Taş kemer köprülerin sonlu eleman modellerinin operasyonel modal analiz yöntemiyle iyileştirilmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, taş kemer köprülerin dinamik karakteristikler olarak bilinen doğal frekansları, mod şekilleri ve sönüm oranlarının deneysel ve teorik olarak belirlenmesi ve köprülerin sonlu eleman modellerinin Operasyonel Modal Analiz Yöntemi kullanılarak iyileştirilmesi amaçlanmaktadır.Tez çalışması dört bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde yapı dinamik karakteristiklerini belirlemenin neden önemli olduğu ve hangi yöntemlerle belirlenebileceği ile ilgili genel bilgi verildikten sonra bu konu ile ilgili daha önce yapılan bazı çalışmalardan bahsedilmektedir. Daha sonra Teorik Modal Analiz Yöntemi ve bu yöntemde kullanılan formülasyonlar tek ve çok serbestlik dereceli sistemler için ayrı ayrı anlatılmaktadır. Bu bölümde, dinamik karakteristikleri deneysel olarak belirlemek için kullanılan Operasyonel Modal Analiz Yöntemi'nden, yöntemde kullanılan test aletlerinden bahsedilmektedir. Ayrıca, deneysel verilerin işlenip dinamik karakteristiklerin belirlenmesinde kullanılan yöntemler ile ilgili formülasyonlar verilmektedir. Tarihi yapıların sonlu eleman modelleri oluşturulurken kullanılan yöntemler ve taş köprüler hakkında kısa bir özet verilmekte, son olarak da çalışmada uygulama olarak seçilen köprüler tanıtılmaktadır. İkinci bölümde, seçilen köprülerin sonlu eleman modelleri, deneysel ve teorik dinamik karakteristikleri verilmektedir. Deneysel ve teorik dinamik karakteristiklerin karşılaştırılması ve köprülerin sonlu eleman modellerinin iyileştirilmesi aşamaları da bu bölüm içerisindedir. Üçüncü bölümde deneysel ve teorik analizler sonucunda elde edilen verilerin değerlendirilmesiyle ortaya çıkan sonuçlar ve öneriler sunulmaktadır. Son bölüm olan dördüncü bölümde ise, bu çalışmanın hazırlanması esnasında yararlanılan konu ile ilgili kaynaklar verilmektedir.Çalışma sonunda, uygun ölçüm cihazları kullanılarak gerçekleştirilen Operasyonel Modal Analiz Yöntemi'nin, karmaşık geometrik ve malzeme özelliklerine sahip taş kemer köprülerin dinamik karakteristiklerinin belirlenmesinde ve sonlu eleman modellerinin iyileştirilmesinde güvenle kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.Anahtar Kelimeler: Operasyonel Modal Analiz, Dinamik Karakteristikler, Sonlu ElemanModel İyileştirilmesi, Taş Kemer Köprüler

One of the purposes of this thesis is to obtain natural frequencies, mode shapes and damping ratios called dynamic characteristics of stone arch bridges as experimental and theoretical. The other purpose is to update the finite element model of stone arch bridges by using Operational Modal Analysis Method.This thesis consists of four chapters. In the first chapter, general information about why is important to determine dynamic characteristics of structures and which methods can be used to obtain these is given. After that some studies which have been made about this subject previously are presented. In addition these, Theoretical Modal Analysis Method and the formulations used in this method are explained for one and multi degree of freedom systems separately. In this chapter, Operational Modal Analysis Method, the equipments used in this method and testing procedures are given. Also, formulations used to obtain experimental dynamic characteristics have been given. Finally, the methods are used to generate finite element model of the historical structures and a little information about stone arch bridges are presented. In the second chapter, finite element models, experimental and theoretical dynamic characteristics of selected bridges have been given. After analytically and experimentally identified dynamic characteristics are compared with each other, the finite element models are updated in this chapter. In the third chapter, conclusions and recommendations obtained from the experimental and theoretical analysis have been given. In the last chapter which is the fourth, the references used in this thesis are presented.In the end of this study, it has been seen that Operational Modal Analysis method which carried out by adequate measuring devices and equipments can be apply to obtain dynamic characteristics and to update finite element models of stone arch bridges which have sophisticated geometric features, material types, complex dynamic behaviour.Key Words: Operational Modal Analysis, Dynamic Characteristics, Finite Element ModelUpdating, Stone Arch Bridges