A numerical investigation of track-bridge interaction in railway bridges
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2024
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: ALPER ÖZTÜRK
Danışman: Eray Baran
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Demiryolu raylarında, ray ve köprü üst yapısı arasındaki etkileşimden dolayı raylarda ek gerilmeler oluşur. Bu fenomene ray-köprü etkileşimi (RKE) denir. Ek ray gerilmeleri (ERG'ler) esas olarak sıcaklık etkisinden, köprü üst yapısının düşey yönde eğilmesinden, köprü üzerinde hareket eden trenlerin frenlemesinden/ivmelenmesinden kaynaklanmaktadır. RKE tepkisini etkileyen önemli parametrelerden biri, köprü üst yapısı ile ray arasındaki bağlantıyı simüle eden arayüz elemanlarının davranışıdır. RKE analizinde bu bağlantı, uzunlamasına direnç-yer değiştirme eğrileri (DYE'ler) olarak adlandırılan eğrilerle tanımlanır. Birinci kısım, RKE'nin uzunlamasına yönüne sayısal araştırmalar aracılığı ile odaklanmıştır. Sayısal modelleme yaklaşımı, mevcut analitik çözümler ve köprü izleme verileri ile doğrulanmıştır. Buradaki öncelikli amaç, DYE'lerdeki değişikliklerin RKE'ye ne kadar etkisi olduğunun gösterilmesi olmuştur. Parametrik çalışma, genleşme uzunluğu ve alt yapı rijitliği etkilerini incelemek üzere genişletilmiştir. Analiz sonuçları basit mesnetli prekast kiriş köprüler için, balastsız demiryolu köprülerine özgü olduğu kanıtlanmış DYE'lerin, şartnameler tarafından belirtilen eğrilere ekonomik bir alternatif olabileceğini, ortaya çıkarmıştır. Altyapı rijitliğinin özellikle ivmelenme/frenleme yükleri altında ERG'ler üzerinde kritik bir etkisi olduğu belirlenmiştir. Çalışmanın ikinci bölümü, Türkiye'nin sismik olarak aktif bir bölgesinde bulunan iki öngerilmeli prekast beton kirişli demiryolu köprüsündeki uzunlamasına RKE detaylı bir şekilde ele almaktadır. Zemin özellikleri, fay kırılma mesafesi, köprü genleşme derzi gibi çeşitli parametrelerin RKE üzerindeki etkisini inceleyen araştırma, Zaman Tanım Alanında Analiz (ZTAA) metodu kullanarak kaydedilen sismik zemin hareketleri altındaki dinamik tepkiyi yakalamak için ayrıntılı bir sayısal modelleme yaklaşımını benimsemiştir. Sonuçlar, deprem büyüklüğü ve fay hattına uzaklığın ERG'leri önemli ölçüde etkilediğini göstermektedir. Köprü genleşme derzlerinin orta ayak konumlarında, ray gerilme dağılımını etkileyerek maksimum çekme gerilmelerini azalttığı ve basınç gerilmelerini artırdığı belirlenmiştir. Ayrıca, taban düğüm noktalarında ankastre sınır koşulları kullanmanın, zemin-yay modellemesine benzer sonuçlar verdiği görülmüştür. Tren yüklü ve yüksüz durumlar için yapılan analizlerin karşılaştırılması, tren kaynaklı yüklerin dikkate alınmasının önemini vurgulamaktadır. Son olarak, Kahramanmaraş'ta meydana gelen son depremler temelinde deprem büyüklüğünün, fay hattı ve fay kırılma mesafelerinin RKE'ye olan etkisini incelemek için aynı sayısal yaklaşım kullanılmıştır. Pazarcık (Mw=7.7) ve Elbistan (Mw=7.6) depremleri de dahil olmak üzere büyüklüklerine göre beş farklı zemin hareketi seti seçilmiştir. Her deprem için beş istasyon kullanılmış, böylece deprem büyüklük parametrelerinin, RKE tasarımına hangi sınırlamalara dikkat edilmesi gerektiği anlaşılmıştır. Analiz sonuçları, sismik etkilerin artmasıyla, deplasmanların ERG'lere kıyasla daha önemli hale geldiğini ortaya çıkarmıştır. Bu çalışmanın değerlendirmesine dayanarak tasarım önerileri geliştirilmiştir.