Birleştirilmiş sonlu eleman-sınır eleman yöntemleriyle modellenen kablolu köprülerin stokastik analizi

Abstract

Bu çalışmada Sonlu Eleman Yöntemine (SEY) ve Sınır Eleman Yöntemine (SıEY) dayalı birleştirilmiş bir model kullanılarak değişerek yayılan yer hareketine maruz kablolu köprülerdeki stokastik dinamik davranışların belirlenmesi amaçlanmıştır. Kablolu köprü modeli sonlu elemanlarla, kablolu köprünün oturduğu tabakalı zemin ortamı ise sınır elemanlarla modellenmiştir. Bu iki yöntem altyapı yöntemi kullanılarak birleştirilmiştir. İki tabakadan oluşan zeminin dinamik analizi için Fourier dönüşüm uzayında yapılan formülasyonda sabit sınır eleman formülasyonu kullanılmıştır. İki boyutlu analiz için Fortran'da yazılmış programlama kodu yardımıyla tabakalı zemine ait sonlu eleman sistem denklemine uygun sınır eleman sistem rijitlik matrisi elde edilmiştir. Elde edilen bu rijitlik matrisi Sonlu Eleman Sistemine ait rijitlik matrisine eklenerek genel sistem rijitlik matrisi elde edilmiştir. Böylece değişerek yayılan yer hareketlerine maruz kablolu köprünün stokastik dinamik davranışları belirlenmiştir. Çalışma sonucunda, zemin-yapı etkileşimi ve deprem hareketindeki değişim bileşenlerinin birlikte dikkate alınması, köprünün dinamik davranışının tam ve doğru bir biçimde belirlenmesi açısından önemli olduğu gözlemlenmiştir.

In this study, it is aimed to determine the stochastic behaviors in the cable stayed bridges subjected to spatially varying seismic excitation, using a coupled model based on Finite Element Method (FEM) and Boundary Element Method (BEM). In order to investigate the soil-structure interaction effect on the response of cable-stayed bridge under spatially varying seismic excitation, two dimensional model of an existing Quincy Bayview Bridge (USA) is selected as an example. A substructuring approach is used to model the bridge-soil dynamic interaction.In the coupling model whole domain is divided into two regions, namely boundary and finite element regions, with common interface. The bridge system is represented using finite elements, while the underlying layered soil medium is modeled using boundary elements. In order to join these two regions compatibility and equilibrium conditions must be satisfied along the interface.The boundary element formulation is presented for the dynamic analysis of two layered soil medium. The formulation is performed in Fourier transform space by using constant boundary element. Based on the formulation presented in this study, a computer code written in Fortran is used for two dimensional dynamic analyses of the layered soil medium. Equivalent finite element method is added to the computer code and is used to obtain equivalent stiffness matrix related to boundary element region. According to this method boundary element region is transformed as an equivalent finite element and the final system is solved as a stiffness problem. Thus, the dynamic behaviors of the bridge subjected to spatially varying ground motions considering soil-structure interaction are obtained.