Demiryolu köprülerinin yapı-zemin etkileşimi altında analizi

06.03.2018 tarihli ve 30352 sayılı Resmi Gazetede yayımlanan “Yükseköğretim Kanunu İle Bazı Kanun Ve Kanun Hükmünde Kararnamelerde Değişiklik Yapılması Hakkında Kanun” ile 18.06.2018 tarihli “Lisansüstü Tezlerin Elektronik Ortamda Toplanması, Düzenlenmesi ve Erişime Açılmasına İlişkin Yönerge” gereğince tam metin erişime açılmıştır.Bu tezin amacı Türkiye'deki hızlı tren güzergâhlarında inşa edilen demiryolu köprülerinin farklı zemin ve farklı deprem etkileri altındaki dinamik davranışlarını incelemektir. Bu çalışmada, çok açıklıklı demiryolu viyadüğüne ait köprü ayağının karakteristik deprem tepkisi yap-zemin etkileşimi dikkate alınarak analiz edilmiştir. Yapı-zemin modelinin zaman tanım alanındaki dinamik analizleri için, zemin malzeme davranışlarının ve sınır şartlarının daha gerçekçi olarak tanımlanabildiği ve sonlu elemanlar yöntemine dayalı PLAXIS 2D bilgisayar yazılımı kullanılmıştır. Analizlerde iki boyutlu sonlu elamanlar modeli kullanılmıştır. Zemin ortamının üstyapının dinamik davranışına etkisini daha iyi ortaya koyabilmek amacıyla zemin mekanik özellikleri olarak gevsek, orta sıkı ve sıkı zemin durumunu temsil eden üç tip zemin gurubuna ait malzeme özellikleri kullanılmıştır. Dinamik etki olarak farklı yer hareketlerinin (farklı frekans içeriği ve ivme genliği) etkisi ölçebilmek amacıyla üç farklı depreme ait, Kobe (Japonya, 1995) Kocaeli (Türkiye, 1999) ve Manjil (İran, 1990) ivme-zaman kaydı kullanılmıştır. Köprü ayağı-zemin sisteminin dinamik davranışını belirlemek için çeşitli deprem etkileri altında farklı rijitliklere sahip zemin ortamları için analizler yapılmıştır. Analiz sonucunda köprü ayağı tepe noktası, köprü ayağı temel noktası, zemin orta noktası ve zemin köşe noktalarında oluşan yerdeğiştirmelerin zamana bağlı değişimleri karşılaştırmalı olarak elde edilmiştir. Sonuçlar incelendiğinde, dış yükün frekans içeriğinin ve zemin ortamının mekanik özelliklerinin köprü ayağının dinamik davranışına büyük ölçüde etki ettiği, maksimum yatay yerdeğiştirmelerin yapı-zemin etkileşimi dikkate alındığında farklılaştığı görülmüştür.The purpose of this thesis is to investigate the dynamic behavior of an existing railway bridge in Turkey, subjected to different earthquakes considering different types of soils. In this study, the earthquake response characteristic of a multi span railway bridge was analyzed by taking into account the soil-structure interaction. For time domain dynamic analyses of the structure-soil model, a 2D version of PLAXIS, a specially developed finite element software for solving geotechnical problems, have been performed. In the analysis, two dimensional finite element (FE) model was used. Considering the soil property of bridge site, analysis was performed for three types of soil the soils were specified as a soft, medium and dense. In this study three types of earthquake was used as input motion. In order to measure the effect of different ground motions as dynamic effect (different frequency content and acceleration amplitude) time-acceleration records of three different earthquakes are used. Kobe (Japan, 1995), Kocaeli (Turkey, 1999) and Manjil (Iran, 1990) earthquakes are defined as input motions. In order to determine the dynamic behavior of the bridge pier-soil system, analysis is carried out for different soil conditions with different stiffnesses. According to the results of the dynamic analysis, the dynamic responses of the bridge, including the horizontal displacements for the base and top points of the bridge pier and also for the middle and corner points of the soil are obtained comparatively and showed in graphic forms. Examining the results, it has been observed that the frequency content of the external load and the mechanical properties of the soil largely affect the dynamic behavior of the bridge pier and the maximum horizontal displacements differ when considering soil-structure interaction

Modelling the load-deformation response of deep foundations under oblique loading

Deep foundations are slender pile elements used to transfer loads from structures into deeper soil strata below the ground. Deep foundations have a variety of loads including axial, lateral and moment loads. Often these loads will act together to form a combination of loads, such as previous oblique term forces that have a component of axial and lateral forces. Due to the pile's length, which can extend past 30 m, it is difficult and expensive to carry out full-scale testing. Any full-scale test data are limited to the area conditions and soil properties at the testing site. Small scale testing can be used as an alternative to full-scale testing, although scaling effects will influence the conclusions from this type of study greatly. Computer simulations of finite element modelling allow for in-depth studies into the complex pile–soil interaction under combination loading in deep foundation structures. This work used three-dimensional finite element modelling using ABAQUS to explore the effect of pile shape, sand properties, pile length and loading conditions on the capacity of a pile. Using trends discovered by these simulations design charts were developed to aid designers when determining the bearing capacity for previous oblique term interaction for square piles. The final design chart shows the change in capacity for in-plane loaded, square cross-sectioned piles as compared to circular piles. The difference in capacity is shown to be a function of the previous oblique term interaction angle and length to diameter ratio

Yüksek hızlı trenlerin çevre yapılarda oluşturduğu titreşimlerin önlenmesi için bariyer sistemlerin etkinliğinin parametrik olarak incelenmesi

06.03.2018 tarihli ve 30352 sayılı Resmi Gazetede yayımlanan “Yükseköğretim Kanunu İle Bazı Kanun Ve Kanun Hükmünde Kararnamelerde Değişiklik Yapılması Hakkında Kanun” ile 18.06.2018 tarihli “Lisansüstü Tezlerin Elektronik Ortamda Toplanması, Düzenlenmesi ve Erişime Açılmasına İlişkin Yönerge” gereğince tam metin erişime açılmıştır.Hızlı demiryolu hattına yakın yapıları yumuşak zemin koşullarında taşınan kuvvetli titreşimlerden korumak için düşey dalga bariyeri veya dalga engelleyici yapay anakaya modeli inşaat mühendisliğinin pratik uygulamalarında kullanılmaktadır. Dalga bariyerlerinin titreşim kaynağının yakınına yerleştirilmesi aktif yalıtım yapıldığını, titreşim kaynağının uzağında, korunacak yapının yakınında yer alması ise pasif yalıtım yapıldığını göstermektedir. Bu çalışmanın öncelikli hedefi hızlı tren trafiğinin ürettiği titreşimleri ve dalga bariyerinin yerleştirilmesi ile çevre binalardaki etkilerinin azaltılmasına ilişkin çözümleri, yapı-zemin ortak sisteminin karşılıklı etkilerinide kapsayan bir dalga yayılım problemi olarak ele alıp, ayrık sayısal çözüm yöntemlerinden yararlanarak idealize edebilmektir. Sonsuz zemin bölgesinin ayrıklaştırılması ve buna bağlı olarak radyasyon koşulunun sağlanması kesim noktalarında uygun sınır koşullarının yazılarak geometrik sönümün probleme dahil edilmesi ile mümkündür. Bu amaçla, problemin arazi koşullarını gerçeğe yakın temsil eden malzeme yaklaşımlarına dayanan ve zeminin geometrik sönümünün hesaba katıldığı sayısal model, iki boyutlu düzlem şekil değiştirme koşulları altında sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak elde edilmiştir. Sonlu elemanlar metodu kullanılarak zaman tanım alanında yapılan çözümlemelerde dinamik yük kaynağı olarak, Türkiye’nin yüksek hızlı demiryolu hatlarında kullanılan lokomotiflerin V=250 km/h geçiş hızına ait demiryolu platformuna uyguladığı yük fonksiyonu kullanılmıştır. Zemin ortamının doğrusal olmayan mekanik davranışını temsil etmek için, Mohr-Coulomb akma kriteri altında elastoplastik malzeme modeli tercih edilmiştir. Geliştirilen yapı-zemin-dalga bariyer sisteminin matematik simülasyonu ile, yüksek hızda hareket eden tren yüklerinin özellikle taşıma gücü açısından zayıf, alüvyon zeminlerde neden olduğu kuvvetli dalga yayılışı ve sonucunda yapı-zemin dinamik etkileşimi problemi analiz edilerek en uygun yalıtım aracı belirlenmiştir. Dalga bariyerinin ideal boyutlarının ve tesis edileceği yerin belirlenerek yalıtım performansı açısından en uygun dolgu malzemesinin seçimi, kapsamlı parametrik çalışmalar yürütülerek araştırılmıştır.To protect structures nearby high-speed railway track from soft ground transmitted strong vibrations, trench barrier or artificial bedrock wave impeding model can be used in civil engineering practical applications. Installation of wave barriers nearby the vibratory source indicates the active (near field) isolation, whereas the placement away from the vibratory source nearby the structure to be protected from incoming waves indicates passive isolation. The primary objective of this study is to deal with railway traffic induced vibrations and associated solutions to reduce its influence on surrounding structures by installation of wave barriers as wave propagation problems including soil-structure interaction, and then to idealize by utilizing discrete numerical solution methods. Discretization of finite-soil and preparing radiation condition which depends on discretization is possible by adding geometric damping into problem at cut off points with defined suitable boundary conditions. To this end, approaches to the problem based on material representing in-situ soil condition close to reality and a numerical model that takes into account the geometrical damping of a soil were obtained by using the finite element method under the two-dimensional plane-strain conditions. In the time domain analysis using the finite element method, the high speed train load function on the slab track is simulated corresponding to railway engine passing with a velocity of 250 km/h on the Turkish high-speed rail lines. To represent the non-linear mechanical behavior of a soil environment, the elasto-plastic material model has been preferred under Mohr-Coulomb yield criterion. The most optimum wave impeding barrier is achieved by mathematical simulation of the developed soil-structure-wave barrier system, strong ground motion particularly weak in terms of carrying capacity in alluvial soils induced by high speed train moving loads and analyzing soil–structure dynamic interaction problem as a result. Determining the ideal size and the localization of the wave barrier, the selection of backfill material based on the screening performance, is investigated by carrying out extensive parametric studies

Effetto del grado di saturazione sul comportamento di un palo soggetto a forze orizzontali

L’obiettivo di questa tesi è stato studiare l’effetto della suzione sul comportamento di pali soggetti ad azioni orizzontali immersi in un terreno parzialmente saturo. È stata messa a punto una campagna di indagini in centrifuga geotecnica nella quale è stato studiato il comportamento di un palo (LP=15m, EIP=3.9 GNm2) caricato orizzontalmente immerso in un deposito di limo (caolino B-grade) parzialmente saturo con superficie libera a 7m dal piano campagna (alla scala del prototipo). Le condizioni iniziali del terreno sono state sceltea valle della caratterizzazione geotecnica completa del materiale. La risposta del sistema palo-terreno è stata indagata sia per un terreno con una struttura moderatamente aperta (e0=0.93) che decisamente addensata (e0=0.75). In condizioni di parziale saturazione il palo è stato caricato fino ad un valore prefissato di forza applicata ed in seguito la superficie libera è stata innalzata da 7m sino al piano campagna. Al fine di poter comparare i risultati, sono state inoltre eseguite le prove di carico sul terreno saturo per entrambe le densità considerate. Il comportamento osservato in centrifuga è stato in seguito analizzato con un modello matematico implementato in un codice agli elementi finiti. Il legame costitutivo adottato per il terreno, formulato in tensioni efficaci alla Bishop, è un Cam-Clay modificato esteso ai parzialmente saturi. Con le analisi bidimensionali assialsimmetriche è stata studiata l’evoluzione del processo di equalizzazione indotto dall’incremento di gravità e dall’applicazione della condizione idraulica alla base del modello. Le diverse fasi dell’interazione palo-terreno sono state dunque analizzate con un modello tridimensionale completo

A geotechnical approach to root anchorage modelling in wheat, oats and oilseed rape

Lodging is a naturally occurring phenomenon that reduces the yield and quality of cereal and oilseed rape crops, costing farmers millions of pounds in losses. Lodging is the permanent displacement of a plant stem from the vertical position and can occur due to stem failure or root anchorage failure. Understanding mechanisms behind risks of each of these types of lodging could reduce losses to UK and Irish farmers. Mathematical models have been developed to predict the risk of lodging failure in stems and root systems. However, the root anchorage failure model may not be accurately predicting root system failure (root failure moments). The analysis and computation of the root failure of wheat and oilseed rape crops are currently based on the theory of lateral resistance of rigid piles modified by Crook and Ennos, (1993) and Goodman et al., (2001). However, there was uncertainty about the accuracy of the model, the failure mechanism and modifications to the rigid pile analysis. Also, oat root systems had not been included in root anchorage studies. This research reviewed and evaluated root anchorage models across different plant types and developed methodologies for collecting a dataset to test the models and compared the models for accuracy. It was found that the Crook and Ennos, (1993) and Goodman et al., (2001) models over-predicted root anchorage. These models incorporated soil shear strength, root plate diameter, root diameter and root length. Models by Fourcaud et al., (2008) and Coutts et al., (1999) were more accurate for the wheat and oats dataset collected. These models were suggested for trees, incorporating parameters such as the root plate mass and depth of the roots as well as root plate diameter. In oilseed rape, the results showed a model suggested by Niklas, (1992) was more accurate than the Goodman et al., (2001) model. A new methodology was developed for laboratory testing of flexible and rigid wheat and oilseed root models in coarse and fine-grained soils. Load-deflection curves for root failure were recorded using a specially created lodging machine. It was found that in coarse-grained soil the root failure moment increased with increased water content. In fine-grained soils, the root anchorage was 4-5 times stronger and closer to the values measured in the field. When the water content was increased in these soils the root failure moment decreases rapidly. Finally, a model calculating the capacity for under-reamed pile foundations was adapted for root systems of wheat, oats and oilseed rape. The models had options for both fine-grained and coarse-grained soils. It was found that for wheat, the coarse-grained model and an adjusted fine-grained model had the highest accuracy. The coarse-grained model had a normalised root mean squared error (NRMSE) of 0.464 and the fine-grained model had an NRMSE of 0.399 compared to 21.5 for the past model by Crook and Ennos, (1993) . For oats, the same models as wheat had the highest accuracy with the coarse-grained model and fine-grained models having an NRMSE of 0.430 and 0.354 respectively, compared to 63.5 for the model by Crook and Ennos, (1993) . For oilseed rape, it was found that the Niklas, (1992) model was the most accurate model having an NRMSE of 0.282 compared to 10.3 for the past model by Goodman et al., (2001) . A sensitivity analysis found that the new models for wheat and oats were sensitive to the adhesion factor; the root length and diameter were important factors. For oilseed rape root length was still the most important factor. Field and laboratory data were used to validate the proposed model. It was found that the new models could reliably predict root anchorage