Effects of near-fault earthquakes on seısmıcally ısolated brıdges

Abstract

Köprüler modern ulaşım sistemlerinin en kritik parçalarından birini oluşturmaktadır ve büyük depremlerden sonra işlevselliklerinin korunması gerekmektedir. Deprem yalıtımı yöntemi, köprülerin deprem risklerinin azaltılmasında olgun ve yenilikçi bir teknoloji olarak önerilmektedir. Bu çalışmada, köprü mühendisliği açısından deprem yalıtım teknolojisinde ortaya çıkan son gelişmeler incelenerek, faya yakın bölgelerde konumlanmış köprülerde deprem yalıtım birimlerinin kullanımının uygunluğunun değerlendirilmesini amaçlamaktadır. Yük pulsu içeren ve içermeyen deprem kayıtlarından oluşan takımlar, PEER ve Avrupa Yer Hareketi Veri Bankalarından derlenmiştir.Bu kapsamda, çok açıklıklı iki betonarme köprü uyarlanıp, üç deprem yalıtıcısına özgü doğrusal olmayan davranış biçimleri dikkate alınıp incelenmiştir. Değerlendirme sırasında eğri yüzeyli sürtünme yalıtım birimlerine ve bu tip cihazların sonlu elemanlar programlarında modellenmesi için kabul edilen yaklaşımlara özel bir vurgu yapılmıştır. Birinci köprü örneğinden yararlanılarak geniş kapsamlı parametrik incelemeler yürütülmüştür. İkinci köprü örneği ise birinci yaklaşımdan farklı olarak, büyük ölçekli bir deneyin parçası olmasından dolayı Sözde Dinamik (SD) deney yöntemi için güvenilir analitik modeller oluşturulmasını hedeflemektedir.Yürütülen çalışma kapsamında, uygulanan deprem yalıtım sisteminin iki köprü modelinde yapısal eleman talep parametrelerinin düşürülmesinde etkin bir rol oynadığı sonucuna varılmıştır. SD deney protokolü dikkate alınarak gerçekleştirilen testlerde, büyük ölçekli köprü test numuneleri için geliştirilen analitik modelin güvenilirliği kanıtlanmıştır. Geniş kapsamlı parametrik araştırmalardan elde edilen sonuçlar, yük pulsu içeren yakın saha deprem kayıtları ile birlikte etkiyen düşey kayıt bileşenlerinin talep parametrelerinde önemli artışlara neden olması yanında yönetmeliklerde En Büyük Deprem için önerilen tasarım katsayının, en büyük değerinin aşılmasına neden olmuştur.

Bridges constitute one of the critical components of the modern transportation systems that need to be functional after major earthquakes. The seismic isolation method has been proposed as an innovative mature performance enhancement strategy to mitigate earthquake risks on bridges. This study aims to review the advances in the seismic isolation technology for bridge applications while assessing the suitability of isolation units in close proximity to active faults. Suite of ground motion sets with pulse and nonpulse contents were compiled from PEER and European Ground Motion Database. Two multi-span continuous reinforced concrete bridges are adapted to this study by considering distinct nonlinear properties of three isolation systems. The critical appraisal is given to the curved surface spherical friction sliders together with the evaluation of their modelling assumptions in finite element programs. The first bridge example is utilized to perform comprehensive parametric investigations. In contrast, the second bridge example is a part of large scale testing which requires to generate reliable analytic models for the Pseudo Dynamic (PsD) testing. It has been concluded that the effectiveness of isolation systems in reducing the demand parameters of both bridge models are demonstrated by analytical models. The reliability of implemented analytical models of the Rio-Torto Viaduct were justified through the conducted PsD test. Extensive parametric investigations were indicated that the suite of pulse dominated near source ground motions with coupled vertical components not only led to increase in the demand parameters of isolation systems but also exceeds the code-mandated factors for MCE level earthquakes.