Makale

İzmit Körfez Geçişi Asma Köprüsü, İstanbul şehir merkezinin 60 km güneydoğusunda yer almakta olup, yeni Gebze-Orhangazi-Bursa-İzmir otoyolunun Türkiye’nin kuzeyinde İzmit Körfezi üzerinden Marmara Denizi’ni geçmesini sağlayacaktır.. 

İzmit Körfez Geçişi Asma Köprüsü, ana açıklığı 1550m ve iki yan açıklığının her biri 566m olan üç açıklıklı sürekli asma kutu kirişli bir köprü olup dünyanın dördüncü en uzun açıklığa sahip köprüsü ve tamamlanma tarihi olan 2016 yılı itibari ile dünya çağında 10 yıldan uzun bir süredir inşa edilen en uzun açıklıklı köprü ünvanlarına sahiptir. Köprüde ayrıca iki adet 235m yüksekliğinde H-şeklinde çelik kule, kapalı çelik kutu kiriş şekline sahip 30.1m genişlikte çelik tabliye ve operasyonel ve bakım amaçlı kullanılacak konsol yürüme platformları bulunmaktadır.

 

Sadece üç yıllık kısa inşaat süresi ve köprünün dünyanın sismik olarak en aktif bölgelerinden birinde yer alması, tasarım zorluklarına yenilerini eklemektedir. Diğer şartların üzerine eklenen bu koşullar sebebiyle çelik kuleler, önceden üretilmiş kablo halatları ve tabliye ile kulelerde cıvatalı kilit bağlantıları kullanılmıştır. 

Inşaat hızının daha da iyi şekilde optimize edilmesi amacı ile yüklenicinin danışmanı, hem alt yapı hem de üst yapı üretiminin ilk kritik dönemlerinde şantiyede bir temsilci bulundurarak tasarım ile inşaat ekipleri arasındaki konularda yanıt sürelerini azaltma yoluna gidilmiştir. 

Köprünün Tasarımı ve İnşaatı 

İzmit Körfez Geçişi Asma Köprüsü yerleşimi, asma tabliyenin her iki yanında yer alan ve sırası ile 120m ve 105m uzunluğua sahip basit mesnetli geçiş açıklıkları ile birlikte aşağıda gösterilmiştir. 

Asma Tabliye 

Asma tabliye, toplamda 4.75m derinlik ve 30.1m genişliğe sahip ortotropik güçlendirilmiş kutu kiriş tipte çelik tabliyeden oluşmakta olup, konsol yürüme yolları da her iki tarafta 2.92m genişliğe sahiptir. 

Tabliye, her iki yönde her bir şerit 3.65m genişlikte olacak şekilde üç şeritli otoyolu, merkez yönünde 0.5m ve tabliyenin dış yüzüne doğru 1.0m genişlikte bir emniyet şeridini taşımaktadır. 

Asma tabliye için aşağıdaki sınır koşulları kullanılmıştır: 

• Tabliye, kulelerde enine ankre edilmiştir. Tabliyenin yanlarına yerleştirilen enine taşıyıcılar sadece basınca dayanım göstermektedir ve yukarı yönlü serbest hareket edebilmektedir. Dolayısı ile tüm yanal tepkilere sadece bir kule ayağı mukave-met etmektedir. 

• Tabliye, dikeyde ve yatayda yan açıklık destekleri ile sabitlenmiştir. Dikey sabitleme, kutu kesite aynı zamanda burulumsal kısıtlama getiren ve enine olarak aralıklı yerleştirilmiş bir çift kalkım mesneti ile sağlanmaktadır. Yanal sabitleme ise dikey mesnetlerden bağımsız olarak merkez betonarme kaidenin her iki yanına yerleştirilmiş ve sadece basınç yönünde çalışan bir çift mesne tile sağlanmaktadır. 

• Tabliye ayrıca uzunlamasına olarak her bir açıklık desteği tarafında bir çift hidrolik tampon ile sabitlenmiştir. Sağlanan sabitleme, yükleme hızı ve büyüklüğünün lineer olmayan bir fonksiyonudur. Yüksek frekanslı bir yükleme durumunda (örneğin aralıklı rüzgar) tamponlarda deplasman olmaz ve sabitmiş gibi davranırlar. Ancak, uzun periyotlu düşük yüklemelerde (örneğin sıcaklık dalgalan-malarında) tamponlar çok az kısıtlama ile deplasman gösterir ve serbest gibi davranırlar. 

Tabliyenin tasarımı, esas olarak frekans alanı zorlama analizinden gelen kuvvet etkisi zarflarının sabit yük ve diğer static değişken yükler ile combine edildiği, aralıklı rüzgar dahil ULS-STR yük durumuna göre hazırlanmıştır. 

Tasarım, diyaframlar arası mesafeyi 5.0m’ye yükselterek ağırlık ve üretim açısından optimize edilmiş, böylelikle pahalı ve süre alan kaynak detaylarının sayısı azaltılmıştır. Ayrıca çelik plakaların kalınlığını her zaman için minimumda tutmak amacı ile tabliyenin farklı kısımlarında uygun çelik cinsleri kullanılmıştır. Başlangıç noktası olarak S355 kullanılmış, ancak köprü uçları ve ana açıklık gibi güçlü etki altındaki alanlarda S420 kullanılmıştır. Konsollar arasındaki mesafenin daha büyük olduğu ve kesme kuvveti ile bükme momentlerinin maksimum değerlerine ulaştığı kule yakınındaki bölgelerde kayma gecikmesi etkilerini azaltmak ve yapısal rijitliği arttırmak için uzunlamasına bölme perdeleri ile S420 ile S460 cinsi çeliklerin bir kombinasyonu kullanılmıştır 

Her ne kadar köprü sismik açıdan dünyanın en aktif bölgelerinden birinden yer alsa da ve ankraj bloklarından biri doğrudan bir fay hattı üzerinde olsa da, asma köprü tabliyesinin tasarımını genel anlamda sismik eylemler belirlememektedir. Sismik kuvvet etkileri, aşağıda tanımlanan şekilde üç deprem seviyesi için yedi bağımsız zaman tanım sismik kayıtlarının zaman tanım analizleri kullanılarak hesaplanmıştır: 

• Dönüş periyodu 150 yıl olan fonksiyonel değerlendirme depremi (Functional evaluation earthquake-FEE). Bu senaryoda sismik olay sonrasında köprü tabliyesi derhal erişilebilir olmalıdır. 

• Dönüş periyodu 1000 yıl olan emniyet değerlendirmesi depremi (Safety evaluation earthquake-SEE). Bu senaryoda sismik olay sonrasında köprü tabliyesine günler içerisinde erişim sağlanmalıdır. 

Gerekli onarımların yapımına local olarak izin verilecektir. 

• Dönüş periyodu 2475 yıl olan çökme olmayan deprem (No collapse earthquake-NCE). Bu senaryoda sismik olay sonrasında kapsamlı onarım gerektiren ciddi seviyede hasar oluşur ve tekrar inşaata izin verilir. 

Ortotropik çelik tabliyenin tasarımında 100 yıllık metal yorulması ömrü tasarımının büyük etkisi bulunmaktadır. Eurocode tarafından tanımlanan normal metal yorulması yükleme modellerinin yanı sıra, köprü projeye özel bir yükleme modeli altında yeterli tasarım ömrünü sergileyecek şekilde tasarlanmıştır. Bu yükleme modeli, İkinci Boğaz geçişinde (Fatih Sultan Mehmet Köprüsü) kaydedilen hareketli ağırlık ölçüm (weigh in motion-WIM) verilerinin istatistiksel analizinden elde edilmiştir. Tabliye detaylarının metal yorulması doğrulaması için hasar birikimi yöntemi kullanılmıştır. Lokal metal yorulması doğrulamasından seçmeler şekilde verilmiştir 

 

 

Kritik metal yorulması gerilmesi için geniş diyafram aralığı önem taşımaktadır. Yeterli rijitliğe ulaşmak için oluk boyutları yeterli şekilde arttırılmıştır. Her ne kadar ilave rijitlik ve lokal yük dağılımını sağlayarak 60mm’lik kaplama uygulanmış olsa da, kompozit eylem değerlendirmeye alınmamıştır. Kilit tabliye boyutları ile ilgili olarak iyi bilinen diğer köprü projeleri ile mevcut proje arasındaki karşılaştırma aşağıda Şekil-7’de belirtilmiştir. 

Tabliye üretimi ve montajı 

Tabliye, üretim ve montaj yeterliliklerinden ötürü yalnızca köprü uçlarında ve kulelerde değişiklik gösterecek şekilde 25m’lik tipik kesitler halinde üretilmiştir. Toplamda 113 segman üretilmiş ve deneme montajı Türkiye’deki ÇİMTAŞ tesislerinde yapılmış, segmanlar köprü şantiyesine deniz yolu ile getirilmiştir. 

Tabliye, inşaat derzlerinde kaynaklı oluk bağlantıları ile tasarlanmıştır ancak ara montajı hızlandırmak için montaj derzlerinde cıvatalı oluk bağlantıları kullanılmıştır. Cıvatalı diyafram makas bağlantıları, toleranslı ara montaj için normalden büyük delikli tasarlanmış ve aksine boyalı sürtünme yüzeyleri ile sürtünme bağlantısı olarak tasarlanarak 0.4’lük bir kayma faktörüne göre test edilmiştir. Yüzey levhaları seramik arkalıklı enine alın kaynağı ile kaynaklanmıştır. 

Tipik köprü diyaframları, alt ve üst çapraz kirişlere cıvatalı şekilde bağlanan yuvarlak boş kesit diyagonal desteklerden oluşan makas diyaframları olarak tasarlanır. Cıvatalı bağlantı, üretim sürecini daha da hızlandırarak toplam inşaat süresini azaltmak amacı ile kolay ve hızlı ara montaj için köşe levhalarında normalden büyük delikler ile yapılmaktadır. 

Tabliye montajı, iki farklı yaklaşım ile gerçekleştirilecektir. Köprü uçlarındaki ve kulelerdeki askıda olmayan tabliye segmanları 1600 ton kaldırma kapasiteli bir yüzer vinç (Taklift 7) ile monte edilecek, tabliyenin askıdaki kısmı ise 350 ton taşıma kapasiteli ana kablolar üzerindeki kaldırma ekipmanı ile segmanı getirecek mavnadan kaldırılarak yerine yerleştirilecektir. Segmanlar, safralamayı önleme amacı ile segmanın ağırlık merkezinde yer alan kalıcı askı ankrajlarından kaldırılacaktır. 

Çelik Kuleler

İzmit Körfez Geçişi Asma Köprüsü; taban kotu +10.0m’de, ana kablo semerleri ise +245.5m kotunda olan ve yaklaşık 235m yüksekliğe ulaşan iki adet H-şekilli çelik kuleye sahip olacak şekilde tasarlanmıştır. Kule kesiti değişken olup tabanda 8.0m x 7.0m, kulenin tepe noktasında ise 7.0m x 7.0m boyutlarındadır. Kule ayakları, aşağıdaki şekilde gösterilen şekilde iki çapraz kiriş ile birbirine bağlıdır. Kule suni olarak kurutulmaktadır. 

Köprünün sismik olarak aktif bir lokasyonda yer alması ve deprem anında salınımdaki kütle miktarını ve böylece kule üzerine uygulanan yükleri azaltması dolayısı ile malzeme olarak çelik kullanılmıştır. Ana malzeme olarak çelik kullanılması ile birlikte kule segmanlarının ve rijitleştirilmiş panellerin prefabrikasyonuna olanak tanınmış ve böylelikle betonarme kulelere kıyasla inşaat hızı arttırılmıştır. 

Kule yapısal bileşenleri, kulenin sismik kütlesini daha da azaltmak ve kaldırma ağırlığını daha aza indirgemek amacı ile genel olarak yüksek nitelikli S460N/NL sınıfı çelikten imal edilmiştir. Kuledeki dikey rijidite çubuklarını ve ayakları birbirine bağlayan bağlantı levhaları, sismik olaylarda kule ayaklarının plastic kapasitelerinin kullanıldığı zonlarda S620Q sınıfı çelikten imal edilmiştir. Kule, tasarımı kısmi olarak belirleyen kritik sismik yükler altındaki plastic deformasyona izin veren kesit sınıfı 2 olacak şekilde tasarlanmıştır. 

Kulelerdeki tüm cıvatalı bağlantılar, nihai limit durumunda kaymaya karşı dirençli olacak şekilde tasarlanmış yüksek dayanımlı sürtünme kontrollü bağlantılardır (HSFG). Cıvatalı bağlantılardaki kayma faktörü 0.4’tür. 

Kulelerin içlerinde yer alan uzunlamasına rijidite çubuklarında cıvatalı bağlantı kullanılması, kule yüzey levhalarında yatay derzlerin kaynağı öncesinde birkaç segmanın monte edilebilmesinden dolayı daha hızlı montaja izin vermektedir. Böylelikle montaj için gerekli olan pahalı yüzer vincin kullanım süresi de sınırlanmaktadır. 

Her bir kule 22 segmandan oluşmaktadır. İlk 11 segmanın her biri imalat sahasında monte edilmiş ve yüzer vinç kullanılarak yerine yerleştirilmiştir. Sınırlı kaldırma yüksekliği ve vinç kapasitesinden ötürü kalan 11 blok (12-22.bloklar), kulenin alt çapraz kirişine monte edilmiş tırmanır vinç kullanılarak panel panel monte edilmiştir. 

Kablo işleri

Her bir yönde üç şeritli otoyol trafiğini taşıyacak olan 3025m uzunluğundaki iki ana kablo, sıkıştırma sonrasında %20 hava boşluğunun ortadan kalkması sonrasında sırası ile 781 mm ve 788m çapa sahip 110-112 önceden imal edilmiş parallel halat grubundan oluşmaktadır. Her bir halat grubu, her biri 5.91mm’lik nominal çapa sahip 127 adet galvanizli telden oluşmaktadır. Ana kablolar, S-şekli verilmiş sargı teli, boya ve modern bir kurutma sistemi ile korunmaktadır. 

Ana kabloların 1:9 oranında sarkma/açıklık oranı bulunmaktadır. Ana kablolar 252m kotunda semerler, yan açıklık platformlarında sapma semerleri ve ankrajlarda pah semerleri tarafından taşınmaktadır. Semerler, tasarımı lokal olarak detaylandırılmış FE modelleri ile doğrulanmış kaynaklı yüksek dayanımlı çelik yapılardır. 

Ana PPWS kablosunun uçları, aşağıdaki şekilde gösterilen şekilde yıldız başlı levhalara tijler ile bağlanacak şekilde ankraj bloklarına sabitlenmektedir. Bu yıldız başlı levhalar, beton yüzeyi geren ard germeli tendonlar için entegre bir ankraj bağlantısı sağlar ve ana kablodaki gerilmeyi betonarme ankraj bloğuna aktarır. 

Ana kablolar üzerinde 25 metre aralıkla dökme çelik kablo klempleri yer almaktadır. Her bir klemp, klemplerin her birinde bir çift kablo askısının yer aldığı kuleye en yakın noktalar haricinde HDPE kılıflı PWS askı halatı taşımaktadır. Uç değerlerdeki sismik gereklilikler dahilinde kablo klempi ve köprü tabliyesi bağlantılarında monte edilecek çok sayıda küresel mesnet ve silindirik burç yatakları monte edilmesini gerektiren büyük uzunlamasına ve enine askı rotasyonu bulunmaktadır. 

Inşaat süresini sınırlamak amacı ile genel olarak kullanılan havada bükme yöntemi yerine PPWS seçilmiştir. PPWS, makaralar ile şantiyeye getirilmiş ve kuzey ankraj noktasında yer alan makara açma ekipmanı ile çekilerek açılmıştır. Çekme sistemi, Şekil 17’de gösterilen şekilde ankraj blokları arasında yer alan kediyolu üzerine monte edilmiş bir teleferik sistemi ile taşınmaktadır. 

İrtibat Temsilcisi 

Inşaat süresini optimize etmek için tasarım inisiyatiflerinin ötesinde tasarımcılar tarafından şantiyede bir irtibat temsilcisinin daimi olarak bulunması tercih edilmiştir. Buradaki niyet, esas olarak tasarım anlayışına dair sorulara anında cevap verme veya revize edilmiş üretim yöntemlerine ilişkin tasarım değişikliklerini değerlendirmektir. 

Yüklenici ve tasarımcının aynı ülkede bulunmadığı durumlarda iletişim süreleri bazen uzun gözükebilmektedir, ancak sahada bir temsilcinin bulunması ile merkez ofisteki ilgili kilit personel ile daha hızlı temas sağlanabilir ve sahada karşılaşılan komplikasyonlar ve sahadaki durumun bir temsilci tarafından açıklanması daha kolay olmaktadır. Böylelikle tepki süreleri azaltılarak bazı durumlarda inşaat süresi önemli oranda daha aza indirgenmiştir. 

Bir diğer fayda ise bu temsilcinin yüklenici ekibinin entegre bir parçası haline gelmesi ve saha incelemeleri ve kalite değerlendirmeleri yapılırken yardımcı olabilmesi, böylelikle üretimin tasarım varsayımları ile paralel olmasının sağlanmasıdır. Tasarım ve üretim yöntemleri arasındaki uyuşmazlıklar böylelikle inşaat sürecini geciktirmeden sahada derhal giderilebilmektedir. 

İzmit Körfez Geçişi Asma Köprüsü’nün inşaatı hızla devam etmekte olup, bu büyüklükte bir açıklığa sahip bir asma köprü için 3 yıl gibi rekor bir inşaat süresine uyularak 2016 başlarında trafiğe açılması beklenmektedir. Bu bağlamda, seçilen tasarım ve inşaat inisiyatiflerinin yapının karmaşıklığına rağmen inşaat süresini ve maliyeti etkili şekilde ve önemli oranda sınırladığı sonucuna varılabilir.