RMC Mühendislik, otoyol viyadükleri, tüneller ve köprüler gibi büyük yapıların dinamik karakterizasyonu ve uzun dönemli yapısal sağlık izlemesi için kapsamlı çözümler sunmaktadır. Bu kapsamda; doğal frekanslar, mod şekilleri ve sönümleme oranları gibi dinamik parametrelerin belirlenmesine olanak tanınmaktadır. RMC Mühendislik’in yaklaşımı, titreşim sensörleri, strain gage’ler ve yüksek hassasiyetli veri toplama (DAQ) sistemlerinden oluşan entegre izleme sistemleri ile gerçek çalışma koşullarında sürekli veri toplama ve analizini bir araya getirir.
Norveç’in Trondheim kentindeki Hangar Köprüsü, tamamen geri dönüştürülmüş alüminyumdan inşa edilen İskandinavya’nın ilk yaya köprüsü olarak sürdürülebilir altyapıda önemli bir dönüm noktasını temsil ediyor. Norveç’in FjordX araştırma girişimi kapsamında tasarlanan bu hafif yapı, kendine özgü dinamik ve yapısal zorluklar sunuyor. Araştırmaları desteklemek ve tasarım standartlarını doğrulamak amacıyla, Dewesoft Monitoring ve NTNU kalıcı bir yapısal sağlık izleme (SHM) sistemi kurdu. Bu sistem, köprünün uzun vadeli performansını güvence altına alırken, ivmeölçerler, gerinim ölçerler ve senkronize “daisy-chain” teknolojisini bir araya getiriyor.
Giriş
Hangar Köprüsü, kablo ağ sistemiyle tasarlanmış bir yaya kemer köprüsüdür. Norveç’in Trondheim kentinde hizmet dışı bırakılan bir petrol platformundan elde edilen geri dönüştürülmüş alüminyum kullanılarak tamamen bu malzemeden inşa edilmiştir. Bu özelliğiyle Hangar Köprüsü, İskandinavya’da kendi türünün ilk örneğidir.
55 metre açıklığa sahip olan köprü, Norveç Karayolları İdaresi (Statens Vegvesen) tarafından, ekonomik ve sürdürülebilir altyapı çözümlerini araştırmak amacıyla hayata geçirilmiştir.
Köprünün tasarımı; mühendislik, mimarlık, enerji ve çevre alanlarında faaliyet gösteren uluslararası bir danışmanlık firması olan COWI tarafından gerçekleştirilmiştir. COWI aynı zamanda, Norveç’te fiyort geçişlerine yönelik yenilikçi, sürdürülebilir ve maliyet etkin çözümler geliştirmeyi amaçlayan geniş kapsamlı bir Ar-Ge girişimi olan FjordX programının da paydaşları arasındadır. Program kapsamında özellikle yüzer köprüler ve diğer karmaşık altyapı projeleri üzerinde çalışılmakta; geri dönüştürülmüş alüminyum kullanılan Hangar Köprüsü de bu projelerden biri olarak öne çıkmaktadır.
Hangar Köprüsü, demiryolu hatlarının üzerinden geçtiği için Norveç genelindeki demiryolu işletme, bakım ve inşaat faaliyetlerinden sorumlu Bane Nor ile koordineli şekilde yürütülmüştür. Köprünün üretimi ve montajı ise büyük ölçekli alüminyum yapılar konusunda uzman ve alüminyum kaynak teknolojisinde lider firmalardan biri olan Leirvik AS tarafından gerçekleştirilmiştir.
Malzeme ve tasarım açısından hafif bir yapıya sahip olması, Hangar Köprüsü’nü dinamik davranış bakımından özel mühendislik zorluklarıyla karşı karşıya bırakmaktadır. Avrupa’da alüminyum yapıların tasarımında temel standart Eurocode 9 (EN 1999) olup, bu standart ülkelere özgü parametreler ve kurallar içeren Ulusal Ekler (National Annexes) ile birlikte uygulanmaktadır.
Sistem dinamiklerini daha iyi anlayabilmek ve Norveç’e ait Alüminyum Yapılar Tasarım Kodu Ulusal Ek’ini kalibre edebilmek amacıyla, Norveç Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (NTNU) ile Dewesoft Monitoring iş birliğinde kalıcı bir yapısal sağlık izleme sistemi tasarlanmıştır. Bu sistem; ivmeölçerler, gerinim ölçerler ve Dewesoft’un senkronize daisy-chain teknolojisini bir araya getirmektedir.
Hangar Köprüsü
Hangar Köprüsü, 55 metre uzunluğunda alüminyum bir köprüdür. Norveç’in Trondheim kentinde inşa edilen bu yapı, kendi türünün ilk örneği olma özelliğini taşımaktadır. 9 metre genişliğe ve toplam 60 ton ağırlığa sahip olan köprü, Leangen İstasyonu’ndaki demiryolu hatlarının üzerinden geçen bir yaya ve bisiklet köprüsüdür.
Askı elemanlarında ağ (network) topolojisine sahip kemer formundaki köprü, hizmet dışı bırakılan Gyda Petrol Platformu’ndan elde edilen geri dönüştürülmüş alüminyum kullanılarak tamamen bu malzemeden inşa edilmiştir. Hangar Köprüsü’nün tasarımı, COWI ile Hydro Aker Solutions iş birliğinde gerçekleştirilmiştir.
Proje, FjordX araştırma programı kapsamında Norveç Karayolları İdaresi (Statens Vegvesen) tarafından geliştirilmiş; ana yüklenici olarak Leirvik AS tarafından monte edilmiştir. İnşaat çalışmaları Mayıs 2024’te başlamış, köprü Aralık 2024’te Leirvik tesislerinde test amaçlı ön montajdan geçirilmiştir. Mart 2025’te dört köprü segmenti Stord’dan Trondheim’a sevk edilmiş ve Leirvik’in ileri düzey alüminyum kaynak teknolojisi kullanılarak askı çubukları ve korkuluklarla birlikte sahada montajı tamamlanmıştır.
Hangar Köprüsü, sürdürülebilir, ekonomik ve çevre dostu yapısal çözümlerin test edilmesi ve geliştirilmesi açısından yapı mühendisleri için önemli bir referans ve kilometre taşı niteliğindedir.
Hangar Köprüsü’nün İnşaat Süreci
Hangar Köprüsü’nün inşaat çalışmaları aşağıdaki imalat ve altyapı faaliyetlerini kapsamaktadır:
- Köprü ayaklarının (abutment) inşası
- İstinat duvarlarının yapımı
- Su ve kanalizasyon altyapısının kurulumu
- Yol aydınlatma sistemlerinin tesis edilmesi
- İstasyon ve şehir enerji beslemesine ait yüksek gerilim hatlarının yeniden güzergâhlanması
- Çevredeki yaya altyapılarının geliştirilmesi
Köprünün üretim ve montaj süreci ise aşağıdaki adımlardan oluşmaktadır (Şekil 1 ve Şekil 2’de bu aşamalardan bazıları gösterilmektedir):
- Dört kaldırma kulağı kullanılarak denge kontrolü amacıyla ön test kaldırması
- Köprünün kaldırılması ve yerine konumlandırılması
- Kriko noktaları üzerinde hassas konumlandırma işlemi
- Vincin demontajı
- Mesnetlerin montajı ve beton dökümü
- Genleşme derzlerinin montajı
- Kaldırma kulaklarının sökülmesi
- İstinat duvarları ve yaklaşım yollarının tamamlanması
- Köprü ve bağlantı yollarında asfalt kaplama uygulaması
- Kar küreme raylarının montajı
- Aydınlatma sistemlerinin korkuluklara entegre edilmesi
Şekil 1. Hangar Köprüsü’nün vinç yardımıyla gerçekleştirilən kaldırma operasyonunun yanal görünüşü.
Şekil 2. Hangar Köprüsü’nün vinç yardımıyla gerçekleştirilen kaldırma operasyonunun ön görünüşü.
Hangar Köprüsü Bir Araştırma Projesi Olarak
Hangar Köprüsü projesi, maliyet açısından verimli inşaat tekniklerini ve çevreye duyarlı, güvenli sistemleri araştırmayı amaçlamaktadır. Hafif yapısı sayesinde tek bir vinç ile kolayca monte edilebilen köprü, demiryolu hatlarının üzerinde herhangi bir destek gerektirmemekte ve 100 yıllık kullanım ömrü boyunca bakım gerektirmemektedir.
Norveç Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (NTNU), Hangar Köprüsü’nü yüksek lisans ve doktora araştırma projeleri için saha laboratuvarı olarak kullanmıştır. Bu amaçla, köprüye yapısal sağlık izleme sistemi (Structural Health Monitoring – SHM) kurulmuş; sistemin dinamik davranışı ve yapısal bütünlüğü incelenmiştir.
Yapısal sağlık izleme sistemi, gelecekteki alüminyum köprü tasarım standartlarının geliştirilmesine katkıda bulunacak değerli veri ve bilgiler sağlayacaktır. Ayrıca alüminyumun yapı malzemesi olarak öne çıkan başlıca avantajlarını da ortaya koymaktadır:
- Korozyona dayanıklı ve minimum bakım gerektirir
- Esnek tasarım imkânı sunar, böylece hızlı montaj sağlar
- Tamamen geri dönüştürülebilir ve düşük karbon ayak izine sahiptir
- Üretilmiş alüminyumun yaklaşık %75’i hâlen aktif olarak kullanılmaktadır
İzleme Sistemi ve Enstrümantasyon Planı
Ölçüm sistemi, 20 üç eksenli ivmeölçer, bir meteoroloji istasyonu ve veri kaydedicilerden oluşmaktadır.
Bu ölçüm sistemi, Dewesoft’un daisy-chain teknolojisi sayesinde birden fazla sensörün aynı kabloya bağlanmasına imkân tanır; böylece kurulum mümkün olduğunca basit hâle gelir.
Dewesoft tarafından önerilen yapısal sağlık izleme sistemi (SHM) aşağıdaki temel özellikleri sunmaktadır:
- Dijital sensör düğümleri (all-in-one): 3B ivmeölçerler için tasarlanmış olup, geleneksel yapısal izleme ivmeölçerlerine kıyasla maliyeti azaltır ve ek veri toplama kanalları sağlar.
- Tek kanallı, yazılımla ayarlanabilir cihazlar: Köprü üzerindeki gerinim ölçümleri için çeyrek, yarım veya tam köprü modunda ayarlanabilir. Cihazlar sensöre çok yakın konumlandırılabildiğinden analog kablo uzunluğu azalır ve elektromanyetik girişim (EMI) riskini düşürür.
- Sensör düğümleri ve Veri Toplama Ünitesi (DAU) ön uç cihazları, EtherCAT ağı üzerinden tüm yapıya bağlanır; bu sayede toplam DAU sayısı azalır ve kablolama miktarı ciddi ölçüde düşer, böylece hem kurulum maliyeti hem de kurulum süresi azaltılmış olur.
- Sivil mühendisler, Dewesoft istemci yazılımı (Dewesoft Historian) veya açık kaynak Grafana panosu üzerinden verilere erişebilir.
Dewesoft Historian platformunda bulunan bileşenler şunlardır:
- DewesoftX MQTT client – DewesoftX’teki kanalları bir MQTT broker’a yayınlamayı sağlayan bir eklenti. Aynı zamanda bir MQTT abonesi olarak da çalışabilir ve broker üzerinden veri akışı sağlar.
- Dewesoft HISTORIAN – Ölçüm birimleri, veritabanı ve istemciler arasında veri iletişimi sağlar. MQTT broker, veritabanı ve açık kaynak Grafana web istemcisini içerir. Ölçüm birimlerindeki MQTT Client eklentisi gereklidir.
- DewesoftX view client – Veritabanı ve ölçüm birimlerine Dewesoft örneği üzerinden erişim sağlar. MQTT Client eklentisi, Measure modunda canlı veri akışı sunar; Historian Importer eklentisi ise Analyze modunda geçmiş veri aktarımını sağlar. Dongle içerir.
Şekil 3, Dewesoft Historian platformunun mimarisini göstermektedir.
Şekil 3. Dewesoft Historian platformunun mimarisi.
Cihazlar arasındaki EtherCAT iletişimi, zincir boyunca birebir örnekleme (sample) senkronizasyonunu garanti eder. Cihazlar arasındaki mesafe, senkronizasyon hassasiyetini etkilemez. Ölçüm sistemi, sivil mühendislerin birden fazla sensörü tek bir kabloya bağlamasına imkân tanıyarak kurulum sürecini mümkün olduğunca basitleştirir.
NTNU tarafından önerilen genel kurulum topolojisi, Şekil 4’te gösterilmektedir.
Şekil 4. Hangar Köprüsü’nün genel enstrümantasyon planı.
Şekil 5. Hangar Köprüsü enstrümantasyon planının batı tarafı.
Şekil 6. Hangar Köprüsü enstrümantasyon planının doğu tarafı.
Şekil 7 ve Şekil 8, sırasıyla alüminyum döşeme altındaki meteoroloji istasyonu ve gerinim ölçerleri göstermektedir.
Şekil 7. Hangar Köprüsü enstrümantasyon planındaki meteoroloji istasyonu.
Şekil 8. Hangar Köprüsü enstrümantasyon planındaki gerinim ölçerler.
Dewesoft Çözümü – IP67 Su Geçirmez Kasa ile Kalıcı Açık Hava Montajı
IOLITE veri toplama cihazları, kablo rakorları ile donatılmış su geçirmez alüminyum bir kasada sunulmaktadır. Bu kasa, açık hava montajına uygun şekilde tasarlanmış olup tamamen su geçirmezdir ve IP67 çevresel sınıflandırmasına uygundur.
Kurulum sırasında kablolar, kablo rakorlarından geçirilerek erkek RJ45 konnektörlere sıkıca bağlanır. IOLITE 3xMEMS-ACC cihazının dişi RJ45 konnektörleri, su geçirmez kasanın içinde yer almaktadır.
Konnektörler bağlandıktan sonra, üst kapak O-ring contası ve dört adet cıvata kullanılarak kasaya sabitlenir. Açık hava kasası, içerideki hava basıncını dış ortam basıncı ile dengelemek için otomatik olarak havayı dışarı verir ve aynı zamanda su girişini önler. Bu basınç dengeleme mekanizması, contanın ömrünü uzatır ve kasanın dayanıklılığını artırır.
Üç Eksenli İvmeölçer Sensör
Tüm konumlar için Dewesoft IOLITEiw-3xMEMS-ACC sensörleri önerilmiştir. Bu cihazlar, entegre üç eksenli MEMS ivmeölçer içerir. Sensör ve veri toplama (DAQ) ünitesi tek bir cihazda birleştirilmiş olup, EtherCAT protokolünü kullanır ve yapıya monte edilen birden fazla cihazın basitçe daisy-chain bağlantısı ile birbirine bağlanmasına olanak tanır.
Veri, güç ve senkronizasyon için daisy-chain zincirindeki cihazlar arasında tek bir CAT6 Ethernet kablosu kullanılmıştır. Önemli olarak, sensör maliyeti, ivme ölçümünün toplam maliyetini kapsar; veri toplama için ek bir DAQ ünitesi gerektirmez. Cihaz, özel su geçirmez bir kasada muhafaza edilir.
Gerinim Ölçerler
Sistem, KCW ölçülü (kaynakla su geçirmez montajlı) ve çeyrek ile tam köprü tipindeki gerinim ölçerleri içerir. Gerinim ölçerler, 1 kanallı IOLITEw-1xSTG veri toplama modüllerine bağlanır. Tüm gerinim kanalları, grafiksel kullanıcı arayüzü üzerinden çeyrek köprü modundan tam köprü moduna dönüştürülebilir; bu sayede izleme sistemi üzerinde esnek değişiklikler yapılabilir.
Meteoroloji İstasyonu
Rüzgar hızı ve yönünü izlemek için METSense500 meteoroloji istasyonu kullanılmaktadır. Cihazın çalışma sıcaklığı aralığı -40 °C ile +70 °C arasındadır. Rüzgar hızı ölçüm aralığı 0,01–60 m/s, rüzgar yönü ölçüm aralığı ise 0°–359°’dur.
Veri Toplama Sistemi (DAQ)
Veri toplama sistemi, i7 işlemcili ve 4 TB disk alanına sahip bir endüstriyel PC ile çalışan yerel bir DewesoftX yazılım örneği ve harici veri toplama cihazlarından (DAQ) oluşmaktadır. DAQ cihazları, Ethernet portu üzerinden PC’ye bağlanır; yalnızca meteoroloji istasyonu Modbus TCP/IP üzerinden veri alışverişi yapar. Bu yapılandırma, DAQ cihazlarının tüm yapıya dağıtılmasına olanak tanır, böylece toplam DAU sayısı ve kablolama miktarı azaltılmış olur. Güç kaynağı, sistemin izleme dolabı içinde yer almaktadır.
Kullanılan cihazlar özetle şunlardır:
- IOLITEiw-3xMEMS-ACC – Üç eksenli MEMS ivmeölçer DAQ cihazı
- IOLITEw-1xSTG – Tek kanallı gerinim ölçer DAQ sistemi
- METSense500 – Rüzgar hızı ve yönü ölçüm cihazı (Modbus TCP/IP)
Şekil 9, bu yapılandırmaya bir örnek göstermektedir.
Şekil 9. Dewesoft daisy-chain EtherCAT teknolojisi.
Daisy-chain teknolojisi, kullanıcıların ölçüm zincirine ilerideki enstrümantasyon projeleri için kolayca yeni sensörler eklemesine olanak tanır. Yeni bir güç enjektörü eklenmesi durumunda, güç, sinyal ve senkronizasyonun tek bir kablo üzerinden sağlandığı tamamen yeni bir ölçüm zinciri oluşturmak mümkün olur. Şekil 10’da sırasıyla daisy-chain bağlantılı ölçüm hatları ve yıldız (star) konfigürasyonu gösterilmektedir.
Şekil 10. Dewesoft daisy-chain EtherCAT ölçüm zinciri.
Herhangi bir sistem konfigürasyonuna daha iyi uyum sağlamak amacıyla, yapıya birden fazla ölçüm zincirini kurmak için EtherCAT anahtarı (switch) kullanılabilir. Bu durum Şekil 11’de gösterilmektedir.
Şekil 11. Birden fazla ölçüm zinciri için Dewesoft Daisy-Chain EtherCAT Anahtarı (Switch).
Son olarak, aynı ölçüm hattında farklı sensörlerin kombinasyonu da mümkündür ve proje için uygundur. Sensörlerin daisy-chain bağlantısı sayesinde kurulum süresi önemli ölçüde azaltılabilir. Bu durum Şekil 12’de gösterilmektedir.
Şekil 12. Birden fazla farklı sensörün entegre edildiği Dewesoft daisy-chain EtherCAT ölçüm zinciri.
Şekil 13, nihai enstrümantasyon planını göstermektedir.
Şekil 13. Hangar Köprüsü enstrümantasyon planı.
Sonuç
Hangar Köprüsü, malzeme kullanımı, inşaat tekniği, kaynak teknolojisi ve köprü tasarımı açısından bir referans noktası olarak öne çıkmaktadır. Dewesoft sisteminin kurulumu, projeye birçok avantaj sağlamıştır:
- Kablolama miktarının azaltılması (daha düşük maliyet)
- Kurulum süresinin minimize edilmesi (sistem entegratörü için daha düşük maliyet, altyapı sahibi için daha az sorun)
- Trafik kesintilerinin azaltılması (altyapı sahibi ve işletici için daha düşük maliyet)
- Elektromanyetik bağışıklık (örneğin demiryolu köprülerinde güç hatları olsa bile yüksek kaliteli sinyaller)
- Sistemin yüksek genişletilebilirliği
- Mikrosaniye hassasiyetinde senkronizasyon
- Her türlü sensörün entegrasyonu
- Veri saklama ve panolar için bulut yetenekleri
- Erken uyarı, optimize veri depolama ve matematiksel kanallar için alarm ve tetikleme sistemleri
- Yüksek güvenilirlik (100’den fazla sensörün aynı anda gerçek zamanlı olarak entegrasyonu ve senkronizasyonu)
Bu avantajlar, Hangar Köprüsü’nün hem sürdürülebilir yapı teknolojileri hem de ileri seviye yapısal sağlık izleme (SHM) uygulamaları açısından öncü bir proje olmasını sağlamaktadır.
Kaynaklar
- Dewesoft. (t.y.). Köprülerde yapısal sağlık izleme.
- Statens Vegvesen. (6 Ocak 2025). Vellykket prøvemontering av Hangarbrua
- Leirvik AS. (t.y.). Hangar Köprüsü