Farklı Depremler Altında Tarihi Yığma Kemer Köprülerin Dinamik Analizi: Murat Bey Köprüsü Örneği

Tarihi yığma kemer köprüler, geçmişten günümüze ulaşan mimarı ve mühendislik birikiminin somut göstergeleri olup ulaşım ağlarının değerli yapısal unsurları arasında yer almaktadır. Ülkemizin yüksek depremsellik barındıran coğrafi yapısı göz önüne alındığında, kütlesel olarak ağır ve rijit özellik gösteren bu tarihi strüktürlerin sismik etkiler altındaki yapısal performanslarının doğru biçimde belirlenmesi büyük bir önem taşımaktadır. Yapılan literatür taraması, yığma köprülerin korunması ve koruyucu güçlendirme kararlarının alınabilmesi için gelişmiş sayısal modelleme yaklaşımlarının ve ivme kayıtlarına dayalı zaman tanım alanı dinamik analizlerinin gerekliliğini ortaya koymaktadır. Kütahya ilinde 1460 yılında Osmanlı döneminde inşa edilen tek açıklıklı Murat Bey Köprüsü, tarihi dokusu ve halen yaya ile araç trafiğine açık olması sebebiyle yapısal güvenlik açısından incelenmesi gereken tipik bir mühendislik örneğidir.

Araştırma kapsamında, köprünün geometri ve malzeme özellikleri dikkate alınarak SAP2000 yazılımı aracılığıyla üç boyutlu sonlu elemanlar modeli oluşturulmuştur. Karmaşık harç-taş etkileşimini basitleştirmek ve tam ölçekli yapıda hesaplama verimliliği sağlamak amacıyla makro modelleme tekniği tercih edilmiş; kemer, tempan duvarı ve dolgu malzemesi homojen ve izotropik üç ayrı alan olarak tanımlanmıştır. Sayısal modelde toplam 5796 düğüm noktası ve 4580 katı eleman kullanılmış, temel seviyesindeki tüm serbestlik dereceleri ankastre kabul edilmiştir. İlk olarak yapının kendi ağırlığı altında statik analizi yapılmış, ardından serbest titreşim periyotları ile mod şekillerini elde etmek üzere modal analiz gerçekleştirilmiştir. Deprem değerlendirmesi aşamasında ise 1998 Adana, 2003 Bingöl, 2011 Van ve 2020 Elazığ depremlerinin Doğu-Batı ivme kayıtları Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği DD-2 deprem düzeyine göre ölçeklenerek HHT-alfa yöntemiyle zaman tanım alanında doğrusal dinamik analizler yürütülmüştür.

Statik analiz sonuçları, köprünün kendi ağırlığı altında en yüksek düşey yer değiştirmenin kemer açıklığının tepe noktasında 0.569 mm olarak gerçekleştiğini, maksimum çekme ve basınç gerilmelerinin ise sırasıyla 162.89 kPa ve 431.35 kPa değerlerine ulaştığını göstermektedir. Modal analiz neticesinde yapının ilk üç serbest titreşim frekansı 24.80 Hz, 24.87 Hz ve 34.09 Hz olarak hesaplanmış; ilk 100 mod için toplam kütle katılım oranının yüzde 90'ı aştığı tespit edilmiştir. Dört farklı deprem ivme kaydı altında gerçekleştirilen zaman tanım alanı analizlerinde, kilit taşı üzerindeki düğüm noktasında en büyük yanal yer değiştirme 0.468 mm ile 2011 Van depreminde elde edilmiştir. Gerilme dağılımları incelendiğinde, en yüksek çekme ve basınç gerilmelerinin yine 2011 Van depreminde (364.77 kPa çekme ve -829.33 kPa basınç) oluştuğu; yüksek basınç gerilmelerinin kemer mesnetlerinde, çekme gerilmelerinin ise tempan duvarlarının yan şevlerle birleştiği bölgelerde yoğunlaştığı saptanmıştır.

Elde edilen sayısal bulgular, tarihi Murat Bey Köprüsü'nde deprem yükleri altında oluşan maksimum gerilme değerlerinin, taş malzemenin kabul edilen emniyetli basınç ve çekme dayanımı sınırlarının altında kaldığını doğrulamaktadır. Bu durum, yapının mevcut kütlesel formu ve kemer geometrisi sayesinde incelenen sismik senaryolara karşı yeterli dayanım kapasitesine sahip olduğuna işaret etmektedir. Yazarın tartışma ve sonuç kısmında vurguladığı üzere, dinamik analizlerde elde edilen gerilme yığılma bölgeleri, gelecekte meydana gelebilecek olası şiddetli depremlerde yapıda oluşabilecek çatlak ve hasar mekanizmalarının önceden öngörülmesine olanak tanımaktadır. Bu çalışma, tarihi yığma yapıların restorasyon projelerinde ve sismik risk değerlendirmelerinde, gerçek ivme kayıtlarına dayalı üç boyutlu sonlu elemanlar analizlerinin güvenilir bir veri sağlama aracı olarak kullanılabileceğini kanıtlamaktadır.