Advance modelling and collapse risk estimation of a highway bridge

Abstract

Bu çalışmada, bir karayolu köprüsünün göçme riski, gelişmiş matematiksel model kullanılarak analitik olarak tahmin edilmektedir. Bu çalışmada, köprünün gelişmiş matematiksel modeli üzerinde yoğunlaşılmıştır. Bu modelde kirişler, doğrusal çubuk elemanı olarak, orta ayaklar ve kenar ayaklar kesme kapasitelerini gözönünde bulunduran doğrusal olmayan modellerle tanımlanmış ve elastik olmayan bağlantı elemanları, temel ve zemin yayları kullanılmıştır. Yapının geometrisi ve boyutları, yapı ve bağlantı elemanlarının yerleşimi, orta ayaklar ve kenar ayaklar için donatı detayları ve malzeme özellikleri dahil olmak üzere tüm yapısal veri müteahhitlerden gelen köprünün uygulama çizimlerinden alınmıştır. İki farklı zemin koşulu ile iki farklı matematiksel model, yeterli sayıda deprem kaydı altında doğrusal olmayan zaman tanım alanında analiz için hazırlanmıştır. Göçme hasargörebilirlik eğrileri, köprünün hakim doğal periyoduna karşılık gelen spektral ivmeye göre çıkarılmıştır. Göçme hasar görebilirlik eğrisi ve tekabül eden depremsellik eğrisinin birlikte entegre edilmesiyle yapının göçme riski elde edilmiştir.Bu çalışmanın ilk bölümünde, çalışmanın kapsamı ifade edilmiş ve çalışmada kullanılacak olan köprü hakkında genel bilgiler verilmiştir. İkinci bölümünde, analitik bir şekilde göçme riski tahmin metodolojisi tanıtılmıştır. Göçme riski tahminin adımları kısaca açıklanmıştır. Üçüncü bölümünde, yapının matematiksel modeli ayrıntılı bir şekilde verilmiştir. Malzemeler, elastik ötesi yük taşıyan elemanlar, kirişler, bağlantı elemanları, temel ve toprak özellikleri ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Dördüncü bölümünde, analizin amaçları, modal analiz sonuçları, deprem kayıtları ve depremsellik eğrileri sunulmuştur. Beşinci bölümünde iki farklı model için göçme hasargörebilirlik eğrileri oluşturulmuş ve göçme riskleri hesaplanmıştır. Son bölümünde ise sonuçlar verilmiş ve bu çalışmanın geliştirilmesi için öneriler sunulmuştur.

In this study, collapse risk of a highway bridge is estimated analytically using advance mathematical model. The concentration of this study is on advance modeling of the bridge, including linear sticks of beams, nonlinear modeling of piers and abutments with their shear capacities, inelastic connecting members, inelastic foundations and inelastic soil springs. The structural data including all geometry and dimensions, configuration of structural members and connecting elements, reinforcement details for piers, and material properties are taken from `as-built? drawings of the bridge from contractors. Two different mathematical models have been constructed with different foundation conditions for nonlinear response history analyses with enough numbers of earthquake records. Collapse fragility curves are obtained in terms of spectral acceleration corresponding to dominant natural period of the bridge. The integration of collapse fragility curves of models and corresponding hazard curve gives the collapse risk of the bridge.In the first chapter of this study, the scope of the work and general information about the bridge has been given. In the second chapter, the methodology of estimating collapse risk in an analytical way has been introduced. The steps of collapse risk estimation have been explained. In the third chapter, mathematical modeling of the structure has been given in details. Materials, nonlinear load-carrying members, beams, connecting elements, foundation and soil properties have been given in detail. In the fourth chapter, analysis objectives, modal analysis results, the earthquake records and hazard curves have been presented. In the fifth chapter, fragility curves are developed and the collapse risk has been calculated for these two models. In the last chapter, the conclusions are presented and suggestions for improving this study are proposed.