Analysis and design of pile caps inbridge engineering

Abstract

Bu çalışmada, köprü yapılarındaki kazık baslıklarının analiz ve tasarım yaklaşımları üzerine bir araştırma yapılmıştır. Bu çerçevede, yalnızca köprü yapılarında sıklıkla kullanılan büyük ve derin baslıklarla değil, aynı zamanda inşaat mühendisliğinde uygulamalarına rastlanan genel tipli tek kolon veya duvar altındaki kazık başlıklarıyla da ilgili detaylı bir araştırma gerçekleştirilmiştir. Kazık baslıklarının analiz ve tasarımında kullanılan, geleneksel yaklaşımlar olarak da sınıflandırılabilecek temel teoriler araştırılmış ve değişik geometri ve kazık adetlerine sahip kazık baslıkları üzerine uygulanmıştır. Bu çalışmanın bir bölümü olarak, değişik donatı yerleşimlerine sahip çeşitli tipte kazık baslıkları karşılaştırmalı tarzda incelenmiştir. Kazık baslıklarının boyutlandırılmasında büyük önemi olan kesme davranışı ayrıca incelenmiştir. Yüksek kirişler ile kazık baslıklarıarasındaki davranış benzerliklerini dikkate alarak, ACI şartnamesinin yüksek kirişlerle ilgili maddeleri incelenmiş ve bu maddelerin kazık baslıklarına uyarlanması ile ilgili araştırmalar sunulmuştur. Kazık baslığının gerçek davranışını gösteren dört kazıklı bir baslık üzerinde gerçekleştirilmiş bir deneysel araştırma da dahil edilmiştir. Anlama kolaylığı açısından, çeşitli sayısal örnekler verilmiştir. Köprü mühendisliği alanında direk bir uygulama olarak, Anadolu Otoyolundaki bir viyadüğün kazık baslığına ait tasarım hesapları dikkate alınmıştır. Mevcut tasarım incelenmiş, sonlu eleman çözümleri sunulmuş ve karşılaştırmalı çalışmalar yapılmıştır. Sonuçta, hem kazık baslığının yüksekliği, hem de donatı miktarı azaltılmış ve ekonomik açıdan daha tutarlı bir sistem elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Köprü, kazık baslığı, yüksek kiriş, sonlu eleman çözümleri, viyadük. Bilim Dalı Sayısal Kodu: 624.03.02 vı

In this study, a detailed investigation on the analysis and design approaches for pile caps in bridge structures is performed. Within this scope, a literature survey is carried out which not only is related to large and deep caps commonly used in bridge structures, but to generic pile caps underlying a single column or wall encountered in the civil engineering practice as well. The basic theories used in the analysis and design of pile caps, which may be classified as traditional approaches, are investigated and applied to pile caps with different geometries and number of piles. As a part of this study, various types of pile caps with different reinforcement configurations are examined in a comparative manner. The shear behavior, which is extremely important in the dimensioning of pile caps is separately examined. Considering the similarities in behavior of deep beams and pile caps, ACI code provisions for deep beams are studied and investigations for adoption of these IIIprovisions to pile caps are presented. An experimental investigation on a four-pile cap which clearly illustrates the actual behavior of a pile cap is also included For the ease of understanding, various numerical examples are given. As a direct application on bridge engineering field, a proposed design of the pile cap of viaduct in Anatolian Motorway is considered. Proposed design is examined, finite element solutions are introduced and comparative studies are carried out. At the end, both the thickness of the pile cap and the amount of reinforcement are optimized which resulted in an economically feasible system. Keywords: Bridge, pile cap, deep beam, finite element solution, viaduct Science Code: 624.03.02 IV