Çevresel titreşim kaydı ile Fatih Sultan Mehmet (FSM) Asma Köprüsü elemanlarına ait kuvvetlerin tayin edilmesi

Asma köprüler, ulaşım sistemlerinde kritik öneme sahip yapılardır. Son yıllarda inşa edilen çoğu asma köprü, dinamik özelliklerinde herhangi bir değişikliği tespit ve takip etmek için izleme sistemlerine sahiptirler. Bu tür sistemler, köprünün ömrü boyunca bakım maliyetini düşürmek, ayrıca büyük depremler ve kuvvetli rüzgarların neden olduğu aşırı yükleme durumlarında yapısal güvenliği değerlendirmek için faydalıdır. Asma köprülerdeki izleme sistemlerinden gelen verilerin analizi için standart yaklaşım, her bir modal frekans, sönümleme oranı ve mod şekli tarafından tanımlanan dinamik tepkinin modal tepkilerin toplamı olarak titreşim kayıtlarından tanımlanan modal analiz olmuştur. Teorik olarak, modal analiz, kütle ve/veya rijitlik orantılı viskoz sönümleme lineer yapılar için uygundur. Modal analiz birçok nedenden dolayı asma köprüler için uygun değildir. Tipik bir asma köprünün dinamik davranışı lineer değildir. Boyutları ve esnekliği onları geometrik olarak doğrusal olmayan hale getirir. Bununla beraber, kütleleri sabit değildir. Modern asma köprülerdeki toplam kütlenin önemli bir kısmı olabilen hafif çelik tabliye, hareketli trafik yükler nedeniyle zamana bağlı değişen kütleye sahiptir. Ayrıca, asma köprülerdeki tüm kayıtlar, tanımlanan sönümlemenin, klasik modal sönümleme gerekliliklerini (yani, kütle ve/veya rijitlik orantılı) karşılamadığını ve viskoz bir tip olmadığını göstermektedir. Bu nedenle, asma köprülerden titreşim verilerinin analizi için alternatif yöntemlere ihtiyaç vardır. Bu çalışma, asma köprülerin titreşim kayıtlarından sistem tanımlaması için alternatif bir yöntem sunmaktadır. Köprünün modal özelliklerini belirlemek yerine, bu yöntem ana köprü elemanlarındaki kuvvetleri (yani ana açıklık, kenar açıklık ve askı kabloları ve kuleler) tanımlamayı amaçlar. Bazı basitleştirici varsayımlara dayanarak, bu çalışma öncelikle eleman kuvvetlerini, bu elemanın temel frekansı ile ilişkilendiren denklemleri geliştirir. Elemanların temel frekansları, elemanlar üzerinde alınan ortam titreşim kayıtlarından tanımlanmaktadır. Geliştirilen denklemleri kullanarak her bir elemandaki kuvvetler hesaplanmaktadır ve eleman birleşim yerlerindeki sınır koşullarını sağladıklarını doğrulamak için çapraz kontrol edilir. Metodoloji, İstanbul'daki asma köprülerden birinin titreşim kayıtları kullanılarak test edilmiştir. Mevcut durumda İstanbul boğazında üç adet asma köprü bulunmaktadır ve tümünde gerçek zamanlı izleme sistemleri bulunmaktadır. Bu köprüler İstanbul'un Asya ve Avrupa bölgelerini birbirine bağlar ve şehir için kritik öneme sahiptirler. Test için kullanılan köprü, günlük yaklaşık 200,000 araçlık trafik yükü ile Boğaz'ın ilk ve üçüncü asma köprüleri arasında bulunan Fatih Sultan Mehmet (FSM) köprüsü olarak bilinen ikinci Boğaziçi köprüsüdür. Köprü, 44 kanallı ivme sensöründen oluşan gerçek zamanlı Yapısal Sağlığı İzleme sistemi ile izlenmektedir. Köprü elemanlarındaki kuvvetler bu çalışmada sunulan yöntem ile hesaplanmaktadır. Sonuçlar, önceki araştırmalardan elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır (örneğin, saha testleri, analitik modeller ve tasarım hesapları) ve tutarlı olduğu bulunmuştur. Bu çalışma ortam titreşim kayıtlarından tespit edilen elemanların temel frekanslarının, asma köprü elemanlarındaki kuvvetleri tayin etmenin basit bir yolunu sağladığını göstermektedir.