TST 15-asma sistemler

ASMA SİSTEMLER
(KABLOLU SİSTEMLER)
Asma sistemler üç grupta toplanabilir
1)
Asma köprüler
2)
Kablo askılı köprüler
3) Diğer kablo sistemler
1. ASMA KÖPRÜLER
Tarihsel Gelişim Süreci
Asma köprülerin ilk kullanılışı tarih öncesi devirlere
kadar uzanır. İlk çağ insanı asma ağacı ve bambu
gibi bazı bitkilerin bükülebilir elemanlarından
yaptığı kablolarla nehir, dere, vadi gibi benzeri
engellerden geçebilmeyi başarmıştır.
İlk asma köprü zincir ve ip halatlar kullanılarak
Çinliler tarafından inşaa edilmiştir. Çin’de Min nehri
köprüsü ile Peru’da San Luis Rey köprüsü eski
çağlara ait ilginç asma köprü örnekleridir.
Günümüzde kullanılan asma köprülerin sadece 100
yıllık bir geçmişleri vardır.
Asma köprülerin gelişimindeki en büyük etken,
kuşkusuz çelik kablolardır. El ile yapılan telleri
14.yüzyılda Avrupa’da makinede çekilen teller
izlemiştir. Bugünkülere benzeyen ilk çelik kablo ise
1834 yılında Albert isimli bir Alman tarafından
geliştirilmiştir. Çelik kabloların geliştirilmesi ve
taşıyıcı sistem malzemesi olarak kullanılmaya
başlamasıyla, asma köprülerde büyük gelişmeler
olmuştur.
Asma köprülerin çalışma prensibi
Asma köprülerin çalışma prensibi Şekil 1’de
basitçe açıklanmaya çalışılmıştır. Asma köprülerde
iki taşıyıcı kenar ayak, iki ana taşıyıcı kablo ve ana
taşıyıcı kabloların bağlandığı
ankraj kütleleri
bulunmaktadır. Araçların geçtiği tabliye dediğimiz
yol, askı çubukları adı verilen ve genelde düşey
konumda olan kablolar yardımıyla iki ana taşıyıcı
kabloya asılmıştır.
Kablolar
Asma sistemlerde kablo terimi, bükülebilir
(fleksibl) bir çekme elemanını ifade eden genel
anlamda
bir
terimdir.
Kabloların
yapımında
kullanılan teller, sıcakta haddelenmiş yüksek
karbonlu çelik çubukların soğukta çekilmesi suretiyle
üretilirler. Korozyona karşı korunmalarını sağlamak
için teller bir tabaka saf çinko ile kaplanarak
galvanize edilirler.
Bir örnek olarak İstanbul’da yapımına 1970
yılında başlanan ve 29 Ekim 1923 tarihinde
Cumhuriyetimizin ellinci yılında hizmete giren
Boğaziçi köprüsü’nün iki ana taşıyıcı kablosunun her
birinde 5 mm çapında yüksek mukavemetli galvanize
10600 adet tel bulunmaktadır. Paralel tel grubu
düzende yapılan söz konusu ana kablo 600 mm
çapında bir görünüm arz etmektedir.
Asma köprü uygulamalarında halen kablo
olarak kullanılan başlıca elemanlar :
a) Tel grupları
Bir merkez tel etrafında helisel olarak sarılan bir
yada daha çok tabakalı telden oluşur.
b) Çelik halatlar
Tel gruplarının bir çekirdek etrafında helisel olarak
sarılmasıyla elde edilirler
c) Paralel tel grupları
Tellerin helisel olarak sarılmayıp, paralel bir düzende
bir araya gelmesiyle elde edilir
Tel Grupları
Çelik halatlar
Paralel tel grupları
Asma köprüler
Asma köprüler ekonomik olarak orta
açıklığı 350 m den büyük olan köprülerdir,
orta açıklıklar köprü toplam uzunluğunun
%60-70 kadarıdır. Asma köprülerde taşıyıcı
sistem şu elemanlardan oluşur.
1. Tabliye
2. Askılar
3. Ana kablolar
4. Kuleler
5. Ankraj blokları
Asma köprülerde taşıyıcı sistem
elemanları
1.Tabliye: Araç trafiğini taşıyan yatay konumdaki
döşeme
elemanlarından
oluşur.
Asma
köprü
tabliyeleri ya çelik kafes sistem yada sandık kesitli
sistem (çelik levhalardan oluşan içi boş kutu sistem)
olarak yapılmaktadır.
2.Askılar: Tabliyelerin kendisi ile tabliye üzerindeki
araçları taşıyan ve bu yükleri köprünün iki yanındaki
ana kablolara ileten elemanlardır.Genellikle düşey
ve bazen eğik konumda düzenlenir.
3.Ana kablolar: Askıların ilettiği yükleri taşır ve bu
yükleri kuleler (taşıyıcı ayaklar) ile ankraj boklarına
aktarırlar. Ana kablolar köprünün iki kenarında
olma üzere iki tanedir.
Asma köprülerde taşıyıcı sistem
elemanları
4. Kuleler (Taşıyıcı ayaklar): Ana kablolardan gelen
etkileri kule temeline ve eminine aktaran betonarme
yada çelik yapılardır. Kuleleri oluşturan dikmeler
genellikle
kutu
kesitlidir.
Bakım-onarım
için
tabliyeye ve kule tepelerine çıkabilmek için kulelerin
içinde asansör vardır.
5. Ankraj blokları: Ana kablolardan meydana gelen
çekme kuvvetlerini karşılamak üzere köprünün iki
ucunda oluşturulan büyük beton kütlelerdir.
Askılar tabliyeye bir yada iki doğrultuda mafsallı
bağlanır. Düşey konumda düzenlenmiş askı çubukları
tabiyeden gelen yükü(çekme kuvvetlerini) ana
kabloya aktaracak şekilde bağlanır. Askıları
oluşturan kabloların dairsel enkesiti ve oldukça
küçük boyutları nedeniyle rüzgardan etkilenmesi
beklenmez. Ana kablolar ise köprünün ana
açıklığının(serbest açıklığının) geçilmesini sağlayan
taşıyıcı elemanlardır; askıların ilettiği yükleri
kulelere ve ankraj bloklarına aktarırlar. Ana
kablolar orta ve kenar açıklıkta farklı miktarlarda
olan büyük çekme kuvvetlerini etkisindedirler;
ayrıca kendi ağırlıkları ve eğilme rijitlikleri
nedeniyle bir miktar eğilme momenti de alırlar.
Kulenin devrilmesini önlemek için kulenin her iki
yanında ana kablodaki çekme kuvvetlerinin yatay
bileşenlerinin eşit olması sağlanır.
germe
basınç
Asma sistemlerin üstünlükleri ve
sakıncaları
Bazı koşullar yerine getirildiğinde asma sistemler en
ekonomik taşıyıcı sistemlerdir. Çelik kablolarla taşınan bir
asma sistem yaklaşık olarak geleneksel çelik sistemlerden on
kez, betonarme sistemlerden yüz kez daha hafiftir. Hafifliğin
yanında seçilecek elemanların boyutları da küçüleceği için
toplam yapı maliyeti azalır. Asma sistemlerde geleneksel
taşıyıcı sistemlerdekinin aksine açıklık arttıkça maliyet azalır.
Asma sistemlerin zayıf yanı ise hafif ve eğime rijitliklerinin
çok küçük olması nedeniyle simetrik olmayan yükler, rüzgar
vb. dinamik etkiler altında büyük yer değiştirmeler
yapabilmeleridir. Ayrıca kenar elemanlar, uç bağlantıları ve
ankraj düzenleri asma sistemlerin strüktür olanaklarını kısıtlar
ve ekonomik üstünlüklerini olumsuz etkiler.
Boğaziçi köprüsünde tabliye olarak çelik sandık kesit kullaılmıştır.
Fatih Sultan Mehmet
Yeri: Istanbul, Türkiye
Bittiği Yıl: 1988
Açıklığı: 1.090 m
The Akashi Kaikyo Suspension Bridge is the longest suspension
bridge in the world
Akashi-kaiyo asma köprüsünün diyagramı
Eyfel kulesi ile Akashi-Kaikyo köprüsünün
kulesinin karşılaştırılması
Akashi-kaikyo köprüsünün
tabliye kesiti
Akashi-Kaikyo köprüsü
Anadolu’da asma köprü
2. KABLO ASKILI KÖPRÜLER
Kablo askılı köprü açıklığının ortasında ayaklar
üzerine yerleştirilmiş bir yada daha çok kulesi
bulunan bir sürekli kiriştir. Bu kulelerden genellikle
her iki yana eğik olarak uzatılan kablolar tabliyeye
mesnetlenmiştir.Kablo
askılı
köprünün
taşıyıcı
elemanları:
1.Kule (pilon)
2.Kablolar
3.Ayak
Kablo Askılı Köprüler
Kule (pilon)
Kablolar
Ayak
Kablo askılı köprünün taşıyıcı elemanları
Tek kuleli kablo askılı köprüler
İki kuleli kablo askılı köprüler
İki kuleli kablo askılı köprü (Avrupa Birliği destekli
proje kapsamında Samsun-Ayvacık arası 336
metre açıklıklı kablo askılı karayolu köprüsü tasarımı (İTÜ)
Güzelce E-5 Karayolu üzerinde 60 metre açıklıklı kablo askılı
yaya köprüsü tasarım ve projeleri (Tanart Mimarlık)
Kule Tipleri
Kule Tipleri
Taşıyıcı kuleler
Taşıyıcı kuleler
Taşıyıcı kuleler
Kablo tipleri
Kablo bağlantıarı
Tabliye
Tabliye
tabliyeler
tabliyeler
Tabliyesi kafes kiriş şeklinde olan kablo askılı köprü
Kablo düzenlemeleri
(Tek)
(Çift)
(Üçlü)
(Birçok) (Kombine)
(Radyal)
Paralel)
(Yelpaze)
(Yıldız)
Kablo Askılı Köprü Sistemleri
Ed Hendler Bridge,Columbia river
Kablo askılı köprü
kablo
tabliye
kule
Asma köprü
kablo
tabliye
kule
Asma – germe sistemleri genel ilke ve
biçimlenişleri açısından aşağıdaki şekilde
sınıflandırmak mümkündür
1- Kablolu Sistemler
a) Kablonun taşıyıcı işlevde olduğu sistemler
-Paralel kablolu sistemler
-Işınsal kablolu sistemler
-Kablo ağı sistemler
b) Kablonun salt gergi işlevinde olduğu sistemler
- Askılı sistemler
paralel
Radyal (ışınsal)
Asma – germe sistemleri genel ilke ve
biçimlenişleri açısından aşağıdaki şekilde
sınıflandırmak mümkündür
2- Çadır Sistemler
a) Yüksek noktaları doğrudan desteklenen
çadır sistemleri
b) Yüksek noktaları dolaylı desteklenen
çadır sistemleri
Stabilite şartları
DİĞER KABLO SİSTEMLER
(ASMA SİSTEMLER)
1.Tek eğrilikli tek tabakalı asma sistemler
2.Tek eğrilikli çift tabakalı asma sistemler
3.Çift eğrilikli tek tabakalı asma sistemler
4.Çift eğrilikli çift tabakalı asma sistemler
5.Kablo ağı biçimine düzenlenen çift eğrilili asma
sistemler
6.Kablo askılı asma sistemler
1.Tek eğrilikli tek tabakalı asma
sistemler
Kabloların tek eğrilikli iç bükey bir çatı yüzeyi
oluşturacak
şekilde
birbirine
paralel
sıralar
biçiminde
düzenlenmesiyle
ele
edilen
asma
sistemlerdir. Bu sistemlerde çatının içbükeyliği
(kabloların basıklık oranı)arttıkça kablolarda oluşan
çekme kuvvetleri azalır. Uygun basıklık oranı1/151/20 arasındadır. Genellikle dikdörtgen alanları
örtmede kullanılırlar.Yük aktarma şekilleri asma
köprülere benzer.
Çatı döşemesi
kablo
Basınç elemanı
ankraj
Çatı döşemesi
ankraj
Burgo Kağıt fabrikası (Pier Luigi Nervi)
Burgo Kağıt fabrikası (Pier Luigi Nervi)
G. Birkerts: Federal Reserve Bank
Minneapolis, 1971-73
Dulles Terinal binası (Eero Saarinen)
2.Tek eğrilikli çift tabakalı asma
sistemler
Bu tür bir asma sistem taşıyıcı kablo ve sabilite
kablosu
ile
bunların
arasındaki
bağlantı
kablolarından oluşur. İki tabaka arasına ara
çubuklar( bağlantı kabloları), düşey yada diyagonal
düzenlenebilir.
Böylelikle
asma
sistemlerin
stabilitesine en çok etki yapan rüzgar emmesi çift
tabakalı asma sistemle karşılanabilmektedir Taşıyıcı
kablolar altta yada üstte düzenlenebilir. Stabilite
kablolarının çekme tekisinde olmalarını sağlamak için
sisteme yapım
sırasında
öngerilme
verilmesi
zorunludur. Ara çubuklarda basınç kuvvetleri
olduğunda bu çubukların rijit çubuk olması gerekir.
Uygulamada yatay etkilere ve dalgalanmalara karşı
asma sistemin mukavemetini arttırmak için taşıyıcı
kablo ile stabilite kablosu arasında yer alan ara
çubukların diyagonal biçimde düzenlenmeleri tercih
edilir.
Diyagonal bağlantı kabloları
3.Çift eğrilikli tek tabakalı asma
sistemler
Daire planlı hacimlerin örtülmesinde kullanılan
çift eğrilikli ve tek tabakalı asma sistemler, ters
çevrilmiş bir kubbe biçimindedir. Bu sistemlerde
başlıca taşıyıcı elemanlar içte bir çekme çemberi,
dışta basınç çemberi ve bu çemberler arasında
genellikle radyal doğrultuda yer alan taşıcı
kablolardır.
Bu tür bir asma sistemin kablolarında oluşan
çekme kuvvetleri içte çekme çemberi dışta basınç
çemberi ile karşılanmakta ve dikdörtgen planları
örten asma sistemlerde yapıldığı gibi yatay kablo
kuvvetlerini karşılamak için ayrıca ankraja gerek
kalmamaktadır. Bu durumda dış evredeki basınç
çemberinin düşey kolonlarla desteklenmesi yeterli
olmaktadır.
Asma sistemin basıklık oranı arttıkça kablo
kuvvetleri azalmaktadır. Bu sistemlerde açıklıklar
fazla olduğundan içteki çemberde büyük gerilmeler
oluşur. Bunları karşılayabilmek için ön germe
vermek gerekir. Dıştaki basınç çemberinin boyutları
kolon aralıklarına bağlı olarak büyük değerler
alabilir.
Çift eğrilikli tek tabakalı asma sistemler elips
planların örtülmesinde de kullanılabilir.Ancak bu
durumda dış çemberde basınç kuvveti yanında
eğilme momentleri de meydana gelir.Dikdörtgen bir
plan bu tür asma sistemle örtülmek istendiğinde ise
daha çok zorlamalar meydana geleceği açıktır.
Çift eğrilikli tek tabakalı asma sistemde açıklık 4590 m arasında değişmektedir. Taşıyıcı alt
sistemleri
düşey
kolonlarla
bu
kolonların
temellerinden oluşmaktadır. Yatay kablo kuvvetleri
basınç
çemberi
düzleminde
birbirini
dengelemektedir.
Düzgün
yayılı
sabit
yük
durumunda dış çemberde sadece basınç kuvveti
meydana gelmektedir.
Çekme çemberi
Basınç çemberi
Basınç çemberi
Çekme çemberi
4.Çift eğrilikli çift tabakalı asma
sistemler
Bu tür sistemlerde çift eğrilikli sistemin
stabilitesi ikinci tabaka ile arttırılmakta ve daha
büyük açıklıları geçme olanağı sağlamaktadır. Asma
sistemin ortasındaki küçük iç çember, çekme
çemberidir.
Radial cable truss structure—Lev
Zetlin’s cable roof over the auditorium
in the city of Utica, U.S.A.
Reproduced from
Tek eğrilikli tek tabakalı
Çift eğrilikli tek
tabakalı
Çift eğrilikli çift tabakalı
5. Kablo ağı biçimine düzenlenen çift
eğrilikli asma sistemler
Bu tür sistemlerde bir tabakadaki kablolar
birbirlerini kesen bir ağ şeklinde düzenlemektedir.
Sistemdeki taşıyıcı kablolar ile stabilite kabloları
birbirini kesen ama eğrilikleri ters olan iki kablo
grubudur. Kablo ağı biçiminde en çok kullanılan
birbirine dik kablolarla oluşturulan ve hiperbolik
paraboloid bir yüzey oluşturan asma sistemlerdir.
Çatı döşemesi
kablolar
North Carolina, U.S.A.,
Eyalet Fuarı (Raleigh,
Arenası),1952
The State Fair Arena at Raleigh, North Carolina, U.S.A.,
North Carolina State Fair Arena in Raleigh
Münih olimpiat stadyumu ,1972. Frei Otto
Calgary skyline and Pengrowth Saddledome
Figure 2. Simplified variant of hierarchic cable structure module
*Guy-ropes in longitudinal direction of module have not been conventionally displayed
6. Kablo askılı asma sistemler
Önceki asma sistemlerde kablo, bir açıklığın
geçilmesi sonucunda ana taşıyıcı eleman olduğu
halde, kablo askılı sistemlerde kablo bir askı
elemanı yada bir gergi durumundadır. Bu tür
sistemlerde doğruya yakın biçimdeki kablolar yine
çekmeye çalışarak esas sistemin taşıma gücünü
büyük oranda arttırmaktadır.
Tek katlı çerçevelerin konsol yada açıklık kirişlerinde
kablo askılı sistem uygulanabilir.
Buckhard; Gymnasium; Ellensburg; 1958
pilon
Corlett & Spackman; Stadium; Squaw Valley; 1960
kablolar
Friedrich Schnirch; Suspended Theater
Roof; 1824
19.Yüzyıl örnekleriJ.A. Hittorf; Panorama; 1839
Müller & Giese; Auditorium; 1865
19 yzuC.R. MacIntosh; Greenhouse;
1853
P.Zoelly; Exhibition Railway Station; 1964
The University of Chicago Gerald Ratner Athletics
Center –A Case Study in Cable-Stayed Roof Structures
Renault Dağıtım Fabrikası. / Renault Distribution Plant.