken 0.075m ye azalmıştır. Böylece toplam yerdeğiştirme orta
açıklıkta 1.61m ye ulaşmıştır. Onarımdan 3 ay sonra 26 Eylül 1996 da göçmüştür. Palau cumhuriyeti
2008 de teknik datanın kullanımına izin vermiştir. Bu çalışmada 2009 deki [3] çalışma yenilenmiş,
2010 daki [4] ise geliştirilmiştir. Amaç aşırı yerdeğiştirmelerin nedenlerini açıklamak, benzer model
ile yurdumuzdaki Gülburnu (Giresun) ve Kömürhan (Elazığ) köprülerini incelemek var olan değişik
beton modeller ile kutu kesitli öngerilmeli köprülerde olası yerdeğiştirmeleri önlemekdir.
Köprü Tanımı
Ana açıklığı 240.8m olan iki simetrik konsol orta açıklıkta yatayda kayabilen mafsal ile
birleştirilmiştir (Şek.1). Her konsol 25 yerinde dökme yüksekliği ana ayakta 14.17m den konsol
ucunda 3.66m ye değişen parçalar ile yapılmıştır. Ana ayaktaki moment dengesi için kenar açıklık
72.24m alınmış, ayrıca kutu kesit içi kırmataş ile doldurulmuştur. Köprünün toplam uzunluğu
385.28m dır.
53.65m
385.28m
240.80m
3.66m
%6
20.42m
53.65m
14.17m
10.50m
Su düzeyi
level
Ana ayak
Şekil 1. Palau Köprüsünün geometri ve uzunluğu
1
Uç ayak
pier
pier
Üst başlık kalınlığı ana ayakta 432mm den orta açıklıkta 280mm ye, alt başlık kalınlığı ana ayakta
1153mm den açıklıkta 178mm ye azalmaktadır. Kiriş yükseklikleri ile karşılaştırıldığında gövde
kalınlığı oldukça ince 356mm olup ana açıklık boyunca aynıdır. Kesitler Şek.2 de gösterilmiştir.
9.63 m
0.36 m
0.28 - 0.43
m*
3.20 – 12.35
m*
0.18 – 1.15 m*
0.61 m
7.32 m
Şekil 2. Palau Köprü Kesit ve Açıklık Ortasındaki Mafsal
Genelde köprülerde çabuk serleşen çimento kullanılır iken yerine burada Tip I normal portland
çimentosu kullanılmıştır. Betonun yoğunluğu =2325 kg/m3 alınmıştır. Üst döşemede 76mm
kalınlıkta, 2233kg/m3 yoğunluklu kaplama vardır. Kullanılan kırma taşın en büyük boyutu 19mm dir.
Young modülü için ölçüm yapılmamış olmasına karşın alınan karotlardan Ec=22.1 GPa bulunmuş,
onarım öncesi alınan karotlardan ise 21.7 GPa bulunmuştur. Her iki sonuç TS500 ün ampirik
bağıntısının basınç dayanımına (fckj=20MPa) göre verdiği 28.5 GPa değerinden %29 azdır. Sonlu
eleman analizi ile kamyon yüklemesi sonucu orta açıklıkta ölçülen yerdeğiştirmenin beton yaşına göre
düzeltilmesi ile 28 günlük Ec=22 GPa bulunmuştur.
Öngerilme, akma dayanımı 1034MPa olan 32mm çaplı birleştiriciler ile uzatılan, uçlara perçinler ile
ankre edilen [5], 48mm lik kanala yerleştirildikten sonra çimento enjekte edilerek aderansı sağlanan
nervürlü çubuklar (tendon) ile verilmiştir. Bazı çubuklar bir uçtan bazıları iki uçtan gerilmiştir [1].
Kriko kuvveti her bir çubukta 0.60MN dur. Ana ayakta 316 çubuk üst başlığa 4 tabakada
yerleştirilmiştir.
Analiz
Şek.3 de köprünün kendi ağırlığından oluşan moment diagramı verilmiştir. Köprü izostatik
olduğundan bu moment diagramı gerçektir. Moment diagramında kenar açıklıktaki kırmataş ile
kaplama ağırlığı göz önüne alınmıştır. Ana ayak ortasında en büyük moment 1893MNm iken
göçmenin başladığı nokta x=86m de 135MNm ve kesme kuvveti 36MN bulunmuştur.
Şekil 3 Kırmataş, Yol Kaplamasının Göz Önüne Alındığı Ölü Yük Moment Diagramı
2
Kesiti oluşturan plaklar, 8 düğümlü isoparametrik elemanlar ile modellenmiştir. Simetri yüzünden
köprünün yalnız yarısı analiz edilmiştir. Ana ayak Solid 65 seçilerek 6048 hexahedral (6 yüzlü
prizma) elemana bölünmüştür (Şek.4). Orta açıklıktaki 25 parçanın üst ve alt başlıkları farklı
kalınlıktadır. Öngerilme çubukları ana ayakta 316 tane olup 2 düğümlü çizgi eleman olarak
modellenip betona düğümlerde yapıştırılmıştır. Proje tam elimizde olmadığından yardımcı donatılar
için oranı üst ve alt başlıkta donatı oranı ρ=0.003 seçilmiştir. Öngerilme çubukları düz olduğundan
eğrilik sürtünmesi sıfır alınıp düzensizlik kaybı (Şener 2006) başlangıç öngermesinin %2 si alınmıştır.
Şekil 4.Üç Boyutlu 8 Düğümlü Sonu Eleman Kullanılmıştır.
Tartışma
Palau köprüsü gibi Kömürhan köprüsünde de (Şek.5) aşırı yerdeğiştirmeler izlenmiş [6] olup
yerdeğiştirmelerin ilerlemesi nedeni ile köprü kullanımı gittikçe güçleştiğinden yanına yenisinin
yapımı gündemdedir. Çok fazla bilgi alınamamasına karşın konsol uçlarındaki yerdeğiştirmenin 1m,
konsollar arası açılmanın 0.2m olduğu öğrenilmiş olup bu değerleri destekleyen ölçümler yetersizdir
[6].
Gülburnu köprüsü gibi simetrik 82.5m konsol uzunluklu olan Türkiye’nin rekor açıklıklı sürekli
kirişli [7,8] kutu kesitli köprüde zamana bağlı yerdeğiştirmeler konsol kirişlerden az olur.
76 m
135 m
Malatya
76 m
Elazığ
Şekil 5 Kömürhan Köprüsü Boyuna Kesiti
3
Sonuçlar
Yerdeğiştirmelerin nedenleri aşağıda verilmiştir.
1.Beton için kullanılan modeller yetersizdir.
2.Üç boyutlu analiz yerine kiriş tipi analiz yapılması hesaplara güvenliği azaltmaktadır.
3.Büzülme ve kuruma sünmesinin kutu kesit döşemesinin farklı kalınlıklarında farklı hızlarda
olmaları.
4.Yapının davranışına ait olası bilginin eksikliğidir.
Kaynaklar
[1] Yee AA (1979). “Record Span Box Girder Bridge Connects Pasific Islands,” Concrete
International, 22-25.
[2] Bazant ZP, Hon M, Yu Q, Li GH (2009). “Excessive Long-Time Deflections of Prestressed Box
Girders:I.Record-Span Bridge in Palau and Other Paradaigms., NU Rapor.09-12/ITI.
[3] Şener S, Çağlar Y, Şener KC (2009). “Palau Köprüsünün Göçme Nedenleri,” Prof.Dr.Nahit
Kumbasar, Betonarme Yapılar Semineri, 63-72, İstanbul.
[4] Şener S, Çağlar Y, Benzer MA, Şener KC (2010). “Vertical Displacement of Collapsed Bridge in
Palau,” ACE 2010, 239, Trabzon.
[5] Şener, S (2006). Öngerilmeli Beton, Alp yayınevi, Ankara.
[6] Tanyıldızı H (2006?). “Kömürhan Köprüsünün Nivelman Değişimlerinin İncelenmesi,”
[7] Çelebi N, Harputoğlu Z (2006). “Gülburnu Köprüsü,” Bulletin of Yuksel Proje, 7(10), 8-9, Ankara.
[8] Harputoğlu Z, Çelebi N, Tulumtaş F (2007). “Gülburnu Köprüsü,” İMO I.Köprüler ve Viyadükler
Sempozyumu, 67-79, Antalya.
4