KÖPRÜLER

Köprüler belli bir engeli asmak için yapilan, uzun süre dayanmasi amaçlanan yapilardir. Zor ve yipratici kosullara maruz kaldiklari için oldukça güçlü ve korozyona karsi dayanikli kaplamalarla korunmalari gerekir. Baslica köprü türleri kemerli, basit veya sürekli kirisli, kablolu gergili, asma olarak siralanabilir. Kafes sistemli kirisler bu türler içinde kendi basina ana tasiyici olabilecegi gibi örnegin konsol köprülerde oldugu gibi yalnizca köprünün bir bölümünü de olusturabilir. Kafes sistem, sandik kesitli veya öngermeli kiris gibi yöntemlerin daha çok bir yapi sistemi oldugu söylenebilir.

•  Kemer Köprüler

Kemer köprülerin özü hareketli yükler disinda egilmeye çalisma gibi bir durumun bulunmayisidir. Yalniz basinç etkisinde bulunurlar ve bu sebepten dolayi tas dökme çelik (Sekil 8), beton gibi çekme dayanimi zayif yapi elemanlarindan yapilabilirler. Günümüzde tugla, ahsap, alüminyum ve dövme çelikten yapilmis kemer köprüler de mevcuttur. Kafes sistemli olan kemerlerde bazi elemanlarda çekme bulunsa dahi ana elemanlar daima basinç altindadirlar. Bu ana elemanlar çaprazlara oranla çok daha kalin kesitlidir.

Öte yandan rijit tabliyeli kemerlerde tabliye kemerden çok daha kalindir. Bunun sebebi kemerin sadece basinç zoruna tabi tutulmasi için tabliyenin egilmeye ve burkulmaya çalismasidir. Bu tür köprülerde yük kemere aktarildigindan tabliye kalinligi ayni açiklik için gerekli olan tek açiklikli basit bir kiristen çok daha incedir. Yani sekilde kemer de tabliye tarafindan güçlendirildiginden basit kemerli bir köprü için gerekli çok daha kalinliktan aha incedir. Bunlar dikkate alindiginda kemer açikliklari kiris açikliklarindan daha fazla olabilecegi ortaya çikar. Bu sekilde tasarlan iki tür köprü Sekil 1'de görülmektedir.

Sekil 1 Tabliyeli ve Kemerli Köprü

Kemer köprüler basinca çalismasi için tasarlandigindan özel bir egrilige sahiptir. Bu egrilige “Zincir Egrisi” denir. Bu egri her hangi bir noktada tüm yükler tam denge içinde olacak sekildedir. Yani egriyi ne azaltacak yönde ne de arttiracak yöndedir. Bu egrinin tam sekli ise agirlik dagilimi, açiklik kemer yüksekligi ve mesnetler arasi yükseklik farkina baglidir. Asma ve kemer köprüler Sekil 2'de görülen zincir egrisine yakin formlara sahiptir. Kemerlerin bu formlari tasit trafigi için uygun olmadigindan dolayi genellikle üzerine oturtulan veya altina asilan düz bir tabliye ile birlikte kullanilirlar.

Sekil 2 Zincir Egrisi

Kemer köprüler neden egri olmak zorundadirlar sorusu bir kesit alinarak açiklanabilir. Burada kuvvetler iki özellik gösterir. Kesitin bir yaninda bulunan kemerin agirligi ve diger düsey kuvvetler kemere asagiya dogru iterken kesite bulunan yalnizca basinç kuvveti kemeri yukari dogru iter. Kemerin çesitli noktalarindan alinan kesitlerde, düsey kuvvetler farkli olacagindan kesitteki bu kuvvet ayni dogrultuda bulunamaz (Sekil 3). Bu yüzden aradaki açi farki kemerin egri olmasini gerektirir. Basit kiriste ise düses yükler egilme ve kayma gerilmelerinin birlesimi ile karsilanacagindan kesit dogru eksenli olabilmektedir.

Sekil 3 Kemerlerde Yükün Tasinmasi

Kemerler bir anlamda köprü için en basit yapidir çünkü tas veya kayadan yapildigi takdirde kemer formunu olusturmaktan baska bir seye ihtiyaç duyulmaz. Taslarin uygun biçimde kesilmesi ve uygun açilarin yakalanmasi durumunda kendiliginden dayanak olarak çalisacaklardir. Saglam olmayan zeminlerde kemerlerin oturacagi büyük dayanaklarin yapilmasi gereklidir aksi takdirde kemer oturdugu mesnetleri iterek açar (Sekil 4) ve formu bozularak dagilir.

Sekil 4 Mesnetlerde Gerilme Dagilimi

Yapinin dengede oldugu düsünüldügünde mesnetlerdeki itme kuvvetlerinin zemin tarafindan tasinacagi açiktir. Bu kuvvetler zeminde çekme, basinç ve kayma kuvvetleri olarak ortaya çikar. Mesnetlerde bulunan dayanaklarin görevi gerilmeyi yayarak zemini tasiyabilecegi sinira kadar düsürmektir. Bu dayanaklardaki kuvvet zemine aktarilmasi genis bir alan içinde olacagindan gerilmeler oldukça düsecektir.

•  Kemer Köprülerin Avantajlari

Tüm kemer basinç altindadir. Bu basinç dayanaklara aktarilmakta ve zemin gerilmesi tarafindan karsilanmaktadir. Kemerlerde çekmenin olmayisi basit kirislere göre çok daha fazla açikliklarin asilabilecegi ve çekme dayanimi olmayan malzemeler ile insa edilebilecegi anlamina gelmektedir.

•  Kemer Köprülerin Dezavantajlari

Bir kemer tamamen insa edilmeden kendi basina tasiyici degildir bu yüzden tamamlanana kadar bir kalip üzerinde durmasi ya da çikma tarzindaki kemerlerin kablo ile asilmasi gerekmektedir. Beton veya tas kemerlerin çikma tarzinda insasi mümkün degildir. Büyük kemerlerde olusan büyük itki kuvvetlerinin, önemli bir kayma olmadan dayanaklar tarafindan tasinmasi gereken bir yatay bileseni vardir. Kemer köprülerin altindan bir yol geçiyorsa, temiz yükseklik elde edebilmek için kemer yuvarlakligi daha genis olmak durumundadir
(Sekil 5–7).

Sekil 5

Sekil 6

Sekil 7

Sekil 8 Dökme Çelikten Yapilan Kafes Sistemli Kemer Köprüler

•  Kirisli Köprüler

Kemerler gibi kirislerin çalisma prensibi de basittir. Esasinda eksenlerinin dogru olmasindan dolayi kemerlerden daha basit olduklari söylenebilir. Burada da yine zemine aktarilan bir kuvvet vardir fakat bu kuvvet yalnizca düsey dogrultuda olmakta yatay yönde bir birlesen bulunmamaktadir. Dolayisi ile zemin durumu için kemerlerde oldugu gibi bir öneme sahip degildir. Bu basitliklerden dolayi kemerli köprülerin yapilmasinin nedeni ayni yük ve açikligi sahip kirislerde çok daha büyük iç kuvvetlerin olusmasidir. Büyük kuvvetlerin sebebi kirislerin egilmeyi çalismasindandir.

Bir kirisin egilmeye çalisabilmesi için kesitin üst bölgelerinde basinç, alt bölgelerinde ise çekme gerilmelerinin olusmasi gerekir. Kiris ortasindan kesilip olusan kuvvetler bakildiginda yüklerin kirisi asagiya dogru ittigi ve mesnet etrafinda döndürmeye çalistigi görülür. Buna karsin kesitteki çekme ve basinç kuvvetleri bu etkilere karsi koyacak yönde olusurlar (Sekil 10). Bu çekme ve basinç kuvvetlerinin büyüklügü yükten çok kirisin yüksekliginin açikliga oraniyla iliskilidir. Daha yüksek bir kiris ince olana göre daha çok yük tasir ve daha pahalidir. Köprüyü olusturan kirislerin basit olarak tek baslarina çalismalarindansa (Sekil 10) belirli bir sekilde birlestirilerek beraberce çalismalari gerilmelerin daha düzenli olarak yayilmasini saglar.

Sekil 9

 

Sekil 10

Genelde kirisler mesnetler üzerinde kiris sehim yaptiginda kolayca dönebilecek sekilde basitçe otururlar. Fakat kirisler bir ya da iki uçlarindan ankastre olacak sekilde de baglanabilirler. Sürekli bir kirisin ikiden fazla mesnet üzerine oturdugu durumda, birlesimler egilme momentlerinin dagilimini azaltacak sekilde de düzenlenebilir.

Kirislerde malzeme olarak ahsap, betonarme, öngerilmeli beton veya çelik kullanilabilir. Sistem olarak ise dolu gövdeli, kafesli veya sandik kesitli olabilir. En uzun kirisli köprüler çelik kafes sistemli olanlardir.

•  Kiris Köprülerin Avantajlari

Mesnetler üzerine basit kayici olarak oturdugundan isil genlesmeden ve yer hareketlerinden etkilenmezler. Mesnetler basit olarak düsey yükler için tasarlanabilir. Kirisler önceden hazirlanarak getirilip vinç ile kaldirilarak yerlerine konulabildiklerinden iskeleye ihtiyaç duymazlar.

•  Kiris Köprülerin Dezavantajlari

Kirsler çekme ve basinç yaninda bir de kayma kuvvetlerine karsi da zorlanirlar. Bir kiristin iç kuvvetleri üzerindeki yükten çok daha fazladir bu yüzden genellikle dolu gövdeli ve agir olurlar ancak büyük açikliklarda kafes sistemli düzenlemelerle agirliklari azaltilabilir.

•  Kablo Gergili Köprüler

Kablo gergili köprüler çikma köprüler ile baglantilidir. Burada kablolar çekme gerilmesine tabliye ise basinç gerilmesine maruz kalir. Açikliklar orta noktada birlesene kadar asma olarak yapilabilir (Sekil 11). Kablo gergili köprüler ile çikma köprüler arasindaki en büyük fark tabliyelerin asili olarak durmasidir.

Sekil 11 Kablo Gergili Köprüler

Kablo gergili köprülerin, kafes çikma köprülerdeki gibi çok büyük rijitlige sahip degildir ancak sürekli kiris düzenleri bu eksikligi bir ölçüde azaltmaktadir. Bununla birlikte büyük ve uzun bir gergili köprünün insasi sirasinda iki uç kirisleri ortada birlesene kadar olasi salinimlar büyük sorun olusturmaktadir.

Gergi kablolari yüksek mukavemetli çeliklerden yapilmaktadir. Birkaç örnekte de bu gergiler beton kilif ile sarilmistir. Kuleler ise genellikle betonarme yapilmakta bazen de çelik olmaktadir. Gergili köprülere iliskin çesitli örnekler Sekil 12 ve 13'te görülmektedir.

Sekil 12

Sekil 13

•  Kablo Gergili Köprülerin Avantajlari

Köprünün iki yarisi uçlardan disariya dogru çikma yapabilir. Kuvvetli yatay kuvveti dengelemek için ankrajlarin yapilmasina ihtiyaç yoktur çünkü köprü tabliyesi basinca çalisarak bu kuvvetleri kendi içerisinde dengelemektedir. Belirli bir açikliga kadar asma köprülere nazaran maliyetleri daha düsüktür. Birçok simetrik tasarim yapilabilir.

•  Kablo Gergili Köprülerin Dezavantajlari

Insa esnasinda büyük açiklikli çikmalar rüzgarin olusturacagi salinimlara karsi oldukça hassastirlar. Kablolarin paslanma ve diger etkenlere karsi dikkatlice korunmasi zorunludur.

•  Çikma Köprüler

Kirisli ve kemer köprülerde mesnetlenme genellikle kirisin iki ucundan olmaktadir. Çikma köprülerde ise mesnetlenme iki uçtan degil ortadandir. Çikmalar iki kolun yana açilarak bir agirligin kaldirilmasi seklinde gibi düsünülebilir. Burada dengelemenin yapilabilmesi için her iki kolda da kaldirilan agirligin esit ya da birbirine yakin olmasi gerekir. Kol üzerinde ise olusan kesme kuvveti ve moment degiskendir.

Sekil 14'te iki tür çikma görülmektedir. Birinci durumda koldaki dengelemeyi saglayan kuvvet duvardan gelmekte olan moment tarafindan karsilanmaktadir. Ikinci durumda ise sag taraftaki kuvveti dengelemek için sol kolda daha fazla kuvvet gerekmekte fakat mesnette moment olusmamaktadir. Sekil 15'te görülen Forth Köprüsünde her iki kolda uçlarindan bos oldugu için dengelenmek durumundadir. Burada iki kol arasindaki yük farki mesnet tarafindan karsilanmaktadir.

Sekil 14 Tek ve Çift Kollu Çikma Türleri

Sekil 15 Forth Köprüsü

Birçok çikmali köprüde iki yönde çikan kollara iki ucundan asili bulunan bir adet basit kiris bulunur. Bu durum Sekil 16'da görülmektedir. Tek yönde çikan ve yine bu çikmalarin ucuna oturan bir kiris ile yapilan bir köprü Sekil 17'de görülmektedir. Bu köprüler genellikle betonarme veya öngerilmeli olarak yapilirlar. Ancak en uzun olanlar çeliktir. Eski dönemde Asya'da ahsap kullanilarak yapilan bu tür köprüler de vardir.

Sekil 16

Sekil 17

•  Çikma Köprülerin Avantajlari

Iki uçtan insa edilebilmesi alttaki trafigi çok fazla etkilemez. Çikmalarin ucuna baska bir kiris eklenebileceginden basit bir kirisin geçebilecegi açikliktan daha fazlasini geçmek mümkündür. Kiris kollara basit olarak oturdugundan isil genlesmeden ve yer hareketlerinden fazla etkilenmezler. Mesnetler dengelemenin diger taraftan yapilmasi durumunda sadece düsey yük tasirlar. Çikma yapan kollar kalin olduklarindan oldukça rijittir.

•  Çikma Köprülerin Dezavantajlari

Kirisler gibi boyutlandirilirken kesitte bulunan ters yönlü basinç ve çekme gerilmeleri ile kayma gerilmeleri dikkate alindiginda kesitleri büyük çikar. Büyük açikliklar geçilirken sitemin kafes olarak çözülmesi yapi agirligini dolayisi ile maliyeti düsürür.

•  Asma Köprüler

Asma köprülerde ayni açikliktaki kemer köprülere nazaran tasiyicinin ince olmasi için kablo kullanilarak çekmeye çalistirilir. Burada tasit trafiginin akmasi için bir de düz tabliyeye ihtiyaç duyulur. Sekil 18'de görüldügü gibi tabliyenin kablolarin üstünde bulunmasi dengesiz bir durum yaratmaktadir. Bu düzen yalnizca kisa açikliklar için tabliyenin oldukça rijit oldugu durumlarda kullanilabilir.

Sekil 18 Ana Kablo Tabliye Altinda

Sekil 19 Asma Köprünün Elemanlari

Sekil 19'da Asma köprü elemanlari görülmektedir. Burada kule ana kablolari tasimakta, ankrajlar ana kablonun gergin kalabilmesi için kabloyu disariya ve asagiya dogru çekerler, aski kablolari tabliyedeki yükü ana kabloya aktarirlar.

Kulenin tablonun olusturdugu yatay kuvveti tasiyabilecek saglamlikta olmasi gerekir. Öte yandan kablolar kuleye sabitlendiginden kabloda yüklerden ve sicaklik degisiminden kaynaklanan bol degisimlerine izin verecek derecede esnek olmasi gerekir.

Burada ankrajlarin kabloda bulunan oldukça büyük kuvvete dayanabilecek sekilde yapilmasi gerekmektedir. Ankrajlar kaya gibi zeminin saglam oldugu yerlerde ya dogrudan zemine baglanir, ya da zayif oldugu yerlerde beton agirlik seklinde yapilabilir. Insa sirasinda kablodaki gerilmenin ayarlanabilmesi için gerekli düzenegin olusturulmasi gerekir.

Kablolar tabliye ve kullanma yüklerini askilar sayesinde tasirlar. Bu islemi çok fazla esnemeden yapmasi gerekir. Titresimlere, paslanmaya ve rüzgarin getirdigi tozlarin yaratacagi asinmaya karsi dirençli olmalidir.

Tabliye serit yüklerinden olusan egilme ve burulma momentlerini tasiyacak sekilde saglam fakat olabildigince hafif olmalidir. Tabliyenin her yönden gelebilecek her büyüklükteki anlik ve sabit rüzgar kuvvetlerine dayanabilmesi gerekir. Salinimlarin belli bir degerde tutulmasi için belirli bir rijitlikte olmasi gereklidir. Aski kablolarina yine salinimi sönümlemek için çesitli agirliklar baglanabilir.

Kuleler çelik veya betonarme olarak yapilabilir. Sekil 20'de görüldügü gibi eski yapilarda kule için tas da kullanilmistir. Tabliye genellikle çelikten kafes sistemli ya da rüzgar etkisini azaltmak için aerodinamik biçimli kutu kesitli olabilir.

Sekil 20 Clifton Köprüsü

•  Asma Köprülerin Avantajlari

Ana tasiyici sistemi olusturan kablo veya zincirler her zaman çekme altinda oldugu için burkulma yapmayacagindan rijitligi önemli degildir. Sadece çekme kuvvetini tasiyacak kadar bir kesite sahip olmalari yeterlidir. Kuleler ise tamamen basinç altinda oldugundan tasarimlari daha kolaydir. Büyük açikliklari geçebilirler.

•  Asma Köprülerin Dezavantajlari

Asma köprülerin rijitlikleri tamamen tabliye ile ilgilidir. Dolayisi ile demiryolu gibi agir tasitlar için pek uygun degildirler. Rüzgarin olusturacagi aerodinamik yüklerin ve yayalarin olusturacagi küçük ama periyodik yüklerin etkisinin arastirilmasi dikkatli bir sekilde yapilmalidir. Insa asamasinda kablolar ve kule rüzgardan oldukça etkilenirler. Ankrajlarda kaldirma kuvvetinin yaninda oldukça fazla yatay kuvvet de bulunur. Kuleler arasinda kablo çekilmesi oldukça uzun bir süreçtir.

Bu sayfadaki bilgiler www.brantacan.co.uk sitesinden düzenlenmiştir.