Köprü Çeşitleri ve Köprü Yapım Teknikleri

Köprülerin çeşitleri​

Ahşap köprüler​

1800'lerde yapılan ahşap köprüler daha çok sanatkarlar tarafından inşa edilmiştir. Kafes sistem türünden taşıyıcı sisteme önem verilmiştir. Ayrıca kemer türünden ahşap taşıyıcı sisteme de ahşap köprülerde rastlanır. Kafes sistem köprülerde alt başlık çekme geçirilmelerine maruzken, üst boşluk basınç gerilmeleri taşırlar. Köşegen türünden olanlar ise kesme kuvvetine karşı koyarlar. Daha sonra ahşap köprülerde demir çubuklar kullanılmıştır. Ancak 1870'den sonra bakımının masraflı olması dolayısıyla ve modern trafik yüklerine karşı yeterince mukavim olmamasından yavaş yavaş terk edilmiştir.

Demir ve çelik köprüler​

On dokuzuncu yüzyılda bu tür köprülerde önemli ilerlemeler yapıldı. Önceleri taş ve ahşap köprü yapım tekniğine uygun demir ve çelik köprüler yapılmışsa da, daha sonra bu tür malzemenin kendine has imkânlarının olduğu anlaşılmıştır.

Bu köprülerin bir türü olan asma köprülerde, köprü tabliyesi, iki ayağa bağlı çelik halatlara asılı olarak taşınır. Diğer bir tür de kafes taşıyıcı sistemi olan çelik köprülerdir. Bunların özelliği yüksek titreşimlere mukavim olmalarıdır.

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 uygulanmağa başlanması, köprü inşaatında önemli adımların atılmasına yol açmıştır. Köprü inşaatında önemli gelişmeleri ayrıca matematiksel ve deneysel araştırmalar, bilgisayar kullanımı hızlandırmıştır. Bu tür metodları 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.

Betonarme köprüler​

İlk betonarme köprüler taş köprülere benzer şekilde inşa edilmiştir. Ancak 20. yüzyılda bu tür malzemenin kendisine has özelliği fark edilmiş ve farklı yapım türü geliştirilmiştir. Özellikle kemer köprülerin daha narin yapılabilmesine imkân vermiştir. Yol, bu kemerin üstünde, kemerle düşey kolonlarla bağlı olabileceği gibi, altta kemere asılı da düzenlenebilir. Genellikle büyük açıklıklı betonarme kemer köprüler, üç açıklıdır.

Öngerilmeli beton köprüler​

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.

Çelik köprüler​

Kiriş köprüler​

En yaygın köprü şekli olup, kısa ile orta açıklıklarda uygulanır. Basit ve ekonomik oluşu, tercih sebebidir. Karayolu köprülerinde I şeklindeki çelik kirişler mesnetler arasına yerleştirilir. Daha sonra üstüne 20 santimetre betonarme plak dökülür. Demiryolu köprülerinde ise demiryolu boyunca kirişlere konulan enlemlere mesnetlendirilir. Kiriş köprüler tek açıklıklı olabileceği gibi, sürekli kiriş şeklinde çok açıklıklı da olabilir. Kaynaklı olabildiği gibi perçinli de yapılabilir. Büyük açıklıklar için, mesnetlerden gelen kablolar açıklık boyunca tabliyenin taşıyıcılığını arttırırlar. Kiriş, bir yüzü yola gelmek üzere kutu kesitli olarak da tertiplenebilir. Düşey çelik plaklar kutu kesitine kaynaklanarak, köprünün taşıyıcılığı arttırılır.

Kafes kiriş köprüler​

Tek açıklıklı kafes kiriş köprülerde açıklık ortalarında yükseklik arttırılarak daha uygun taşıyıcılık elde edilir. Bu suretle malzeme ekonomik şekilde kullanılmış olur. Kafes kiriş köprüler sürekli de yapılabilir. Bunların yükseklikleri mesnet bölgesinde de büyüktür. Bu tür köprüler diğer tür köprü şekilleriyle beraber de kullanılabilir. Kafes kiriş, kemer şeklinde olabildiği gibi konsol olarak da düzenlenebilir. Asma köprülerde tabliye, kafes kiriş türünden de tertip edilebilir.

Konsol kiriş köprüler​

Bu, çeşitli şekillerde olabilir. Mesela, uç mesneti yakın mesnete birleştiren kiriş konsol olarak diğer açıklığa doğru uzayabilir. Bu şekilde köprü kirişi ilaveten ara mesnetteki kuleye de asılabilir. Konsol kirişin tam uç noktası serbest olduğundan küçük çökmelere ve dönmelere müsaade edebilir. Genellikle kirişin yüksekliği değişkendir. Mesned üstünde büyük yüksekliğe sahib olur. Dünyanın en uzun çelik konsol kirişi Kanada'da Quebec demiryolu üzerinde olup 549 metrekarelik bir açıklık geçilmektedir. 1900'de inşaatına başlanan köprünün yapımı sırasında iki defa kaza olmuş ve köprü 1917'de tamamlanabilmiştir.

Kiriş köprüler​

En yaygın köprü şekli olup, kısa ile orta açıklıklarda uygulanır. Basit ve ekonomik oluşu, tercih sebebidir. Karayolu köprülerinde I şeklindeki çelik kirişler mesnetler arasına yerleştirilir. Daha sonra üstüne 20 santimetre betonarme plak dökülür. Demiryolu köprülerinde ise demiryolu boyunca kirişlere konulan enlemlere mesnetlendirilir. Kiriş köprüler tek açıklıklı olabileceği gibi, sürekli kiriş şeklinde çok açıklıklı da olabilir. Kaynaklı olabildiği gibi perçinli de yapılabilir. Büyük açıklıklar için, mesnetlerden gelen kablolar açıklık boyunca tabliyenin taşıyıcılığını arttırırlar. Kiriş, bir yüzü yola gelmek üzere kutu kesitli olarak da tertiplenebilir. Düşey çelik plaklar kutu kesitine kaynaklanarak, köprünün taşıyıcılığı arttırılır.

Kafes kiriş köprüler​

Tek açıklıklı kafes kiriş köprülerde açıklık ortalarında yükseklik arttırılarak daha uygun taşıyıcılık elde edilir. Bu suretle malzeme ekonomik şekilde kullanılmış olur. Kafes kiriş köprüler sürekli de yapılabilir. Bunların yükseklikleri mesnet bölgesinde de büyüktür. Bu tür köprüler diğer tür köprü şekilleriyle beraber de kullanılabilir. Kafes kiriş, kemer şeklinde olabildiği gibi konsol olarak da düzenlenebilir. Asma köprülerde tabliye, kafes kiriş türünden de tertip edilebilir.

Konsol kiriş köprüler​

Bu, çeşitli şekillerde olabilir. Mesela, uç mesneti yakın mesnete birleştiren kiriş konsol olarak diğer açıklığa doğru uzayabilir. Bu şekilde köprü kirişi ilaveten ara mesnetteki kuleye de asılabilir. Konsol kirişin tam uç noktası serbest olduğundan küçük çökmelere ve dönmelere müsaade edebilir. Genellikle kirişin yüksekliği değişkendir. Mesned üstünde büyük yüksekliğe sahib olur. Dünyanın en uzun çelik konsol kirişi Kanada'da Quebec demiryolu üzerinde olup 549 metrekarelik bir açıklık geçilmektedir. 1900'de inşaatına başlanan köprünün yapımı sırasında iki defa kaza olmuş ve köprü 1917'de tamamlanabilmiştir.

Hareketli köprüler​

Köprü projelendirilmesi ve inşaası​

İlk adım köprünün gerekli olup olmadığını belirlemektir. İşin bu kısmı ekonomik olarak neticelendirilir. Daha sonra ilgili sahanın kamulaştırılması gerekir. Bu adımda mühendislik çalışmaları başlar. Arazinin topografik haritası çıkarılır, temel sondajları yapılır. Bundan sonraki adım, köprü tipinin seçilmesidir. Köprü tipi; yerine, amacına, açıklığına, kullanılacak malzemeye ve çevre ile uyumuna bağlı olarak seçilir. Ekonomik olması yönünden, kiriş köprüler 6-300 m; kemer köprüler 60-300 m; kafes sistem köprüler 60-450 m; konsol köprüler 150-550 m ve asma köprüler 300-1500 m arasında tercih edilir.

Köprünün projelendirilmesinde dış kuvvetlerin yapıya olan tesirleri inceden inceye analiz edilir. Dış yükler, köprü ağırlığı gibi statik yükler olabildiği gibi, trafik yükü gibi dinamik de olabilir. Dinamik yükler ağırlık bakımından önemli olmasalar bile, meydana getirecekleri titreşim yönünden önemlidirler. Rüzgar yükü de bu yönden mühimdir. Özellikle dikkat isteyen bir nokta da, köprü ayaklarının inşasıdır. Ağır yük taşıdıkları gibi, akıntıya, dalga ve buz hareketine karşı dururlar. Köprülerin projelendirilmesinde bilgisayarlar her geçen gün daha önemli olmaktadırlar. Köprünün çeşitli yükler altındaki analizi bilgisayar ile yapıldığı gibi, model deneyleri de yapılabilir.

Köprü temellerinin inşaası, üst yapısı kadar pahalı olabilir. En önemli zorluk temelin su içinde yapılmasıdır. En eski metodlardan biri köprü ayağı kadar bir yeri kazıklarla çevirip suyunu boşaltıp, temelin inşaasıdır. Diğer bir inşa tarzı da altı açık bir kutunun temel zeminine indirilip, basınçlı hava ile suyun itilip, temelin yapılmasıdır. Köprü ayağı, çakılan kazıklar üzerine de oturtulabilir.

Köprü ayaklarının inşaası bittikten sonra iş üst yapının yapılmasına gelir. Bu özellikle köprünün tipine bağlıdır. İskele yapılarak köprü iskele üzerine inşa edilir, sonra iskele kaldırılır. İskelenin yapılmasının mümkün olmadığı durumlarda ikinici bir yöntem de köprü parçalarının yüzdürülerek getirilip, daha sonra monte edilmeleridir. Özellikle konsol köprülerde, köprü adım adım inşaa edilerek ilerler. Yeni kısımlar, eski kısımlara taşıttırılır. Kafes sistem köprülerde ise, köprü karada inşa edilir. Daha sonra diğer kıyıya sürülür. Asma köprülerde ise inşaa, ayaklardan başlar, ortaya doğru asma kabloya bağlı olarak ilerler. Yöntem ne olursa olsun köprünün inşaa edilmesi sırasında emniyetin sağlanması çok önemlidir.