CELIK KOPRULERIN TASARIMI

1

İlker Yılmaz TÜRKERİnş. Yük. Müh.PROYA A.Ş.

[email protected]

ÇELİK KÖPRÜLERİN TASARIMI

2

Herhangi bir engelle ayrılmış iki yakayıbirbirine bağlayan veya trafik akımının, başka bir trafik akımını kesmeden üstten geçmesini sağlayan ahşap, kâgir, beton veya demir yapı (TDK Sözlüğü)

TANIM

KÖPRÜ:

3

TİPİK KÖPRÜELEMANLARI

4

KÖPRÜLERİN SINIFLANDIRILMASI

•Malzemesine göre•Mekanik sistemine göre•Kullanılış amacına göre•Kiriş şekillerine göre•Plandaki şekillerine göre•Hizmet Süresine göre

5


•Ahşap•Kargir•Beton•Betonarme•Öngerilmeli beton•Çelik•Kompozit•Alüminyum

Malzemesine Göre

6


•Basit tek açıklıklı kirişler•Sürekli kirişler•Gerber kirişleri•Kemerler•Çerçeveler•Asma sistemler

Mekanik Sistemine Göre

7


•Dolu gövdeli kirişler•Sandık (kutu) kesitli kirişler•Kafes kirişler•Sabit veya değişken yükseklikli kirişler•Plak köprüler

Kiriş Şekillerine Göre

8


•Dik köprüler•Verev köprüler•Kurb köprüler

Plandaki Şekillerine Göre

9


•Geçici köprüler•Daimi köprüler

Hizmet Süresine Göre

10

ÇELİK KÖPRÜTİPLERİ

•Dolu Gövdeli Kiriş (basit, sürekli, gerber)•Kafes Sistem•Çerçeve Sistem (portal)•Kemer•Asma Köprü (suspension)•Gergin Eğik Kablolu Köprü (cablestayed)

11


a) Basit kirişb) Basit kiriş, çok

açıklıkc) Konsol kirişd) Sürekli kirişe) Sürekli –

değişken kesit

Dolu Gövdeli Kiriş Köprüler

12


Dolu Gövdeli Kiriş Köprüler

13


Çeşitli kafes sistemler(platform üst ya da alt başlıkta)

Kafes Sistemler

14


Kafes Sistemler

15


a) Üç açıklıklıb) Tek açıklıklı

Çerçeve Sistemler (Portal)

16


Çerçeve Sistemler (Portal)

17


Kemer Köprüler

18


Kemer Köprüler

a) Kemerb) Bow-Stringc) Kısmî bağlı

kemer

19


Kemer Köprüler

20


Asma Köprüler

21


Asma Köprüler

22


Asma Köprüler

Ana Kule Tipleri

23


Asma Köprüler

Ana Kablo Tipleri

24


Asma Köprüler

Ana Kablo Tipleri

25


Asma Köprüler

a) Kirişb) Kafesc) Kutu

26


Asma Köprüler

Örnek Bir Ankraj Sistemi

27


Asma Köprüler

28


Gergin Eğik Kablolu Köprüler

29



Kablo Düzenleme Çeşitleri

30



Pilon Düzenlemeleri

31



Kabloların Pilona Ankrajı

32



Montaj Aşamaları

33

KABLO EKSENEL RİJİTLİĞİ

a = açıG = kablo ağırlığıT = kablodaki eksenel çekme kuvveti

3

22

12cos1T

aEAGEAEAeff

+=

34



35


Açıklıklara Göre Köprü Tipleri

36

DÖŞEME TİPLERİ

Izgara Döşeme

37

DÖŞEME TİPLERİ

Ortotropik Döşeme

38

DÖŞEME TİPLERİ

Kompozit Döşeme

39

DÖŞEME TİPLERİ

Kompozit Kutu Kesitli Döşeme

40

RÜZGAR BAĞLANTILARI

41

BASKI KİRİŞLERİ

42

BAZI MESNET ELEMANLARI

Mafsallı Mesnet

43

BAZI MESNET ELEMANLARI

Kayıcı Mesnet

44

BAĞLANTI ELEMANLARI

•Kaynak•Öngerilmeli cıvata

45

SİSTEM SEÇİMİNİETKİLEYEN FAKTÖRLER

•Açıklık•Trafik yoğunluğu•Gabari•Zemin şartları•Nakliye şartları•Topoğrafik şartlar•Meteorolojik şartlar•Estetik •Maliyet•Montaj şartları•Bakım, onarım, işletme maliyeti

46

AÇIKLIK SEÇİMİNİETKİLEYEN FAKTÖRLER

•Engelin yeri•Döşeme ve kiriş derinliği (açıklık mesafesi maksimum izin verilen yapı derinliği ile sınırlıolabilir)•Göreli üstyapı ve altyapı maliyeti (kötüzemin şartları, pahalı temel gerektirir)•Nehir geçişlerinde orta ayak yapılabilirliği•Gabari•Yüklemeler

47

YÜKLERGrup A•Zati Yük

•Hareketli Yük ve Dinamik Etkisi•Boyuna Kuvvetler•Mesnet Şartlarında Değişme•Merkezkaç Kuvvet•Rüzgar Yükü•Kar Yükü•Rötre Ve Sünme•Toprak İtkisi•Suyun Kaldırma Kuvveti•Buz Etkisi•Atalet Etkisi (Hareketli Köprülerde)•Öngerilme Etkisi

48

YÜKLERGrup B

•Yapım Aşaması Yükleri•Deprem•Çarpma

49

TAŞIT YÜKLERİ

50

TAŞIT YÜKLERİ

Yük Sınıfı Trafik cinsi

H30 - S24Karayolları Genel Müdürlüğü Köprüler DairesiBaşkanlığı'nca Gerekli Görüldüğü Hallerde

H20 - S16Proje saatlik trafiği 100 - 400 taşıt ise veyaağır sanayi merkezlerine giden yollarda

H15 - S12 Proje saatlik trafiği 100 taşıttan az ise

H10 Köy yollarında

51

TAŞIT YÜKLERİ

25385075s (cm)

5.00.81.01.5q (t/m)

13.09.813.519.5Kesmeetkisi için

9.06.89.013.5Eğilmeetkisi için

Q (ton)

10.015.020.030.0W ağırlığı (ton)

H10H15 - S12H20 - S16H30 - S24Yük Sınıfı

Q

q

52

DİNAMİK ETKİ

3711+

+=L

ϕ

ϕ = dinamik etki katsayısı (maks. değer 1.3)L = hesap uzunluğu(m)

53

YÜK DEĞERLERİNİN EKSİLTİLMESİ

%75Dört veya daha fazla şerit%90Üç şerit

%100Bir veya iki şerit

Dikkate AlınacakHareketli Yük Değeri

Şerit Sayısı

54

YÜK BİRLEŞİMLERİ

55

YÜK BİRLEŞİMLERİN: Grup numarasıγ: Yük faktörüβ: KatsayıD: Ölü yükL: Hareketli yükI: Hareketli yük darbe etkisiE: Toprak basıncıB: Kaldırma kuvvetiW: Yapıda rüzgâr yüküWL: Hareketli yük üzerinde rüzgâr yükü(taşıtların oluşturduğu yüzeye etkiyen rüzgâr yükü)LF: Hareketli yükten kaynaklanan boyuna kuvvetCF: Merkezkaç kuvvetR: Nervür kısalmasıS: BüzülmeT: IsıEQ: DepremSF: Akarsu akımı basıncıICE: Buz yükü

56

YORULMA ANALİZLERİ

57

YORULMA ANALİZLERİ

58

YÖNETMELİKLER

•AASHTO,Standard Specifications forHighway Bridges•AASHTO LRFD•ANSI/AWS D1.5, Bridge Welding Code-Steel•AREMA, The American Railway EngineeringMaintenance of Way Association•EUROCODE•Karayolu Köprüleri için Teknik Şartname

59

ANALİZ VE TASARIM AŞAMALARI

Ön Tasarım• Temel planlama• Ön planlamaKesin Tasarım

60


Resimler ve Planlar• Bölge haritası• Vaziyet planı• Sahillerin plankotesi• Boyuna profil• Sahillerin fotoğrafıYazılı belgeler• Akarsu hakkında bilgiler• Zemin raporları• Yapıdan istenen geometrik özellikler

Tasarım için Gerekli Belgeler

61


Ön TasarımTRAFİK PLANLAMASI

PLANLAMA KOŞULLARININOLUŞTURULMASI

KÖPRÜ YERİNİNBELİRLENMESİ

KÖPRÜ YERLEŞİM PLANININBELİRLENMESİ

TASARIM KOŞULLARININBELİRLENMESİ

TEMEL

PLANLAMA

ÖN İNCELEME

1. COĞRAFİ İNCELEME2. JEOLOJİK İNCELEME3. AKIŞ KAYITLARININ İNC.4. TRAFİK AKIŞININ İNC.5. YERLEŞİM ALANININ İNC.6. METEOROLOJİK İNC.

62


Ön TasarımUYGULANABİLİR TAŞIYICI

SİSTEM TİPİLERİNİN ÖN SEÇİMİ

SEÇİLEN TİPLER İÇİNPLAN TASARIMI

KARŞILAŞTIRMALI KÖPRÜTİPİ SEÇİMİ

KARŞILAŞTIRMALI TASARIM

EN UYGUN KÖPRÜ TİPİNİNSEÇİLMESİ

ÖN

PLANLAMA

63


Ön Tasarım

64


Ön Tasarım

65


Kesin Tasarım

TASARIM ŞARTLARININBELİRLENMESİ

HESAPLARIN DÜZENLENMESİ

YAPISAL ANALİZ

DETAY ÇİZİMLERİ

İMALAT

DETAYLI İNCELEME

1. COĞRAFİ İNCELEME2. JEOLOJİK İNCELEME3. AKIŞ KAYITLARININ İNC.4. ÇEVRESEL İNC.5. NAKLİYE ŞARTLARININ İ.

NAKLİYE/MONTAJ

ÖN TASARIM

66


Tipik Yapısal AnalizHESAPLARIN DÜZENLENMESİ

YAPISAL SİSTEMİNMODELLENMESİ

YÜKLERİN MODELLENMESİ

SAYISAL ÇÖZÜMLEME

KESİT TESİRLERİNİN VEDEFORMASYONLARIN BELİRL.

ELEMAN TASARIMI

Taşıyıcı Sistemin ModellenmesiSınır Şartlarının TanımlanmasıEleman Kesitleri için Kabuller (*)

(*) Tasarım Paradoksu

Yük Durumlarının ModellenmesiUygulama Yerlerinin Belirlenmesi

Kullanılan Programa Uygun Giriş Verileri Olş.Çıktıların Değerlendirilmesi

Kesit Tesiri Dİyagramlarının Çizilmesi.Mesnet Reaksiyonları TablosununOluşturulmasıDeformasyonların Değerlendirilmesi

67

ÇELİK KÖPRÜLERİN AVANTAJLARI

•Hafif döşeme sistemi (montaj kolaylığı, küçük temel, beton döşemeye göre %30-50 daha hafif)•Montaj boyutundaki elemanların hafifliği(mobil vinçlerle montaj imkanı, hızlı montaj)•Cıvatalı birleşim imkanı (min. düzeyde şantiye denetim ihtiyacı)•Fabrikada ön üretim imkanı (etkin kalite kontrolü, daha güvenilir imalat)

68

ÇELİK KÖPRÜLERİN AVANTAJLARI

•Modern koruyucu kaplamalar (montaj öncesinde uygulanabilir, ilk bakım süresini uzatır, öngörülebilir yapı ömrü)•Düşük yapı yüksekliği (düşük yaklaşım dolgusu, narin görünüm)•Sürekli açıklılar (az sayıda mesnet ve bağlantı, narin görünüm, düşük bakım maliyeti)

69

TARİHİKÖPRÜLERİMİZ

Uzunköprü, Edirne1392 m, Dünyanın en uzun taş köprüsü

70


Malabadi Köprüsü, Diyarbakır (1147) Kemer açıklığı 40.80m dünyada günümüze ulaşan en büyük taş kemer köprü

71


Aspendos (Belkıs) Köprüsü,Antalya (1219-1236) Boyu 220m

72


Çifte Köprü, ArtvinBoyu 2x37 m

73

TEŞEKKÜRLER

Ayvacık - Eynel Köprüsü 1

AYVACIK – EYNEL KÖPRÜSÜ


KONUM

Ayvacık

Eynel

Suat Uğurlu

Baraj Gölü


YERLEŞİM

AyvacıkEynel


Köprüden Önce Ulaşım


PROJE AŞAMALARI

• Planlama• Tasarım• Çelik Elemanların İmalatı• Temel İnşaatı• Montaj


TAŞIYICI SİSTEM

216000

15000Ι

Ι

ΙΙ

ΙΙ

2400 Kemer

186000

Düz KısımPandül Elemanlar


Kemer (I-I) Kesiti

2150 3250 1200 3250 2150 2024

0020

300

1850

250

300 300

12

12000

150

100


Düz Kısım (II-II) Kesiti

2150 3250 1200 3250 21501900 8200 1900

1120 1010 1120

3250 1200 3250

12000

150

100


Kompozit Döşeme Sistemi


ZEMİN ÖZELLİKLERİ

EYNEL AYVACIK

Yapay DolguKumtaşıKiltaşıMarn

KiltaşıKumtaşıMarn


TASARIM AŞAMALARI


TASARIM AŞAMALARI• Taşıyıcı Sistemin Belirlenmesi• Seçilen Sistem Üzerinde Çalışmalar• Analiz Modelinin Oluşturulması• Yükler ve Yük Birleşimleri• Yönetmelikler• Analiz Sonuçlarının Yorumlanması ve Tasarım• Stabilite Tahkikleri• Bağlantı Elemanlarının Tasarımı• Yorulma Analizleri• Temel Sistemi


Taşıcı Sistem Seçimini Etkileyen Faktörler

• İhtiyaçlar• Çevresel Şartlar• Mevcut Yollar• Nakliye ve Montaj Şartları• Estetik• Bakım Maliyeti

Taşıyıcı Sistemin Belirlenmesi



İncelenen Taşıyıcı Sistem Tipleri

• Kafes Kiriş• Bowstring• Dolu Gövdeli Kemer



Kafes Kiriş

• Kolay montaj • Estetik gerekçeler• Çevreye uyum



Bowstring

• Kablo gergi sistemlerindeki teknolojik belirsizlikler • Estetik gerekçeler• Bakım güçlükleri• Yüksek kemer

+61.500

4665

040

00



Dolu Gövdeli Kemer

• Yaklaşım yol kotlarının sisteme uyumu• Estetik ve strüktürel sadelik• Bakım - onarım olanakları

216000

186000


Seçilen Sistem ÜzerineÇalışmalar

Kemer Formunun Belirlenmesi

• Daire Yayı• 2. Derece Parabol• Cosinus Hiperbolü

( )axax eeaaxay //

2cosh. −+=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=



Kemer Formunun Belirlenmesi

2000

020

000



En Uygun Geometri

1500

0

186000

216000

15000 15000


Yükler ve Yük Birleşimleri

• Zati Yükler• Ölü Yükler (kaplama, korkuluk, aydınlatma)• Hareketli Yükler (taşıt, yaya)• Deprem (Planda iki doğrultuda ve düşey)• Rüzgar• Sıcaklık Farkları



Taşıt YüküH20 - 44



Hareketli Yük Durumları

Yaya yoluTrafik Şeridi

Trafik ŞeridiYaya yolu

Dolu

Bos

Durum - 1

Durum - 2

Durum - 3

Durum - 4

Durum - 5



12 Temel Yük Birleşimi230 Adet Yük Birleşimi


Yönetmelikler

• AASHTO• AISC – ASD• ANSI/AWS D1-1• ANSI/AWS D1.5• DBYYHY, 2007• TS498

• TS500• TS648• TS3357• TS3167• TS3168• TS3169


Matematik Model

Analiz ModelininOluşturulması



Bileşke Yük Vektörü


Analiz Sonuçlarıve Tasarım



2893 t912 t

63 t

63 tHareketli Yükler

1707 t538 t

37 t

19 tÖlü Yükler

Mesnet Reaksiyonları



Yer Değiştirmeler

δ

800L

<δ



Kesit Tasarımı

2150 3250 1200 3250 2150 2024

0020

300

1850

250

300 300

12

12000

150

100



Kompozit Kesit Tasarımı


Stabilite Tahkikleri

Montaj ve İşletme DurumundaKemer Stabilitesi


Stabilite TahkikleriBurkulma ve Buruşma


Bağlantı ElemanlarınınTasarımı



50yatay sabitleme

detay - 1

Kemer – KirişBirleşimi



Kayıcı Mesnet



Kemer Mesneti


Yorulma Analizleri

500.000 Araç


İmalat Çizimleri


Temel Sistemi

Eynel Ayvacık


Montaj Yöntemi

• Dubalar Üzerinde Montaj• Geçici Ayaklar Üzerinde Montaj


Montaj Yöntemi

A

3 1

A C

3 1 2 4

A BC

1 4 23

Ι

Ι

DURUM 1

DURUM 2

DURUM 3

detay 1

Dubalar Üzerinde Montaj


Montaj Yöntemi

Geçici AyaklarÜzerinde Montaj


İMALAT


NAKLİYE

Nakliye Boyutları4.0x2.4x24.0m


NAKLİYE


TEMEL İNŞAATI

• Zemin İyileştirme Çalışmaları(dolgu ve dinamik kompaksiyon)

• Kazık İmalatı• Kazık Başlığı, Temel ve Dayanma Yapısı


TEMEL İNŞAATI

Dolgu veDinamik Kompaksiyon


TEMEL İNŞAATIKazık İmalatı


TEMEL İNŞAATI


MONTAJ


MONTAJÇalışma Alanı


MONTAJAnroşman


AlternatifUlaşım Araçları


MONTAJGeçici Ayaklar


MONTAJ


KONTROLve BAKIM

Kaynak (Gözle Tetkik)

Kaynak (Ultrasonik

tetkik)Boya Dış Boya İç Asfalt Zemin

BetonuKöprü

Ortası Kotu Kot Koordinat

Periyot(Yıl) 2

KÖPRÜ KISMI KONTROLLERİHer İki Taraftaki

Temellerin Kontrolü

1 5 1 2 2 2 2 2


Ayvacık – EynelKöprüsü


Ayvacık FeribotuVeda Ediyor


TURİZMYunanistan ve Samsun

Offroad Kulüpleri


TURİZMSamsun

Motosiklet Kulübü


TURİZMYörenin Simgesi


ÖDÜLTürk Yapısal Çelik Derneği

(TUCSA)Türkiye Çelik Yapı

Tasarım Yarışması,2009Özel Ödül


İLGİNİZE TEŞEKKÜR EDERİZ.

CELIK KOPRULERIN TASARIMI

Documents

Transcript of CELIK KOPRULERIN TASARIMI