Köprü
.jpg)
Köprü, fiziksel bir engeli (bir su kütlesi, vadi, yol veya demiryolu gibi) altından geçişi engellemeden aşmak için inşa edilen bir yapıdır. Genellikle geçilmesi zor veya imkansız olan bir engelin üzerinden geçişi sağlamak amacıyla inşa edilir. Her biri belirli bir amaca hizmet eden ve farklı durumlara uygulanabilen birçok farklı köprü tasarımı vardır. Köprü tasarımları, köprünün işlevi, köprünün inşa edildiği ve sabitlendiği arazinin doğası, yapımında kullanılan malzeme ve inşa etmek için mevcut fonlar gibi faktörlere bağlı olarak değişir. ⓘ
En eski köprüler muhtemelen devrilmiş ağaçlar ve basamak taşlarıyla yapılmıştır. Neolitik insanlar bataklıklar üzerinde tahta köprüler inşa etmişlerdir. Arkadiko Köprüsü (MÖ 13. yüzyıldan kalma, Mora Yarımadası'nda) halen var olan ve kullanılan en eski kemer köprülerden biridir. ⓘ
Köprü, nehir ve vadi gibi geçilmesi güç bir engelin iki kıyısını bağlayan veya herhangi bir engelle ayrılmış iki yakayı birbirine bağlayan veya trafik akımının, başka bir trafik akımını kesmeden üstten geçmesini sağlayan yapıdır. ⓘ
Etimoloji
_20180223.jpg)
_006.jpg)
Oxford İngilizce Sözlüğü, köprü kelimesinin kökenini Eski İngilizce'de aynı anlama gelen brycg kelimesine dayandırmaktadır. Sözcük doğrudan Proto-Hint-Avrupa kökenli *bʰrēw- sözcüğüne dayandırılabilir. Aynı adı taşıyan kart oyunu için kullanılan kelime farklı bir kökene sahiptir. ⓘ
Tarihçe
En basit ve en eski köprü türleri atlama taşlarıydı. Neolitik insanlar da bataklıklar boyunca bir tür tahta kaldırım inşa etmişlerdir; bu tür köprülere örnek olarak İngiltere'deki yaklaşık 6000 yıllık Sweet Track ve Post Track gösterilebilir. Kuşkusuz, eski insanlar kütük köprüleri de kullanmışlardır; bu, doğal olarak düşen veya kasıtlı olarak kesilen veya akarsular üzerine yerleştirilen ahşap bir köprüdür. Önemli açıklığa sahip ilk insan yapımı köprülerden bazıları muhtemelen kasıtlı olarak kesilen ağaçlardı. ⓘ
En eski ahşap köprüler arasında İsviçre'deki Zürih Gölü'nün üstünden geçen Holzbrücke Rapperswil-Hurden yer almaktadır; Seedamm'ın batısında keşfedilen tarih öncesi ahşap yığınları MÖ 1523 yılına kadar uzanmaktadır. İlk ahşap yaya köprüsü Zürih Gölü'nü geçerken, bunu Roma İmparatorluğu'nun 6 metre genişliğinde (20 ft) ahşap bir köprü inşa ettiği MS 2. yüzyılın sonlarına kadar çeşitli rekonstrüksiyonlar izlemiştir. 1358 ve 1360 yılları arasında Avusturya Dükü Rudolf IV, göl üzerinde 1878 yılına kadar kullanılan, yaklaşık 1.450 metre (4.760 ft) uzunluğunda ve 4 metre (13 ft) genişliğinde 'yeni' bir ahşap köprü inşa etmiştir. 6 Nisan 2001 tarihinde açılan yeniden inşa edilmiş ahşap yaya köprüsü, İsviçre'nin en uzun ahşap köprüsü olma özelliğini taşımaktadır. ⓘ
Arkadiko Köprüsü, Yunanistan'ın güneyindeki Mora Yarımadası'nda bulunan Tiryns kalesi ile Epidauros kasabası arasında savaş arabalarının geçmesi için tasarlanmış eski bir yol ağının parçası olan dört Miken kemer köprüsünden biridir. Yunan Bronz Çağı'na (M.Ö. 13. yüzyıl) tarihlenen bu köprü, halen varlığını ve kullanımını sürdüren en eski kemer köprülerden biridir. Mora Yarımadası'nda Helenistik dönemden kalma birkaç sağlam kemerli taş köprü bulunabilir. ⓘ
Antik çağın en büyük köprü inşaatçıları antik Romalılardır. Romalılar, daha önceki tasarımlara zarar verecek veya yok edecek koşullarda ayakta kalabilecek kemer köprüler ve su kemerleri inşa etmişlerdir. Bazıları bugün de ayaktadır. İspanya'da Tagus Nehri üzerine inşa edilen Alcántara Köprüsü buna bir örnektir. Romalılar ayrıca doğal taşta bulunan mukavemet çeşitliliğini azaltan çimento da kullanmışlardır. Puzolana adı verilen bir tür çimento su, kireç, kum ve volkanik kayadan oluşuyordu. Roma döneminden sonra çimento teknolojisi kaybolduğu için (daha sonra yeniden keşfedilmiştir) tuğla ve harç köprüler inşa edilmiştir. ⓘ
Hindistan'da Kautilya'nın Arthashastra adlı eserinde baraj ve köprü yapımından bahsedilmektedir. Girnar yakınlarındaki bir Maurya köprüsü James Princep tarafından incelenmiştir. Köprü bir sel sırasında sürüklenmiş ve daha sonra imparator I. Chandragupta'nın baş mimarı Puspagupta tarafından onarılmıştır. 4. yüzyıla gelindiğinde Hindistan'da bambu ve demir zincir kullanılarak daha sağlam köprüler inşa edildiği görülmektedir. Hindistan'daki Babür yönetimi tarafından hem askeri hem de ticari amaçlı çok sayıda köprü inşa edilmiştir. ⓘ
Savaşan Devletler döneminde büyük ahşap Çin köprüleri mevcut olsa da, Çin'de ayakta kalan en eski taş köprü Sui hanedanlığı döneminde MS 595 ila 605 yılları arasında inşa edilen Zhaozhou Köprüsü'dür. Bu köprü aynı zamanda dünyanın en eski açık kanatlı taş segmental kemer köprüsü olması bakımından da tarihi bir öneme sahiptir. Avrupa segmental kemer köprüleri en azından Alconétar Köprüsü'ne (yaklaşık MS 2. yüzyıl) kadar uzanırken, muazzam Roma dönemi Trajan Köprüsü (MS 105) ahşap konstrüksiyonda açık spandrel segmental kemerler içeriyordu. ⓘ
Basit bir asma köprü türü olan halat köprüler, 16. yüzyıldaki Avrupa kolonizasyonundan hemen önce Güney Amerika'nın And Dağları'ndaki İnka uygarlığı tarafından kullanılmıştır. ⓘ
Ashanti'ler dere ve nehirler üzerine köprüler inşa etmişlerdir. Bu köprüler, dört büyük çatallı ağaç gövdesinin dere yatağına çakılması, kirişlerin bu çatallı sütunlar boyunca yerleştirilmesi ve son olarak dört ila altı inç toprakla kaplanan çapraz kirişlerin yerleştirilmesiyle inşa edilirdi. ⓘ
18. yüzyıl boyunca Hans Ulrich Grubenmann, Johannes Grubenmann ve diğerleri tarafından ahşap köprülerin tasarımında birçok yenilik yapılmıştır. Köprü mühendisliği üzerine ilk kitap Hubert Gautier tarafından 1716 yılında yazılmıştır. ⓘ
Köprü teknolojisinde büyük bir atılım, 1779 yılında İngiltere'nin Shropshire kentinde Demir Köprü'nün inşa edilmesiyle gerçekleşti. Severn nehrini geçmek için ilk kez dökme demirden kemerler kullanıldı. Sanayi Devrimi ile birlikte 19. yüzyılda daha büyük köprüler için dövme demirden makas sistemleri geliştirildi, ancak demir büyük yükleri taşıyacak gerilme mukavemetine sahip değildi. Yüksek gerilme mukavemetine sahip olan çeliğin ortaya çıkmasıyla birlikte, çoğu Gustave Eiffel'in fikirleri kullanılarak çok daha büyük köprüler inşa edilmiştir. ⓘ
.jpg)
Kanada ve Amerika Birleşik Devletleri'nde, 1700'lerin sonlarından 1800'lerin sonlarına kadar, Almanya ve İsviçre'deki daha önceki tasarımları anımsatan çok sayıda ahşap kapalı köprü inşa edilmiştir. Asya'da da bazı üstü kapalı köprüler inşa edilmiştir. Daha sonraki yıllarda, bazıları kısmen taş veya metalden yapılmış olsa da, kafes kirişler genellikle hala ahşaptan yapılmıştır; Amerika Birleşik Devletleri'nde, Kraliçe Direği, Burr Kemeri ve Kasaba Kafesi olmak üzere üç kafes kiriş stili vardı. Bu yapılardan yüzlercesi Kuzey Amerika'da hala ayakta durmaktadır. Bu yapılar 1990'larda The Bridges of Madison County adlı roman, film ve oyunla kamuoyunun dikkatini çekmiştir. ⓘ
1927 yılında kaynak öncüsü Stefan Bryła dünyanın ilk kaynaklı karayolu köprüsü olan Maurzyce Köprüsü'nü tasarlamış ve bu köprü daha sonra 1929 yılında Polonya'nın Łowicz kenti yakınlarındaki Maurzyce'de Słudwia nehri üzerinde inşa edilmiştir. Amerikan Kaynak Derneği 1995 yılında Polonya'ya bu köprü için Tarihi Kaynaklı Yapı Ödülü vermiştir. ⓘ
Köprü türleri
Köprüler birkaç farklı şekilde kategorize edilebilir. Yaygın kategoriler, kullanılan yapısal elemanların türünü, ne taşıdıklarını, sabit veya hareketli olup olmadıklarını ve kullanılan malzemeleri içerir. ⓘ
Yapı türleri
Köprüler, gerilme, sıkıştırma, eğilme, burulma ve kesme hareketlerinin yapıları boyunca nasıl dağıtıldığına göre sınıflandırılabilir. Çoğu köprü bunların hepsini bir dereceye kadar kullanacaktır, ancak yalnızca birkaçı baskın olacaktır. Kuvvetlerin ve momentlerin ayrımı oldukça net olabilir. Asma veya kablo askılı bir köprüde, gerilim altındaki elemanlar şekil ve yerleşim bakımından farklıdır. Diğer durumlarda kuvvetler, bir kafes kirişte olduğu gibi çok sayıda eleman arasında dağıtılmış olabilir. ⓘ
 Kirişli köprü
|
Kirişli köprüler, her iki uçta alt yapı birimleri tarafından desteklenen yatay kirişlerdir ve kirişler yalnızca tek bir açıklık boyunca bağlandığında basit destekli veya kirişler iki veya daha fazla açıklık boyunca bağlandığında sürekli olabilir. Birden fazla açıklık olduğunda, ara destekler iskele olarak bilinir. En eski kiriş köprüler, akarsuların üzerine oturtulan basit kütükler ve benzeri basit yapılardır. Modern zamanlarda, kiriş köprüler küçük, ahşap kirişlerden büyük, çelik kutulara kadar çeşitlilik gösterebilir. Köprü üzerindeki dikey kuvvet, kiriş üzerinde bir kesme ve eğilme yüküne dönüşür ve bu da uzunluğu boyunca her iki taraftaki alt yapılara aktarılır Tipik olarak çelik, beton veya ahşaptan yapılırlar. Genellikle çelikten yapılan kirişli köprüler ve plaka kirişli köprüler kirişli köprü türleridir. Çelikten, betondan veya her ikisinden yapılan kutu kirişli köprüler de kirişli köprülerdir. Eğilme gerilmeleri uzunluğun karesiyle orantılı olarak arttığından (ve sapma uzunluğun 4. kuvvetiyle orantılı olarak arttığından) kiriş köprü açıklıkları nadiren 250 feet (76 m) uzunluğunu aşar. Ancak, bir kutu kirişli köprü olan Rio-Niteroi Köprüsü'nün ana açıklığı 300 metredir (980 ft).
Dünyanın en uzun kirişli köprüsü, Amerika Birleşik Devletleri'nin güney Louisiana eyaletindeki Pontchartrain Gölü Geçidi'dir. 23,83 mil (38,35 km) uzunluğundaki köprünün her bir açıklığı 56 fittir (17 m). Kirişli köprüler günümüzde kullanılan en basit ve en eski köprü türüdür ve popüler bir türdür. ⓘ |
 Makas köprü
|
Makas köprü, taşıyıcı üstyapısı makastan oluşan bir köprüdür. Bu kafes kiriş, üçgen birimler oluşturan bağlı elemanlardan oluşan bir yapıdır. Bağlantılı elemanlar (tipik olarak düz) dinamik yüklere yanıt olarak gerilim, sıkıştırma veya bazen her ikisinden de gerilebilir. Makas köprüler, modern köprülerin en eski türlerinden biridir. Bu makalede gösterilen temel makas köprü tipleri, on dokuzuncu ve yirminci yüzyılın başlarındaki mühendisler tarafından kolayca analiz edilebilecek basit tasarımlara sahiptir. Bir kafes köprü, malzemelerin verimli kullanımı sayesinde inşa edilmesi ekonomiktir. |
 Konsol köprü
|
Konsol köprüler, sadece bir ucundan desteklenen yatay kirişler olan konsollar kullanılarak inşa edilir. Konsol köprülerin çoğunda, köprünün geçtiği engelin merkezinde buluşmak üzere destek ayaklarının karşı taraflarından uzanan bir çift kesintisiz açıklık kullanılır. Konsol köprüler, kiriş köprülerle hemen hemen aynı malzeme ve teknikler kullanılarak inşa edilir. Aradaki fark, köprüden geçen kuvvetlerin etkisinde ortaya çıkar.
Bazı konsol köprülerde ekstra güç için iki konsolu birbirine bağlayan daha küçük bir kiriş de bulunur. En büyük konsol köprü Kanada'nın Quebec eyaletindeki 549 metrelik (1,801 ft) Quebec Köprüsüdür. |
 Kemer köprü
|
Kemer köprülerin her iki ucunda dayanaklar bulunur. Köprünün ağırlığı her iki taraftaki dayanaklara doğru itilir. Bilinen en eski kemer köprüler Yunanlılar tarafından inşa edilmiştir ve Arkadiko Köprüsü'nü de içermektedir.
Slovenya'da Solkan'da Soča Nehri üzerindeki Solkan Köprüsü 220 metre (720 ft) açıklığı ile dünyanın en büyük ikinci taş köprüsü ve en uzun demiryolu taş köprüsüdür. Köprü 1905 yılında tamamlanmıştır. Sadece 18 günde 5.000 tondan fazla (4.900 uzun ton; 5.500 kısa ton) taş bloktan inşa edilen kemeri, Plauen'deki Friedensbrücke'yi (Syratalviadukt) geçerek dünyanın en büyük ikinci taş kemeri ve en büyük demiryolu taş kemeridir. Aynı yıl inşa edilen Friedensbrücke'nin kemeri 90 m (295 ft) açıklığa sahiptir ve Syrabach Nehri vadisini geçmektedir. İkisi arasındaki fark, Solkan Köprüsü'nün taş bloklardan, Friedensbrücke'nin ise kırma taş ve çimento harcı karışımından inşa edilmiş olmasıdır. Dünyanın en büyük kemer köprüsü Yangtze Nehri üzerindeki 1.741 m (5.712 ft) uzunluğa ve 552 m (1.811 ft) açıklığa sahip Chaotianmen Köprüsü'dür. Köprü 29 Nisan 2009 tarihinde Çin'in Chongqing kentinde açılmıştır. |
 Bağlı kemer köprü
|
Bağlı kemer köprüler kemer şeklinde bir üst yapıya sahiptir, ancak geleneksel kemer köprülerden farklıdır. Köprünün ağırlığını ve trafik yüklerini dayanaklara itme kuvvetlerine aktarmak yerine, kemerlerin uçları yapının alt akorundaki gerilimle sınırlandırılır. Bunlara kirişli kemerler de denir. |
 Asma köprü
|
Asma köprüler kablolarla asılır. En eski asma köprüler, bambu parçalarıyla kaplı halatlardan veya sarmaşıklardan yapılmıştır. Modern köprülerde kablolar kesonlara ya da batardolara bağlı kulelerden sarkar. Kesonlar ya da batardolar göl, nehir ya da deniz yatağının derinliklerine yerleştirilir. Alt tipler arasında basit asma köprü, gergili şerit köprü, alttan askılı asma köprü, asma katlı asma köprü ve kendinden ankrajlı asma köprü yer almaktadır. Bazen "yarı asma" köprü olarak adlandırılan bir köprü de vardır ki Burton-upon-Trent'teki Ferry Köprüsü Avrupa'da türünün tek örneğidir.
Dünyanın en uzun asma köprüsü Türkiye'deki 4,608 m (15,118 ft) uzunluğundaki 1915 Çanakkale Köprüsü'dür. |
 Kablo askılı köprü
|
Kablo askılı köprüler, asma köprüler gibi kablolar tarafından tutulur. Ancak, kablo askılı bir köprüde daha az kablo gereklidir ve kabloları tutan kuleler orantılı olarak daha yüksektir. Bilinen ilk kablolu köprü 1784 yılında C. T. (veya C. J.) Löscher tarafından tasarlanmıştır.
2012'den bu yana en uzun kablolu köprü Rusya'nın Vladivostok kentindeki 1.104 m (3.622 ft) uzunluğundaki Russky Köprüsüdür. |
Bazı mühendisler 'kirişli' köprüleri enine kesitlerine göre döşeme, kiriş ve döşeme ve kutu kiriş olarak alt gruplara ayırmaktadır. Döşeme katı veya boşluklu olabilir (ancak denetlenebilirlik nedenleriyle bu artık tercih edilmemektedir), kiriş ve döşeme ise beton bir döşeme ile birbirine bağlanan beton veya çelik kirişlerden oluşur. Bir kutu-kiriş kesiti tek hücreli veya çok hücreli bir kutudan oluşur. Son yıllarda integral köprü yapımı da popüler hale gelmiştir. ⓘ
Sabit veya hareketli köprüler
Köprülerin çoğu sabit köprülerdir, yani hareketli parçaları yoktur ve arızalanana veya yıkılana kadar tek bir yerde kalırlar. Bailey köprüleri gibi geçici köprüler ise monte edilmek, sökülmek, farklı bir yere taşınmak ve yeniden kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Askeri mühendislikte önemlidirler ve eski bir köprü yeniden inşa edilirken trafiği taşımak için de kullanılırlar. Hareketli köprüler, aksi takdirde sığamayacak kadar uzun olan teknelerin veya diğer trafik türlerinin yolundan çekilmek üzere tasarlanmıştır. Bunlar genellikle elektrikle çalışır. ⓘ
Tank köprü taşıyıcı (TBT) tam yüklü olduğunda bile bir tankla aynı arazi performansına sahiptir. Köprüleri bağımsız olarak konuşlandırabilir, bırakabilir ve yükleyebilir, ancak onları kurtaramaz. ⓘ
Çift katlı köprüler
New York City'yi Bergen County, New Jersey, ABD'ye bağlayan ve yılda 102 milyon araç taşıyan dünyanın en işlek köprüsü olan George Washington Köprüsü gibi çift katlı (veya çift katlı) köprüler iki seviyeye sahiptir; yol seviyeleri arasındaki makas çalışması yollara sertlik sağlamış ve alt seviye üst seviyeden otuz yıl sonra kurulduğunda üst seviyenin hareketini azaltmıştır. Hong Kong'daki Tsing Ma Köprüsü ve Kap Shui Mun Köprüsü'nün üst güvertelerinde altı şerit, alt güvertelerinde ise iki şerit ve MTR metro trenleri için bir çift ray bulunmaktadır. Bazı çift katlı köprüler cadde trafiği için sadece bir kat kullanmaktadır; Minneapolis'teki Washington Avenue Köprüsü alt katını otomobil ve hafif raylı sistem trafiğine, üst katını ise yaya ve bisiklet trafiğine (ağırlıklı olarak Minnesota Üniversitesi öğrencileri) ayırmaktadır. Aynı şekilde Toronto'daki Prince Edward Viyadüğü'nün üst katında beş şeritli motorlu taşıt trafiği, bisiklet yolları ve kaldırımlar; alt katında ise Bloor-Danforth metro hattı için bir çift ray bulunmaktadır. San Francisco-Oakland Körfez Köprüsü'nün batı açıklığı da iki katlıdır. ⓘ
Robert Stephenson'ın 1849 yılında tamamlanan Newcastle upon Tyne'daki Tyne Nehri üzerindeki Yüksek Seviyeli Köprüsü, çift katlı köprünün erken bir örneğidir. Üst seviye demiryolu taşırken, alt seviye karayolu trafiği için kullanılmaktadır. Diğer örnekler arasında Menai Boğazı üzerindeki Britannia Köprüsü ve Kuzey İrlanda'nın Derry kentindeki Craigavon Köprüsü sayılabilir. Kopenhag ve Malmö arasındaki Oresund Köprüsü, üst seviyede dört şeritli bir otoyol ve alt seviyede bir çift demiryolu hattından oluşmaktadır. Londra'daki Tower Bridge, çift katlı köprünün farklı bir örneğidir ve orta bölümü alçak seviyeli bir baskül açıklık ve yüksek seviyeli bir yaya köprüsünden oluşur. ⓘ
Viyadükler
Bir viyadük, daha uzun bir yapıya bağlanan birden fazla köprüden oluşur. En uzun ve en yüksek köprülerden bazıları Pontchartrain Gölü Geçidi ve Millau Viyadüğü gibi viyadüklerdir. ⓘ
Çok yönlü köprü
Çok yönlü bir köprü, köprünün merkezine yakın bir yerde buluşan üç veya daha fazla ayrı açıklığa sahiptir. Sadece üç açıklığı olan çok yönlü köprüler yukarıdan bakıldığında "T" veya "Y" şeklinde görünür. Çok yönlü köprüler son derece nadirdir. Tridge, Margaret Köprüsü ve Zanesville Y-Köprüsü bunlara örnektir. ⓘ
Kullanıma göre köprü tipleri
Bir köprü, trenler, yaya veya karayolu trafiği (karayolu köprüsü), su taşımacılığı veya mavna trafiği için bir boru hattı veya su yolu gibi taşımak üzere tasarlandığı şeye göre kategorize edilebilir. Bir su kemeri, eşit yükseklikteki noktaları birbirine bağlayan bir köprü olan viyadüğe benzeyen, su taşıyan bir köprüdür. Bir karayolu-demiryolu köprüsü hem karayolu hem de demiryolu trafiğini taşır. Üst geçit, özellikle karayolu ve demiryolu olmak üzere birbiriyle uyumsuz kesişen trafiği ayıran bir köprü için kullanılan bir terimdir. Bir köprü, Storstrøm Köprüsü'nde olduğu gibi havai elektrik hatlarını taşıyabilir. ⓘ
Bratislava'daki Nový Most Köprüsü'nün kulesinde olduğu gibi bazı köprüler başka amaçlara da hizmet etmektedir; bu kulede bir restoran ya da restoran olarak hizmet vermek üzere inşa edilmiş bir köprü-restoran bulunmaktadır. Diğer asma köprü kuleleri iletim antenleri taşımaktadır. ⓘ
Koruma uzmanları, habitat parçalanmasını ve hayvan-araç çarpışmalarını azaltmak için yaban hayatı üst geçitlerini kullanmaktadır. İlk hayvan köprüleri 1950'lerde Fransa'da ortaya çıktı ve bu tür köprüler artık hem büyük hem de küçük yaban hayatını korumak için dünya çapında kullanılıyor. ⓘ
Köprüler plansız kullanımlara da maruz kalmaktadır. Bazı köprülerin altındaki alanlar derme çatma barınaklara ve evsizlere ev sahipliği yapmaktadır ve dünyanın dört bir yanındaki köprülerin alt kısımları yaygın grafiti noktalarıdır. Bazı köprüler intihara teşebbüs eden insanların ilgisini çekmekte ve intihar köprüleri olarak bilinmektedir. ⓘ
Malzemeye göre köprü türleri
Yapıyı inşa etmek için kullanılan malzemeler de köprüleri kategorize etmek için kullanılır. 18. yüzyılın sonuna kadar köprüler kereste, taş ve kagirden yapılmaktaydı. Modern köprüler şu anda beton, çelik, fiber takviyeli polimerler (FRP), paslanmaz çelik veya bu malzemelerin kombinasyonlarından inşa edilmektedir. Hindistan'da Ficus elastica ağaç kökleri ve Japonya'da salkım sarmaşıklar gibi canlı bitkilerden yaşayan köprüler inşa edilmiştir. ⓘ
| Köprü tipi | Kullanılan malzemeler ⓘ |
|---|---|
| Konsol | Küçük yaya köprüleri için konsollar basit kirişler olabilir; ancak karayolu veya demiryolu trafiğini taşımak için tasarlanan büyük konsol köprülerde yapısal çelikten inşa edilmiş kafes kirişler veya öngerilmeli betondan inşa edilmiş kutu kirişler kullanılır. |
| Süspansiyon | Kablolar genellikle köprünün çoğu ile birlikte çinko ile galvanize edilmiş çelik kablolardan yapılır, ancak bazı köprüler hala çelik takviyeli betondan yapılmaktadır. |
| Kemer | Taş, tuğla ve sıkıştırmada güçlü olan ve kesme işleminde bir miktar güçlü olan diğer benzeri malzemeler. |
| Kiriş | Kirişli köprülerde, ucuz bir yapı malzemesi olan ve daha sonra inşaat demiriyle gömülen ön gerilmeli beton kullanılabilir. Sonuçta ortaya çıkan köprü hem sıkıştırma hem de çekme kuvvetlerine karşı koyabilir. |
| Kafes kiriş | Makas köprülerin üçgen parçaları, makas köprü tasarımlarına göre düz ve çelik çubuklardan imal edilir. |
1940'larda öngerilmeli betonun gelişmesiyle, betonun düşük çekme gerilmesi mahzuru önlenmiştir. Öngerilme, köprülere beton dökümünden önce gerilen ve betonun dökülmesi ve sertleşmesinden sonra serbest bırakılan çelik çubuklarla verilebilir. Diğer bir tür öngerilme verme şekli de betonun dökülüp sertleştikten sonra, yerleştirilen öngerilme kablolarına kuvvet tatbik edip bunun uçlarından ankre edilmesidir. Öngerilmede, betonun yüksek basınç mukavemeti, çeliğin yüksek çekme mukavemetiyle birleştirilmektedir. İlk öngerilmeli beton köprüler 1936'da Almanya'da ve daha sonra Fransa'da yapılmıştır. ⓘ
Analiz ve tasarım
Tasarımı mimarlar tarafından yapılan binaların aksine, köprüler genellikle mühendisler tarafından tasarlanır. Bu, mühendislik gereksinimlerinin öneminden kaynaklanmaktadır; yani engeli aşmak ve agresif bir dış ortamda minimum bakımla ayakta kalabilecek dayanıklılığa sahip olmak. Köprüler önce analiz edilir; uygulanan yüklere bağlı olarak eğilme momenti ve kesme kuvveti dağılımları hesaplanır. Bunun için sonlu elemanlar yöntemi en popüler yöntemdir. Analiz bir, iki ya da üç boyutlu olabilir. Köprülerin çoğu için iki boyutlu bir plaka modeli (genellikle takviye kirişleriyle birlikte) veya ayaklı bir sonlu eleman modeli yeterlidir. Analiz tamamlandığında, köprü uygulanan eğilme momentlerine ve kesme kuvvetlerine dayanacak şekilde tasarlanır, kesit boyutları gerilmelere dayanacak yeterli kapasitede seçilir. Birçok köprü, iyi dayanıklılık özelliklerine sahip olan öngerilmeli betondan, kirişlerin kurulumdan önce ön gerilmesi veya sahada son gerilmesi yoluyla yapılır. ⓘ
Çoğu ülkede köprüler, diğer yapılar gibi, Yük ve Direnç Faktörü Tasarımı (LRFD) ilkelerine göre tasarlanmaktadır. Basit bir ifadeyle, bu, yükün birlikten daha büyük bir faktörle çarpanlara ayrıldığı, yapının direncinin veya kapasitesinin ise birlikten daha küçük bir faktörle çarpanlara ayrıldığı anlamına gelir. Çarpanlara ayrılmış yükün etkisi (gerilme, eğilme momenti), bu etkiye karşı çarpanlara ayrılmış dirençten daha az olmalıdır. Bu faktörlerin her ikisi de belirsizliğe izin verir ve belirsizlik daha büyük olduğunda daha büyüktür. ⓘ
Estetik
Köprülerin çoğu faydacı bir görünüme sahiptir, ancak bazı durumlarda köprünün görünümü büyük önem taşıyabilir. Genellikle bu durum, bir şehrin girişi olarak hizmet veren veya bir ana liman girişinin üzerinden geçen büyük bir köprü için geçerlidir. Bunlar bazen imza köprüleri olarak bilinir. Parklarda ve park yolları boyunca yer alan köprülerin tasarımcıları da genellikle estetiğe daha fazla önem verirler. New York'taki Taconic State Parkway boyunca uzanan taş yüzlü köprüler buna örnektir. ⓘ
Genel olarak köprüler basit şekilli, tabliyesi ince (açıklığına oranla), yapının hatları sürekli ve yapısal elemanların şekilleri üzerlerine etki eden kuvvetleri yansıtıyorsa estetik açıdan daha hoştur. Güzel bir görüntü yaratmak için bazı köprüler gerekenden çok daha uzun inşa edilir. Genellikle Doğu Asya tarzı bahçelerde bulunan bu türe, yükselen bir dolunayı çağrıştıran Ay köprüsü adı verilir. Diğer bahçe köprüleri, yalnızca bir akarsu izlenimi vermek amacıyla, akarsuyla yıkanmış çakıl taşlarından oluşan kuru bir yatağı geçebilir. Genellikle saraylarda, önemli bir yere ya da ruh haline geçişi simgeleyen yapay bir su yolu üzerine bir köprü inşa edilir. Beş köprüden oluşan bir set, Çin'in Pekin kentindeki Yasak Şehir'in önemli bir avlusunda kıvrımlı bir su yolunu geçmektedir. Merkezdeki köprü sadece İmparator ve İmparatoriçe ile refakatçilerinin kullanımı için ayrılmıştır. ⓘ
Köprü bakımı
Köprülerin tahmini ömrü, konum ve malzemeye bağlı olarak 25 ila 80 yıl arasında değişmektedir. Bununla birlikte, köprüler uygun bakım ve rehabilitasyon ile yüzlerce yıl yaşayabilir. Köprü bakımı, yapısal sağlık izleme ve testlerin bir kombinasyonundan oluşur. Bu, ülkeye özgü mühendislik standartlarında düzenlenmiştir ve her üç ila altı ayda bir sürekli izleme, her iki ila üç yılda bir basit bir test veya muayene ve her altı ila on yılda bir büyük bir muayene içerir. Avrupa'da bakım maliyeti oldukça yüksektir ve bazı ülkelerde yeni köprülere yapılan harcamalardan daha yüksektir. Kaynaklı çelik köprülerin ömrü, kaynak geçişlerinin sonradan işlenmesiyle önemli ölçüde uzatılabilir. Bu da mevcut köprülerin planlanan kullanım ömrünün çok ötesinde kullanılmasını sağlayarak potansiyel olarak yüksek fayda sağlar. ⓘ
Köprü trafik yükü
Bir köprünün uygulanan yüke tepkisi iyi anlaşılmış olsa da, uygulanan trafik yükünün kendisi hala araştırma konusudur. Özellikle karayolu köprülerinde yükleme oldukça değişken olduğu için bu istatistiksel bir sorundur. Köprülerdeki yük etkileri (gerilmeler, eğilme momentleri) Yük ve Direnç Faktörü Tasarımı ilkeleri kullanılarak tasarlanır. Belirsizliğe izin vermek için faktörleme yapılmadan önce, yük etkisi genellikle belirli bir dönüş periyodundaki maksimum karakteristik değer olarak kabul edilir. Özellikle Avrupa'da bu değer 1000 yıl içinde beklenen maksimum değerdir. ⓘ
Köprü standartları genellikle dönüş periyodunda beklenen karakteristik maksimum yükü temsil ettiği kabul edilen bir yük modeli içerir. Geçmişte bu yük modelleri uzmanlardan oluşan standart hazırlama komiteleri tarafından kabul edilirdi ancak günümüzde bu durum değişmektedir. Artık hareket halinde tartım (WIM) teknolojilerini kullanarak köprü trafik yükünün bileşenlerini ölçmek, kamyonları tartmak mümkündür. Kapsamlı WIM veri tabanları ile, belirtilen dönüş periyodunda beklenen maksimum yük etkisini hesaplamak mümkündür. Bu, karşı yön şeritleri, yan yana (aynı yön) şeritler, trafik büyümesi, izinli/izinsiz araçlar ve uzun açıklıklı köprüler (aşağıya bakınız) konularını ele alan aktif bir araştırma alanıdır. Bir köprünün tasarlanacağı her seferinde bu karmaşık süreci tekrarlamak yerine, standart otoriteleri, karakteristik maksimum değerlerle aynı yük etkilerini vermeyi amaçlayan, özellikle HL-93 gibi basitleştirilmiş kavramsal yük modelleri belirlemektedir. Eurocode, köprü trafik yüklemesi için bu şekilde geliştirilmiş bir standart örneğidir. ⓘ
Uzun açıklıklı köprülerde trafik yüklemesi
Çoğu köprü standardı yalnızca kısa ve orta açıklıklar için geçerlidir - örneğin Eurocode yalnızca 200 m'ye kadar olan yük uzunlukları için geçerlidir. Genel olarak yük yoğunluğunun açıklık arttıkça azaldığı kabul edilir çünkü çok sayıda kamyonun yakın aralıklı ve aşırı ağır olma olasılığı, ilgili kamyon sayısı arttıkça azalır. Ayrıca genellikle kısa açıklıkların az sayıda kamyonun yüksek hızda seyretmesi ve dinamikler göz önünde bulundurularak yönetildiği varsayılmaktadır. Öte yandan, daha uzun açıklıklar sıkışık trafik tarafından yönetilir ve dinamikler için herhangi bir ödeneğe gerek yoktur. Sıkışık trafikten kaynaklanan yüklemenin hesaplanması, sıkışık koşullarda hem şerit içi hem de şeritler arası araçlar arası boşluklara ilişkin verilerin yetersiz olması nedeniyle bir zorluk olmaya devam etmektedir. Hareket Halinde Tartım (WIM) sistemleri araçlar arası boşluklar hakkında veri sağlar ancak yalnızca serbest akışlı trafik koşullarında iyi çalışır. Bazı yazarlar sıkışık durumlarda boşlukları ve araç uzunluklarını ölçmek için kameralar kullanmış ve WIM verilerini kullanarak uzunluklardan ağırlıkları çıkarmışlardır. Diğerleri ise köprü üzerinde tipik araç kümeleri oluşturmak için mikrosimülasyon kullanmıştır. ⓘ
Köprü titreşimi
Köprüler yük altında titreşir ve bu da gerilmelere az ya da çok katkıda bulunur. Titreşim ve dinamikler genellikle yaya köprüleri ve uzun açıklıklı karayolu veya demiryolu köprüleri gibi ince yapılar için daha önemlidir. En ünlü örneklerden biri, inşa edildikten kısa bir süre sonra aşırı titreşim nedeniyle çöken Tacoma Narrows Köprüsü'dür. Daha yakın bir tarihte, Londra'daki Milenyum Köprüsü yaya yükü altında aşırı derecede titreşmiş ve kapatılarak bir damper sistemi ile güçlendirilmiştir. Daha küçük köprüler için dinamikler yıkıcı olmamakla birlikte, statik etkilerden kaynaklanan gerilmelere ilave bir amplifikasyon sağlayabilir. Örneğin, köprü yüklemesi için Eurocode, açıklığa, trafik şeritlerinin sayısına ve gerilme türüne (eğilme momenti veya kesme kuvveti) bağlı olarak %10 ila %70 arasında bir amplifikasyon belirtir. ⓘ
Araç-köprü dinamik etkileşimi
Araç geçişleri sırasında araçlar ve köprüler arasındaki dinamik etkileşim üzerine birçok çalışma yapılmıştır. Fryba, hareketli bir yük ile Euler-Bernoulli kirişinin etkileşimi üzerine öncü bir çalışma yapmıştır. Hesaplama gücünün artmasıyla birlikte, araç-köprü etkileşimi (VBI) modelleri daha da karmaşık hale gelmiştir. Buradaki endişe, araçla ilişkili birçok doğal frekanstan birinin köprünün ilk doğal frekansı ile rezonansa girmesidir. Araçla ilgili frekanslar gövde sıçraması ve aks sıçramasını içerir, ancak aracın geçiş hızıyla ilişkili sözde frekanslar da vardır ve yüzey profiliyle ilişkili birçok frekans vardır. Karayolu köprülerindeki çok çeşitli ağır araçlar göz önüne alındığında, birçok statik olarak aşırı yükleme olayı için gerçekleştirilen VBI analizleri ile istatistiksel bir yaklaşım önerilmiştir. ⓘ
Köprü arızaları
Köprülerin yıkılması, köprü tasarımı, inşası ve bakımı için hayati önem taşıyan dersleri öğrenmeye çalışan yapı mühendisleri için özel bir endişe kaynağıdır. ⓘ
Köprülerin arızalanması ilk olarak İngiltere'de Viktorya döneminde, genellikle yeni malzemeler kullanılarak birçok yeni tasarımın inşa edildiği ve bazılarının feci şekilde arızalandığı dönemde ulusal bir ilgi konusu olmuştur. ⓘ
Amerika Birleşik Devletleri'nde Ulusal Köprü Envanteri, "yapısal olarak yetersiz" ve "işlevsel olarak eski" gibi tanımlamalar da dahil olmak üzere tüm köprülerin yapısal değerlendirmelerini takip etmektedir. ⓘ
Köprü sağlığı izleme
Köprüler gibi büyük yapıların durumunu izlemek için kullanılan çeşitli yöntemler vardır. Birçok uzun açıklıklı köprü artık rutin olarak bir dizi sensörle izlenmektedir. Gerinim dönüştürücüler, ivmeölçerler, eğimölçerler ve GPS dahil olmak üzere birçok sensör türü kullanılmaktadır. İvmeölçerler eylemsiz olma avantajına sahiptir, yani ölçüm yapmak için bir referans noktasına ihtiyaç duymazlar. Bu, özellikle köprü su üzerindeyse, mesafe veya sapma ölçümü için genellikle bir sorundur. ⓘ
Yapısal bütünlük izleme için bir seçenek de Doppler etkisini (Doppler kayması) kullanan "temassız izleme "dir. Bir Lazer Doppler Vibrometresinden gelen bir lazer ışını ilgili noktaya yönlendirilir ve titreşim genliği ve frekansı, yüzeyin hareketine bağlı olarak lazer ışını frekansının Doppler kaymasından çıkarılır. Bu yöntemin avantajı, ekipmanın kurulum süresinin daha hızlı olması ve bir ivmeölçerden farklı olarak, birden fazla yapıda mümkün olduğunca kısa sürede ölçüm yapılabilmesidir. Ayrıca bu yöntemle bir köprü üzerinde erişilmesi zor olabilecek belirli noktalar ölçülebilir. Bununla birlikte, vibrometreler nispeten pahalıdır ve ölçüm için bir referans noktasına ihtiyaç duyulması gibi bir dezavantaja sahiptir. ⓘ
Köprü denetimine yardımcı olmak için Lidar kullanılarak bir köprünün dış durumunun zaman içindeki anlık görüntüleri kaydedilebilir. Bu, köprü geometrisinin ölçülmesini sağlayabilir (bir bilgisayar modelinin oluşturulmasını kolaylaştırmak için), ancak doğruluk genellikle yük altındaki köprü sapmalarını ölçmek için yetersizdir. ⓘ
Daha büyük modern köprüler rutin olarak elektronik ortamda izlenirken, daha küçük köprüler genellikle eğitimli müfettişler tarafından görsel olarak denetlenmektedir. Küçük köprüler genellikle uzakta olduklarından ve sahada elektrik gücü bulunmadığından, bu köprülerin zorluğuna yönelik önemli bir araştırma ilgisi vardır. Olası çözümler, özel bir denetim aracına sensörlerin yerleştirilmesi ve köprü durumu hakkında bilgi çıkarmak için köprü üzerinde ilerlerken yaptığı ölçümlerin kullanılmasıdır. Bu araçlar ivmeölçerler, jirometreler, Lazer Doppler Vibrometreler ile donatılabilir ve hatta bazıları köprüyü rezonans frekansında dinamik olarak uyarmak için yol yüzeyine rezonans kuvveti uygulama kapasitesine sahiptir. ⓘ
Köprülerin çeşitleri
Modern köprüler
Çeliğin ucuzlaması bunun daha yaygın kullanılmasını sağlamıştır. Ayrıca kaynak tekniğinin ilerlemesi daha sağlam birleşme yerlerinin yapımını sağlamıştır. Çeliğin mukavemetinin yüksekliğinden dolayı, taşıdığı yükün ağırlığına oranı yüksektir. Değişik çelik alaşımlarının kullanılması çelik köprülerin mukavemetinin daha yüksek ve dış tesirlere daha dayanıklı olmasını sağlamıştır. Her ne kadar alüminyum kullanılmasıyla, daha hafif köprüler elde edilebilirse de pahalı olması bunların yaygınlaşmasını önlemiştir. Ancak daha sonra betonarme yapı türünün gelişmesi ve 1950'lerden sonra öngerilmeli betonun uygulanmaya başlanması, köprü inşaatında önemli adımların atılmasına yol açmıştır. Köprü inşaatında önemli gelişmeleri ayrıca matematiksel ve deneysel araştırmalar, bilgisayar kullanımı hızlandırmıştır. Bu tür metotları kullanarak, mühendisler statik ve dinamik yükler altında köprüde ortaya çıkacak gerilmeleri daha kesin elde edebilecek duruma gelmişlerdir. Bu suretle daha büyük açıklıkların daha narin köprülerle geçilmesi mümkün olmuştur. ⓘ
Çelik köprüler
Kemer köprüler
Kemer köprülerin en masif olanı mesnetlere bağlı olanıdır. Mesnetler dönebilecek şekilde, mafsallı olarak düzenlenebildiği gibi bazı köprülerde tam tepe noktasında dönmelere müsaade edilebilir. Bunlar daha az masiftirler. Bu tür köprülerde yol köprü üzerinde olabilir ve yük basınç elemanlarıyla kemere verilir. Yol köprünün altından da geçebilir. Bu halde yolun yükü çekme taşıyan elemanlarla köprüye iletilir. Bazı durumlarda yolun seviyesi kemerin üzerinden de geçebilir. Eğer mesnet zemini, sağlam değilse, mesnetler birbirine bağlanabilir. Kemerler genellikle basınç taşıdıklarından burkulmaya karşı da korunmaları gerekir. Dünyanın en uzun kemer köprüsü New York'ta 1931'de inşa edilen 504 m açıklıklı Bayonne Köprüsü'dür. ⓘ
Hareketli köprüler
Hareketli köprüler, gemi ve büyük deniz vasıtalarına geçit verirler. Özellikle gerekli yükseklikte sabit köprü yapımı pahalı veya mümkün değilse bu tür köprü tercih edilir. Hareketi için ilave düzenlerin projelendirilmesi gerektiğinden, genellikle görünüşleri zarif değildir. ⓘ
Terazi tipinden hareketli köprüler, tür olarak çekilen orta çağ köprülerine benzerler. Hareket sırasında bir uç sabit kalırken, diğer uç kaldırılır. Bunun tanınmış örneği 1894'ten kalan Londra'daki Tower Köprüsü'dür. Bazı köprülerde ise hareket, düşey eksen etrafında dönme ile sağlanır. Bunların açılıp kapanmaları zaman alırsa da her türlü geçişe uygundur. ⓘ
Değişik bir hareket köprünün bir parçasının tamamen düşey hareket edebilmesini sağlamakla elde edilebilir. Diğer türlere nazaran daha ucuz olarak inşa edilebilirler ve hareket için daha az güce ihtiyaç gösterirler. ⓘ
Köprünün hareketi, yatay hareketle de gerçekleştirilebilir. Ancak köprünün içeri çekilmesi için büyük yere ihtiyaç olması mahzurludur. Bunun bir örneği geçmiş dönemde İstanbul'daki Mecidiye (Galata) Köprüsüdür. ⓘ
Askeri köprüler
Bunların özellikleri hareketli, kolay ve hızla kurulabilen türden olmalarıdır. Askeri köprüler genellikle yüzen orta ayakların üzerine mesnetlendirilirler. Her açıklık parçası hareket edebilir. Ancak amaçları itibarıyla geçici olarak inşa edilirler. Bu tür ilk köprüyü MÖ 537'de Mezopotamya'da Persler yapmışlardır. Bu tür köprülerin diğer bir mahzuru her açıklığın kendi başına çalışmasıdır. Bunun sonucu bir açıklığın fazla yüklenmesi, diğer açıklıklar ona yardım edemeyeceği için, çökme ile sonuçlanır. Diğer bir çeşit askeri köprü, yol tabliyesinin ahşap bloklar üzerine mesnetlendirilmesiyle inşa edilir. Askeri kiriş köprüler, prefabrike çelik ve alüminyum elemanların yan yana getirilip monte edilmesiyle inşa edilir.
