Köprüler için farklı yapı-zemin-etkileşim yaklaşımlarının değerlendirilmesi ve karşılaştırılması

Geçtiğimiz son elli yılda, genişleyen yerleşim alanlarının ulaşım ihtiyacını karşılayabilmek için zemin koşullarına bakılmaksızın köprü inşası oldukça artmıştır. Yönetmeliklerde uzun zamandır Yapı-Zemin-Etkileşim prosedürleri binaların performansa dayalı tasarım için açıkça tanımlanmış olmasına rağmen, köprüler için açıkça belirtilmemiştir. Performansa dayalı köprü tasarımlarında Yapı-Zemin-Etkileşim problemlerini çözmek için direkt metot ve altyapı metodu olmak üzere iki ana yaklaşım bulunmaktadır. Direkt metotta, köprü ve zemin sistemleri ana kayada tanımlanan sismik etkiler altında tek bir sistem olarak analiz edilmektedir. Direkt metoda alternatif bir yaklaşım olan alt-sistem metodunda ise problemi çözmek için kinematik etkileşim ve eylemsizlik etkileşimi olarak adlandırılan iki aşamalı sistem kullanılır. Kinematik etkileşimde kazıklı temel sistemine sahip köprülerin doğrusal olmayan davranışı incelenirken; eylemsizlik etkileşimi üstyapının doğrusal olmayan davranışını incelemek için kullanılır. Bu çalışmada, iki farklı köprünün doğrusal tasarımı, geometri ve açıklık sayısı açısından tanıtılmıştır. Köprü-1 eşit olmayan kolon yüksekliklerine sahip üç açıklıklı iken Köprü-2 aynı geometrili kolonlara sahip dört açıklıklı bir köprüdür. Her iki köprü de performansa dayalı köprü analizlerinde kullanılan sismik kayıtların serbest-zemin analizine göre oluşturulmuş elastik davranış spektrumuna göre tasarlanmıştır. AASHTO LRFD Sismik Tasarım Rehberi Madde 4.7.4.3.4 (AASHTO, 2012)'de verilen kriterlere göre 19 farklı kayıt seçilip ölçeklendirilmiştir. Köprülerde kuvvete ve performansa dayalı tasarım kriterlerine göre zemin parametreleri seçilerek sismik kayıtların serbest-zemin analizi gerçekleştirilmiştir. İkincisi, bu çalışmada köprüleri oluşturan yapıların davranışını araştırmak için zaman tanım aralığında doğrusal olmayan analizler yapılmıştır. Her iki köprünün de doğrusal olmayan davranışı alt-sistem metodunun kinematik ve eylemsizlik etkileşimi ile elde edilmiştir. Yapıların davranışı belirtilen kombinasyon kurallarına göre birleştirilmiştir. Son olarak, bu yöntemlerin sonuçları ve farklı analiz metotlarına göre yapıların doğrusal davranışları bu çalışmada karşılaştırılmıştır.