Theoretical effects of geometrical parameters on reinforced concrete box culverts

Abstract

Bu tezde, betonarme kutu menfezlerin (RCBC) geometrik parametrelerini inceleyen parametrik bir çalışma sunulmuştur. RCBC üzerinde etkili olan ölü ve canlı yükler ile taşıt yükü formüllerinin türetilmesi açıklanmıştır. Bu formüller bir tabloda özetlenmiştir. Menfez genişliği, yüksekliği ve dolgu derinliğinin RCBC tasarımı üzerindeki etkileri SAP2000 programında 88 adet iki boyutlu sonlu elamanlar modeli oluşturularak incelenmiştir. SAP2000 modellerini oluşturmak ve analiz sonuçları elde etmek için VBA ve CSI API kullanılarak bir Excel programı geliştirilmiştir. Analiz sonuçları taşıt yükünün dolgu derinliğinin 1 m' den az olduğu değerlerde hakim yük konumunda iken, dolgu derinliğinin 1 m' den fazla olduğu değerlerde ise toprak yükünün hakim yük konumuna geçtiğini ortaya çıkarmıştır. Minimum iç kuvvetler ve taban zemin gerilmeleri, 0.7 - 1.0 m dolgu derinliği aralığında meydana gelmiştir. Açıklık genişliği ve dolgu derinliği parametreleri RCBC modellerinin iç kuvvetleri üzerinde önemli bir etkiye sahip iken, menfez yüksekliğinin etkisinin kayda değer olmadığı sonucuna varılmıştır. Bu araştırma ayrıca tek hücreli RCBC yerine çok hücreli RCBC tasarımlarının kullanılmasının düşük iç kuvvetler ve zemin gerilmeleri nedeniyle daha ekonomik ve güvenilir olduğunu ortaya koymaktadır.

In this thesis, a parametric study that investigated geometrical parameters of reinforced concrete box culverts (RCBC) is presented. Dead and live loads, which act on RCBC, and derivation of vehicle load formulas were explained. These formulas were summarized in a table. Span width, culvert height and fill depth effects on RCBC design were investigated by creating a number of 88 2D finite element culvert models. An Excel sheet was developed by using VBA and CSI API to establish SAP2000 models and to generate analysis results. Analysis results revealed that while vehicle load was predominant for fills that did not have a depth value greater than 1 m, vertical earth load was predominant after 1 m fill depth. Minimum values of internal forces and base soil pressures occurred at 0.7 – 1.0 m fill depth range. It is concluded that while span width and fill depth parameters have an important effect on internal forces of RCBC models, effect of culvert height is insignificant. This research also reveals that using multiple cell RCBC instead of single cell RCBC is more economical and reliable due to much lower internal forces and base soil stress