Determination of Stress and Deformation Zones of Historical Mus Murat Bridge

Abstract

This study was carried out to determine the strength of long span stone bridges and stress areas of a historical bridge by using finite element method during earthquakes, floods, and vehicle traffic. The possible earthquake impact of the region and the behavior of the bridge under the effect of the 2011 Van earthquake were investigated. The stresses that will be caused by hydrostatic and vehicle loading applied to the bridge are dwelled on. This study aimed to shed light on future restoration work. As a result of the vehicle, hydrostatic load and dead load analysis, the biggest deformation occurred in the arch K9, which has the largest arch span. According to the results of the earthquake analysis, maximum deformation occurred in the K10 arch, which is one of the arches with the largest arch span of the bridge. In addition, inearthquakes affected in the X and Z direction, it was observed that the arches and piers in the middle of the bridge, that is, these relatively higher structural elements were subjected to more stress. It has been determined that the A11 pier of the bridge is the structural element exposed to the most pressure.

Keywords

• Historical Bridges
• Finite Elements
• Linear Analysis

Tarihi Muş Murat Köprüsü Gerilme ve Deformasyon Bölgelerinin Belirlenmesi

Abstract

Depremler, seller ve araç trafiği sırasında uzun açıklıklı taş köprülerin dayanımını ve tarihi bir köprünün stres bölgelerini sonlu elemanlar yöntemi ile belirlemek için bu çalışma yapılmıştır. Bölgenin olası deprem etkisi ve 2011 Van deprem etkisi altında köprünün davranışı incelenmiştir. Köprüye taşıt yüklemesi ve hidrostatik yükleme yapılıp bu yüklemelerin oluşturacağı gerilmeler üzerinde durulmuştur. Gelecekte yapılabilecek restorasyon çalışmalarına ışık tutulması hedeflenmektedir. Yapılan taşıt, hidrostatik yük ve ölü yük analizleri sonucunda en büyük deformasyon, en büyük kemer açıklığına sahip olan K9 kemerinde meydana gelmiştir. Deprem analiz sonuçlarına göre, köprünün en geniş kemer açıklığına sahip kemerlerden biri olan K10 kemerinde maksimum deformasyon oluşmuştur. Ayrıca X ve Z doğrultusunda etki ettirilen depremlerde köprünün ortasındaki kemer ve ayakların; nispeten daha yüksek olan bu yapı elemanlarının daha fazla gerilmeye maruz kaldığı görülmüştür. Köprünün A11 ayağının en çok basınca maruz kalan yapı elemanı olduğu saptanmıştır.

Keywords

• Tarihi Köprüler
• Sonlu Elemanlar
• Lineer Analiz

References

1. Çulpan, C. (2002) Türk Taş Köprüleri; Ortaçağdan Osmanlı Devri Sonuna Kadar, Türk Tarih Kurumu, Ankara.
2. Genç, A. F. (2015) Tarihi Köprülerin Yapısal Davranışına Restorasyon Çalışmalarının Etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon
3. Tunç, G. & Kulağuz, B. N. (1996) Muş ve Çevresindeki Türk Mimari Eserleri, YüzüncüYıl Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü Sanat Tarihi Anabilim Dalı Yayınlanmamış Yüksek Lisans Tezi, 85.
4. Işık, E., Aydin, M. C. & Ülker, M. (2016) Performance Evaluation of a Historical Tomb and Seismicity of the Region. Bitlis Eren University Journal of Science and Technology, 6, 59–65.
5. Gönen, H., Doğan, M., Karacasu, M., Ozbasaran, H. & Gökdemir, H. (2013). Refrofit tarihi murat yığma kemer köprüsünde yapısal başarısızlıklar, Engineering Failure Analysis. 35, 334-342 https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2013.02.024
6. Karaton, M., Aksoy, H. S., Say, E. & Calay, Y. (2017) Nonlinear seismic performance of a 12th century historical masonry bridge under different earthquake levels. Engineering Failure Analysis, 79, 408–421. doi: 10.1016/j.engfailanal.2017.05.017.
7. Stavroulaki, M. E., Riveiro, B., Drosopoulos, G. A., Solla, M., Koutsianitis, P. & Stavroulakis, G. E. (2016) Advances in Engineering Software Modelling and strength evaluation of masonry bridges using terrestrial photogrammetry and finite elements, Advances in Engineering Software. 101, 136–148. doi: 10.1016/j.advengsoft.2015.12.007.
8. Valente, M. & Milani, G. (2016) Seismic assessment of historical masonry towers by means of simplified approaches and standard FEM. Construction and Building Materials, 108, 74–104. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2016.01.025.

9. Aguilar, R., Noel, M. F. & Ramos, L. F. (2019) Integration of reverse engineering and non-linear numerical analysis for the seismic assessment of historical adobe buildings. Automation in Construction. 98, 1–15. doi: 10.1016/j.autcon.2018.11.010.
10. Betti, M. & Galano, L. (2012) Seismic Analysis of Historic Masonry Buildings: The Vicarious Palace in Pescia (Italy). Buildings, 63–82. doi: 10.3390/buildings2020063.
11. Pachón, P., Castro, R., García-macías, E., Compan, V. & Puertas, E. (2018) E. Torroja’s bridge: Tailored experimental setup for SHM of a historical bridge with a reduced number of sensors. Engineering Structures. 162, 11–21. doi: 10.1016/j.engstruct.2018.02.035.
12. Ercan, E. (2018) Assessing the impact of retrofitting on structural safety in historical buildings via ambient vibration tests. Construction and Building Materials, 164, 337–349. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2017.12.154.
13. Sarhosis, V., Garrity, S. W. & Sheng, Y. (2015) Influence of brick – mortar interface on the mechanical behaviour of low bond strength masonry brickwork lintels. Engineering Structures. 88, 1–11. doi: 10.1016/j.engstruct.2014.12.014.
14. ANSYS. (2019). Swanson Analysis System, U.S.A.
15. Simos, N., Manos, G. C. & Kozikopoulos, E. (2018) Near- and far-field earthquake damage study of the Konitsa stone arch bridge. Engineering Structures, 177, 256-267. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2018.09.072
16. Chen, X., Qi, X. & Xu, Z. (2019). Determination of weathered degree and mechanical properties of stone relics with ultrasonic CT: A case study of an ancient stone bridge in China, Journal of Cultural Heritage, 42, 131–138. https://doi.org/10.1016/j.culher.2019.08.007
17. Castro, A.B., Sancez-Aparicio, L.J., Ramos L.F., Sena-Cruz, C. & Gonzalez-Aguilera, D., (2018). Integrating geomatic approaches, Operational Modal Analysis, advanced numerical and updating methods to assess the current security conditions of the historic Bôco Bridge, Construction and Building Metarials, 185, 961-984. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.10.084
18. Tanrıverdi, M. (2019). Geçmişten Günümüze Tarihi Köprüler, Yüksek Lisans Tezi, Harran Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Şanlıurfa.
19. Arede, A., Almeida, C., Costa, C., Costa, A., (2019). In-situ and lab tests for mechanical characterization of stone masonry historical structures, Construction and Building Metarials, 220, 503-515 https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.06.039
20. Türkiye Deprem Tehlike Haritası, TBDY 2018, https://deprem.afad.gov.tr/deprem-tehlike-haritasi (Axess: 22.04.2020)
21. Yeşilbaş, E. (2016). Muş Murat Köprüsü Sanat Tarihi Raporu
22. Öztürk, S. (2005). Muş Murat Köprüsü Rölöve-Restitüsyon ve Restorasyon Projelerine ait Çalışma Dostyası
23. Ural, A. (2005). Tarihî Kemer Köprülerin Sonlu Eleman Metoduyla Analizi. Deprem Sempozyumu, Mart, Kocaeli, Türkiye, 408-413.
24. Ural, A. (2017). Muş Murat Köprüsü Yapısal Analiz ve Değerlendirme Raporu
25. Akan, E. A. & Özen, Ö., (2005) Bursa Yeşil Türbenin Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Deprem Analizi, Deprem Sempozyomu, Mart, Kocaeli, Türkiye, 758-762.
26. Fuat, A., Ergün, M., Günaydin, M. & Can, A. (2019). Dynamic analyses of experimentally-updated FE model of historical masonry clock towers using site-specific seismic characteristics and scaling parameters according to the 2018 Turkey building earthquake code. Engineering Failure Analysis. 105, 402–426. doi: 10.1016/j.engfailanal.2019.06.054.
27. Terzi, V. G. & Ignatakis, C. E. (2018). Nonlinear finite element analyses for the restoration study of Xana, Greece. Engineering Structures. 167, 96–107. doi: 10.1016/j.engstruct.2018.04.034.
28. Güney, D. (2011) 23 Ekim 2011 Van Depremi Teknik İnceleme Raporu, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul
29. Alkan, A., Baykan, O., Atalay, A., Baykan, N. & Öziş, Ü. (2011). Su Yapıları Olarak Anadolu’daki Taş Köprüler, 2. Su Yapıları Sempozyumu 16-18 Eylül 2011