Bu yazıda sizlere Osmangazi Köprüsünün üst- ve altyapısından (super- and substructure) bahsedicem. Köprünün yapısal tasarımını COWI üstlenirken müteahhitliğini ise IHI Corparation üstlenmiş. Köprünün maaliyeti 1.2 milyar dolar tutuyor. Köprü Gebze ve İzmir arasına yapılacak otoban projesinin bir parçası. Bu proje toplamda 11 milyar dolar tutuyor. Yapımı 2013 ile 2016 yılları arasında gerçekleşti.
Büyük ihtimal sizin de bildiğiniz gibi Osmangazi köprüsü bir asma köprü, ingilizcesi suspension bridge. Bu köprü tipinde ana taşıyıcılar ise ana- ve asma kabloları, ingilizceleri yine main cable ve suspender.
Yukarıdaki fotoğraf standart bir asma köprü şeması. Bunlara ek olarak bazı asma köprülerde yaklaşım viyadükleri ve ankraj, yani ana kablolardaki yükün devasa betonarme yapılar ile zemine aktarıldığı elemanlar bulunur. Osmangazi’de de bu dediğim iki eleman da bulunuyor. Bir asma köprüyü tanımlarken tanımlanan en önemli özelliği ise ana acıklığının büyüklüğüdür, yani main span. Köprülerin toplam uzunlukları mühendislik açısından hiçbir sey ifade etmez, önemli olan desteksiz gectikleri en büyük açıklıktır. En basit şekliyle iki kulesinin arasında kalan mesafedir.
Osmangazi köprüsü hakkında sayısal bilgiler verecek olursam da toplam uzunluğu 2682 m, en büyük açıklığı ise 1550 m. Dünyadaki ana açıklık bakımından en uzun 4. asma köprü. Kulelerinin yüksekliği 241.85 m, tabliye genişliği olarak da 35.93 m. Köprünün kulelerinin altındaki temelleri ise suyun 40 m altında bulunuyor.
Aşağıya köprünün tabliyelerinin, kule segmentlerinin ve daha birçok fotoğrafının bulunduğu bir link bırakıyorum. Okurken siz de oradan takip edebilirsiniz. Fotoğrafların telifini ihlal etmemek için böyle yapıyorum.
Köprünün fotoğrafları için: https://www.cimtas.com/tr/projeler/celik-yapilar/osmangazi-koprusu/
Köprünün kuleleri H şeklinde ve 22 ön üretimli çelik bloktan oluşuyor. Önceden üretilen bu çelik bloklar denizde kreynler yardımı ile kaldırılıp monte ediliyor. çelik seçilmesinin nedeni ise deprem kuvvetlerini azaltmak için yapı ağırlığını azaltmak ve ön üretim sayesinde köprüyü daha hızlı ınşa edebilmek. İlk bloklar yüzen bir kreyn ile monte edilirken sonradan bu kreynin yetmemesinden dolayı kule kreyn kullanılmış.
Köprü tabliyesinin genişliği 35.93 m. Tabliyenin kesitini yukarıda görebilirsiniz. Asma köprü tabliyeleri dizayn edilirken kesitler iki asma kablosu arasında oluşan kuvvvetleri (moment vs) kendileri karşılayacak şekilde dizayn edilirler. Kapalı kutu tabliyelerinin şeklini ise rüzgar tüneli testleri belirler. Bu kesitler rüzgar kuvvetine karşı yeterli burulma (torsion) rijitliğine sahip olacak şekilde tasarlanır. Bu yüzden de tabliyenin içerisindeki alt ve üst yüzleri destekleyen çelik profiller dik olarak değil de çapraz açılarla tasarlanır.
Osmangazi köprüsünün tabliyesinin kulelere sabit mesnetlemesi olmadan tasarlandığını görürsünüz. Bunun sonucu olarak da kulelere tabliyeler direkt olarak yatay yük iletmezler. Her asma köprüde bu böyle olmak zorunda değil.
Asma köprülerin yükleri nasil zemine ilettiğini anlatmam gerekirse de: Tabliyeye gelen düşey yükler (arabaların ağırlıkları) asma kabloları ile ana kabloya iletilir. Ana kablo da bu düşey yükleri kuleler aracılığı ile temele oradan da zemine aktarır. Köprü tabliyesi iki asma kablosu arasındaki ağırlıkları kendi karşılaması gerekir. Arabaların frenleri sonucu oluşan kuvvetler ise tabliyeler aracılığı ile en uçlarından zemine aktarılır.
Osmangazi köprüsünün asma kabloları dik olarak tasarlanmış. Bu kablolar her zaman dik olarak tasarlanmıyor. Yukarıdaki gibi eğik olarak da tasarlanabilirler. Bu durumda tabliyedeki yanal kuvvetleri de ana kabloya iletirler. Ancak eğik kablolar dik kablolara nazaran daha çok yorgunluk sorunu yasadiğindan dolayi daha çok dik kablo kullanılır bu tarz köprülerde.
Hem tabliyelerin kuleye bağlantısı olmadığını hem de asma kabloların yanal kuvvetleri taşımadığını belirttim. Bu kuvvetleri bir şekilde zemine taşımalılar. Bunu da köprünün iki ucunda bulunan mesnetler sayesinde başarıyorlar. Bu mesnetler köprüye gelen yatay ve düşey yükleri zemine aktarmak ile sorumlular. Aşağıdaki fotoğrafta bu mesnetlerden birini görebilirsiniz. Ankrajın önünde duran eleman bahsettiğim mesnet.
Ana kabloya gelecek olursak da ana kablonun toplam uzunluğu 3025 m. Toplam iki tane bulunuyor. Her bir kablo 110 halattan (strand), her bir halat da 127 tane çelik telden (wire) oluşuyor. Her bir telin çapı 5.91 mm. Ana kablonun çapı ise gerilmeden önce 781 mm, gerildikten sonra ise 771 mm. Bu kesit daralmasının nedeni ise ana kabloların boşluk oranı. Yük altında bu boşluklar sıklaşarak kesit daralmasına neden olurlar. Osmangazi köprüsünün ana kablosunun boşluk oranı ise %20.
Ana kabloya gelen bu yükleri zemine iletmek içinse devasa ankraj yapılarına ihtiyaç duyulur. Osmangazi köprüsünün ankrajlarına yukarıdaki resimden bakabilirsiniz. Bu ankrajlar düşey kuvvetleri ağırlıkları ile yatay kuvvetleri ise sürtünme ve pasif toprak itkisi ile zemine aktarır.
Osmangazi köprüsünde caisson tipi temel tercih edilmiş. Bu sayede temel kıyıda inşa edilip sonrasında da batırılarak yerine yerleştiriliyor. Kulelerin altındaki caisson temeller çakıl zemin katmanının üzerinde bulunuyor. Zeminin taşıyıcılığını artırmak için zemine çelik kazıklar çakılmış. Temel zemine gömülmemiş veya sabit bir bağlantı yok aralarında. Yanal kuvvetleri sürtünme etkisi ile iletiyor. Bu sayede de depremler sırasında temeller çakıl katmanının üzerinde serbestçe hareket ederek sismik izolasyon görevi görebiliyor. Bu da yapıya gelen deprem ivmelerinin azaltılmasını sağlıyor.
Hatırlatma: Yazılan makalelerden haberdar olmak istiyorsanız, sosyal medya hesaplarımızı takip edebilirsiniz.
Kaynaklar:
- Kent Fuglsang, Mini-seminar at IABSE Denmark 2013
- International Journal of Bridge Engineering (IJBE), Vol. 3, No, 3, (2015), pp. 53-68
- Sorensen; Larsen; Fuglsang, Challenging Construction and Erection Methods for the Izmit Bay Suspension Bridge and the 3rd Bosphorus Bridge, Istanbul Bridge Conference 2016
