ConcreteReinforced concretePrestressed concreteDetail 2DSIA (Switzerland)

Weyermannshaus Viyadüktünde Mesnet Değişimi

Bern

Yoğun kentsel ortamlardaki altyapı projeleri, yük aktarımı, detaylandırma ve yapılabilirliğin dikkatli bir şekilde dengelenmesi gereken, yüksek düzeyde optimize edilmiş betonarme yapıları gerektirmektedir. Bu durum, özellikle mimari gereksinimleri katı güvenlik ve dayanıklılık şartlarıyla bir arada sunan; yüksek yüklere ve uzun süreli hizmet koşullarına maruz kalan ulaşım amaçlı betonarme elemanlar gibi yapılar için geçerlidir. İsviçre'nin Bern şehrinde EMCH+BERGER AG, kuvvet aktarımının ve donatı detaylandırmasının doğru değerlendirilmesinin kritik önem taşıdığı bir betonarme yapının yapısal tasarımında yer aldı. Proje, standart elle hesaplamalar veya basitleştirilmiş analitik yöntemlerle yeterince değerlendirilemeyen karmaşık betonarme bölgelerin doğrulanması için güvenilir bir yaklaşım gerektiriyordu.

Bu makale aynı zamanda şu dillerde de mevcuttur:

Proje hakkında

Proje, daha büyük bir altyapı sisteminin parçasını oluşturan bir betonarme yapısal detayın tasarımını ve doğrulanmasını kapsıyordu.

Viyadük (1974-1977 yılları arasında inşa edilmiştir), ayakları aşan masif öngerilmeli çapraz kirişlerle birlikte öngerilmeli kutu kirişlerden (26,5 ila 38 metre arasında değişen açıklıklar) oluşmaktadır. Bu ayaklar, inşaat sürecinde bölümler halinde değiştirilecektir. Bunun için viyadük, geçici bir alttan destekleme sistemi (iskele kuleleri üzerindeki masif kaynaklı çelik kirişler) ve hidrolik krikolar kullanılarak kaldırılmaktadır. Mevcut ayaklar yükten arındırılarak söküldükten sonra, zeminin alçaltılabilmesi amacıyla yeni ve daha uzun ayaklar inşa edilmektedir.

Mevcut düzenleme

Yeni düzenleme

Geçici alttan desteklemenin izometrik görünümü ve kesiti (plandan alıntı: Frutiger AG)

Yapı, betonarme hacmi içinde karmaşık gerilme dağılımlarına yol açan önemli konsantre kuvvetlere maruz kalmıştır. Betonarme elemanlar Eurocode 2 kapsamında tasarlanmış olup özellikle aşağıdaki hususlara dikkat edilmiştir:

$Yerel kuvvet giriş bölgeleri$
$Yapısal bileşenler arasındaki ankraj ve yük aktarımı$
$Bozulmuş bölgelerdeki (D-bölgesi) donatı düzeni$

Geometri ve yükleme koşulları nedeniyle yapısal davranış basit kiriş teorisiyle tanımlanamamıştır. Bunun yerine, hem betonarme basınç alanlarının hem de donatı çekme bağlarının yeterince tasarlandığından emin olmak için kuvvet akışının Çubuk model yöntemi tabanlı bir anlayışla ele alınması gerekmiştir.

Köprü kirişinin kesiti; mevcut yapıdaki (üst) ve inşaat sırasındaki (alt) kuvvet dağılımının karşılaştırması

Mühendislik zorlukları

Projenin temel zorluklarından biri, özellikle aşağıdaki durumlarda betonarmedeki karmaşık gerilme durumlarının doğrulanmasıydı :

$Kuvvetlerin görece küçük alanlara uygulandığı bölgeler$
$Sınırlı bir betonarme hacmi içinde birden fazla yük yolunun etkileşime girdiği durumlar$
$Donatı yoğunluğunun olası yapılabilirlik sorunlarına yol açtığı bölgeler$

Basitleştirilmiş Çubuk model yöntemlerine dayanan geleneksel tasarım yaklaşımları başlangıçta kavramsal bir anlayış sağlamış; ancak nihai doğrulama için gereken doğruluktan yoksun kalmıştır. Rafine Çubuk model yöntemlerinin elle geliştirilmesi son derece zaman alıcı olacak ve muhafazakâr varsayımlara yatkın olacaktı; bu durum verimsiz donatı düzenlerine yol açabilirdi. Bir diğer kritik husus ise Eurocode gerekliliklerine uygunluğun açıkça ortaya konulması gerekliliğiydi. Yapının önemi göz önünde bulundurulduğunda, tasarımın şeffaf, izlenebilir ve tüm proje paydaşlarının incelemesine açık olması gerekiyordu.

Çözümler ve sonuçlar

Bu zorlukların üstesinden gelmek için EMCH+BERGER AG Bern, betonarme detayın gerçek davranışını analiz etmek amacıyla CSFM (Compatible Stress Field Method)'ni kullanan IDEA StatiCa Detail'i uygulamaya koydu. Bu yaklaşım mühendislerin şunları yapmasına olanak tanıdı:

$Betonarme elemanın tam geometrisini modellemek$
$Gerçekçi yük kombinasyonlarını doğrudan modele uygulamak$
$Pratik inşaat kısıtlamalarını yansıtan donatı düzenlerini tanımlamak$

İdealleştirilmiş kuvvet yollarına dayanmak yerine, sonlu eleman tabanlı analiz aşağıdakilerin net bir görselleştirmesini sağladı:

$Betondaki asal basınç gerilmesi yörüngeleri$
$Bireysel donatı çubuklarının kullanım oranı$
$Servis ve nihai sınır durumları altında çatlak genişlikleri ve gerilme seviyeleri$