Tarihi yığma taş kemer köprülerin yapısal davranışlarının incelenmesi

Tarihi yapılar, kültürel mirasımızın büyük bir çoğunluğunu oluşturmaktadır. Tarihi yapılar için mevcut yapı stoku tarihi camiler, köprüler, kiliseler, saraylar, tarihi hamamlar, okullar ve konutlardan oluşmaktadır. Tarihi köprüler ise bu eserler içerisinde önemli bir yere sahiptir ve bunların büyük bir çoğunluğu taş yığma kemerli köprüdür. Bu eserlerin bir kısmı günümüze kadar ulaşamamış olsa da önemli bir kısmı varlığını sürdürmektedir. Oldukça zengin olan tarihi yığma köprü mirasımızın korunarak gelecek nesillere aktarılması ulusal ve uluslararası öncelikli hedefler arasındadır. Tarihi yığma köprüler çoğunlukla şehir merkezlerinden uzakta kalmış eserler oldukları için yeterli bakım ve onarım görememiştir. Son zamanlarda bu yapıların önemlerine dikkat çekilerek, çok sayıda restorasyon projesi Karayolları Genel Müdürlüğü tarafından yürütülmüştür. Ülkemizdeki tarihi yığma köprülerin büyük bir bölümü taş kemer köprü olarak inşa edilmiştir ve ilgili literatürde, bunların yapısal olarak değerlendirmeleri amacıyla modellenmesi ve analizi ile ilgili yapılmış birçok çalışma mevcuttur. Tarihi taş köprülerin performans analizleri basitleştirilmiş analitik yöntemlerle yapılabileceği gibi, bilgisayar teknolojisi yardımı ile sayısal yöntemlerle de yapılabilir. Doğru sonuç alınabilen ve hesaplaması masraflı olmayan doğru model yaklaşımın seçilmesi ve malzeme özelliklerine karar verilmesi, modelleme aşamasının önemli adımlarıdır. Basit ve hızlı değerlendirme yöntemleri genellikle doğrusal elastik ve izotropik malzeme modelini esas alırken; karmaşık ve ayrıntılı yöntemler, malzemenin doğrusal olmayan elastik ötesi davranışını dikkate alan modeller kullanmaktadır. Tarihi köprülerin yapısal analizi tarih boyunca geliştirilen birçok yöntem kullanılarak yapılmış ve değerlendirilmiştir. Geliştirilen sayısal yöntemlerden biri olan sonlu elemanlar yöntemi, tarihi yapıların yapısal analizinde oldukça yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Sonlu elemanlar sayısal yönteminde 3 farklı modelleme yaklaşımı mevcuttur. Bu yöntemler sırasıyla mikro modelleme, basitleştirilmiş mikro modelleme ve makro modellemedir. Bu çalışmada, sonlu elemanlar yöntemi ile makro modelleme yaklaşımı kullanılarak Artuklu ve Osmanlı dönemlerine tarihlenen, açıklık, yükseklik ve uzunluk gibi farklı geometrik özelliklere sahip Dicle (On Gozlu) köprüsü, Malabadi köprüsü, Papaz köprüsü ve Sinanlı-Alpullu köprüsü modellenmiştir. Çalışmada farklı boyutlarda ağ örgüsü ile tasarlanmış köprü modellerinin sonuçlar üzerindeki etkisini anlamak, köprü geometrik özelliklerinin köprülerin kapasitesi üzerindeki etkisini anlamak, ve doğrusal olmayan analiz yöntemlerinden gerçekçi olan yaklaşımı belirlemek hedeflenmiştir. Bu hedefler doğrultusunda da sonlu elemanlar yönteminin kullanımına imkan sunan FX+ DIANA programı kullanılmıştır. Çalışma 3 aşamadan meydana gelmektedir. Birinci aşamada seçilen köprü modelleri FX+ DIANA programında sonlu elemanlar yöntemi ile her bir köprü için farklı ağ boyutlarına sahip iki model hazırlanmıştır. Yapının doğrusal analizinde, doğrusal statik, modal ve tepki spektrum analizleri yapılmıştır. Tepki spektrum analizi için Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik esas alınarak deprem yükleri tanımlanmıştır. Farklı yük kombinasyonları altında iki farklı ağ örgüsüne sahip modellerin 4 köprü için de analizi gerçekleştirilmiştir. Ağ boyutunu değiştirerek, azaltılan eleman sayısıyla işlem yaptığımızda elde edilen doğrusal sonuçlar ile fazla eleman sayısına sahip modeller için elde edilen sayısal sonuçlar tartışılmıştır. Bu karşılaştırma yapılırken lokal gerilme değerleri sonuçlardan çıkartılmıştır. Sonrasında elde edilen normal gerilme ve kayma gerilmesi değerleri arasındaki farklar karşılaştırılmış ve tartışılmıştır. Bu karşılaştırma sonucunda, kullanılan 2 farklı ağ modeli içerisinden zaman kaybını aza indirgeyerek aynı zamanda da analiz sonuçlarında da detaylı ağ modelinden farklı sonuç vermeyen kaba ağ boyutlu modelle, seçilen tarihi taş kemerli köprülerin doğrusal olmayan malzeme yaklaşımı ile statik ve dinamik analizleri yapılmıştır. İkinci aşamada doğrusal olmayan statik analiz artımsal eşdeğer deprem yükü yöntemi ile kaba ağ boyutuna sahip model seçilen tüm köprüler için yapılmıştır. Kütle katılım oranı en fazla olan birinci titreşim mod şekline göre, köprülerin taşıma kapasitesi sınırları esas alınarak, seçilen köprülerin davranışları adım adım arttırılan eşdeğer deprem yüklerinin etkisi altında incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, taban kesme kuvveti/ağırlık (V/W) oranına karşılık gelen deplasman limitleri (d/h), köprü geometrik özelliklerine bakılarak karşılaştırılmıştır. Kemer açıklığı, yüksekliği ve kalınlığı gibi köprü geometrik özelliklerinin, seçilen köprüler üzerinde uygulanan doğrusal olmayan statik itme analizleri ile elde edilen köprü deplasman sınır değerleri ile doğru orantılı olduğu sonucuna varılmıştır. Üçüncü aşamada ise, A sınıfına ait 10 ayrı mevcut deprem yer hareket kayıtları ile, seçilen köprülerin zaman tanım alanında doğrusal olmayan dinamik analizleri yapılmıştır. Her bir deprem kaydı için ayrı ayrı maksimum yer değiştirmeye karşılık maksimum taban kesme kuvveti elde edilmiştir. Aynı zamanda, seçilen köprülerin yükseklik ve ağırlıkları da dikkate alınarak, taban kesme kuvveti/ağırlık oranlarına karşılık gelen deplasman limitleri (d/h) tartışılmıştır. Kullanılan 10 deprem kaydından en büyük yer ivmesine sahip Duzce depreminin, her köprü için de en fazla deplasmana sebep olduğu ortaya konulmuştur. Doğrusal olmayan analizde verilen çekme ve basınç dayanımları kullanılan 10 deprem verisi için de aşılmamış olup, yalnızca Sinanlı-Alpullu köprüsü için Düzce depremi analizinde 13.4 saniyede analiz durmuştur. Sinanlı- Alpullu köprüsünün düzce gibi bir deprem etkisi altında büyük hasar görerek yıkılabileceği sonucuna varılmıştır. Doğrusal olmayan dinamik analizlerden elde edilen sonuçlar ile doğrusal olmayan statik analiz sonuçları karşılaştırıldığında, elde edilen grafiklerin birbiri ile tam olarak örtüşmediği sonucuna varılmıştır. Özellikle köprü geometrisindeki boylamsal ve enlemsel farklılıklar, simetrik olmama durumu söz konusu ise, doğrusal olmayan statik analiz sonuçları zaman tanım alanında dinamik analiz sonuçlarından uzaklaşılmaktadır. Doğrusal olmayan statik analizde kullanılan mod şeklinin ve kütle katılım oranlarının yığma yapıların yapısal analizinden elde edilen sonuçlar üzerindeki etkisi azımsanmayacak kadar önemlidir. Geometrideki farklılıklar köprü mod şekillerini etkilemiş ve doğrusal olmayan zaman tanım alanında analiz sonuçlarından uzaklaşılmıştır. Fakat, geometrisi daha simetrik ve doğrusal olmayan statik analizde ele alınan 1. Mod katılım oranı daha fazla olan Papaz Köprüsü için doğrusal olmayan her iki analiz sonuçları arasında bulunan farklılık oldukça azdır. Doğrusal olmayan statik analizlerde kullanılan mod sayıları arttırılarak, analizlerin farklı mod birleşimleri ile yapılması daha gerçekçi sonuçlar elde etmemizi sağlayacaktır.