6 Şubat 2023 Kahramanmaraş Depremlerinin Demiryolu Üstyapısına Etkilerinin Saha Gözlemleri ve Sonlu Eleman Analizleriyle İncelenmesi

Year 2023, Issue: 18, 59 - 72, 31.07.2023

Ferhat Çeçen

https://doi.org/10.47072/demiryolu.1294730

Cited By: 1

Abstract

Tünel, köprü, viyadük gibi çeşitli demiryolu altyapı elemanlarının depreme dayanıklı tasarımı günümüze kadar geniş ölçekte araştırılmıştır. Ancak demiryolu traverslerinin “hattın depreme dayanıklılığının arttırılması” açısından sağlayabileceği potansiyel faydalar, standartlarda yer edinmemiş ve literatürde yeterli düzeyde araştırılmamıştır. Bu çalışmada, dünyadaki diğer örneklerinde olduğu gibi, 6 Şubat 2023 Kahramanmaraş depremleri ardından da gözlemlenen “S-tipi üstyapı hatalarının” esas nedenleri araştırılmıştır. Bu kapsamda, Gölbaşı-Kapıdere İstasyonları arasındaki yaklaşık 5140 metrelik demiryolu güzergâhında gözle muayeneler gerçekleştirilmiş ve bu hattın ANSYS® sonlu eleman modeli hazırlanarak modal analizlere tabi tutulmuştur. Gözlem ve analiz sonuçlarına göre, yekpare traversler kullanılan balastlı demiryolu üstyapılarının, standartlara tam olarak uygun olsa dahi, depreme karşı nispeten düşük dayanıklılığa sahip olduğu ve S-tipi hatalara sebebiyet verebildiği belirlenmiştir. Bu bağlamda, ülkemizde son yıllarda geliştirmeye alınan H-tipi traverslerin alternatif bir çözüm sunabileceği düşünülerek, bu yeni travers modelinin karşılaştırmalı modal analizleri yapılmıştır. Çalışma sonunda, H-tipi traversler içeren modelin, depreme ait yanal ivme kayıtlarının spektrum şiddetlerinin yoğun olduğu 2-15 Hz frekans bandından uzaklaşmakta fayda sağladığı ve ilk üç yatay rezonans frekansının; yekpare traversli konvansiyonel hatta göre sırasıyla %109, %89 ve %72 daha yüksek sonuçlandığı tespit edilmiştir.

Keywords

6 Şubat 2023 Kahramanmaraş-Türkiye depremleri, Türkiye-Suriye depremleri, S-tipi demiryolu hataları, Termal burulmalar, Depreme dayanıklı demiryolu üstyapısı tasarımı

Thanks

Yazar, bu çalışmadaki destek ve katkılarından dolayı TCDD Sivas 4. Bölge Müdürlüğü ve Malatya 5. Bölge Müdürlüğü yetkili ve personellerine ve ayrıca Erciyes Üniversitesi öğretim üyeleri Prof. Dr. Bekir AKTAŞ ve Dr. Ahmet ÖZBAYRAK’a teşekkürlerini sunar. Ayrıca çalışmayı, depremler etkisiyle bölgede hayatını ve sevdiklerini kaybeden vatandaşlarımıza, bölge halkının yeniden normal hayatlarına dönebilmeleri için geceli-gündüzlü çalışan Devlet ve sivil toplum kuruluşu yetkililerine-çalışanlarına ve ülkemiz içinden-dışından küçük-büyük yardımlarını esirgemeyen tüm hayırseverlere ithaf eder.

Investigation of the Effects of the 6 February 2023 Kahramanmaraş-Türkiye Earthquakes on the Railway Superstructure by Field Observations and Finite Element Analysis

Abstract

The earthquake-resistant design of various railway infrastructure elements, such as tunnels, bridges and viaducts, has been extensively investigated. However, standards have not included the potential benefits of railway sleepers in terms of "increasing the earthquake resistance of the railways", and this issue has not been investigated enough in the literature. Therefore, this study investigated the main causes of typical "S-shaped" railway faults observed after several earthquakes in the world and similarly after the 6 February 2023 Kahramanmaraş-Türkiye earthquakes. In this context, approximately 5140 meters of field investigation between the Gölbaşı and Kapıdere Train Stations was carried out. After this, the ANSYS® finite element model of the investigated track was prepared and subjected to modal analysis. As a result, it has been determined that ballasted railway superstructures using mono-block sleepers have lower resistance to earthquakes, even if completely conforming to standards, and can cause S-shaped railway faults. As an alternative, the H-type sleepers, recently developed in Türkiye, can offer a solution. Therefore comparative modal analyzes of this new sleeper model have been made. At the end of the study, it was concluded that the model with H-type sleepers was beneficial in shifting the track resonances away from the 2-15 Hz frequency band, where the spectrum magnitudes of the lateral acceleration records of the earthquake were intense. This new model's first three lateral resonance frequencies were 109%, 89% and 72% higher, respectively.

Keywords

6 February 2023 Kahramanmaraş-Türkiye earthquakes, Turkey-Syria earthquakes, S-shaped railway faults, Sun kinks, Earthquake-resistant railway superstructure design

References

• [1] F. Çeçen, B. Aktaş, “Yeni Nesil Demiryolu Traversleri ve Yerli FRP Donatı Kullanımının Deneysel Araştırması,” Demiryolu Mühendisliği, vol. 13, pp. 53-64, Ocak 2021, doi: https://doi.org/10.47072/demiryolu.803452
• [2] F. Çeçen, “Demiryolu Traverslerinde Yerli Lamine CFRPU Donatı Kullanımının Deneysel Ve Sayısal İncelenmesi,” Doktora Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Erciyes Üniversitesi, Kayseri, Türkiye, 2023
• [3] F. Çeçen, “Karbon – fiber donatıyla öngerilmesiz monoblok demiryolu beton traversi geliştirilmesi,”Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gazi Osman Paşa Üniversitesi, Tokat, Türkiye, 2019
• [4] “Center for Railway Earthquake Engineering Research,” [Online]. Available: https://www.rtri.or.jp/eng/rd/division/rd61/ [accessed May 04 2023].
• [5] D. Petley, “Distorted railway lines in the Christchurch Earthquake,” 2011, [Online]. Available: https://blogs.agu.org/landslideblog/2011/03/08/distorted-railway-lines-in-the-christchurch-earthquake/ [accessed May 04 2023].
• [6] H. G. Demiralp, “Depremin Kanalizasyon Ve İçmesuyu Sistemlerine Etkisi,” Uzmanlık Tezi, İller Bankası Anonim Şirketi, 2017. Available: https://www.ilbank.gov.tr/userfiles/files/uzmanliktezleri/14704.pdf
• [7] Quora, “What happened to the road in normal fault?,” [Online]. Available: https://www.quora.com/What-happened-to-the-road-in-normal-fault [accessed May 04 2023].
• [8] TRT Haber, “Deprem tren raylarının bükülmesine sebep oldu,” 2023, [Online]. Available: https://www.trthaber.com/videolar/deprem-tren-raylarinin-bukulmesine-sebep-oldu-66473.html [accessed May 04 2023].
• [9] T. Cook, “Variations in Creep Along One of Earth’s Most Active Faults,” 2019, [Online]. Available: https://eos.org/research-spotlights/variations-in-creep-along-one-of-earths-most-active-faults [accessed May 04 2023].
• [10] T.C. İçişleri Bakanlığı Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı (AFAD), “06 Şubat 2023 Pazarcik (Kahramanmaraş) Mw 7.7 Elbistan (Kahramanmaraş) Mw 7.6 Depremlerine İlişkin Ön Değerlendirme Raporu,” 9 Şubat 2023, [Online]. Available: https://deprem.afad.gov.tr/assets/pdf/Kahramanmaras%20%20Depremleri_%20On%20Degerlendirme%20Raporu.pdf [accessed May 04 2023].
• [11] Düzce Üniversitesi-Sakarya Üniversitesi-Karadeniz Teknik üniversitesi-Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi-Sivas Cumhuriyet Üniversitesi-Giresun Üniversitesi, “6 Şubat 2023 Kahramanmaraş (Pazarcık Mw=7.7 ve Elbistan Mw=7.6) Depremleri ve Artçılarını, Saha Gözlemlerini, Yapısal Hasarları ve İleriye Yönelik Önerileri İçeren Değerlendirme Raporu,” Nisan 2023. [Online]. Available: https://www.researchgate.net/publication/370003182_Kahramanmaras_Deprem_Raporu [accessed May 04 2023].
• [12] İstanbul Teknik Üniversitesi, “6 Şubat 2023 04.17 Mw 7.8 Kahramanmaraş (Pazarcık, Türkoğlu), Hatay (Kırıkhan), 13.24 Mw 7.7 Kahramanmaraş (Elbistan, Nurhak-Çardak) depremleri ön inceleme raporu,” Şubat 2023. [Online]. Available: https://www.izmimod.org.tr/haberler/itu-06-subat-2023-depremi-on-inceleme-raporu [accessed May 04 2023].
• [13] F. Çeçen, B. Aktaş, “Lamine CFRP Donatılı Traverslerin Deneysel ve Sonlu Eleman Analizleriyle İncelenmesi,” Demiryolu Mühendisliği, vol. 14, pp. 26-38, Temmuz 2021, doi: https://doi.org/10.47072/demiryolu.869946
• [14] F. Çeçen, B. Aktaş, “Modal and harmonic response analysis of new CFRP laminate reinforced concrete railway sleepers,” Engineering Failure Analysis, vol. 127, ID: 105471, Eylül 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2021.105471
• [15] F. Çeçen, B. Aktaş, H. Öztürk, İ. Ş. Öztürk, M. B. Navdar, “Comparative modal analysis of B70 and LCR-6 type railway sleepers after repeated impact loads,” Construction and Building Materials, vol. 336, ID: 127563, Haziran 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.127563
• [16] F. Çeçen, B. Aktaş, H. Öztürk, M. B. Navdar, İ. Ş. Öztürk, “Behaviour of new LCR and ordinary prestressed concrete railway sleepers under repeated impact loads,” Construction and Building Materials, vol. 319, ID: 126151, Şubat 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.126151
• [17] “Bahnschwelle,” [Online]. Available: https://de.wikipedia.org/wiki/Bahnschwelle [accessed May 17 2023].
• [18] F. Çeçen, A. Özbayrak, B. Aktaş, “Experimental modal analysis of fly ash-based geopolymer concrete specimens via modal circles, mode indication functions, and mode shape animations,” Cement and Concrete Composites, vol. 137, ID: 104951, Mart 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2023.104951