Seismic performance of unbonded elastomeric bearings on bridges: an experimental and parametric study

Ülkemizde tasarımı ve yapımı tamamlanmış köprülerde sıklıkla elastomer mesnetler kullanılmıştır. Bu mesnetler genellikle sadece köprü kirişlerinin ağırlığından oluşan basınç altında sürtünme yardımıyla yerlerinde durmaktadırlar. 1999 İzmit depreminin de gösterdiği üzere, düşey deprem hareketi özellikle bu köprülerde mesnet bölgelerinde yoğunlaşan hasarları arttırabilmektedir. Ülkemizdeki deprem tasarımı pratiğinde sürtünme katsayısı genellikle 0.20 olarak dikkate alınmaktadır. Bu doktora tez çalışmasının amacı, şartnameler tarafından mesnetler ve çelik kirişler arasında önerilen sürtünme katsayısı değerlerini deneysel yöntemlerle incelemek ve bağsız mesnetlerin statik ve dinamik kesme davranışlarını araştırmaktır. Bu bağlamda, 12 m açıklığa sahip olan ve 3.5 m genişliğindeki betonarme tabliyenin altında 3 adet çelik I kirişten oluşan bir köprü ve köprüye istenilen deplasman kaydını uygulayabilecek bir hidrolik pistona sahip sarsma tablası inşa edilmiştir. Dinamik yer hareketi simülasyonu altında mesnet etkileri ölçülmüştür. Gözlenen oldukça büyük sürtünme katsayısı nedeniyle, bağlı ve bağsız mesnetlerin deprem performansı benzerlik göstermiştir. Sarsma tablası ve statik mesnet sürtünme testleri sonuçları, sismik analizde sürtünme katsayısının 0.20 olarak kullanılmasının altyapıya aktarılan yüklerin güvensiz şekilde az tahmin edilmesine ve sismik deplasman istemlerinin de oldukça güvenli şekilde fazla hesaplanmasına yol açabileceğini ortaya koymuştur. Aksini gösteren test sonuçları olmadığı sürece, sismik tasarımda bu kadar küçük sürtünme katsayıları kullanılmamalıdır. Kapsamlı bir parametrik çalışmanın sonucunda, sismik deplasman istemlerine ait ve ivme katsayısının bir fonksiyonu olan güvenli bir eğilim çizgisi oluşturulmuş ve mesnetlerdeki maksimum kesme kuvvetlerinin hesabı için basit bir yöntem sunulmuştur. Elastomeric bearings were used in a majority of bridges completed in Turkey. Usually, the connection between bearings and the structure were established only by means of friction. Vertical excitation can contribute to a significant damage in such cases, especially at bearing locations, as indeed was the case in the recent 1999 İzmit Earthquake. In Turkish seismic design practice, a common friction coefficient of 0.20 is frequently used. The aim of this study is to look into the values suggested by specifications for friction coefficient between bearings and steel girders through experiments and to explore dynamic and static shear behavior of unbonded bearings. An actual bridge, spanning 12 m with a concrete deck of 3.5 m width over 3 steel I-girders is constructed on a shake table with a hydraulic actuator capable of delivering a user supplied displacement history. Bearing responses under seismic loadings were measured. Due to a very high friction coefficient, bonded and unbonded bearings exhibited similar seismic performance. Results of shake table and static friction tests performed on unbonded bearings indicated that use of a friction coefficient of 0.20 in seismic analysis can be unconservatively low to determine substructure forces and may significantly overestimate seismic displacement demands. Such low values should not be used in seismic design unless indicated otherwise by test data. A comprehensive parametric study was performed and a conservative trendline of deck displacements as a function of acceleration coefficients is presented with a procedure to estimate maximum bearing shear forces for the investigated cases. 180