Sismik etkiler altında köprü ayaklarında zemin kazık yapı etkileşimi örneği

Abstract

Bu tezde iki açıklıklı derin temel sistemine sahip bir köprü, Zaman – Tanım alanı yöntemi ile üç farklı zemin modeli dikkate alınarak incelenmiştir. Geoteknik deprem mühendisliği açısından köprünün değerlendirilmesi için TBDY2018 yönetmeliğine göre zemin sınıfı belirledikten sonra yerel zemin koşullarına ve fay tipine göre seçilen ivmeler ölçeklendirildikten sonra yerel zemin koşuluna uygun Pekleşen Zeminler (HS), Cam – Clay (CC) ve Drucker–Prager (Dr-Pr) zemin modelleri ile DIANA 3D yazılımı kullanılarak doğrusal olmayan analizler gerçekleştirilmiştir. Bu analizlerde zeminlerin ve kazıkların dinamik durumundaki yapıya etkileşim seviyesine göre değerlendirilmesi yapılmıştır. Normal konsolidasyonlu zemin için, zeminin büyük gerilme durumunda CC ve Dr-Pr zemin modellerinde köprü ayak temelinin birleşiminde oluşması gereken gerilmenin yönünü değiştirerek kesme gerilmesi oluşturulmuştur. Ayrıca Dr-Pr zemin modeli zeminin küçük şekil değiştirmeli durumunda maksimum şekil değiştirme yerini hatalı olarak -4m de bulmasına rağmen şekil değiştirmesi arttığı zaman bu sorun düzelmiştir. Kazıkların küçük gerilme-şekil değiştirmeleri, kesme kuvvetleri, momentli durumlarda CC zemin modeli kazık davranışını hatalı bir şekilde sergilerken, E-CC kazıkların kesme kuvvet davranışını doğru bulmasına rağmen kazıkların küçük gerilmeli-şekil değiştirmeli ve büyük momentli durumlarda kazık davranışını hatalı bir biçimde tahmin etmiştir. Dr-Pr zemin modeli, CC zemin modelinin aksine kazık davranışının daha doğru tahmin etmiştir. Aşırı konsolidasyonlu zemin için, CC zemin modeli küçük gerilmeli durumda zemin davranışını doğru sergilemesine rağmen, büyük gerilmeli durumlarda gerilmenin yoğunlaştığı köprü ayak – radye temel birleşiminde ters yönde kesme gerilmesi oluşmuştur. Dr-Pr zemin modeli ise küçük ve büyük gerilmeli durumlarda kesme gerilmesi oluştuğundan hatalı zemin davranışı sergilemektedir. Zeminde oluşan şekil değiştirmelere bakıldığında CC zemin modeli küçük şekil değiştirmeleri hatalı temsil ettiği halde, Dr-Pr zemin modeli, HS zemin modeline göre küçük şekil değiştirmelere maruz kalmasına rağmen, zemin davranış biçimini doğru tahmin etmiştir. Kazıkların gerilme – şekil değiştirme davranışlarına bakıldığında; Dr-Pr ve CC zemin modelleri kazık davranışını doğru tahmin etmiştir. Ayrıca CC zemin modeli küçük gerilmelerde ve küçük şekil değiştirmelerde kazık davranışı açısından en ii gerçekçi zemin modeli olan HS zemin modeline çok daha yakın sonuç vermiştir. CC zemin modeli X,Y ve Z yönlerinde oluşan kazıkların küçük kesme kuvvetlerinin davranışını hatalı temsil ettiği halde, büyük kesme kuvvetlerini doğru tahmin etmiştir. Dr-Pr zemin modeli ise kazıkların küçük ve büyük kesme kuvvetlerinin davranış biçimini doğru tahmin etmiştir. Kazıkların moment sonuçları incelendiğinde, küçük momentli durumlar için CC zemin modeli kazık davranışını doğru temsil edememiştir. Dr-Pr zemin modeli ise kazık davranışını doğru temsil etmiştir. Normal konsolidasyonlu durumda Dr-Pr zemin modeli Yapı-Zemin deplasmanını büyük değerler verirken Aşırı konsolidasyonlu durumu için küçük değerler vermiştir. Normal konsolidasyonlu durumda CC zemin modeli Yapı-Zemin deplasmanını küçük değerler verirken Aşırı konsolidasyonlu durumu için büyük değerler vermiştir. HS zemin modeli ise yukarıda bahsettiğimiz her iki durum için ortalama deplasman değerleri vermiştir. Ayrıca HS zemin modeli, gerek Yapı-Zemin davranışı açısından, gerekse Yap-Kazık-Zemin etkileşimi açısından bu uç modeller arasında ve her iki zemin durumu için en gerçekçi davranış biçimini sergilemektedir.

In this thesis, a bridge with a two – span deep foundation system has been investigated by considering three different soil models using the Time – History method. For the investigation of the bridge in terms of Geotechnical earthquake engineering, after determining the soil class according to TBDY2018 regulation, scaling the selected acceleration according to the local soil conditions and fault type, Hardenig Soils (HS), Cam – Clay (CC) and Drucker – Prager (Dr – Pr) Nonlinear analyzes were performed using soil models and DIANA 3D software. In these analyzes, the investigation of soils and piles according to the level of interaction with the structure in the dynamic state was made. For a normally consolidated soil, in case of major stress of the ground CC and Dr-Pr soil models changed shear stress direction while this stress should occur at the junction of bridge pier with raft foundation. In addition, although Dr-Pr soil model incorrectly Found the location of maximum deformation at -4m in case of small deformation occur in the soil, but corrected this problem When deformation increased. In the cases of small stress-strain of piles, small shear forces and small moment, CC soil model exhibits pile behavior erroneously, while E-CC find the shear force behavior of pile to be correct, but the pile behavior in small stress-strain and high moment conditions has done incorrectly predicted. Contrary the CC soil model, the Dr-Pr soil model predicted the pile behavior more accurately. For the over- consolidated case, although the CC soil model exhibits the correct soil behavior in the low-stress condition, however the reverse shear stress has occurred in the bridge pier-raft foundation junction where the stress intensifies in the high-stressed condition. On the other hand, Dr-Pr soil model, exhibits incorrect soil movement in the case of small and large shear stresses occurred. While considering the deformation in the ground, although the CC soil model misrepresented small strains, the Dr-Pr soil model predicted the soil behavior correctly, even though it was subjected to small deformation compared to the HS soil model. For Considering the stress-strain behavior of the piles, both Dr-Pr and CC soil models predicted the pile behavior correctly. iv In addition, the CC soil model gave much closer results to the HS soil model, which is the most realistic soil model, in terms of pile behavior at small stresses and small deformation. Although the CC soil model misrepresented the behavior of small shear forces of piles in X, Y and Z directions, it predicted large shear forces correctly. On the other hand, the Dr-Pr soil model correctly predicted the behavior of the small and large shear forces of the piles. When the moment results of the piles were examined, the CC soil model could not represent the pile behavior correctly for small moment cases. The Dr-Pr soil model, on the other hand, accurately represented the pile behavior. In the Normally consolidated condition, the Dr-Pr soil model gave large values for the Structure-Soil displacement, while it gave small values for the Over-consolidated condition. İn Normally consolidated state, the CC soil model gave the Structure-Soil displacement small values, while the Over-consolidated state gave large values. On the other hand, the HS soil model gave average displacement values for both cases mentioned above. In addition, the HS soil model exhibits the most realistic behavior between these models for soil condition in terms of both Structure-Soil behavior and Structure-Pile Soil interaction.