İstanbul Havalimanındaki bir viyadüğün tasarımı ve sismik performans değerlendirmesi

Abstract

Köprü ve viyadükler olası bir deprem anında ulaşımı sağlamaya devam ederek kullanım durumunda olması gerektiğinden yapı türleri arasında önemli bir yere sahiptir. Bu nedenle viyadüklerin tasarımı ve deprem performanslarının değerlendirilmesi mühendislik alanında önem arz etmektedir. Bu çalışma kapsamında nüfusunun çoğunluğu birinci derece deprem bölgesi olan İstanbul İlinde bulunan İstanbul Havalimanı inşaatı kapsamında inşa edilen terminal yapısı ve otoparklara giden yolcuların kullanacağı batı tarafında bulunan bir viyadük incelenmiştir.Viyadüğün üç boyutlu taşıyıcı sitem modeli SAP2000 (Structural Analysis Program) yapısal analiz programında oluşturulmuştur. Bu model üzerinden AASHTO yönetmeliği baz alınarak dayanıma göre tasarım kapsamında analiz yapılmış olup viyadük elemanlarının kesit tahkikleri için ise XTRACT programı kullanılmıştır. Ayrıca, mevcut viyadük taşıyıcı sisteminin şekildeğiştirmeye göre değerlendirme ve tasarımı kapsamında doğrusal elastik olmayan hesap yöntemlerinden yerdeğiştirme kontrollü artımsal eşdeğer deprem yükü analizi (statik itme analizi) uygulanarak deprem peformansı belirlenmiştir.Toplamda beş bölümden oluşan bu yüksek lisans tez çalışmasının genel başlıkları hakkında aşağıda bilgi verilmiştir.Tezin birinci bölümünde çalışma hakkında genel bilgi, tez çalışmasının konusu ve amacından bahsedilmiştir.İkinci bölümde, incelenen viyadüğün genel özelliklerinden bahsedilmiş ve SAP2000 programında modellenen mevcut viyadüğün üst ve alt yapı kısmını oluşturan yapısal elemanlar incelenmiştir. Viyadük üzerine etkiyen deprem kuvvetleri sahaya özel olarak belirlenen tasarım ivme spektrumu kullanılarak enine ve boyuna doğrultuda etkitilmiştir. Üst yapı elemanlarından olan öngerilmeli prefabrike kirişin yük analizi, öngerilme kayıpları, taşıma gücü kontrolü, gerilme analizi kesme ve sehim hesap kontrolleri yapılmıştır. Viyadüğün diğer taşıyıcı elemanları olan başlık kirişi, orta ayaklar ve temelin kesit ve mevcut donatı yeterliliği kontrolleri yapılmıştır.Üçüncü bölümde, doğrusal elastik olmayan davranışa ilişkin kısa bilgi verilmiş olup, DLH Yönetmeliği'nde tanımlanan performans düzeyleri açıklanmıştır. Doğrusal elastik olmayan hesap yöntemlerinden yerdeğiştirme kontrollü artımsal eşdeğer deprem yükü yöntemi hakkında bilgi verilmiştir ve bu yöntemde izlenecek işlem adımları özetlenmiştir.Dördüncü bölümde, mevcut viyadüğün bir ekseni üzerinde yer alan orta ayaklara artımsal eşdeğer deprem yükü yöntemi uygulanmıştır. Orta ayakların malzeme modeli ve moment eğrilik diyagramı için XTRACT programından faydalanılmıştır. Orta ayakların alt ve üst uçlarında plastik mafsal dönmeleri elde edilmiştir. Viyadüğün yer aldığı bölgeye özel olarak hazırlanan rapordaki spektrum katsayısı değerleri kullanılarak, 50 yılda aşılma olasılığı %10 olan tasarım depremi altında, plastik mafsal dönmelerine bağlı olarak orta ayak kesitlerinde meydana gelebilecek şekildeğiştirmeler belirlenmiştir. DLH Yönetmeliği'nde verilen sınır değerlerle karşılaştırılarak performans durumu irdelenmiştir. Sonuçların verildiği beşinci bölümde ise, yapılan tüm tasarım ve performans analiz sonuçları verilmiş, incelenen viyadüğün taşıyıcı sistem güvenliği ve deprem performansı değerlendirilmiştir.

The earthquake performance of viaducts is quite important when we compared other types of structures because they should continue to give service in case of a possible earthquake. For this reason, the design of the viaducts and the evaluation of earthquake performances are important in the field of structural engineering. Within scope of this study is examine the design of viaduct. The viaduct is located where the west side connect the terminal building – and parking - building within the construction of Istanbul Airport in İstanbul.The structural analysis program SAP2000 (Structural Analysis Program) was created viaduct's three-dimensional structural system model. Using the analysis results of the model, according to AASHTO regulation was accomplished the design of structural elements of the viaduct. The XTRACT program was used for the cross-section analyzes of the viaduct elements. Based on the regulation, in addition, the earthquake performance of the viaduct was determined by using pushover analysisThe general topics of the master's thesis, which consists of five chapters in total, given below.In the first part of this thesis, general information about the study, the subject and target of the study are given.In the second chapter, by the general characteristics of viaduct were mentioned and the structural elements that forms the upper and lower portion of the viaduct modeled by using SAP2000 program are given. Earthquake forces are influenced on viaduct in the transverse and longitudinal direction by taking into consider the site specific spectral acceleration values for the position Prestressed pre-fabricated girders which in the upper structure part is made load analysis, pre-stressing losses, stress analysis, bearing capacity, shear stress and deflection calculations. The other elements of the viaduct, such as pier cap, piers and foundation were checked cross-sections and required reinforcement area.In the third part, it refers about nonlinear behavior and the performance levels defined in the DLH regulation. Information about the displacement controlled incremental `equivalent earthquake load method` (static pushover analysis) from nonlinear elastic calculation methods and procedure steps to be followed in this method are summarized.In the fourth chapter, static pushover analysis is applied the pier located at the middle axis of the existing viaduct. The XTRACT program is used to material model and moment curvature diagram of the piers. Plastic hinges (plastic rotation) were obtained at the bottom end of the piers. Material deformation that can occur at the bottom end of the piers due to plastic rotations are determined under the earthquake effect with a probability of exceeding over 50 years is 10% (design earthquake) by using the spectrum coefficient values site specific to the region where the viaduct is constructed. Sectional strain was determined and compared with those of the limit values given in the DLH regulation.In the fifth chapter, with the numerical results obtained from the design and analysis are briefly given the structural safety and seismic performance of the viaduct considered is evaluated.