Osmangazi Köprüsüne etkiyen rüzgâr yüklerinin sayısal modelleme ile incelenmesi

Abstract

Rüzgâr yükleri, çeşitli yapıların tasarımında önemli dinamik yüklerdir. Özellikle, ulaştırma, yapı ve akışkanlar mekaniği gibi farklı disiplinlerin bir arada değerlendirilmesini gerektirdiği için özel bir mühendislik problemi olarak gösterilebilir. Gelişen teknikler ile birlikte, artan ihtiyaçlara cevap vermek adına köprü ve köprüyol tasarımları daha geniş ve daha yüksek açıklıkları aşmak için sınırları zorlamaktadır. Bu özelliklerdeki yapıların aerodinamik açıdan değerlendirilebilmesi için hazırlanmış yönetmelikler ve rüzgâr tüneli testleri kullanılmaktadır. Ancak, söz konusu yöntemlerin içerdiği kısıtlamalar ve dezavantajlar, sayısal model çalışmalarını daha önemli bir hale getirmiştir. Geliştirilen sonlu elemanlar uygulamaları, başarılı sınır koşulu ve türbülans modelleri ile birlikte yüksek performanslı bilgisayarlar kullanılarak her türlü geometrik yapı için yüksek hassasiyette hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri yapabilmek mümkün hale gelmiştir. Bu çalışmada, Osmangazi Köprüsü tabliyesinin, farklı rüzgar hızları ve farklı türbülans modelleri için aerodinamik analizi sayısal olarak gerçekleştirilmiştir. Köprüye etki eden rüzgâr yükleri, aerodinamik kuvvetler olarak değerlendirilmiştir.  Sonuç olarak, köprü tabliyesinin geometrik olarak akıma uyumlu bir yapıda tasarlandığı ve bu nedenle oluşan rüzgâr direncinin oldukça düşük olduğu tespit edilmiştir.

Keywords

• HAD,Aerodinamik analiz,Köprü tasarımı

Investigation of wind loads on the Osmangazi Bridge with numerical modeling

Abstract

Wind loads are crucial dynamic load for various structures. It is a unique engineering problem particularly because it requires the combined expertise of transportation, structure and fluid mechanics engineers. With the advancing techniques and technologies, also to answer the increasing demand, the design of bridges and bridge-ways tends to move towards wider structures with longer spans. Typically, standards and widn tunnel tests are used to evaluate the design of structures with such characteristics aerodynamically. However, the limitations and disadvantages of these methods make numerical modeling efforts more important. The developed finite element methods, applications of successful boundary conditions and tubulence models together with high performance computing power makes is possible to analyze structures with various geometries with computational fluid dynamics method. In this study, anerodynamic analysis of The Osmangazi Bridge deck slab under a number of wind speeds and turbulence models were performed numerically. The wind loads acting on the bridge were evaluated as the aerodynamic loads. The results show that the deck slab cross section is well streamlined and the wind resistance of the structure is quite low.

Keywords

• CFD,Aerodynamic analysis,Bridge design

References

1. Billah KY, Scanlan RH. “Resonance, Tacoma Narrows bridge failure, and undergraduate physics textbooks”. Am. J. Phys., 59(2), 118-124, 1991.
2. Larsen A. “Aerodynamics of the Tacoma Narrows Bridge-60 Years Later”. Structural Engineering International. 10(4), 243-248, 2000.
3. Scanlan RH, Sabzevari A. “Suspension bridge flutter revised”. Amer. Soc. Civil Eng., National Meeting on Structural Engineering, Preprint No. 468, 1967.
4. Airong C, Rujin M, Dalei W. “Aerodynamic problems of cable-stayed bridges spanning over one thousand meters”. Engineering Sciences, 7(3), 16-22, 2009.
5. Şafak E. “Yüksek Yapılardaki Rüzgar Yüklerinin Hesabı”. Türkiye Mühendislik Haberleri, 471, 57(1), 2012.
6. Nozawa K, Tamura T. “Large eddy simulation of the flow around a low-rise building immersed in a rough-wall turbulent boundary layer”. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 90(10), 1151-1162, 2002.
7. ANSYS CFX-Pre User’s Guide, Canonsburg, PA US, Release 15, (2013).
8. Irwin PA. “Bluff body aerodynamics in wind engineering”. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 96, 701–712, 2008.

9. Lopes AV, Cunha A, Simões LMC. “CFD based evaluation of the serviceability conditions of a cable stayed bridge under wind load”. Eurodyn Conference, Paris, France, 4-7 September 2005.
10. AASHTO LRFD 7th Ed. Bridge Design Specifications 2014.
11. ASCE 7-02. Second Edition. Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures 2013.
12. EN 1991-1-1 Eurocode 1: “Actions on Structures”, 2002.
13. TS EN 1991-1-3. “Yapılar Üzerindeki Etkiler”, 2007
14. TS 498. “Yapı Elemanlarının Boyutlandırılmasında Alınacak Yüklerin Hesap Değerleri” 1997.
15. İstanbul Büyükşehir Belediyesi. “Yüksek Binalar Rüzgâr Yönetmeliği”. İstanbul, Türkiye, Versiyon 5, 2009.
16. Kiricci V. Osman Gazi Köprüsüne Etkiyen Rüzgâr Yüklerinin HAD Metodu ile İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi. Anadolu Üniversitesi, Eskişehir, Türkiye, 2016.
17. OTOYOL Yatırım ve İşletme AŞ. Web sitesi: http://yapim.otoyolas.com.tr/?page_id=5328.
18. Kelkar KM, Patankar SV. “Numerical prediction of vortex shedding behind a square cylinder”. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 14, 327-341, 1992.
19. Sohankar A, Davidson L, Norberg C. “Low- Reynolds- number flow around a square cylinder at incidence: study of blockage, onset of vortex shedding and outlet boundary condition”. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 26, 39-56, 1998.
20. Wang Z. Experimental and CFD Investigations of the Megane Multi-Box Bridge Deck Aerodynamic Characteristics. Master Thesis, University of Ottawa, Canada, 2015.
21. Shirai S, Ueda T. "Aerodynamic Simulation by CFD on Flat Box Girder of super-long-span Suspension Bridge". Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 91, 279-290, 2003.
22. Abdel-Aziz A, Attia WA “Aeroelastic Investigation of Different Deck Sections for Suspension Bridges by Numerical Analysis”. International Journal of Engineering and Innovative Technology, 4(12), 49-57, 2015.
23. Haque MN, Katsuchi H, Yamada H, Nishio M. “Flow field analysis of a pentagonal-shaped bridge deck by unsteady RANS”. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 10(1), 1-16, 2016.
24. Keerthana M, Harikrishna P. “Application of CFD for assessment of galloping stability of rectangular and H-sections”. Journal of Scientific and Industrial Research, 72, 419-427, 2013.
25. Fransos D. Stochastic Numerical Models for Wind Engineering. PhD Dissertation, Politecnico di Torino, Italy, 2008.