EVALUATION OF EARTHQUAKE BEHAVIOR OF A HISTORICAL MASONRY ARCH BRIDGE

Öz

Historical masonry arch bridges are one of most important structures which transfer to cultural heritage of ancient civilizations to the present. These bridges have been one of the most important elements of transportation, trade and architecture in the past. However, nowadays, with the development of new construction materials and methods, masonry arch bridges are no longer constructed. These structures can be damaged by external factors such as earthquakes, floods, fires and wars. There are various studies that are carried out in order to determine the earthquake behaviour of the historical masonry arch bridges. The main objective of this study is to investigate the behaviour of the single span masonry arch bridge under earthquake effects by performing linear dynamic analyses. For this purpose, a single-span masonry arch bridge is considered as a numerical example. Three dimensional finite element model of the bridge has been created by using ANSYS finite element software into account with the macro modelling approach. Because of the location of the bridge, the acceleration records of the 2011 Simav and 2002 Sultandağı earthquakes were used as a seismic effect in the linear dynamic analyses. The displacements and maximum-minimum principal stresses of the bridge were obtained from the analyses and the seismic responses of the bridge were evaluated.

Anahtar Kelimeler

• Masonry arch bridges
• Finite element model
• Macro modelling approach
• Linear dynamic analyses

TARİHİ YIĞMA BİR KÖPRÜNÜN DEPREM DAVRANIŞININ DEĞERLENDİRİLMESİ

Öz

Tarihi yığma kemerli köprüler eski dönemlerden beri geçmiş uygarlıkların kültürel mirasını günümüze aktaran en önemli yapılardan biridir. Tarihi yığma kemerli köprüler geçmişte ulaşım, ticaret ve mimarinin en önemli unsurlarından biridir. Ancak yeni yapı malzemelerinin ve yapım yöntemlerinin gelişmesiyle günümüzde artık yığma kemerli köprüler inşa edilmemektedir. Bu yapılar deprem, sel, yangın ve savaşlar gibi dış etkenlerle zarar görebilmektedir. Ülkemizde de tarihi köprüler gibi geçmişi günümüze bağlayan önemli mühendislik yapılarının mevcut durumlarının tespit edilerek geleceğe güvenle devredilmesi amacıyla çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmanın temel hedefi tarihi yığma kemerli bir köprünün lineer dinamik analizlerini gerçekleştirerek köprünün deprem etkisi altındaki davranışını incelemektir. Bu amaçla tek açıklıklı yığma kemerli bir köprü sayısal örnek olarak ele alınmıştır. Köprünün 3 boyutlu sonlu elemanlar modeli ANSYS sonlu elemanlar programı ile makro modelleme yaklaşımı dikkate alınarak oluşturulmuştur. Lineer dinamik analizlerde köprünün bulunduğu konum da göz önünde bulundurularak 2011 Simav ve 2002 Sultandağı depremlerine ait ivme kayıtları sismik etki olarak kullanılmıştır. Yapılan analizlerden köprüye ait yer değiştirmeler ve maksimum-minimum asal gerilmeler elde edilmiş ve köprünün sismik tepkileri değerlendirilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Yığma kemerli köprüler
• Sonlu elemanlar modeli
• Makro modelleme
• Lineer dinamik analiz

Kaynakça

1. [1] Karayolları Genel Müdürlüğü (KGM), Tarihi Köprüler Şubesi Müdürlüğü Envanteri, Ankara, 2012. [2] P. J. Fanning, and T. E. Boothby, “Three-dimensional modelling and full-scale testing of stone arch bridges,” Computers and Structures, vol. 79, pp. 2645-2662, 2001. [3] A. Ural, “Tarihi kemer köprülerin sonlu eleman metoduyla analizi,” Deprem Sempozyumu, Kocaeli, Türkiye, 23-25 Mart 2005. [4] A. Bayraktar, A. C. Altunışık, T. Türker, ve B. Sevim, “Tarihi köprülerin deprem davranışına sonlu eleman model iyileştirilmesinin etkisi,” Altıncı Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, İstanbul, Türkiye, 16-20 Ekim 2007. [5] L. Pela, A. Aprile, and A. Benedetti, “Seismic assessment of masonry arch bridges,” Engineering Structures, vol. 31, pp. 1777-1788, 2009. [6] E. Sayın, M. Karaton, B. Yön, ve Y. Calayır, “Tarihi uzunok köprüsünün yapı zemin etkileşimi dikkate alınarak doğrusal olmayan dinamik analizi,” 1. Türkiye Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı, Ankara, Türkiye, 11-14 Ekim 2011. [7] B. Sevim, A. Bayraktar, A. C. Altunışık, S. Atamtürktür, and F. Birinci, “Assessment of nonlinear seismic performance of a restored historical arch bridge using ambient vibrations,” Nonlinear Dynamics, vol. 63, no. 4, pp. 755-770, 2011. [8] F. M. Halifeoğlu, H. Sert, ve S. Yılmaz, “Tarihi Kurt köprüsü (Mihraplı köprü, Vezirköprü) restorasyonu proje ve uygulama çalışmaları,” METU JFA, vol. 30, no. 2, pp. 81-104, 2013. [9] H. Gonen, M. Dogan, M. Karacasu, H. Ozbasaran, and H. Gokdemir, “Structural failures in retrofit historical murat masonry arch bridge,” Eng. Fail. Anal., vol. 35, pp. 334–342, 2013. [10] A. D'Ambrisi, F. Focacci, R. Luciano, V. Alecci, and M. De Stefano, “Carbon- frcm materials for structural upgrade of masonry arch road bridges,” Composites Part B: Engineering, vol. 75, pp. 355-366, 2015. [11] P. Zampieri, M. A. Zanini, and F. Faleschini, “Influence of damage on the seismic failure analysis of masonry arches,” Construction and Building Materials, vol. 119, pp. 343-355, 2016. [12] A. Özmen, and E. Sayın, “Seismic assessment of a historical masonry arch bridge,” Journal of Structural Engineering & Applied Mechanics, vol. 1, no.2, pp. 95-104, 2018. [13] T. Acar, “Eskigediz’de (Kütahya) su mimarisi: köprüler, çamaşırhaneler, su kemerleri ve su deposu,” Uluslararası Folklor Akademi Dergisi, vol. 2, no. 1, pp. 1-32, 2019. [14] P.B. Lourenço, “Computational strategies for masonry structures,” Ph.D. Thesis, Delft Technical University of Technology, The Netherlands, 1996. [15] L. Pela, A. Aprileb, and A. Benedettic, “Comparison of seismic assessment procedures for masonry arch bridges,” Constr. Build. Mater., vol. 38, pp. 381-394, 2013. [16] P. Zampieri, M. A. Zanini, and C. Modena, “Simplified seismic assessment of multi-span masonry arch bridges,” Bull. Earthq. Eng., vol. 13, no. 9, pp. 2629-2646, 2015. [17] E, Sayın, “Yığma yapıların lineer olmayan statik ve dinamik analizi”, Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İnşaat Müh Anabilim Dalı, Elazığ, 2009. [18] ANSYS, 2015, Finite Element Software, Swanson Analysis System, Inc., Houston, TX, USA. [19] A.C Altunışık, A. Bayraktar, B. Sevim, and F. Birinci, “Vibration-based operational modal analysis of the Mikron historic arch bridge after restoration,” Civ. Eng. Envir. Syst., vol. 28, no. 3, pp. 247-259, 2011. [20] A. Brencich, and D. Sabia, “Experimental identification of a multi-span masonry bridge: The Tanaro Bridge,” Construction and Building Materials, vol. 22, pp. 2087-2099, 2008. [21] H. Güllü, Tarihi yığma yapılı Cendere köprüsünün deprem etkisinin incelenmesi,” Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, cilt 7, sayı 1, 245-259, 2018. [22] Seismomatch, 2018, Seismosoft Ltd., Pavia, Italy.