MUSTAFA KEMAL NVERSTES FEN BLMLER ENSTTS NAAT MHENDSL ANABLM DALI

AIR VASITA ARPMALARINA DAYANIKLI GE OTOKORKULUKLARI: BR ELKTEN BETONA GE

OTOKORKULUU TASARIMI VE ANALZ

FATH KARATA

YKSEK LSANS TEZ

ANTAKYA/HATAY MART2010

NDEKLER

ZET................................................................................................................................ II ABSTRACT ....................................................................................................................III

SMGELER VE KISALTMALAR DZN ................................................................... IV ZELGELER DZN................................................................................................... VI EKLLER DZN ....................................................................................................... VII

1. GR.............................................................................................................................1

2. NCEK ALIMALAR .............................................................................................3 3. MATERYAL VE YNTEM.........................................................................................9 3.1. Materyal..................................................................................................................9 3.1.1. Elemanlarn Tantm........................................................................................9 3.1.1.1. Otokorkuluklar...........................................................................................9 3.1.1.2. Tatlar .....................................................................................................10

3.1.1.3. Ls Dyna program....................................................................................12 3.2. Yntem .....................................................................................................................16 3.2.1 Gerek arpma Deneyleri................................................................................16 3.2.1.1.Gerek arpma Deneylerinin (GD) Tantm......................................16 3.2.1.2. Gerek arpma Deneylerinin Gereklilikleri .........................................16 3.2.2 Sanal arpma Deneyleri ..................................................................................19 4. ARATIRMA BULGULARI VE TARTIMA..........................................................20 4.1. Gerek arpma Deneyi 404211-4n ncelenmesi............................................21 4.2. Sanal arpma Deneyi 404211-4 Oluturulmas ................................................29 4.3. SD 404211-4n 2000 kglk Tata Gre Gelitirilmesi ..................................39 4.4. Gelitirilmi Gei Otokorkuluunun 30000 kglk Tata Gre Tasarm ..........42 4.4.1. 30000 kglk Tat ile SD oluturulmas ..................................................42 4.4.2. 30000 kglk Tata gre Gei Otokorkuluu Sisteminin Gelitirilmesi ...50 5. SONU ve NERLER ..............................................................................................54 KAYNAKLAR................................................................................................................56 TEEKKR ....................................................................................................................61 ZGEM.....................................................................................................................62

ZET

AIR VASITA ARPMALARINA DAYANIKLI GE OTOKORKULUKLARI: BR ELKTEN BETONA GE

OTOKORKULUU TASARIMI VE ANALZ

elik otokorkuluktan, beton otokorkulua gvenlik tehlikesi olmadan geiin salanmas, otokorkuluk sistemlerinde gvenliin srdrlebilirlii iin nemlidir. Geiin gvenli bir ekilde salanmas iin zel boyutlara sahip gei otokorkuluu sistemi ile gerek arpma deneyleri yaplmaktadr. 2000 kglk pikap tatn kullanld gerek arpma deneyinin bilgisayar simlasyonu ve gei otokorkuluklarnn iyiletirilmesi daha nceki almalarda mevcuttur. Bu almada 2000 kglk araca gre iyiletirilmi olan gei otokorkuluu modeli, 30000 kglk ar vasta arpmalarna kar dayankl hale getirmek iin gelitirilmektedir. Doruluu kantlanm olan gei otokorkuluu modeli ile 30000 kglk ar vasta modeli bilgisayar ortamnda arptrlmaktadr. Ar vasta yetersiz ray yksekliinden tr bariyer zerine kmaktadr. Bu gei otokorkuluunun arpma performansn arttrmak iin ray ykseklii 810 mmden 1050mmye ykseltilmek istenmektedir. Bu amala mevcut tasarma bir ilave ray paras eklenmitir. Daha sonra yaplan simlasyon sonularnda gelitirilmi gei otokorkuluu sisteminin ar vastay gvenli bir ekilde ynlendirdii grlmektedir. Dolaysyla 30000 kglk ar vastalar iin gei otokorkuunun minimum 1050 mm ray yksekliine sahip olmas nerilmektedir.

2010, 62 Sayfa

Anahtar Kelimeler: Gei otokorkuluu, ar vasta, ls-dyna, bilgisayar simulasyonu, sonlu elemanlar metodu.

ABSTRACT

HEAVY CONTAINMENT LEVEL BARRIER TRANSITIONS: DESIGN AND ANALYSIS OF A STEEL-TO-CONCRETE TRANSITION BARRIER

Providing transition between steel-to-concrete barriers is of importance from the sustainable safety point of view. To provide a safe transition full scale crash tests are performed. Previous studies presented a simulation of a crash test including 2,000 kg pickup truck impact to transition for the purpose of structural retrofit. In this study, the impact performance of a previously approved guardrail-to-bridge rail transition is evaluated using a 30000 kg heavy goods vehicle according to European EN1317 test TB71 requirements. A highly acceptable and versatile non-linear finite element code, LS-DYNA, is used for the analysis. Simulation results show that the transition fails to contain the vehicle. The vehicle overrides the transition due to insufficient rail height. To upgrade the impact performance of the transition to H4a, high containment level, an additional rail element was added to the current design to increase the rail height from 810 mm to 1050 mm. Subsequent simulation results show that the modified transition design meets the EN1317 test TB71 requirements. It is therefore recommended that the current US standard flared back guardrail-to-bridge rail transition design should have a minimum of 1050 mm rail height to satisfy European crash testing guidelines for H4a, heavy containment level transition.

2010, 62 Pages

Keywords: transition barrier; heavy vehicle, ls-dyna, computer simulation, finite element method.

SMGELER VE KISALTMALAR DZN

AASHTO ABD Ulatrma Trlerinde Standart Gelitirme Birlii DGD Dikme Gmlme Derinlii

FEMB Sonlu Elemanlar Metoduna Uygun Modelleme Yapan Program G4(2W) Dikdrtgen Kesitli Kuvvetli Dikmeler, W-ray ve Takozdan Oluan 4.

Snf Otokorkuluk Sistemi G4(RW) Daire Kesitli Kuvvetli Dikmeler, W-ray ve Takozdan Oluan 4. Snf

Otokorkuluk Sistemi GD Gerek arpma Deneyi LS-DYNA Livermore Software irketinin Dyna Adl Program NCAC ABD Ulusal arpma Analiz Merkezi NCHRP Amerikan Ulusal Anayol Aratrma Program W-ray Otokorkuluklar da Kullanlan 2 Boumlu Ray NHS Ulusal Karayolu Sistemi FHWA ABDnin Karayollar ile lgilenen Ulatrma Ynetimi

TTI Teksas Ulatrma Enstitis

ET-2000 Basklanm Biti Balants 2000

LSTC Livermore Software Teknoloji irketi SPC Tek Nokta Kstlamas

LET Yatay Bariyerlerin Biti Balants

K Modellenmemi Bariyerin Elastik Sertlii A W-rayn En Kesit Alan

E eliin Elastik Modl L Modellenmemi W-Ray Uzunluu t LS-Dyna Zaman Adm Boyutu n Zaman Btnletirme Dngs Says N Sonlu Elemanlar Modelinin Eleman Says Stabilitenin l Faktr Srtnme Katsays

TRAP Deney Risk Deerlendirmesi Program NARD Yol Kenar Dizaynnn Saysal Analizi

CEN Avrupa Standardizasyon Komitesi OIV Srcnn arpma Hz ORA Srcnn Ridedown Hzlanmas THIV Teorik nden arpma Hz PHD Dikme arpmas n Yavalamas ASI vmelendirme iddeti ndeksi

ZELGELER DZN

izelge 1.1. 19962000 yllar aras ortalama tek ara kaza istatistikleri ........................1 izelge 3.1. Yapsal yeterlilikte kriterlerin yorumlanmas.............................................17 izelge 3.2. Aratakilerin maruz kald risklerdeki kriterler........................................17 izelge 3.3. Aracn seyir durumu hakkndaki kriterler ..................................................18 izelge 4.1. Gei otokorkuluunun bilgisayar simulasyonu iin hazrlanan modelinde kullanlan elik dikmeler ve takozlarn malzeme zellikleri.........................31 izelge 4.2. Gei otokorkuluu modelinde kullanlan W-kiri ray malzeme zellikleri..........................................................................................................32

izelge 4.3. Gei otokorkuluunun bilgisayar simulasyonu iin hazrlanan modelinde kullanlan elik dikmeler ve takozlarn malzeme zellikleri.........................46 izelge 4.4. Ara bariyer modelinde kullanlan W-kiri ray malzeme zellikleri............47

EKLLER DZN

ekil 3.1. 30.000 kg ar yk tayan tat sonlu eleman modeli ................................12 ekil 4.1. Gei otokorkuluu boyutlar ........................................................................21 ekil 4.2. Geriye doru genilemeli gei otokorkuluu ..............................................22 ekil 4.3. Gei otokorkuluunun elemanlar ...............................................................24

ekil 4.4. GD 404211-4n deney dzenei ..............................................................25 ekil 4.5. GD srasnda meydana gelen olaylarn zamana bal ardk fotoraflar ........................................................................................26 ekil 4.6. GD sonrasnda gei otokorkuluunda meydana gelen hasar ...................28 ekil 4.7. SD 404211-4n bilgisayar ortamnda grnm .....................................30 ekil 4.8. Sanal arpma Deneyi 404211-4te meydana gelen olaylarn ardk olarak gsterimi ...............................................................................35 ekil 4.9. GD ve SDnin sten grn olarak karlatrlmas .............................36 ekil 4.10. GD ve SDnin yandan grn olarak fotoraflarla zamana bal olarak karlatrlmas ........................................................................37 ekil 4.11. GD ve SDnin sonrasnda gei otokorkuluklarnda meydana gelen hasar durumlarnn fotoraflarla karlatrlmas ..............................38 ekil 4.12. Gelitirilmi gei otokorkuluu ile sanal arpma deneyi dzenei .........40 ekil 4.13. Gei otokorkuluunun ilk hali ve gelitirilmi halinin sanal

arpma deneylerinin zamana bal resimlerle karlatrlmas .................41 ekil 4.14. . Genel olarak gei otokorkuluu tanmlamalar ........................................42

ekil 4.15. 30000 kg ar vasta kamyonunu sonlu elemanlar modeli ...........................44 ekil 4.16. Gelitirilmi gei otokorkuluu ve 30000 kglk ar vastadan oluan sanal arpma deney dzenei .........................................................45 ekil 4.17. Gei otokorkuluu modelinin yakn grnts ...........................................45 ekil 4.18. 810 mm yksekliindeki gei otokorkuluuna 30 tonluk tatn sanal arpma deneyinin ardk fotoraflar.......................................49 ekil 4.19. Tekerlein rayn stne kmasnn yakndan grn...............................50 ekil 4.20. lave ray paral gelimi 1050 mm boyunda bariyer tasarm .....................51 ekil 4.21. 1050 mm uzunluundaki gei otokorkuluunun sanal arpma deneyinin zamana bal ardk resimleri.......................................52 ekil 4.22. 1050 mm ykseklie sahip gei otokorkuluunda sanal

arpma deneyi sonrasnda meydana gelen deformasyonlar........................53

1.GR

Karayollarmzda meydana gelen can kayplarnn azaltlmas tm halkmzn ve zellikle trafik kazalar ile ilgilenen aratrmaclarn temel amacdr. lkemizde trafik kazalar, 15-35 yalar arasndaki insanlar iin lm sebeplerinin banda gelmekle beraber, sakat kalma oranlar sralamasnda hastalk ve dier kazalardan nce ilk srada bulunmaktadr.

Trafik kazalar halen lkemizdeki en nemli salk problemlerinden birini oluturmakla beraber, kazalarn ekonomik boyutu da inanlmaz rakamlara ulamaktadr. statistiklere gre 1970 ile 2007 yllarn kapsayan 38 yl ierisinde ylda toplam 8.475.210 kaza meydana gelmitir. Bu kazalarda, toplam 2.992.459 kii yaralanm 204.215 kii hayatn kaybetmitir. Yani ayn dnem ierisinde ylda ortalama 5.374 insanmz Trkiyedeki yollarda hayatn kaybetmitir. Bu durum ok ciddi bir problemin belirtisidir. Ayrca, bu kazalar ekonomimize yllk yzlerce milyon dolarlk yk getirmektedir.

Karayollarmzda bariyer kullanm, emniyet kemer takma mecburiyeti, yol platformunda yaplan uygun dizayn almalar kat edilen milyon ara kilometresi baznda can kayplarnda bir d olduunu gsterse de, bu oran yeterli olmaktan ok uzaktr. Ayrca, tek aralarn neden olduu trafik kazalarndaki lmler, dier kazalara paralel olarak gn getike artmaktadr. 1996-2000 yllar arasnda ortalama olarak tek aralarn neden olduu kazalardaki can kayb, tm trafik kazalarnda meydana gelen can kaybnn yaklak % 20 sini oluturmaktadr (Tablo 1). Bu tablodan da grlecei gibi, tek ara kazalar ierisinde en ok can kaybna sebep olan kaza, aracn karayolunu bir sebepten dolay terk etmesi ile meydana gelmektedir.

izelge1.1 19962000 Yllar Aras Ortalama Tek Ara Kaza statistikleri

KAZA EKL Tm Kazalara

Oran (%)

Can Kayb Can Kayb

(%)

Tek ara - Sabit cisme arpma

7 476 5

Tek ara Devrilme 3 490 5

Tek ara Yoldan kma 5 1075 11

TOPLAM 15 2,041 21

Yoldan kma ile meydana gelen kazalara kar en iyi zm tm aralarn yol platformunda kalmalarn salamaktr. Fakat bu tip kazalar src, tat, yol koullar, hava artlar veya benzeri karmak deikenlerin etkisi ile olumaktadr. Sebep her ne olursa olsun u iyi bilinmelidir ki, yeterli nlemler alnmad takdirde tek aralarn yoldan kmalar durumunda byk olaslkla sonucu ok zc kazalar meydana gelmee devam edecektir. nemli olan bu kazalarda kayplar mhendislik yntemleri kullanarak minimuma indirmektir.

Karayollarnn kenarlarnda kullanlan otokorkuluk tabir edilen pasif gvenlik yaplar yoldan herhangi bir sebepten dolay kan aralar, karayolu ierisinde tutarak yol dndaki tehlikelere kar korumak iin tasarlanmaktadr. Otokorkuluklar ayrca arpan aracn enerjisini snmleyerek, kontrolden kma eilimindeki aracn yavalamasn da salamaktadr. Gnmzde birok deiik otokorkuluk dizaynlar bulunmaktadr. Bu tezin yaplmasndaki temel ama, esnek elik otokorkuluklarla rijit beton otokorkuluklar arasnda ina edilen zel gei otokorkuluklarnn ara arpmalar durumundaki davrann incelemektir.

2. NCEK ALIMALAR Kentlerimizin alt yapsnn nemli bir parasn karayolu a oluturmaktadr.

Bu a sayesinde ehir ierisinde bir noktadan dierine ulam salamaktadr. Karayolunun standartlarna uygun olarak ina edilmesi ve karayolunu evreleyen yol kenar blgesinin gvenli bir ekilde dzenlenmesi gerekmektedir. Bylece karayolunu herhangi bir sebeple terk eden aralarn yol kenar blgelerine girmesi durumun da kazaya sebebiyet vermemesi, yolcularn yaralanmamas iin gereklidir.

Bu amala otokorkuluk sistemlerinin tatlarn arpmas srasndaki performanslarn len birok almalar yaplmtr. Bu almalar gerek arpma deneyleri ile yapld gibi apmalarn bilgisayar ortamnda simle edildii sanal arpma deneyleri kullanlarak yaplmaktadr. Otokorkuluk sistemleri, gerek arpma deneyleri, sanal arpma deneyleri ile ilgili yaplan almalarla bilgiler aada verilmektedir.

1960 yllardan beri, bilgisayar programlar gibi analitik aralarn kullanm yol kenar gvenlii aratrma programlarnda vazgeilmez bir bileen haline gelmitir. Tarihsel olarak, yol kenar gvenlii aratrmas son 45 ylda birka aamadan gemitir. 1960l yllarda yol kenar gvenlik aratrmalar, temel mhendislik sezgileri ve ortak uygulamalar kullanlmak sureti ile balatlmtr.

Bu birinci aamada, tatlarn yoldan kmasn veya devrilmeleri nlemek ve yolcularn yaralanma vakalarndan korunmas konusuna arlk verilmitir. Yol kenar emniyet sistemleri ve bariyerlerinin kullanm fikri ilk olarak bu aamada ortaya kmtr. Ayn zamanda, nc gerek arpma deneyleri, farkl yol kenar gvenlik donanmlarnn etkinliini deerlendirmek iin gerekletirilmitir.

kinci aama 1970leri ve 1980li yllar kapsamaktadr. Bu aamada ulusal bazda kabul gren arpma testi klavuzu kullanlmak sureti ile otokorkuluk terminalleri, arpma tamponlar gibi daha karmak tasarm problemleri ele alnm ve test edilmitir. Bu pahal testlere bal olarak geni kapsaml zel uygulama ve saha koullarna hitap edebilmesi iin ok eitli donanmlar gelitirilmitir (Ross, 1995). Gnmzde tam kapsaml arpma testi ve mhendislik sezgileri halen yol kenar

gvenlik donanm geliimi iin nemli unsurlar olma zelliklerini korumaktadr.

Fakat LS-DYNA gibi gl sonlu eleman programlar kullanarak bilgisayar tarafndan retilen arpma testlerinin kullanm da yol kenar gvenlik donanm ekipmanlarnn ve analiz aratrmasnn tasarm ve analiz aamalarna olumlu ynde katkda bulunmutur.

Ray (1996) tarafndan sonlu elemanlar ynteminin aadaki gibi trde kullanlabilecei belirtilmitir;

Hali hazrda gerekletirilmi gerek arpma testleri zerine simlasyonlarn gerekletirilmesi: Sz konusu simlasyonlarn amac, karmak

arpma olaylarndaki arpma senaryosunun, donanm performansnn ve mekanik paralarn deformasyonu/arzalarnn anlalabilmesidir.

Tam kapsaml arpma testi uygulamasndan nce dorulama testinin sonularnn tahmin etmek iin simlasyonlarn gerekletirilmesi: Simlasyon

sonular en umut verici tasarm alternatiflerinin, en kritik arpma koullarnn ve tat

tiplerinin maliyet etkin bir ekilde tanmlanmas amac ile kullanlmaktadr. Fiziksel gerek-dnya koullarnda test edilemeyecek durumlarda

donanmlarn performansnn deerlendirilebilmesi iin simlasyon yaplmas. KARLSON (2000), standart llere sahip otokorkuluk dikmeleri zerinde

almalarn, aracn otokorkulua arpmas srasnda meydana gelen tekerin dikmeye arpma olayn, sistemi tek bir dikmeye indirgeyerek incelemitir. Aratrmalarn gerek arpma deneyleri yerine bilgisayar simlasyonlaryla yapmtr. Dikmeleri bilgisayar ortamnda modelledikten sonra, arpma dzeneini tamamlamak iin 1400-kg arlnda ve silindir eklinde bir arpan modellemitir. 150-mm x 200-mm ahap dikme, W150x23.5 elik dikme ve W150x13.5 elik dikmeyi farkl arpma dzeneklerinde modelleyerek, 1400-kg arlndaki arpan 32-km/s hzla arptrmtr. Dikmeleri modellerken krlma ihtimali olan blgeleri ve krlma ihtimali olmayan blgeleri farkl materyal tanmlamalar ile modellemitir. Bu dikmelerin her birine ait enerji absorpsiyon kapasitelerini tespit edip bunlarn zamana bal grafiklerini almasnda gstermektedir. Bunlarn yan sra, bilgisayar ortamnda deney dzeneklerini modelledikten sonra bu yntemleri uygulayarak yani farkl takoz derinliklerinde ve dikmelerin gvdelerine farkl sayda delikler aarak analizler yapmtr. almann sonucunda; 150x200-mm ahap dikmelerde, tekerin dikmeye arpmasnn nlendii takoz derinlii 250-mm olmaktadr.

COON ve ark. (1999), elik ve ahap dikmelerle dinamik arpma deneyleri yapmlardr. Bu dikmeler; W150x13.5 ve W150x23.5 elik profil olanlar ve 150x200-mm am aacndan yaplan dikmelerdir. W150x23.5 elik dikmeler, dikmenin zeminden ayrlmasna gre tasarmlanarak tipik arpma deneylerinden farkl deformasyonlara ulalmtr.

HOLLOWAY ve ark. (1996), elik ve ahap dikmelerin gmld zeminlerle ilgili almalar yaptlar. Killi ve kumlu zeminlerin deiik su muhtevalarnda dinamik arpma deneyleri dzenlediler. Elde ettikleri verileri bilgisayar simlasyonu da kullanarak yorumladlar.

RAY ve PATZNER (1997), eksantrik ykl ray sonlarnn (EYRS) sonlu elemanlar modelini, LS-DYNA programn kullanarak gelitirmilerdir. Bu modelin performans 2000-kglk aracn arptrlmasyla llmtr. Ahap dikmeler, bilgisayar ortamnda solid (kat) elemanlar kullanlarak modellenmitir. Krlma blgesinin materyali, ls-dyna programnda tanmlanan materyal tiplerinden 13. materyal tipi (krlma blgesi iin elastik-plastik materyal) ile tanmlanmaktadr. Bu materyal tipinin yannda 14 integrasyon noktas olan eleman formlasyonu kullanlmtr. Dikmenin byk ksm 1. materyal tipi olan elastik-plastik materyal tipi ile modellenmitir. Bylece modelin analiz sresinin daha az olmas amalanmtr. Dikmenin geriye kalan ksm 3. materyal tipi olan kinematik-isotropik elastik-plastik materyal tipi ile modellenmitir.

PLAXCO ve ark. (1988), ahap dikmeli otokorkuluk sisteminin sonlu elemanlar modelini yaparak dikme-zemin etkileimini incelemitir. Dikme blmlerinin modellenmesinde farkl materyal modelleri kullanlmtr. Otokorkuluun dikmeleri yay dizisiyle desteklenmitir. Yaylar zemin materyali zelliklerini tamaktadrlar. Zemini modellerken kullanlan zelliklerden i srtnme as , farkl zeminlerde ve younluklarda deitirilmektedir. Bu modelde ann deeri, simlasyon sonularyla fiziksel sarka deneyinin sonular birbirine uyana kadar deitirilmitir. Seilen 35 derecelik a ile geree yaklalmtr.

PLAXCO ve ark. (2000), gerek arpma deneyleri ve sonlu eleman modellerini kullanarak, G4(1W) ve G4(2W) sistemlerinin arpma performanslarn karlatrmlardr. lk nce G4(2W) sisteminin sonlu elemanlar modeli gelitirilerek

bu modelden elde edilen sonular gerek arpma deneyi ile karlatrlmaktadr. arpma deneyi ile sonlu eleman modeli arasnda gzel bir birliktelik kurulduktan sonra G4(1W) otokorkuluk sisteminin sonlu eleman modeli yaplmtr. Daha sonra bu iki G4 otokorkuluk sistemi karlatrlm ve aralarndaki benzerlikler tespit edilmeye allmtr. Her iki otokorkuluk sisteminin simlasyon sonular, deneylerde belirtilen koullar ile ayn zellikleri gstermektedir. GDnde grlen tekerin dikmeye taklmas olay simlasyonlarda da aynen grlmektedir. SCKLNG VE ROSS (1987), W-Raya sahip gl dikmeli otokorkuluk sistemlerinde optimum yap deerlerine ulaabilmek iin almalar yapmlardr. Yap optimizasyonunun hedefi, otokorkuluk sistemini oluturan elemanlarn en verimli olaca deerleri bulmaktr. Bilgisayar simlasyonunda Guard adl bir programdan yararlanlmtr. Gl dikmeli otokorkuluk sistemlerinde incelenecek drt deiken vardr. Bunlar; dikmeler aras mesafe, W-rayn ykseklii, dikmenin kesiti ve uzunluu ve takoz derinliidir. Bu deikenlerin varyasyonlar arpma performansn ciddi boyutlarda etkiler. Takoz derinliklerinde iki farkl boyut dnlmtr. Bunlar 254-mm ve 356-mmdir. Modellenen arpma dzeneinde kk ara kullanlmtr. Guard programndan elde edilen simlasyon sonularna gre, takoz derinliinin 254-mm ve 356-mm olduu durumlarda tekerin dikmeye taklmas nlenmektedir.

MAK ve MENGES (1994), 2000-kglk arac kullanarak yaptklar deney ile gl dikmeli otokorkuluk sistemlerinin performansn yorumladlar. Aracn hz 100km/saat ve arpma as 25 derece olarak tasarlanmtr. G4(2W) standart otokorkuluk sistemi ile G4(1S) standart otokorkuluk sistemi deney dzeneklerinde kullanlmtr. lk test olan G4(2W) sistemin kullanld deneyde aracn n sol tekerinin dikmeye takld ve aratan ayrld gzlenmitir. G4(1S) sisteminin performansnn gzlendii deney sonucunda ise n sol tekerin dikmeye takld ve bundan dolay aracn spin att grlmektedir. Ara rayn sonuna geldiinde yuvarlanmaktadr. Burada otokorkuluk ykseklii 866-mm ve dikmenin kesiti 150-mm x 200-mm olarak modellenmitir.

STOUT ve ark. (1988), dikme-zemin etkileimini zerinde almalar yaptlar ve bu etkileimin arpma olaylarn etkilediini gsterdiler. 2134-mm dikme uzunluuna sahip iki eit otokorkuluk sisteminin performansn test etmeyi

amalamlardr. Dikme uzunluunu deitirerek 4 adet gerek arpma deneyi yapmlardr.

IVEY ve ark. (1986), W-ray ve thrie-raydan oluan otokorkuluk sistemlerinin performansn gerek arpma deneyi ile lmlerdir. Bu deneyde otokorkuluk sistemine okul otobs yani ar bir vasta arptrlmtr. Bu rapor, ayn zamanda thrie-raya sahip otokorkuluklarda yaplan dzenlemeleri ve gelimeleri anlatmaktadr. 9081-kglk otobs ile iki adet arpma deneyi yaplmaktadr. Bunlardan birinde, 13.5 derece arpma as ve 89.5 km/saat arpma hz ve dierinde 15 derece arpma as ve 96 km/saat arpma hz kullanlmtr. Deneylerin sonucunda 90 derecelik bir dnme as ve rayn arka ksmnda penetrasyon olay gzlenmitir. Her iki sonu kabul edilemez bulunmutur. Arac gvenli bir ekilde tekrar yola yneltmesi gereken otokorkuluk sisteminde nemli dizayn deiiklikleri yaplmas gerektiine karar verilmitir. Bu deiiklikler, otokorkuluun yksekliinin artrlmas, takoz derinliinin 360-mmye karlmas, dikme gmlme derinliinin artrlmas ve thrie-rayn deitirilmesidir. Otokorkuluk sistemi zerinde bu deiiklikler yapldktan sonra, 9081-kglk otobs, 89.8-km/saat hz ve 15 derecelik a ile tekrar deney yaplmtr. Sonuta kabul edilebilir arpma deerlerine ulalmtr. Bu deneyler daha nce 1032-kg arlnda Honda Civic marka otomobil ile 100.6-km/saat hz ve 15 derece a 99.1-km/saat ve 18 derece a durumlarnda daha nce yaplmt. Bu deneylerin her ikisinde de tekerin dikmeye taklmad gzlenmi ve tatmin edilen sonular elde edilmitir. Son deneyde, 14515-kglk ehirii otobs, 60-km/saat ve 14 derece arpma as ile gelitirilmi otokorkuluk sistemine arptrlarak performansnn arac tekrar ynlendirip ynlendiremeyecei test edilmitir. Otobste meydana gelen btn reaksiyonlar ideal olarak dnlmtr. Sonu olarak sylenebilir ki; takoz derinlii 360-mmye karldnda, tekerin dikmeye taklmad gzlenmektedir.

MAK ve MENGES (1995), thrie-raya sahip iki eit otokorkuluk sisteminin arpma deneyini gerekletirdiler. Kullanlan 2000-kglk aracn her iki deneyde hz 100-km/saat ve arpma as 25 derece olarak seilmitir. Gelitirilmi thrie-raya sahip otokorkuluk sisteminde, aracn n sol tekerinin dikmeye taklarak, tekerin monte edildii yerden koptuu gzlenmitir. Thrie-raya sahip G9 otokorkuluk sisteminin kullanld deney, tekerin dikmeye taklmas ve aracn yuvarlanmasyla sonulanmtr.

MAK ve ALBERSON (1994), tarafndan yaplan gerek arpma deneyinde, 2000-kglk pikap ara w-ray ve zayf dikmelerden oluan G2 otokorkuluk sistemine arptrlmtr. Aracn hz 71.0 km/saat ve arpma as 26.1 derece olarak seilmitir. Bu halde iken tekerin dikmeye arpt ve takld gzlenmitir.

3. MATERYAL VE YNTEM

3.1. Materyal

3.1.1. Elemanlarn Tantm 3. 1.1.1. Otokorkuluklar

Otokorkuluklar, esnek sistemler, yar-rijit sistemler ve rijit sistemler olarak dayanmlarna gre ana blmde incelenmektedir.

Esnek Sistemler 3l Kenar Kablolu Sistem : Bu sistem zayf dikmeler ve bu dikmelere

monte edilen elik kablolardan olumaktadr. Kablolarn yerden ykseklii 690-mm ile 760-mm arasnda deimektedir.

W-ray : Rayn yerden ykseklii 760-mm olan bu sistem w-ray ve zayf dikmelerden olumaktadr. Sistemin arac yol ierisinde tutabilmesi iin otokorkuluk sisteminin arkasnda 2-4 mlik dz bir alan olmas gerekmektedir.

l-ray: Sistem boumlu bir ray ve zayf dikmelerden olumaktadr. Rayn yerden ykseklii 840-mmdir. 2000-kglk bir aracn tekrar yola ynlendirilmesi iin, otokorkuluk arkasnda engellerden arnm 1,9-m bo alan gerekmektedir.

Yar Rijit Sistemler Kutu Kirili Sistemler: 800-1800-kg arasndaki aralar tekrar yola

ynlendirme kapasitesine sahiptir. Aracn tekrar yola ynlendirilmesi iin otokorkuluk arkasnda en az 1.5-mlik bir bo alan gerekmektedir. Bu sistem kutu eklindeki raylar ve zayf dikmelerden olumaktadr.

Takoz-W-Ray Sistemler: Bu eit otokorkuluklar gnmzde en ok kullanlan sistemlerdir. W-ray, gl dikme ve takozlardan olumaktadr. Bu sistemlerde dikmelerin direnci fazla olduundan, teker dikmeye arptnda tekerin araca monte edildii noktada ok byk kuvvetler olumaktadr. Arata ivmelenmeler meydana gelmekte ve ara iindekiler iin tehlikeli savrulmalar olumaktadr. Bu davranlarn nlenmesi iin, sisteme takozlar yerletirilmitir.

Takoz-l-Ray Sistemler : Bu sistemler l ray, gl dikme ve takozlardan olumaktadr. Otokorkuluun yerden ykseklii 900-mmdir.

Gelitirilmi l-Ray: Takoz, l-ray sistemlerinin ar vastalar dnlerek gelitirilmitir eklidir. Burada takozlar kelerinden kesilerek gen bir hale getirilmitir. Rayn yerden ykseklii 860-mmdir.

Tekrar Kullanlabilen Sistemler: Kazalarn ok fazla olduu blgelerde bu sistemler ok kullanl olmaktadr. arpma srasnda arkaya doru deplasman yapabilen ve arac yola doru ynlendirildikten sonra eski pozisyonlarn alan bu sistemlerde rayn ykseklii 840-mmdir. Bu eit otokorkuluklar, boru eklindeki elemanlarla desteklenmi l-raylar, gl aa dikmeler, elik barlar ve kablolardan olumaktadr.

elik Destekli Aa Raylar: Bu sistemler, elik levhalarla desteklenmi ahap raylar ve ahap dikmelerden olumaktadr. Bu ekildeki otokorkuluklar estetik bir zellik tamaktadr. Bu yzden daha ok A.B.D.de ulusal park yollarnda kullanlmaktadr.

Rijit Sistemler Beton Gvenlik Sistemleri: Dizayn ykseklii 810-mm olan bu

otokorkuluk sistemleri, ar vastalarn tekrar yola ynlendirilmesinde baarl performans gstermektedir. Betondan imal edilen bu sistemlerin genelinde donatlar glendirmek iin kullanlmaktadr.

Ta Duvar Sistemler: Bu otokorkuluk sistemleri, betonarme olarak ina edilen elamanlarn, kireli har kullanlarak tala kaplanmasyla oluturulur. Ykseklii 690-mm olan bu tip otokorkuluklarda, estetik grnm de n plandadr.

3.1.1.2 Tatlar

2000 kglk Pikap

Pikap kamyonet olarak geen tat 2000 kg arlndadr. C2500 olarak adlandrlmaktadr. Bu kamyonet tatn modelleri National Crash Analysis Centerdan elde edilebilmektedir.

30000 kglk Ar Tat almada kullanlan ar yk tayan tat modeli 13.457 eleman ve 12.072

dmden olumutur. 30 tonluk ar malzeme ykl tat modelinde toplam 49 farkl para, 48 farkl zellikli takm, 54 farkl malzeme, 148 briket veya kat malzeme, 118 kiri paras ve 13.175 para, 16 ayr para, on adet ek paras kullanlmtr. Akslar kiri paralar ile modellenmitir. Kiri paralarn doru bir ekilde modellemek iin apraz- kesit entegrasyon formlasyonlu Belytschko-Schwer borulu kiri kullanlmtr. Model ayn zamanda sspansiyon sistemini temsil etmesi iin baz farkl paralar da iermektedir. Ayr paralar, bu paralar basit dorusal tampon olarak hareket etmesi iin dzenlenebileceklerinden sspansiyon sistemini saha iyi temsil etmesi iin taklmtr. Sspansiyon sistemi yar-elips yaprak yay biiminde modellenmitir. Tekerlekle dn ek yeri ile dnlerinin doru bir ekilde modellenmesi iin akslara balanmtr.

asinin ana paras 4 veya gerektiinde geometri ile 3-dml elemanlarla yaplmtr. Daha nceden bilinen doruluundan tr element formlasyonu iin Belytschko-Tsay teorisi kullanlmtr. Motor ve yk gibi baz kat paralar tek entegrasyon noktas ile 8-dml sert elementler kullanlarak modellenmitir. Bu paralar arpma srasnda belirgin bir ekilde deforme olmadklarndan ve bununla beraber tek noktal entegrasyon tahmini tam entegrasyonla karlatrldnda genel hesaplama maliyetlerinde byk oranda tasarruf salad ispatlanmtr. asi kirileri, kargo blmnn yanal kirileri, kabin yaps, lastikler, motor blou ve dier yapsal elementler de modellenmitir. Bu almada kullanlan ar vasta modelinin bir resmi ekil 6da gsterilmektedir. Tat modelleri ile ilgili dier detaylar Atahan ve dierleri (2005) tarafndan hazrlanan tat modelinden bulunabilir.

ekil 3.1 30.000 kg ar yk tayan tat sonlu eleman modeli

3.1.1.3. LS-Dyna Program LS-DYNA, gerek yaamdaki kompleks olaylarn bilgisayar simlasyonun yaplabildii, sonlu elemanlar metodunun kullanld nonlineer dinamik analiz yapabilen bir programdr.

Uygulama Alanlar arpma gvenlii Aratakilerin gvenlii

Metal formasyonu

Metal kesimi

Biyomedikal Patlamalar

Akkan-yap etkileimi

Deprem mhendislii

Analiz Kapasitesinden rnekler Nonlineer dinamik analizi Rijit ktlenin dinamik analizi Quasi-statik simlasyonlar Normal modlar

Lineer statik analiz

Termal analiz

Akkan analizi

Krlma analizi

atlak yaylma analizi Gerek-zaman akustik analizi Dizayn optimizasyonu

Tam srama analizi

Yap-s etkileimi

Malzeme Modellerinden rnekler Metaller

Plastikler

Cam

Kpkler

Fabrikler Kompositler

Betonlar ve katlar

Patlayclar

Petekler

Akkanlar

Kullancn materyal tanmlar

Kullanlan Elemanlardan rnekler Katlar

8 dm noktal kabuk elemanlar 4 dm noktal kabuk elemanlar Kiriler

Kaynaklar

Kablolar

LS-DYNAnn Kullanm LS-DYNA programnda analiz yapabilmek iin data dosyasnn hazrlanmas

gerekmektedir. Data dosyas LS-DYNAnn yardmc program olan FEMB kullanlarak hazrlanabilmektedir. FEMB programnda, ortam 3 boyutlu olarak grsel bir ekilde

modellenir ve LS-DYNAnn kabul edecei data dosyas kts alnr. Bu kt LS-DYNAya ynlendirilerek analiz yaplmas salanmaktadr.

Analiz sonular LS-DYNAnn dier bir yardmc program olan Ls-Post tarafndan takip edilebilmektedir. Ls-Post ile analiz sonularnn simlasyonu ve her trl saysal sonu grsel olarak alnabilmektedir.

rnek Data Dosyas

*KEYWORD *TITLE DENEME *CONTROL_TERMINATION .000E+00 0 .000 .000 .000 *PART PART PID = 1 PART NAME :P0000001 $ PID SID MID EOSID HGID GRAV ADPOPT TMID 1 1 1 *MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY $ MID RO E PR SIGY ETAN EPPF TDEL 1 7.830E-09 2.070E+05 2.800E-01 2.100E+02 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 $ C P LCSS LCSR VP .000E+00 .000E+00 .000E+00 .000E+00 .000E+00 $ EPS1 EPS2 EPS3 EPS4 EPS5 EPS6 EPS7 EPS8 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 $ ES1 ES2 ES3 ES4 ES5 ES6 ES7 ES8 0.000E+00 0.000E+00 3.090E-02 4.090E-02 5.000E-02 1.510E-01 3.010E-01 7.010E-01 *SECTION_SHELL $ SID ELFORM SHRF NIP PROPT QR/IRID ICOMP SETYP 1 2 .100E+01 2 .000E+00 .000E+00 0 1 $ T1 T2 T3 T4 NLOC .000E+00 .100E+01 .000E+00 .100E+01 .000E+00 *NODE $ NODE X Y Z TC RC 1 -.395222500E+04 .141136100E+04 .460956400E+03 2 -.394661700E+04 .135982000E+04 .462007300E+03 3 -.393785800E+04 .130893000E+04 .462657200E+03 4 -.392830700E+04 .125796900E+04 .463214200E+03 5 -.391875500E+04 .120700200E+04 .463771300E+03 *ELEMENT_SOLID $ EID PID N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 7000 8 7032 7033 7000 7036 7045 7046 7050 7049 7001 8 7033 7034 7037 7000 7046 7047 7051 7050 7002 8 7034 7035 7038 7037 7047 7048 7052 7051 7003 8 7036 7000 7040 7039 7049 7050 7054 7053 7004 8 7000 7037 7041 7040 7050 7051 7055 7054 7005 8 7037 7038 7042 7041 7051 7052 7056 7055 *ELEMENT_SHELL

$ EID PID N1 N2 N3 N4 325 1 39 362 363 363 326 1 370 222 371 371 327 1 99 177 65 65 328 1 353 278 246 246 329 1 322 323 326 326 330 1 326 325 322 322 *END

rnek Data Dosyas Hakknda Aklamalar

Yukarda gsterilen data dosyas analiz yaplmaya hazr bir data dosyas deildir. Data dosyasnn formatn gstermek ve nemli baz komutlar hakknda bilgi verilmesi iin hazrlanmtr.

*TITLE : Dosyann ismi

*CONTROL_TERMINATION : Analizin yaplaca sre

*PART : Modellemede kullanlan blmlerin tanmlanmas *MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY : Partlara malzeme tanmlanmas

*SECTION_SHELL : Kesit zelliklerinin tanmlanmas *NODE : Dm noktalarnn tanmlanmas

*ELEMENT_SOLID : Kat elemanlarn tanmlanmas *ELEMENT_SHELL : Kabuk elemanlarn tanmlanmas *END : Programn sonlandrlmas

Tezde Kullanlan Malzeme Tanmlamalar

*MAT_ELASTIC: LS-DYNAda tanmlanan 1. materyal tipi olan bu malzeme izotropik elastik materyal zellii gstermektedir. Kiriler, kabuk elemanlar ve kat elemanlar iin tanmlanabilmektedir.

*MAT_ISOTROPIC_ELASTIC_FAILURE: 13 numaral materyal olarak tanmlanan

bu malzeme, verilen bir gerilme deerine gre krlan non-iterative plastik zellii

gstermektedir.

*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY: 24 numaral materyal tipi olarak

tanmlanmaktadr. Elasto-plastik materyal zellii gsteren bu malzeme ile keyfi

gerilme-gerinim erisi girilerek malzeme zellikleri verilebilmektedir.

3.2. Yntem

3.2.1. Gerek arpma Deneyleri 3.2.1.1. Gerek arpma Deneylerinin (GD) Tantm

Karayollarnda kullanlan otokorkuluklarn yeterliliini deney ortamnda inceleyen almalardr. Deney ortam iin hazrlanan karayolu blm, yeterli uzunlukta otokorkuluk rnekleri, tatlar ve eitli analiz lmlerinin yapan deney dzeneklerinden olumaktadr. GDlerin amac karayollarnda kullanlan otokorkuluklarn gvenlik yeterliliklerini salayp salamadnn kontrol edilmesidir.

3.2.1.2. GDlerin Gereklilikleri

Gerek arpma Deneylerinin yorumlanmasna etki eden faktrler aada sralanmaktadr.

1- Yapsal yeterlilik

2- Aratakilerin maruz kald riskler 3- Aracn seyir durumu

Yapsal Yeterlilik :

Genel olarak, yapsal yeterlilik kriterler arasnda en nemli faktr olarak dnlr. Otokorkuluk sisteminin gvenlik ynnden baarl olabilmesi iin izelge 1de gsterilen A, B ve C zelliklerini salamas gerekir. Bu tabloya gre gvenlik zelliinin memnun edici dzeyde olmas iin aracn tekrar yola ynlendirilmesi veya aracn kontroll bir ekilde durdurulmas gerekmektedir.

izelge 3.1. Yapsal yeterlilikte kriterlerin yorumlanmas

Faktrler Kriterlerin Yorumlanmas

A

Deney sistemi, arac yol ierisinde tutmal ve tekrar ynlendirmeli. Ara otokorkuluk sisteminin arkasna gememeli, otokorkuluun altndan veya stnden girmemelidir. Bunun yannda yatay deplasman kabul edilebilir dzeyde olmaldr

B Deney aletleri daha nceden tahmin edildii gibi krlma, akma ve kopma davranlarn gstermeli

Yapsal Yeterlilik

C Testin kabul edilebilmesi iin ara ynlendirilmeli veya kontroll bir ekilde deforme olmal veya durdurulmaldr.

Aratakilerin Maruz Kald Yaralanma Riski:

arpma srasnda aratakilerin yaralanma riski, yollardaki gvenlik elemanlarnn boyutlarnn, arpan aracn arpma deerini karlamasna baldr. arpma dayanm, yapsal btnlk, dolgu maddesi, sistemin tutulma ekilleri gibi zellikler arpma davranlarn belirlediinden dolay aratakilerin yaralanma riski bunlara da baldr. Bununla birlikte, farkl arpma dayanmlar iin gvenli olma zelliine ulamak iin farkl boyutlar kullanlabilir. Gerek arpma deneylerinin aratakilerin maruz kald riskler asnda gvenli olmas iin izelge 2de yer alan D, E, F, G, H, I, J kriterlerine uygun olmaldr.

izelge 3.2. Aratakilerin maruz kald risklerdeki kriterler

Faktrler Kriterlerin Yorumlanmas

D

Deney aletlerinden ayrlan paralar, krklar arata oturanlarn bulunduu blme girmemelidir. Bunun yannda bu paralar trafikteki dier aralar ve yayalar iinde tehlike oluturmamaldr.

E Ayrlan elemanlar, krlan paralar, srcnn gr alann engellememeli ve aracn kontroln kaybetmesine sebep olmamaldr.

F Lokal eksenler etrafndaki dnmeler kabul edilebilir dzeyde olmal, yani aracn dik kalmas salanmaldr.

G Aracn arpma srasnda ve sonrasnda dik kalmas tercih edilmelidir. Aratakilerin arpma hzlar aadaki gibi olmaldr.

Aratakilerin arpma hz limitleri (m/sn) Tercih edilen Maksimum Uzunlamasna ve Yanal 9 12

H

Yanal 3 5 Aratakilerin maruz kald ivme aadaki gibi olmaldr.

Aratakilerin maruz kald yavalama ivme limitleri (g) Tercih edilen Maksimum

I

Uzunlamasna ve Yanal 15 20

Ara indekilerin

Tad Riskler

J Ara ierisine yerletirilen mankenin zellikleri

Aracn Seyir Durumu:

Aracn arpma deneyi sresince yapt hareketlerle ilgili kriterler izelge 3te gsterilmektedir. Aracn arpma srasndaki seyrinin kabul edilebilir olmas iin K, L, M, N kriterlerini salamas gerekmektedir.

izelge 3.3 Aracn seyir durumu hakkndaki kriterler

Faktrler Kriterlerin Yorumlanmas Aracn Seyir

Durumu K arpma sonrasnda aracn yan eride gememesi gerekmektedir.

L Ara iindekilerin uzunlamasna hz 12m/snyi, uzunlamasna ivmelenmesi ise 20gi gememelidir.

M Aracn deneydeki otokorkuluk sisteminden ayrlma as, arpma asnn %60ndan kk olmaldr.

N Aracn, arpma sresince otokorkuluk arkasndaki bo alandaki seyri makul dzeyde olmaldr.

arpma deneylerinde, otokorkuluk performansnn yeterli bulunmas iin; arpma sresince meydana gelen davranlar, bahsedilen yapsal yeterlilik, ara iindekilerin tad risk ve aracn arpma sresindeki seyri faktrleri iin geerli olan ve Adan Nye kadar sralanan kriterlerin hepsine uygun olmaldr.

3.2.2 Sanal arpma Deneyleri

GDlerinin paket programlar yardmyla bilgisayar ortamnda modellenerek dinamik analizinin yapld deneylerdir. lk nce GDlerinin ayns modellenerek deney srasnda meydana gelen olaylar canlandrlmaya allmaktadr. Sanal arpma Deneylerinde (SD) GDlerin ayns simule edilerek, SDde kullanlan tanmlamalarn doruluu kontrol edilmektedir. Bylece SDdeki modeller dorulandktan sonra, modeller zerinde deiiklikler yaplarak GD gerekmeden ok fazla sayda otokorkuluk deneyleri yaplabilmektedir. Buda bize dk maliyetlerde aratrma yapma imkan sunmaktadr. Bunun yan sra SDlerle en son elde edilen gelimelerin GDler ile kontrol edilmesi gerekmektedir.

4. ARATIRMA BULGULARI VE TARTIMA

Aratrma bulgularnn ilk ksmnda tezin amacnn odak noktasnda bulunan gerek arpma deneyi (GD) 404211-4 detayl olarak incelenmektedir. Daha sonra GD 404211-4n sanal ortamda modellenmesi ve sorunlarn giderilmesi iin gei otokorkuluunda yaplan gelimeler dikkate alnmaktadr. Bylece tezin esas konusu olan gelitirilmi gei otokorkuluu ile 30000 kglk ar vastann sanal ortamda arpma deneyi yaplmaktadr. Bu deney sonucunda grlen istenmeyen durumlarn giderilmesi iin gei otokorkuluunun yeniden tasarm yaplmakta ve iyiletirilen gei otokorkuluu ile tekrar 30000 kglk ar vastann sanal arpma deneyi yaplmaktadr.

Gei otokorkuluklarnn yapsn incelediimizde, farkl yanal sklkl iki ardk boylamasna bariyer balandnda, bu iki bariyer arasndaki zel bir koruma ksmnn yaplmas emniyet asndan gerekli bir hal aldn grmekteyiz. Bir tat esnek kpr-yaklamal bariyere yksek hz ve al olarak arptnda bariyer yanal olarak yeterince uzaa doru bklmekte bu ekilde tatn n ksm sert kpr raynn u ksmna arpmaktadr. Bu ciddi yaralanmalara neden olacak ekilde tatn yolcular iin byk oranda ivme dmlerini ve kuvvetlerini oluturmaktadr. Bu nedenle, daha sk bir bariyer ksm esnek ve sert bariyerler arasna yerletirilmektedir. Bu ara bariyerin skl tatn rijit kpr raynn u ksmna dokunmasn nleyecek ekilde kpr rayna doru kademeli olarak artmaktadr. Bu sklkla direk boluklarnn ksaltlmas ve bariyer kalnlnn artrlmas ile elde edilmektedir.

Dier tm yol kenar gvenlik donanmlar gibi gei bariyerlerinin performans arpma test klavuzlarna gre deerlendirilir. arpma test prosedrleri ve donanm kabul edilebilirlii A.B.D. NCHRP Rapor No. 350den (Ross ve dierleri, 1993)de ve Avrupada EN1317 (Avrupa Standardizasyon Komitesi, 1998)den tespit edilmektedir. Bu klavuzlara gre bir arpma testi srasnda, ara bariyer yaplar nceden belirlenmi bir hz ve ada tatlar yakalamal ve bunlar uygun bir a ile hafif bir ekilde tekrar ynlendirmelidir. Bununla birlikte, aktarm ksm ile tat stabilitesinin uyumu test sresi boyunca korunmaldr.

4.1. Gerek arpma Deneyi 4042114n ncelenmesi Gerek arpma deneyi 404211-4, elik bariyer sisteminden betonarme bariyer

sistemine gei yerlerinde yaplan gei otokorkuluklarnn zelliklerinin gvenlik snarlarna uygun olup olmadn test etmek amacyla yaplm bir deneydir. Bu deney, gei otokorkuluu sistemi, 2000 kglk pikat kamyonet tat ve gerekli deney dzeneklerinden olumaktadr. Gei otokorkuluunun boyutlar ekil 4.1de, n ve arka fotoraflar ekil 4.2de ve elemanlarnn fotoraflar ekil 4.3te grlmektedir.

ekil 4.1. Gei otokorkuluu boyutlar

Gerek arpma deneyinde oluturulan otokorkuluk incelendiinde, beton bariyerden oluan ilk ksm 2440 mm uzunluunda olup 940 mmlik temel uzunluuna sahiptir. Winwall olarak isimlendirilen beton bariyerin geriye doru bklm kanat ksmnn uzunluu 3900 (2300+750+850) mmdir ve 2300 mmlik temele sahiptir. Beton bariyerin kanat duvarnn trafik akm ynne bakan yz 2300 mm mesafeden itibaren emniyet biiminden dikey yz ekline dntrlmtr. Dikey yz 750 mm daha uzam ve daha sonra 850 mm boylamasna bir mesafe boyunca 215 mm geri ekilmitir. Dikey duvarn ykseklii 810 mmdir. 1.905 mm aralkl W150 x 14 elik dikme zerine monteli 2.67 mm (12-ga) kalnlkl W-ray kirii vardr. W-ray ile dikme arasnda 150 mm en x 200 mm derinlik x 356 mm ykseklik boyutlarna sahip olan takozlar yerletirilmektedir. Montaj ykseklii rayn tepe ksmndan 810 mmdir.

a) n grn

b) arka grn ekil 4.2. Geriye doru genilemeli gei otokorkuluu

a)

b)

c) ekil 4.3 Gei otokorkuluunun elemanlar

Betonarme bariyerin u ksmndan balayan gei bariyeri, W150 x 14 elik dikmeler zerine monteli 2.67 mm kalnlkta (12-ga) ve 3810 mm boyunda W-raydan olumaktadr. Ayrca dikmeler ile W-ray arasnda 150 mm en x 200 mm derinlik x 356 mm boyutlarnda aa takozlar bulunmaktadr. Birleim ksmna doru 2.67 mm kalnlkta i ie (12-ga) kirili ksm kullanlm ve 2.67 mm (12-ga) standart terminal konektrle beton kpr rayna balanmtr. 168.3 mm apl 250 mm uzunlukta bir elik ara borusu, W-ray ile geriye doru genilemeli kpr bariyeri arasna yerletirilmitir. Ara ksmdaki beton kpr bariyerine komu olan ilk drt dikme arasna 476 mm boluk verilmitir. Ayn ksmda bulunan ilk direk W200x19x2290 kesitine sahip olup yer altna 1.605 mm gml vaziyettedir. Rub-ray C152x12.2 kesitine sahiptir ve eik plakadan imal edilmitir. lk dikmede konik geme aa takozlar kullanlm ve 4. direkte ise blok kullanlmamtr ve Rub-ray geriye doru eilmekte ve 5. dikmenin saha ksmnda sonlanmaktadr. Her direk iin 610 mm ukur almtr.

Bu zel gei otokorkuluu tasarm hakknda ilave detaylar Buth ve dierleri (1998) tarafndan hazrlanan test raporunda bulunabilir. W-ray, direkler ve balantlar da dahil olmak zere ara bariyer resimleri ekil 4.3de gsterilmitir.

Yukarda detayl ekilde anlatlan gei otokorkuluu ile 2000 kglk pikap diye adlandrlan kamyonet tr tattan oluan deney dzenei ekil 4.4te grlmektedir.

a) n grn

b) arka grn ekil 4.4. GD 404211-4n deney dzenei

Deney dzenei hazrlandktan, 2000 kglk pikap tat gei otokorkuluk sistemine arptrlmaktadr. arpma srasnda meydana gelen olaylarn zamana bal fotoraflar ekil 4.5te gsterilmektedir.

ekil 4.5. GD srasnda meydana gelen olaylarn zamana bal ardk fotoraflar

GD sonrasnda grlmektedir ki, gei otokorkuluu 2000 kglk tat snrlandrabilmekte ve tekrar ynlendirebilmektedir. Deney donanmlarnda orta derecede hasar meydana gelmektedir. Gerek arpma deneyi 404211-4 yapldktan gei otokorkuluunda meydana gelen hasarlar farkl ynlerden ekil 4.6da fotoraf olarak verilmektedir. Deney srasnda meydana gelen olaylarn byk blm, artnamelere uyarken, tat gei otokorkuundan ayrlrken ar derecede baa dnme hareketi yapt grlmektedir. Bu durumdan dolay gerek arpma deneyi 404211-4te kullanlan gei otokorkuluunun tasarmnn NCHRP Rapor 350ye uymad grlmektedir.

a)

b)

c) ekil 4.6. GD sonrasnda gei otokorkuluunda meydana gelen hasar

4.2. Sanal arpma Deneyi 404211-4n Oluturulmas

Gei otokorkuluklarnn gelitirilmesi amacyla iyiletirme almas yapmak iin tekrar GDlerinin oluturulmas ciddi maliyet gerektiren zor ilemlerdir. Bu zorluklarla karlamamak iin GDlerin sonlu elemanlar metodu kullanlarak bilgisayar ortamnda modellenmesi (sanal arpma deneyi) yaplarak zme gidilmektedir. Sanal arpma deneyleri (SD) ok sayda deiikliin ksa srede ve dk maliyetlerde yaplmas imkn elde edilmektedir.

Gvenilir ve geni kullanml bir paket program olan Ls-dyna, dorusal olmayan sonlu elemanlar metodunu kullanan bir analiz programdr. Ls-dyna ve alt programlar kullanlarak otokorkuluk sistemlerinin ve dier elemanlarn modelleri oluturulmaktadr.

lk nce otokorkuluk sistemi GDnde olduu gibi modellenmektedir. Yani gei otokorkuluunun elemanlar olan betonarme bariyer ksm, takoz ksmlar, elik dikmeler, w-ray, rub-ray ve elik borular malzeme zelliklerine uygun olarak modellenmektedir. Daha sonra 2000 kglk tat modeli otokorkuluk modeline arptrlarak SD oluturulmaktadr. SD 404211-4 iin hazrlanan bilgisayar modelleri ekil 4.7de grld SD 404211-4n dzenei bilgisayar ortamnda elde edilmektedir.

Gei Otokorkuluu Modeli Gerek arpma deneyinde kullanlan gei otokorkuluu ayn boyutlara ve

zelliklere sahip olarak bilgisayar ortamnda modellenmektedir. Bu amala, gei otokorkuluunun elemanlar olan betonarme bariyer ksm, takoz ksmlar, elik dikmeler, w-ray, rub-ray ve elik borular gerek arpma deneyindeki sonular elde edecek ekilde malzeme zelliklerine uygun olarak modellenmektedir. Oluturulan bilgisayar modellerinde kullanlan malzeme zellikleri tablolarda gsterilmektedir. izelge 4.1de elik dikmeler ve takozlarn Ls-dyna programnda modellenmesi srasnda kullanlan malzeme zellikleri yer almaktadr. izelge 4.2de SDnin elemanlarndan olan raylar iin kullanlan malzeme zellikleri belirtilmektedir. Bunlarn yan sra zemini modellemek iin sipringler, balantlar salamak iin rijit linkler kullanlmaktadr.

a) n grn

b) arka grn ekil 4.7. SD 404211-4n bilgisayar ortamnda grnm

izelge 4.1. Gei otokorkuluunun bilgisayar simulasyonu iin hazrlanan modelinde kullanlan elik dikmeler ve takozlarn malzeme zellikleri

elik dikme zellikleri LS-DYNA girdisi Malzeme tipi kaybolabilir paral dorusal plastik malzeme (Tip 24) Eleman tipi 4- dml kabuk (sabit kalnlk) Elastiklik modu (MPa) 200.000 Akma Gerilmesi (MPa) 336.8 Younluk (t/mm3) 7.85E -09 Poisson oran 0.3

Arzal plastik deformasyonu Yok Etkin plastik deformasyonu 0.000 0.026 0.045 0.108 0.203 0.254 0.277 0.300

Gerek gerilim (MPa) 336.8 337.1 401.2 490.9 55.2 604.6 657.7 677.4

Takoz zellikleri Malzeme tipi Elastik (Tip 1) Element tipi 8- dml (1 nokta uyumlu) Elastiklik modu (Mpa) 11,000 Younluk (t/mm3) 6.10E-08 Poisson oran 0.3

izelge 4.2 Gei otokorkuluu modelinde kullanlan W-kiri ray malzeme zellikleri elik W-kirii ray zellikleri LS-DYNA girdisi Malzeme tipi kaybolabilir paral doru plastik malzeme (Tip24) Element tipi 4-dml gvde (sabit kalnlk) Elastiklik modu (MPa) 200,000 Akma Gerilmesi (MPa) 450 Younluk (t/mm3) 7.85E-09 Poisson oran 0.3

Arzal plastik deformasyonu 0.22 Etkin plastik deformasyonu 0.000 0.025 0.049 0.072 0.095 0.140 0.182 0.750 Gerek gerilim (MPa) 450.0 508.0 560.0 591.0 613.0 643.0 668.0 840.0

Beton kpr ray zellikleri Malzeme tipi Sert (Tip 20) Element tipi 8- dml sert (1 noktal uyum) Elastiklik modu (MPa) 11.000 Younluk (t/mm3) 6.10E-08 Poisson oran 0.3

2000 kglk Pikap Tatn Sanal Ortamda Modeli Bu aracn bilgisayar ortamndaki modeli National Crash Analysis Center

(NCAC)dan elde edilmektedir. C-2500n 8 versiyonunun deitirilmi halinin bilgisayar modelidir. Bu ara modeli oklu arpma datalar kullanlarak gelitirilmi ve dorulanmtr. Aracn n ve arka suspansiyonlar, ynlendirme sistemi, iletme mili, motor blou, tekerler ve dier nemli paralar NCACnin test programlarnda detaylandrlmtr. Son zamanlardaki tatlar iin yaplan sonlu elemanlar metodu kullanlarak yaplan simulasyon almalarnda (Zauk ve ark., 1996).

Bu almada, tat modeli zerinde baz deiikler yaplmaktadr. n ve arka ksmlarda tatn gei otokorkuluuna arpt yerlerde tekrar mesh yaplmaktadr. Bylece byk deformasyonlarn meydana geldii yerlerde daha doru sonulara ulalabilmektedir. Ayn tatla gei otokorkuluu arasnda olumas muhtemel gerek d penetrasyonlar engellenmektedir. Bu deiiklikler aracn mekanik dzenini bozmayacak kk deiiklerdir. Sanal arpma deneyi 404211-4te deney srasnda meydana gelen olaylarn fotoraflar ekil 4,8de ardk olarak verilmektedir. Burada da gerek arpma deneyinde olduu gibi zelliklerin byk ksm artnamelere uymaktadr. Fakat tatn gei otokorkuluu sisteminden ayrlrken meydana gelen ba aa dnme as artnamelere uymamaktadr.

a)

b)

c)

d) ekil 4.8. Sanal arpma Deneyi 404211-4te meydana gelen olaylarn ardk olarak gsterimi

Gerek ve Sanal arpma Deneylerinin Karlatrlmas GD ve SD 404211-4 karlatrdmzda, SD ile GDnin hemen hemen ayn sonularn elde ettiimizi grmekteyiz. artnameye uyan zellikler ayn olduu gibi, artnameye uymayan istemediimiz durumda aynen gereklemektedir. Bylece bilgisayar ortamnda yaptmz gei otokorkuluu sisteminin doruluu kantlanm olmaktadr. ekil 4.9da GD ve SDnin sten grnm ile karlatrlmas, ekil 4.10da yandan grnm ile karlatrlmas yer almaktadr. Bunun yansra ekil 4.11de deney sonras gei otokorkuluunda meydana gelen hasarlarn karlatrmas yaplmaktadr.

ekil 4.10. GD

ekil 4.11. GD ve SDnin sonrasnda gei otokorkuluklarnda meydana gelen hasar durumlarnn fotoraflarla karlatrlmas

ekil 4.9. GD ve SDnin sten grn olarak karlatrlmas

4.3. SD 404211-4n 2000 kglk Tata Gre yiletirilmesi Bu blmde, bir nceki blmde bilgisayarda ortamnda doruluu belirlenmi

modellerin iyiletirilmesi yaplmaktadr. nceki blmde, GD 404211-4n bilgisayar simlasyonu Ls-dyna program kullanlarak gerekletirilmitir. Bylece GDlerinde meydana gelen istenmeyen durumlarn ayns bilgisayar simlasyonunda da meydana gelmektedir.

Amacmz ilk olarak 2000 kglk pikap tat kullanlarak gerekletirilen GDnin sanal ortamda iyiletirmesini yani istenilmeyen durumlarn ortadan kaldrlmasn salamaktr. SDde otokorkuluk sistemini iyiletirip 2000 kglk tatn arpmas ile meydana gelen olumsuz durumlar giderildikten sonra, gelitirilmi otokorkuluk sistemi ve 30000 kglk ar tat kullanlarak tekrar SD gerekletirilmektedir.

Daha sonra bu tezin esas konusu olan 30000 kglk ar tatn gelitirilmi otokorkuluk sistemine arpmasyla meydana gelen olumsuz durumlar gidermek iin otokorkuluk sisteminde yeniden dzenlemeler yaplmaktadr.

Dorulanan SD deneyi beklendii gibi GDne benzer olarak, daha nce ifade edilen otokorkuluk gerekliliklerine uymayan zellikler barndrmaktadr. Bu olumsuz durumlar gidermek amacyla gei otokorkuluu sistemi, w-ray yerine l-ray konularak deitirilmektedir. Gelitirilen gei otokorkuluu sistemi ve 2000 kglk tattan oluan sanal arpma deneyi dzeneinin farklk ynlerden grnmn ieren fotoraflar ekil 12de grlmektedir.

Gelitirilmi gei otokorkuluu ve 2000 kglk tat modelinin bulunduu sanal arpma deneyinin sonucunda bulunan gayet memnun edici sonular iermektedir. zellikle daha deneyde bulunmu olan ba aa dnme asnn fazlal bu deney ile giderilmektedir. Bylece yeni gelitirdiimiz gei otokorkuluu ile otokorkuluk NCHRP Rapor 350nin sahip olduu gvenlik standartlarna uygun sonulara ulalmaktadr. ekil 4.12de iki sanal arpma deneyi zamana bal olarak fotoraflarla karlatrlmaktadr.

a) n grn

b) arka grn ekil 4.12. Gelitirilmi gei otokorkuluu ile sanal arpma deneyi dzenei

ekil 4.13. Gei otokorkuluunun ilk hali ve gelitirilmi halinin sanal arpma

deneylerinin zamana bal resimlerle karlatrlmas

4.4. Gelitirilmi Gei Otokorkuluunun 30000 kglk Tata Gre Tasarm Bu konuda 2000 kglk tata gre gelitirilen gei otokorkuluun, 30000

kglk ar vasta modeli ile yaplan sanal arpma deneyinde performans llmektedir. Daha sonra gei otokorkuluunda ar vastalara uygun olacak dzenlemeler yaplarak, tekrar sanal arpma deneyleri analiz edilmektedir. Bu tezin amac olan ar vastalara uygun gei otokorkuluu dizayn bu konuda yaplmaktadr. Daha nceki konularda olduu gibi sanal arpma deneyleri iin sonlu elemanlar metodunu kullanan dorusal olmayan dinamik analiz program Ls-dyna kullanlmaktadr.

4.4.1. 30000 kglk Tat ile SD oluturulmas Gelitirilmi gei otokorkuluunun, 30000kglk ar vasta ile sanal arpma

testi performansn deerlendirmek iin detayl bir sonlu eleman simlasyon almas gerekletirilmektedir. Simlasyon almas ve kullanlan sonlu eleman modelleri hakknda detaylar aadaki blmlerde verilmitir. Atahan ve Cansz tarafndan nceki almada anlatld gibi (2005) gei otokorkuluu modeli oluturmas iin ok byk aba harcamlardr. ekil 4.14te gsterildii gibi, genel olarak gei otokorkuluu modelleri standart otokorkuluk, gei blgesine yaklama blm, gei blm, kanat duvar ve beton kpr bariyer ksmlarndan olumaktadr.

ekil 4.14. Genel olarak gei otokorkuluu tanmlamalar

30.000 kglk ar vasta tatn sanal modeli Bu almada Guido Bonin tarafnda hazrlanan ve ar vasta olarak ifade

edilen byk kamyonlar temsil edecek 30000 kglk tat simlasyon modeli kullanlmaktadr. Bu almada kullanlan ar yk tayan tat modeli 13.457 eleman ve 12.072 dmden olumutur. 30 tonluk ar malzeme ykl tat modelinde toplam 49 farkl para, 48 farkl zellikli takm, 54 farkl malzeme, 148 briket veya kat malzeme, 118 kiri paras ve 13175 para, 16 ayr para, on adet ek paras kullanlmtr. Akslar kiri paralar ile modellenmitir. Kiri paralarn doru bir ekilde modellemek iin apraz- kesit entegrasyon formlasyonlu Belytschko-Schwer borulu kiri kullanlmtr.

Model ayn zamanda sspansiyon sistemini temsil etmesi iin baz farkl paralar da iermektedir. Ayr paralar, bu paralar basit dorusal tampon olarak hareket etmesi iin dzenlenebildiklerinden sspansiyon sistemini daha iyi temsil etmesi iin taklmtr. Sspansiyon sistemi yar-elips yaprak yay biiminde modellenmitir. Tekerlekler dn ek yeri ile dnlerinin doru bir ekilde modellenmesi iin akslara balanmtr.

asinin ana paras 4 veya gerektiinde geometri ile 3 dml elemanlarla yaplmtr. Daha nceden bilinen doruluundan tr element formlasyonu iin Belytschko-Tsay teorisi kullanlmtr. Motor ve yk gibi baz kat paralar tek entegrasyon noktas ile 8-dml rijit elemanlar kullanlarak modellenmitir. Bu paralar arpma srasnda belirgin bir ekilde deforme olmadklarndan ve bununla beraber tek noktal entegrasyon tahmini tam entegrasyonla karlatrldnda genel hesaplama maliyetlerinde byk oranda tasarruf salad grlmektedir.

asi kirileri, kargo blmnn yanal kirileri, kabin yaps, lastikler, motor blou ve dier yapsal elemanlar da modellenmitir. Bu almada kullanlan ar vasta modelinin bir resmi ekil 4.15te gsterilmektedir. Tat modelleri ile ilgili dier detaylar Atahan ve ark. (2005) tarafndan hazrlanan tat modelinden bulunabilir.

ekil 4.15. 30000 kg ar vasta kamyonunu sonlu elemanlar modeli

Gelitirilmi gei otokorkuluunun sanal modeli Daha nceki konularda anlatld gibi GD 404211-4te kullanlan gei

otokorkuluu 2000 kglk pikap tata gre gelitirilmiti. ekil 4.16da 30000 kglk ar vasta ile gelitirilmi gei otokorkuluundan oluan deney dzenei gsterilmektedir. Resimde gsterildii ekilde otokorkuluk dikmeleri standart w-ray yerine daha geni olan l-ray kullanmak sureti ile beton kpr rayna balanmtr. Potansiyel tekerlek taklmalarn nlemek iin w-ray altnda bir srtnme ray modeli de gelitirilmitir. Gei modelindeki tm boyutlar 404211-4 (Buth ve dierleri, 1998) gerek arpma deneyi ile rtmektedir. Modelin standart ve yaklama ksmlar W150 x 14 elik direi iermektedir. Bu iki ksmda toplam 10 direk modellenmitir. elik direkler sabit kalnlkl kabuk paralar kullanmak sureti ile modellenmitir. Bu direkler iin malzeme ve para zellikleri standart gl otokorkuluk direkleri modellerinden alnm ve bu modeller izelge 4.3de gsterilmektedir. Artan boy ve gmme derinliinden hari olarak W200 X 19 direk modeli iin dier tm parametreler W150 x 14 direk modeli ile ayndr. elik direkleri W-kiri rayna balamak iin 150 mm en x 200 mm derinlik x 356 mm boyunda aa takozlar modelde hazrlanmtr. Srtnme

raylarn ara bariyer blmesi direklerinden ayrmak iin kk boyutlu takozlar kullanlmtr. Ara bariyer ksmnn detayl bir resmi ekil 4.17de gsterilmitir.

ekil 4.16. Gelitirilmi gei otokorkuluu ve 30000 kglk ar vastadan oluan sanal arpma deney dzenei

ekil 4.17. Gei otokorkuluu modelinin yakn grnts

Aa takozlar iin kullanlan malzeme ve para zellikleri literatrden alnan nceki almalardan elde edilmi ve bunlar izelge 4.3de gsterilmitir. Tm ofset bloklar (takozlar) tek nokta balant kural kullanlarak kat paralarla modellenmitir. Ofset bloklar benzer tam kapsaml arpma testleri srasnda greli olarak bozulmam olarak kaldndan tr hesaplama verimlilii iin elastik malzeme tanm kullanlmtr. Bu tahminler simlasyon almalar srasnda takozlarn davranlarn temsil etmede gerekten doru olarak grlmekte ve ilem sresini de byk oranda azaltmaktadr.

izelge 4.3. Gei otokorkuluunun bilgisayar simulasyonu iin hazrlanan modelinde kullanlan elik dikmeler ve takozlarn malzeme zellikleri

elik direk zellikleri LS-DYNA girdisi Malzeme tipi kaybolabilir paral dorusal plastik malzeme (Tip 24) Eleman tipi 4- dml kabuk (sabit kalnlk) Elastiklik modu (MPa) 200.000 Akma Gerilmesi (MPa) 336.8 Younluk (t/mm3) 7.85E -09 Poisson oran 0.3 Arzal plastik deformasyonu Yok Etkin plastik deformasyonu 0.000 0.026 0.045 0.108 0.203 0.254 0.277 0.300

Gerek gerilim (MPa) 336.8 337.1 401.2 490.9 55.2 604.6 657.7 677.4 Takoz zellikleri Malzeme tipi Elastik (Tip 1) Element tipi 8- dml (1 nokta uyumlu) Elastiklik modu (Mpa) 11,000 Younluk (t/mm3) 6.10E-08 Poisson oran 0.3

nceki almalarda dorulanan modelden elde edilen zellikler l-rayn modellenmesinde kullanlmaktadr. 3810 mm boyundaki ray ksmlarn modellemek iin sabit kalnlkl gvde elementleri kullanlmtr. Simlasyon almasnda kullanlan l-rayn zellikleri izelge 4.4de gsterilmektedir. l-ray Ls-dynadaki rijit balantlar kullanlarak ofset bloklara taklmtr. l-raydan dikmeye balant Ls-dynadaki ayrlabilir balant zellii kullanlarak hazrlanmtr. Modelde kullanlan raydan-dikmeye balantnn diren karakteristii daha nceki baarl simlasyon almasndan alnmtr (Atahan ve Ross, 2004).

ekil 4.17de gsterildii gibi, srtnme ray da C152 x 12.2 ksmn temsil etmesi iin modellenmitir. Malzeme ve para zellikleri l-ray ile ayndr. Srtnme ray da ayrlabilir balantlar kullanlarak ofset bloklara taklmtr.

izelge 4.4. Ara bariyer modelinde kullanlan W-kiri ray malzeme zellikleri

elik W-kirii ray zellikleri LS-DYNA girdisi Malzeme tipi kaybolabilir paral doru plastik malzeme (Tip24) Element tipi 4-dml gvde (sabit kalnlk) Elastiklik modu (MPa) 200,000 Akma Gerilmesi (MPa) 450 Younluk (t/mm3) 7.85E-09 Poisson oran 0.3

Arzal plastik deformasyonu 0.22 Etkin plastik deformasyonu 0.000 0.025 0.049 0.072 0.095 0.140 0.182 0.750 Gerek gerilim (MPa) 450.0 508.0 560.0 591.0 613.0 643.0 668.0 840.0

Beton kpr ray zellikleri Malzeme tipi Sert (Tip 20) Element tipi 8- dml sert (1 noktal uyum) Elastiklik modu (MPa) 11.000 Younluk (t/mm3) 6.10E-08 Poisson oran 0.3

Kpr bariyeri ve kanat duvar 8-dml rijit elemanlar kullanlarak modellenmitir. Kanat duvar beton malzemeden imal edilmi olduundan rijit malzeme olarak modellenmektedir. Younluk, elastiklik modl ve poisson oran gibi beton malzemesinin zelliklerini gerektirmektedir ve bu deerler program iine dahil edilmektedir (Bkz. izelge 4.4). Ayn zamanda, kanat duvarnn hareketi byk temel boyutlarndan tr arpma hadisesi boyunca snrlandrlmaktadr. Bu nedenden dolay, kpr ray ve kanat duvarnn hareketi Ls-dynadaki SPC opsiyonu kullanlmak sureti ile kstlanmtr. Bu tahmin beton ksmlarn sert yapsn temsil etmede isabetlidir. Modeldeki elik boru da 4-dml kabuk elemanlar kullanlarak kanat duvar ve l rayn arasnda modellenmektedir. Malzeme ve para zellikleri modeldeki dier elik unsurlarla benzerdir.

Gei bariyeri EN1317 test TB71 koullarna uygun olarak 30000 kg tayan tat darbesine maruz kalmtr. Tatn hz 65 km/sdir ve ara bariyere 20 derece a ile vurmutur. lk temas beton duvarda beinci ve altnc direkler arasnda meydana gelmitir. Yaklak 60 msde duvardaki beinci direk l-raydan ayrlm ve aracn yn deimitir. Tat ileri doru ilerledike, nc ve drdnc direklerin de yn deimi ve 105 msde raydan ayrlmtr. Bu noktann ilerisinde, darbe tarafndaki n tekerlek yukar doru deforme olmaya balam ve merkezi etrafndan saat ynnn aksine doru dnmtr. Yaklak 150 msde darbe tarafndaki n tekerlek daha nceden erilen l-ray stne doru trmanmaya balamtr. Tekerlek yukar doru hareketine devam etmi ve sonu olarak gei bariyer ksmn destekleyen son iki direk l raydan ayrlmtr. 210 ms civarnda, l rayn byk bir ksm tekerlek tarafndan aa doru ekilmi ve bu ara iin bir rampa olumasna neden olmutur.

Sonu olarak, tat arpma tarafndan 285 msde tamamen gei bariyeri zerine kmtr. 810 mm uzunluundaki bariyerin arpma test simlasyonundan elde edilen sral resimleri ekil 4.18de gsterilmektedir. Bu resimlerden de grlecei gibi, tekerlek ve l rayn ykseklik farkllndan tr tat bariyer zerine kolaylkla binmektedir. ekil 4.19da aka yakn grn olarak tekerlek binme hadisesi gsterilmektedir.

Simlasyon sonularna gre, mevcut durumda ar bariyer seviyesinde olan H4a snfnda bariyer yeterli deildir. Bariyerin 30.000 kglik tata dayanabilmesi iin daha yksek bariyer kullanm gerektii ok aktr.

stten grnm Yandan grnm ekil 4.18. 810 mm yksekliindeki gei otokorkuluuna 30 tonluk tatn sanal arpma deneyinin ardk fotoraflar

ekil 4.19. Tekerlein rayn stne kmasnn yakndan grn

4.4.2. 30000 kglk Tata gre Gei Otokorkuluu Sisteminin Gelitirilmesi Bu almada, daha nceden zerinde allan gei otokoruluunun arpma

testi davran ar vasta modeli kullanlarak analiz edilmiti. Livermore Software Technology Corporation (LSTC, 2000) tarafndan temin edilen sonlu elemanlar Ls-dyna analiz program gei otokorkuluunun performansnn deerlendirilmesi iin kullanlmaktadr. Analiz sonular ar tatn zerine binmesinden tr mevcut tasarmn yetersiz olduunu gstermitir. Bu bulguya gre, gei otokorkuluunun ray ykseklii 810 mmden 1050 mmye kadar ykseltilmitir. Daha sonraki simlasyon gelitirilmi tasarmn 30,000 kg arlnda mal tayan tat baarl bir ekilde kontrol edip yeniden ynlendirdiini gstermektedir. Belgenin kalan ksmlarnda bilgisayar simlasyon almasnn detaylar verilmitir.

1050 mm ykseklikte bariyer simlasyonu 810 mm uzunluktaki bariyer simlasyon sonularna gre daha yksek bariyere olan ihtiya ak hale gelmitir. 810 mm uzunluundaki tasarmda, tekerlek ve l ray arasndaki dikey mesafe yaklak olarak 190 mm olup, bu farkllk tekerlein arpma srasnda ray zerine trmanmasna neden olmaktadr. Mevcut tasarm H4a seviyesine ykseltmek iin, bariyer ykseklii 1050 mmye kartlmaktadr. Bu ykseklik 1090 mm tekerlek st yksekliine hemen hemen eit olmasndan tr seilmitir ve arpma srasnda tekerlein byk bir blmn desteklemektedir. Dolaysyla, gelimi tasarmda tekerlein bariyer zerine kmas olas deildir. Mevcut bariyerdeki ray yksekliini artrmak iin, l ray zerine bir ray paras eklenmitir. Diren ve tasarm basitliklerinden tr, yeni ray 810 mm uzunluktaki tasarm iin mevcut srtnme ray ile uyumlu srtnme ray olarak seilmitir. Yeni

rayn bir ucu beton duvara taklm ve dier ucu ise bariyer arkasndan yer seviyesine indirilmitir. Gelitirilmi bariyer tasarm resmi ekil 4.20de gsterilmektedir.

ekil 4. 20. lave ray paral gelimi 1050 mm boyunda bariyer tasarm

Mevcut gei otokorkuluu modelinin iyiletirilmesinden sonra, EN317 test TB71 koullarna gre 30.000 kg ar tat arpma testine tabi tutulmutur. Bu sefer, arpma tarafndaki tekerlek bariyer zerine kmam ve bariyer baarl bir ekilde arac tutmu ve yeniden ynlendirmitir. Beton duvardan sonra birinci direkten hari olarak bariyerdeki tm direkler eilmitir. arpmadan sonra 0.815 ms sonra tat makul olarak kabul edilebilen 38 derece maksimum dn asna erimitir. Gelimi model arpma simlasyonundan elde edilen sral resimler ekil 4.21de gsterilmitir.

stten grnm n A Grnm ekil 4.21. 1050 mm uzunluundaki gei otokorkuluunun sanal arpma deneyinin zamana bal ardk resimleri

Bu resimden grlecei gibi, tata verilen arpma hasar tekerlek, amurluk ve tampon zerinde younlam ve minimal olarak deerlendirilmektedir. Tat ivmesi EN1317de belirtilen kabul edilebilir snrlar iindedir. Gei otokorkuluunun yanal bariyer deformasyonu makul seviyede 450 mmdir. arpma sonras gei otokorkuulunda meydana gelen hasarn bir resmi ekil 4.22de gsterilmektedir. Simlasyon sonularndan kolaylkla 1050 mm uzunluktaki ray yksekliine gelitirilmi gei otokorkuluu tasarmn H4a yksek tutma seviyeli bariyer iin iyi bir aday olabilecei sonucuna varlabilir.

ekil 4.22. 1050 mm ykseklie sahip gei otokorkuluunda sanal arpma deneyi sonrasnda meydana gelen deformasyonlar

5. SONU VE NERLER Avrupada maalesef, yol kenar bariyerlerinden ve kamu hizmetlerinden

sorumlu birok otoyol gvenlik ofisleri bariyer tasarmlarnn neminden habersizdir. Sonu olarak birok lke karayollarnda bariyer tasarmlarn kullanmamaktadr. Dier bir taraftan, hali hazrda kullanmda olanlar ise yeterli detaydan yoksun olup bir arpma hadisesinde yeterli dzeyde koruma salamamaktadr. Dolaysyla, bu almada, A.B.D. de kullanlan zel bir gei otokorkuluu tasarm tantlm ve bunun EN1317 arpma test klavuzuna gre Avrupa Otoyol Sistemi iin uygulanmas konusu deerlendirilmektedir.

almann ieriinden tr, simlasyon almalarnda farkl arpma koullarnn etkisini deerlendirilmemektedir. lk arpma konumu, kpr tasarm tasarm ve geometrisi, toprak st etkileimi ve iilik gibi arpma deneyi performansn etkileyen deikenler olduu ok iyi bilinmektedir. Bu deikenlerin gei otokorkuluklarnn tasarmlar zerindeki etkileri deerlendirmek iin daha ileri dzeyde simlasyonlar yaplmaldr.

Bu almada, gei otokorkuluu tasarm sanal arpma deneyleri ile detayl olarak analiz edilmektedir. Gvenli ve umumiyetle kabul gren sonlu elemanlar analiz program Ls-dyna analizleri gerekletirmek iin kullanlmaktadr. almay tamamlamak ve sonuca ulamak iin birok ardk simlasyon uygulanmtr. Simlasyonlar EN1317 test TB71 arpma deneyi koullarna gre gerekletirilmektedir. Gerekletirilen sanal arpma deneyleri, 65 km/slik hzda seyreden 30,000 kglk ar vastann, 20 derecelik arpma as ile gerekletirilmektedir. Birinci sanal arpma deneyinde, gei otokorkuluu ykseklii, 2000 kglk araca gre ayarlanm olan 810 mmdir. Sonular tasarmn arpma test koullarn karlamadn ve tatn tasarmn yetersiz yksekliinden tr bariyerin zerine kma eiliminde olduunu gstermitir. Bariyerin yksekliinin tat tutmas iin yaklak olarak tekerlek boyu kadar olmas gerektiine karar verilmitir. Bu ekilde, ileri dzey bir bariyer modeli gelitirilmitir. Bu modelde, gei otokorkuunun ray ykseklii, tasarma ekstra ray paras eklemek sureti ile 1050 mmye ykseltilmektedir. Bu arada ama tat

tekerleinin tutulmas ve dolaysyla aracn baarl bir ekilde yola yeniden ynlendirilmesidir. Simlasyon sonular gelimi modelin istenilen sonular verdiini gstermektedir. Tasarm stabil bir ekilde 30000 kglk tat tutmakta ve yeniden ynlendirmektedir. Tat bindirmesi gzlemlenmemektedir. Tat ivme deiim verileri arpma srasnda tatn iindeki yolcular iin ciddi bir tehlike olmadn ortaya koymutur. Simlasyondan elde edilen verilere gre, gelitirilmi gei otokorkuluu tasarmnn makul H4a ar tat tutma dzeyinde bir bariyer olduu sonucuna varlmtr. Dolaysyla, bu zelliklerde gerek arpma deneyi yaplmas ve Avrupa Otoyol Sistemine uygulanmas tavsiye edilir.

Bu alma, Avrupa arpma test aralar ve A.B.D. gvenlik donanmlar kullanarak Avrupa ve A.B.D. arpma testi klavuzlarn birletirebilmek iin aba harcandndan ok nemlidir. Sadece bu zel bariyer tasarm ile ilgili deil ayn zamanda geni yelpazeli yeni bariyer tasarmlar zerine de daha ok alma yaplmaldr. phesiz, bu tasarmlardan birou Avrupa otoyol sisteminde uygulama ans bulacaktr.

KAYNAKLAR

AASHTO-AGC-ARTBA, 1996. Joint Commitee. A Standardized Guide to HighwayBarrier Hardware American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington D.C.

A.K. Zaouk, N.E. Bedewi, C.D. Kan, D. Marzougui, 1997.Development and evaluationof a C1500 pickup truck model forroadside hardware impact simulation, FHWA/NHTSA National Crash Analysis Center, NCAC, The George Washington University.

American Association 2002.of State Highway and Transportation Officials,AASHTO, Roadside design guide,Washington D.C.

A.O. Atahan, Finite element simulation of a strong-postW-beam guardrail system, Simulation 78 (10) (2002) 587599.

A.O. Atahan, O.F. Cansiz, Design and simulation of two wooden-post W-eamguardrails to eliminate wheel snagging,Heavy Vehicle Systems, Int. J. Vehicle Des. Ser. 1 (1) (2004) 4968.

A. Siridumrongphun, 1999. Vehicle curb impact study using a non-linear dynamic finite element simulation program, MastersThesis, Department of Civil Engineering, University of Florida.

Atahan, A.O. and Cansiz, O.F. (2005) Impact analysis of a vertical flared-back bridgerail-to-guardrail transition using simulation, Finite Elements in Analysis and Design, Vol. 41, No. 4, pp.371396.

Atahan, A.O. and Ross Jr., H.E. (2004) Computer simulation of recycled content guardrail posts,Journal of Transportation Engineering, ASCE, Vol. 130, No. 6,pp.485496.

Atahan, A.O., Bonin, G. and El-Gindy, M. (2005) Design and validation of a 30,000 kg heavygoods vehicle using LS-DYNA, Paper No. IMECE2005-80200, Proc. InternationalMechanical Engineering Congress and Exposition, IMECE, Washington D.C.

ATAHAN, A.O. ve CANSIZ, O.F., 2002 Improvements to G4(RW) Strong-ostRound-Wood W-Beam Guardrail. Journal of Transportation Engineering, ASCE, (in review).

A.Zaouk, N.E. Bedewi, C.D. Kan, D. Marzougui, Validation of anon-linearfiniteelement vehicle model using multiple impact data, Proceedings of the 1996 ASME International Mechanical Engineering Congressand Exposition, GA, 1996, pp.91106.Atlanta.

A.Zaouk, N.E. Bedewi, C.D. Kan, H. Schinke, Evaluation of a multi-purpose ickup truck model using full scale crashdata with application to highway barrier impacts, in: Proceedings of the 29th International Symposium on AutomotiveTechnology and Automation, 1996, pp. 3946.Florence, Italy.

BLIGH, R.P. ve BULLARD, L.D, JR., 1995. Crash Testing and evaluation of Round, Wood Post, W-beam Guardrail System. TTI Research Study No. RF405391-1,Texas Transportation Institute, Texas A&M University , College Station , Texas.

BLIGH, R.P., ve MENGES, W.L., ve ALBERSON, D.C., 2001. Testing and valuation of recycled materials in roadside safety devices. Research Report 1458-3. Texas Transportation, College Station, Texas.

BUTH, E.C.,MENGES,W.L. ve IVEY, D.L,1999 W-Beam Guardrail. Paper No.990871,Transportation Research Board,78th Annual Meeting, WashingtonD.C.

Buth, C.E., Menges, W.L. and Butler, B.G. (1998) NCHRP Report 350 Test 3-21 of the Vertical Flared Back Transition, Texas Transportation Institute, Test No. 404211-4, Federal Highway Administration, Publication No. FHWA-RD-99-062, Washington D.C.

C.E. Buth, W.L. Menges, B.G. Butler, 1998.NCHRP Report 350 test 3-21 of the vertical flared back transition, TexasTransportation Institute, Test No. 404211-4, Federal Highway Administration, Publication No. FHWA-RD-99-062,

C.F. McDevitt, 2001. Safer guardrail-to-bridge rail transitions, Proceedings of the International Conference of Traffic Safety on Three Continents,Moscow, Russia, 1921 September, vol. 1, pp. 3142.

COON, B.A., REID, J.D., ve ROHDE., 1999. Dynamic Impact Testing of Guardrail Posts Embedded In Soil. Transportation Research Report No. TRP- 03-77-98, Midwest Roadside Safety Facility, University of Nebraska, Lincoln, Nebraska.

European Committee for Standardization (1998) European Standard EN1317-1 and EN1317-2, Road Restraint Systems, Brussels.

Federal Highway Administration,1988. FHWA, Guardrail transitions, FHWA Technical Advisory No. T5040.26,

Federal Highway Administration, 1993. FHWA, Guardrailtransitions, FHWATechnical Advisory No. T5040.34,

Federal Highway Administration, 2003. FHWA safety web page on NCHRP Report 350 Hardware BridgeRailTransitions. http://safety.fhwa.dot.gov/fourthlevel/hardware/listing.cfm,

FEDERAL HIGHWAY ADMINISTRATION, 1990 Crush Characteristics of the 1800-Ib Pendulum. Publication No. FHWA-RD-90-059, FHWA, McLean, Virginia.

HALLQUIST, J.O., 1998. LS-DYNA Users Manual . Livermore Software Technology Corporation, Livermore, California.

H.E. Ross Jr., D.L. Sicking, R.A. Zimmer, J.D. Michie, 1993.Recommended procedures for the safety performance evaluationof highway features, NCHRP Report 350, National Research Council,Washington D.C.

HOLLOWAY, J. C., BIERMAN , M. G., PFEIFER, B. G., ROSSON, B. T., ve SICKING, D. L., 1996 Performance Evaluation of KDOT W- Beam Systems Midwest Roadside Safety Facility (MwRSF), University of Nebraska Lincoln.

IVEY, D.L., ROBERTSON, R. ve BUTH, C. E., 1986 Test and Evaluation of W-beam and Thrie-beam Guardrails, Report FHWA/rd-82/071, Texas Transportation Institute, Texas A&M University, College Station.

J.D. Michie, 1981. Recommended procedures for the safety performance evaluation of highway appurtenances, National Cooperative Highway Research Program, Report No. 230,

J.O. Hallquist, 1998. LS-DYNA theoretical manual, Livermore Software Technology Corporation, Livermore, California,

KARLSSON, J., 2000. Snag Potential of Standard Guardrail Posts. Masters Thesis, Worcester Polytechnic Institute, Worcester, Mass.

Livermore Software Technology Corporation, 2000.LSTC, A general purpose dynamic finite element analysis program, LSDYNAversion 960 users manual, Livermore Software Technology Corporation, Livermore, California,

Livermore Software Technology Corporation (LSTC) (2000) (2002) A General Purpose Dynamic Finite Element Analysis Program, LS-DYNA Version 960 Users Manual, Livermore Software Technology Corporation, Livermore, California.

MAK, K. K. ve ALBERSON, D.C., 1994. Test Report NO. 7147-22 Texas Transportation Institute , Texas A&M University, College Station.

MAK, K. K. ve MENGES, W.C., 1994. Crash Testing Evaluation Strong-post, W-beam Guardrail System, Texas Transportation Institute, Texas A&M University, College Station.

MAK, K. K., BLIGH, R.P. ve MENGES, W.L., 1995. Crash Testing and Evaluation of Existing Guardrail Systems, Texas Transportation Institute

Report No.471470-26 The Texas A&M University System, College Station Texas, December

M. Gunaratne, N. Bandara, J. Medzorian, M. Chawla, P. Ulrich, (2000) Correlation of tire wear and friction to texture of concrete pavements, J. Mater. Civil Eng. 12 (1) 4654.

PLAXICO, C., PATZNER, G.S., ve RAY , M.H. 1998. Finite Element Modeling of Guardrail Timber Posts and The Post-soil Interaction. Transportation Research Record 1647, Transportation Research Board, 139-146 Washington D.C.

PLAXICO, C.A., RAY, M.H. ve HIRANMAYEE, K, 2000 Comparison of the Impact Performance of the G4(1W) and G4(2W) Guardrail Systems under NCHRP Report 350 Test 3-11 Conditions. Transportation Research Record, Paper No.00-0525,Transportation Research Board, Washington D.C.

RAY , M. H. ve PATZNER, G. S., 1997 . Finite-Element Model of Modified Eccentric Loader Terminal (MELT), In Transportation Research Record, 1599, 11-21, TRB, Notional Research Council, Washington D.C.

Ray, M.H. (1996)Finit element analysis as a tool in roadside safety hardware designe, Issues for Improving Roadside Safety, Transportation Research Circular 453, Transportation Research Board, Washington D.C.

Ross Jr., H.E. (1995) Past, Present and Future of Roadside Safety, Transportation ResearchCircular Number 435, Transportation Research Board, TRB, National Research Council, pp.111.Washington D.C

Ross Jr., H.E., Sicking, D.L., Zimmer, R.A. and Michie, J.D. (1993) Recommended Procedures for the Safety Performance Evaluation of Highway Features, NCHRP Report 350, National Research Council, Washington D.C.

S. Basu, A. Haghighi, 1988. Numerical analysis of roadside design (NARD) vol. III: validation procedure manual, Report No. FHWA-RD-88-213, Federal Highway Administration, Virginia.

SCKLNG, D. L. ve ROSS, H.E. JR., 1987 Structural optimization of strong-post W-beam guardrail, In Transportation research record 1133, 42-50, Transportation Research Board, Washington D.C.

STOUT, D., HINCH, J., ve YANG, T-L. 1988. Force-Deflection Characteristics of Guardrail Posts. Report FHWA-88-193, FHWA, US Department of Transportation, Washington

T. Belytschko, H.R. Yen, R. Mullen, (1979)Mixed methods for time integration, J. Comput. Meth. Appl. Mech. Eng. 17 259275.

TexasTransportation Institute, 1998. TTI.Test risk assessment program (TRAP) version users manual,TexasTransportationInstitute, College Station, Texas.

T.L. Geers, 1984.An objective error measure for the comparison of calculated and measured transient response histories, TheShock and Vibration Bulletin, June

WOOD HANBOOK, 1987. Wood as an Engineering Material. United States Department of Agriculture, U.S. Government Printing Office, Washington D.C.

WRGHT, A.E. ve RAY, M.H., 1996. Characterizing Guardrail Steels for LS-DYNA3D Simulations, Transportation Research Record No. 1528, Transportation Research Board, Washington D.C.

TEEKKR

Tez almamn her aamasnda byk bir titizlik, sabr ve zveriyle bana destek olan, yol gsteren ve iyi bir bilimsel alma ortam salayan danman hocam Sayn Yrd. Do.Dr.mer Faruk CANSIZ ve Blm Bakanm Prof.Dr. Ali Osman ATAHANa sonsuz teekkrlerimi sunarm.

almalarm srasnda manevi desteklerini esirgemeyen i ortaklarm Burak GRN ve Erdin KURTCEPHE, bunun yannda Ltf KAIKI, Mahmut KARAGZEL ve smail KISA kardelerime sonsuz teekkrlerimi sunarm. Tez almalarm srasnda manevi desteini esirgemeyen hayatmn her aamasnda bana destek olan aileme ve zellikle babama sonsuz teekkrlerimi sunarm.

ZGEM

1978 KAHRAMANMARAta dnyaya geldim. lkokulu Ktahya da

ortaokulu Adanada liseyi Adyamanda bitirdim. 2003 de M.K. Mhendislik ve

Mimarlk Fakltesi inaat mhendislii blmnden mezun oldum.

2005 ylnda M.K. Fen Bilimleri Enstits naat Mhendislii

Anabilimdalnda yksek lisans renimine baladm. Yksek lisans 3 yllk normal

sre ierisinde eitli sebeplerden dolay bitiremedim. 2009da aftan yararlanarak

yksek lisansm tamamlamak amacyla tekrar kayt yeniledim. Bu aamalarda 3 yl

Prof.Dr. Ali Osman ATAHAN ile altm daha sonra aftan yararlanarak Yrd.Do.Dr.

mer Faruk CANSIZla tezimi tamamladm.

u anda da K.Mara ta Grn Ltd.ti.de ynetim kurulu yesi ve proje

mdr olarak almaktaym. Evliyim ve Zehra adnda bir kzm var.