Dilimsel dengeli konsol yöntemi ile tasarlanan bir köprünün yapım aşamaları dikkate alınarak yapısal davranış ve maliyet açısından değerlendirilmesi

Abstract

Dilimsel dengeli konsol yapım metodu dünyada ve ülkemizde yıllardır kullanılan ve birçok örneği bulunan köprü inşa metodudur. Açıklıkları 300 metre mesafeyi bulan ve viyadük toplam mesafesi birkaç kilometreye ulaşabilen, bununla birlikte orta açıklıklar 80-200 metre arasında etkili olmakta olup kutu kesitli ardgermeli beton tabliyeler için öncelikli bir yapım metodu olarak kullanılır. Açıklıklar belli uzunluklara sahip dilim şeklinde köprü ayağı üstü diliminden itibaren açıklık ortalarına doğru sağa ve sola ilerlemektedir. Sistem dengeli konsol şeklinde çalışmaktadır. Köprü modeli açıklık ortasında kapatma dilimi döküldükten sonra sürekli hale gelir. Sonuç olarak, dilimsel yapım metoduyla yapılan viyadüğün tasarım ve projelendirilmesinde iki ayrı aşama dikkate alınması gerekir. Bu çalışmanın öncelikli amacı, dilimli dengeli konsol yöntemine göre tasarlanmış bir köprünün, tasarımında yapım aşamalarının dikkate alınmasının köprünün sürekli sistem olarak tasarımı ile ortaya çıkan kesit tesirleri ile mukayesesini yapmaktır. Ayrıca sürekli köprü sistemin deprem analizi de gerçekleştirilmiştir. Bu analiz sırasında depremler uzak ve yakın fay etkisini inceleyecek şekilde seçilmiştir. Bu amaca yönelik olarak 2 ayaklı 3 açıklıklı toplam 345 m uzunluğunda bir dengeli konsol tasarlanmış ve analizler bu köprü üzerinde gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmadaki örnek köprü modeli, Trabzon ili Ortahisar ilçesinde yer alan ve prekast kirişli köprü yöntemine göre yapımı halen devam etmekte olan Karşıyaka Viyadüğü'nün aplikasyonuna göre tasarlanmıştır. Böylelikle iki farklı inşa yönteminin mukayeseli maliyet analizi gerçekleştirmek de mümkün olmuştur. Bu çalışmada köprü üstyapısının yapım aşamaları anlatılmış, tasarımda dikkate alınacak yük ve yük kombinasyonları verilmiştir. Viyadük üstyapısının dengeli konsol durumu analizi için gerekli yükler hesaplanmıştır. Köprü üstyapısı farklı geometriye sahip dilimlerden oluşmaktadır. Bu sebeple, herbir dilimin ardgerme tekniği, yapım süresine bağlı olarak dilimlerin farklı beton yaşlarında uygulandığından zamana bağlı gelişen etkiler dikkate alınmalıdır. Uluslararası düzeyde kabul görmüş ve ülkemizde de Kara Yolları Genel Müdürlüğünce kullanılmakta olan köprü tasarım yönetmeliği, American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) hükümleri doğrultusunda dilimsel dengeli konsol köprülerin analizi malzeme modelleri ele alınarak incelenmiştir. Buna göre, yapılan bu yüksek lisans çalışmasında ilk olarak dilimlerin yapım aşamaları artırımsal zaman adımlı analiz yöntemine göre incelenmiştir ve her bir kesitte her bir dilimin yapımı tamamlandıktan sonra meydana gelen gerilmelerin analizleri yapılmıştır. Yapım aşaması zamanı süresince herhangi bir kesitte oluşan gerilmeler AASHTO'da belirlenen izin verilen gerilme sınırlarını aşmadığı belirlenmiştir. Yine dengeli konsol köprü modeline Düzce 1999 Deprem kayıtları ile zaman tanım alanında analiz yapılmıştır. Yapılan analiz sonucunda modelde meydana gelen eğilme momenti değerlerinin deprem anında daha yüksek sonuçlar verdiği ortaya çıkmıştır. Yapım aşamasına göre yapılan analiz sonucunda daha yüksek eğilme momenti, kesme kuvveti ve gerilme değerleri elde edilmiştir. Buradan hareketle köprü tasarımlarının sadece servis durumuna göre değil yapım aşamalarını da dikkate alacak şekilde yapılmasının gerekliliği ortaya koyulmuştur. Özellikle yapılan halat hesaplarında elde edilen sonuçlar halat miktarını etkileyebilmektedir. Aktif fay kuşağında bulunan ülkemizde halat yetersizliği ciddi sorunlara sebebiyet verebilmektedir. Ülkemizde ve dünyada kullanılan birçok köprü sınıfı metodu vardır. Bunlardan en çok kullanılan köprü sınıfı ise prekast kirişli köprüdür. İnşası devam eden Karşıyaka Viyadüğü ile gerçekleştirilen mukayeseli maliyet analizi sonucunda ise bu çalışmaya konu olan dilimli konsol köprünün maliyetinin %33'e varan oranda daha düşük bulunduğu görülmüştür.

The linguistic balanced cantilever construction method is the bridge construction method that has been used for years in the world and in our country and has many examples. The openings of which can reach 300 meters and the total distance of the viaduct can reach several kilometers, however, the middle openings are effective between 80-200 meters and are used as a primary construction method for box cross-section concrete slabs.The openings are moving to the middle of the opening to the right and left starting from the top of the column, in the form of a slice with certain lengths. The system operates as a balanced console. The bridge model becomes continuous after pouring the closing slice in the middle of the opening. As a result, two different stages should be taken into account in the design and project design of the viaduct made by the slice construction method.The primary purpose of this study is to compare the internal forces effects that occur with the design of the bridge as a continuous system, considering the construction stages of a bridge designed according to the sliced balanced console method. In addition, earthquake analysis of the continuous bridge system was also carried out. During this analysis, earthquakes were selected to examine the effect of distant and near faults. For this purpose, a balanced console with a total length of 345 m with 2 legs and 3 spans was designed and the analyzes were carried out on this bridge.The sample bridge model in this study was designed according to the application of Karşıyaka Viaduct in Trabzon, Ortahisar district, which is still under construction according to the precast beam bridge method. Thus, it was possible to perform comparative cost analysis of two different construction methods.In this study, the construction stages of the bridge superstructure are explained and the load and load combinations to be considered in the design are given. Necessary loads were calculated for the balanced console condition analysis of the viaduct superstructure. Bridge superstructure consists of slices with different geometry. For this reason, the time-stretching effects of each slice should be taken into account as the slices are applied at different concrete ages depending on the construction time. The bridge design regulation, which is internationally accepted and used by the General Directorate of Highways in our country, was analyzed by analyzing the material models of the slice-balanced cantile bridges in line with the provisions of the American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO).Accordingly, in this master's study, the production stages of the slices were first examined according to the incremental time-step analysis method and the stresses that occurred after the completion of each slice in each section were analyzed. It has been determined that the stresses formed in any section during the construction phase time do not exceed the allowable stress limits set in AASHTO. Again, the balanced cantilever bridge model was analyzed in Düzce 1999 Earthquake records in the time domain. As a result of the analysis, it was found that the bending moment values in the model gave higher results in earthquake suspicion.As a result of the analysis made according to the construction stage, higher bending moment, shear force and tensile values were obtained. From this point of view, the necessity of making the bridge designs not only according to the service status but also the construction stages has been revealed. The results obtained especially in the calculations of the ropes can affect the amount of ropes. In our country, which is in the active fault zone, rope insufficiency may cause serious problems.There are many bridge class methods used in our country and in the world. The most commonly used bridge class is the precast beam bridge. As a result of the comparative cost analysis conducted with the Karşıyaka Viaduct under construction, it was found that the cost of the sectional cantilege bridge, which is the subject of this study, is up to 33% lower.