DÖŞEME DAVRANIŞININ DEPREM SONRASI ALINAN YAPI ÜZERİNDEKİ ÇEVREL VE ZORLAMA TİTREŞİM VERİLERİYLE ANALİZİ

Transkript

1 Sekizinci Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, 11 Mayıs-15 Mayıs, 2015, İstanbul Eighth National Conference on Earthquake Engineering, 11May-15 May 2015, Istanbul, Turkey DÖŞEME DAVRANIŞININ DEPREM SONRASI ALINAN YAPI ÜZERİNDEKİ ÇEVREL VE ZORLAMA TİTREŞİM VERİLERİYLE ANALİZİ ANALYSIS OF POSTEARTHQUAKE AMBIENT AND FORCED VIBRATION TEST DATA FOR THE SLAB SYSTEM BEHAVIOR Kemal Beyen ÖZET 17 Ağustos 1999 Kocaeli depremi sonrası yürütülen arazi çalışmalarında betonarme yapı hasarları içinde gözlenen döşeme hasarları asmolen bloklarla doldurulmuş dişli döşemelere sahip yapılarda diğer betonarme plak döşemelere göre arttığı gözlemlenmiştir. Hasarlı yapıların çökme mekanizması asmolen döşemeli yapılarda daha hızlı tamamlanmakta ve kuvvetli artcı depremlerde artakalmış çok düşük hiperstatiklik çökme ve çevreye zarar verme riskini yükseltmektedir. Yurdumuzda çok yoğun olarak uygulanan asmolen döşemelerin yönetmeliklerde detaylı bir tasarım yaklaşımı yoktur. Depremlerde asmolen döşeme davranışının analizlerde kabül edilen rijid diyafram plak davranışıyla örtüşmediği gerçeğinin bilinmesinin yanısıra yönetmeliklerde tasarım hesaplarında ampirik yaklaşımlarla oluşturulan kriterlerin yeterliliği ise tartışma konusudur. Bu amaç doğrultusunda Gölcük-Halıdere ve Adapazarında 1999 Kocaeli depreminde inşaat aşamasındayken hasar alan aynı/benzer plana sahip betonarme binalar üzerinde deprem sonrası kurulan yapısal davranışı izleme ağı ile çevrel titreşim ve yapay deprem şartlarında testler yürütülmüştür. Elde edilen veriler Gözlemci/Kalman tanılama süzgeçleri uygulanarak Eigen öz değer gerçekleşme algoritmaları (ERA) yardımıyla modal analiz ve Hilbert-Huang dönüşümleriyle (HHT) Zaman-Frekans analizleri çalışılmıştır. Yapı tanılama analiz sonuçları ışığında rijid plak ve asmolen plakların döşeme davranış karekteristikleri tartışılmıştır. Asmolen döşeme davranışını anlamamıza yardımcı olacak bu ve benzeri çalışmalar ve sonuçları yönetmeliğe bu konuda bir katkı verebilecektir. Anahtar Kelimeler: Asmolen döşeme, Yapısal tanılama, OKID-ERA, HHT ABSTRACT In the field survey soon after the 1999 Kocaeli earthquake, among the damaged reinforced concrete structures, floor damage was increased in slab systems constructed with hollow clay or concrete tiles (asmolen concrete one-way slab system) when compared with reinforced concrete slab damage. Collapse mechanism is accomplished very fast in structures with asmolen concrete one-way slab system and intensive aftershocks may result in collapses or severe damage to the building with poor lateral load resisting systems. There is no code proposed detailed specifications for the current practice of the asmolen concrete one-way slab system. It is always a question however, empirical approaches in design analysis of the building codes would be able to accurately predict the real behavior of the asmolen concrete one-way slab system along with the fact that the behavior of the asmolen slab system during earthquakes is not match with the design details. A series of ambient vibration measurement tests and forced vibration tests were performed on selected reinforced concrete buildings in Marmara region with different level of damages, which were under construction during the earthquake. Modal identification was conducted with the available test data using a state-space model and the Observer/Kalman Filter Identification technique with Eigen realization algorithm and Hilbert-Huang transformations for time-frequency analysis. Slab behavior as a rigid floor diaphragm is discussed based on findings from structural identification studies. Results of such studies aiming to investigate the asmolen slab behavior may feedback the building provisions. Keywords: Asmolen slab, structural identification, OKID-ERA, HHT Doç.Dr. Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli, kbeyen@kocaeli.edu.tr 723

2 GİRİŞ Türkiye konumu gereği çok sık büyük depremler üreten aktif tektonik yapıların üzerinde yer almaktadır (Erdik ved., 1999) Son büyük depremlerde yaşanan büyük sayıları bulan can ve yapı kayıpları sonuçları itibarıyla vahimdir (Erdik ved., 1999). Mühendislik bilimlerinde oluşan teorik gelişmelerin ışığında ele alınan çözüm metodlarının, gözlemsel, deneysel ve tasarım bilgilerinin vucut bulduğuna inanılan yönetmeliklerin eksik kalmasının yanı sıra analizlerde ve imalatta görülen uygulama yetersizlikleri bu sonuçları kaçınılmaz olarak doğurmaktadır. Depremlerden sonra hazırlanan raporlarda hasar ve yıkım nedenleri listesinde tasarım ve uygulama hataları ilk sırada yer almaktadır. Yapı tasarım aşamasında davranışı tam anlaşılmamış uygulamaları düşük yapım maliyeti veya uygulama kolaylığı gerekçeleriyle tercih etmenin yanısıra imalat aşamasında büyük ihtimam gereken uygulamalarda gerekli özenin gösterilmemesi mal ve can kayıplarını artırmaktadır. Deprem kuvvetlerinin en büyük değerlere ulaştığı yapıların giriş katları ülkemizde çok yaygın olarak ticari amaçlarla kullanılmakta, bu kullanımın ihiyacı olan geniş mekanlar büyük kat yüksekliği, kirişsiz/dişsiz plak döşemelerle teşkil edilmektedir. Bunların yanısıra dişsiz düz bir döşeme tavanı elde etmek, kalıp ve uygulama maliyetlerini azaltmak için asmolen döşeme sistemi normal katlarda da yaygın olarak kullanılmaktadır. Türkiyede son çeyrek yüzyılda meydana gelen büyük depremlerin raporları incelendiğinde, yurdumuzda yaygın olarak kullanılan asmolen döşeme tipinin hasarları artırıcı yönde sonuçlar doğurduğu ortak bir kanaattir. Çerçevelerin rijitliği düşük kirişlerle bağlanmasının yanısıra plak döşeme içi bağ kirişlerinin eğilme dönme deformasyonlarına açık olması depreme karşı taşıyıcı sistem davranışını azalttığı gibi hesaplarda kabül edilen rijid diyafram plak davranışı gerçekleşememektedir. Bu durum öngörülemeyen ilave göçme mekanizmalarını devreye sokmakta ve hiperstatikliğin sunduğu taşıyıcı sistemin hasar anında ve sonrasında statik dengelemeyle kararlı konuma geçmesini engellemekte veya geciktirmektedir. Buna mukabil, son yönetmelik ile yanal ötelenmeyi tek kontrol eden %2 değeriyle sınırlandırılarak azaltılmamış yatay deprem yükleri altında tasarım ile ulaşılacak ötelenme kapasitesi deprem taleplerini güvenli olarak karşılayabileceği kabül edilse bile, asmolen gibi esnek döşemelerle yapıya kazandırılan sünekliğin büyüteceği periyotlar tasarım spektrumunun talep edeceği deprem kuvvetlerini düşürürken deplasman taleplerini artıracağı ve güvenle karşılanamayacağı gerçeği açıktır. Yanal ötelemeyi sınırlar içine çekebilmek için kolon ve perdelerle düşey eleman rijitliklerinin artırılması ise asmolen döşemelere ağır hasar verdiren kuvvetli kolon zayıf kiriş davranışının bir sonucu olan döşeme hasarlarını öngörülenin çok üstünde artırmaktadır. Asmolen döşeme sistemlerinin deprem dayanımında yetersizliği örneğin 1967 Caracas (venezuela) depreminde, 1967 Adapazarı depreminde, 1992 Erzincan depreminde, 1998 Adana-Ceyhan depreminde, 1999 Kocaeli depreminde, 1999 Düzce depreminde ve 2011 Van depreminde belirgin olarak yapı hasarlarında görülmüştür. Son 2011 M w 7.2 olan 0.25g tepe ivme büyüklüğündeki Van (Muradiye) depreminde 1975 deprem yönetmeliği sonrası ve son yönetmelik uygulamasının yoğun olduğu birçok asmolen döşemeli binanın göreceli olarak daha düşük deprem talepleri altında dahi kuvvetli kolon zayıf kiriş davranışıyla oluşan mafsallaşma sonucu ağır hasar aldığı veya göçtüğü tespit edilmiştir (Dönmez, C., 2013). Benzer ağır hasarlar asmolen döşemelere sahip apartmanlarda 1999, 17 Ağutos depreminden sonrada yoğun olarak gözlenmişti (Saatcioğlu, M., et al., 2001). Yıkılan veya göçmeye ulaşmış bütün çok katlı binaların asmolen döşeme sistemlerine bakıldığında döşemelerde nervürlerin uzandığı yönde yetersiz kirişlerle, kolonlar arasında yetersiz yastık kirişleri veya nervür benzeri bağ kirişleriyle bağlandığı, döşeme nervürlerinin çok büyük açıklıkları geçtiği yetersiz alt ve üst donatılarla artı ve eksi momentlerin karşılanamadığı anlaşılmaktadır. Esnek çerçeve yönünde oluşan ihmal edilemeyecek mertebedeki ikinci mertebe momentler eleman ve birleşim kapasitelerini zorlamaktadır. Yapılara sonuçlarının farkına varılmadan kazandırılan büyük esneklik yapı hakim periyotlarını büyüterek yapıyı tasarlandığı yönetmelik tasarım depreminin sınırları dışında farklı deprem kuvvetleri veya yerdeğiştirmelerle karşı karşıya bırakmaktadır. Örneğin, Bayülke nin bir çalışmasında, 1967 Caracas depreminde yıkılan asmolen döşemeli yapılar hiç dikkate alınmayan uzak alan kaynaklı bir depremin etkisinde meydana geldiğini ifade etmesi (Bayülke, N., 2001), frekans bağımlı yıkıcı girdi enerjinin/kuvvetlerin yığıldığı periyot bandlarının tasarım depreminde eksik olduğunu göstermektedir. Ülkemizde çok yaygın olarak kullanılan ve deprem hasarlarını artırıcı yönde etkiye sahip olduğu gözlenen asmolen döşemeler ile ilgi az sayıda inceleme yapılmıştır. Hacıislamoğlu G. (2003) asmolen döşemeleri ve kirişli plak döşemeleri deprem dayanımı ve maliyet açısından karşılaştırmalı olarak 724

3 incelemiş, Özdaş A. (2006) ise asmolen döşemeli sistemlerdeki dolgu malzemenin etkisini statik itme analizi ile performansı açısından incelenmiştir. İncelemede elde edilen göreceli kat ötelenmeleri, referans sistem olarak alınan tüm kat döşemeleri kirişli plak olan bina ile karşılaştırılmış, tamamı ve bazı ara kat döşemeleri asmolen olan taşıyıcı sistemlerin göreceli kat ötelenmelerinin referans sisteme göre yaklaşık %50 arttığı görülmüştür. Döşeme Davranışı Döşemeler statik şartlar altında düzlem dışı sabit ve hareketli servis yüklerini kolon ve perdeler gibi düşey taşıyıcı elemanlara iletirken, deprem gibi dinamik etkiler altında ise yatay deprem yüklerini düşey taşıyıcı elemanlara diyafram plak düzlem içi yük olarak dağıtırlar. Genel olarak döşemeler bu görevlerini ifa ederken sonsuz rijid kabül edilirler ve olabilecek düzlem içi şekil değiştirme ise diğer elemanlara göre ihmal edilebilecek mertebelerdedir. Dişli döşemeler bir veya iki doğrultuda sık ve küçük kesitli kirişlerin oluşturulması ve arada boşlukların bırakılmasıyla uygulanmaktadır. Döşemelerin çekme bölgesi olan orta açıklığında taşıma gücüne katkısı az olacak kesit betonun kaldırılmasıyla döşemenin öz ağırlığının azaltılması amaçlanmış, döşemelerde dişler arası boşluklu veya dolgu malzemesi olarak beton briket, boşluklu pişmiş toprak gibi hafif malzemeler ve köpük eleman gibi taşıyıcı olmayan dolgu malzemesi ile doldurularak asmolen döşeme teşkil edilmiştir (z. celep.2011). Yurdumuzda dişli döşemelerin uygulanma kuralları yönetmelik TS500 de verilmiştir (TS500, 2011). Yönetmelikde, süneklik düzeyi yüksek kolonlar, kirişler ve kolon-kiriş birleşim bölgeleri için verilen koşullardan herhangi birini sağlamayan dolgulu veya dolgusuz dişli ve kaset döşeme sistemlerin süneklik düzeyi normal sistemler olarak göz önüne alınacağı ve perde kullanılmaması durumunda sadece üçüncü ve dördüncü derece deprem bölgelerinde yapı toplam yüksekliğinin 13 m den az olduğu durumlarda yapılabileceği belirtilmektedir. Birinci ve ikinci derece deprem bölgelerinde, süneklik düzeyi normal dişli döşeme sistemlerinde meydana gelebilecek hasarları sınırlamak için ise betonarme perde elemanların kullanımı yönetmelikce zorunlu tutulmaktadır. Aksi bir önlem alınmadığı zaman rijitliği az olan bu kirişlere sahip katların depremde yatayda göreceli kat öteleme değerleri çok büyümekte ve kolonlara çok büyük ikinci mertebe momentler aktarmaktadır Adapazarı depreminde birçok asmolen binanın yıkılma nedeni olan bu durumdan kaçınılması yatay yükü alabilecek kapasitede perde elemanlarla mümkündür (Ersoy, U., 1995). Dişli döşemelerin plak genişliği boşluklarla azaldığı için dişlerde eğilme momentinin yanısıra kesme kuvveti değerleri önemli ölçüde yükselir. Güvenli tasarım, tasarım kesme kuvvetinin kesit kritik değerlerinin çok altında tutulmasıyla gerçekleşecektir. Döşemelerin yatay deprem kuvvetlerini düşey elemanlara aktardığı kontak bölgelerinde düzlem içi kesme ve eğilme momentleri açısından kesit zorlanmaları sıklıkla izlenir. Bu durum kirişsiz döşemelerde izlenen hasarlardan belirgin olarak gözükür. Bu bölgelerde olabilecek boşluklar ise ilave gerilme yığılamaları üretecektir. Bu tür yoğunlaşmaların göz önüne alınmadığı tasarımlarda korku donatısı olarak tabir edilen ilave donatıların döşemelerin bu bölgelerinde uygulandığı sıklıkla gözlenen günlük proje ofisi uygulamasıdır. Kirişsiz döşemelerde veya kirişleri döşeme kalınlığı içinde kalan dişli döşemelerde de, döşeme doğrudan kolon ve perdeleri mesnet alıp çalışacağından, kolon ve perde etrafındaki döşeme bölgesinde kesitdeki artışların güvenli bir şekilde karşılanması gerekecektir. Uygulamada çok yaygın kullanılan dış merkezli (eksantrik-kolon çekirdek bölgesi dışı) kiriş-kolon bağlantısı ve kiriş-kolon akslarındaki süreksiz, kesik saplamalarla sonuçlanan çerçeveler, cephelerde oluşturulan çıkma döşemeler ve parsele uydurmak uğruna oluşturulan sınırları zorlayan veya aşan taşıyıcı sistem çerçeve yapılandırmaları statik açıdan ilave sorunlar doğurduğu gibi yapının dinamik davranışını olumsuz etkilemektedir. Yapıların alt katlarında deprem esnasında büyüyen momentlerin karşılanılması için uygulanan geniş yassı kirişlerde benzer döşeme-kiriş mesnet problemine neden olmaktadır. Döşemelerde rijit diyafram davranışı etkileyen büyük boşluklar veya süreksizlikler varsa veya döşeme kalınlıkları ani değişiyorsa düzlem içi ani rijitlik zayıflamalarına ve sonuç olarak ilave zorlanmalara sebep olacaktır. Kirişiz döşemelerde, düşey elemanları birleştiren şeritler kiriş gibi davranarak, çerçeve davranışını yürütmeye çalışırken, kolon ve perde kenarlarına komşu boşluklar şeritin deprem yüklerini düşey taşıyıcı elemanlara güvenle aktarmasında zorlanır ve gerilme yığılmaları kaçınılmaz olarak ortaya çıkar. Telafisi olmayan bütün bu yanlış uygulamaları kısıtlayıcı yaptırımı olan bir yönetmeliğin eksiklerinin giderilmesi yönünde yapılacak çalışmalar önemlidir. Uluslararası yönetmelikler örneğin Amerikan Beton Enstitüsü ACI (ACI, 1995) minimum tek yön kiriş 725

4 derinliğini basit oturan kirişler için devam eden açıklık (L) alınırsa L/20, tek uç devam ediyorsa L/24, kirişin iki ucu sürekli ise L/28 ve konsol kirişler için L/10 olarak verirken, dişli kirişler için ACI ve ile diş kiriş genişliğinin 10 cm den az dişler arası boşluğun ise 75 cm den fazla olmamasını öneriyor. ACI minimum diş kiriş derinliğini ise basit oturan kirişler için L/16, tek uç devam ediyorsa L/18.5, kirişin iki ucu sürekli ise L/21 ve konsol kirişler için L/8 olarak öneriyor. Önerilerini geçmişte gözlenen yapısal performansa dayandıran ACI, bunların dışında alacağı yük, analiz kabülleri ve kapasite tasarım limitlerini vererek kısıtlı yönlendirmeyi ASCE-7 (2005) gibi benzer şekilde yapıyor. Eğik eksenli birleşimlerin zaman ve frekans bağımlı değişen deprem kuvvetleri altında dinamik davranışlarının dahi tam olarak bilinilmediği bir durumda sismik riskin yüksek olduğu bölgelerde dış merkezli yatık kiriş birleşimlerini Amerikan Beton Enstitüsü önermemektedir. Yapısal Davranış Yapı analizleri günümüzde sonlu eleman paket programlarının yardımıyla kurulan numerik yapı modelleriyle yürütülmektedir. Nümerik modellerin oluşturulması analizcinin yapı davranış bilgi birikimiyle oluşturduğu yeterli hasaslıkta detay veya kaba model yaklaşımı içinde olabileceği gibi yönetmeliğin uygulandığı programların kullandığı mekanik ve dinamik hesaplama algoritmalarının ve çözme yaklaşımlarının yakınsaklığına görede farklı sonuçlar verebilmektedir. Analiz amacının ve elde edilen sonuçların kullanıldığı tasarımın test edilmesi ve imalatın tasarımla tutarlılığının sınanması yapı üzerinden alınacak deneysel/test titreşim verilerinin analiziyle mümkündür. Çevrel titreşim veya zorlama dinamik kuvvetlerin etkisinde oluşan yapı tepkilerinin kaydedildiği veriler önemli yapısal davranış bilgilerini tutmakta ve uygun tanılama algoritmalarıyla zaman ve/veya frekans alanında mod şekillerini, modal sönümleri, modal kütle katılımlarını ve hakim periyodlarını yapı özgün dinamik değerleri olarak verebilmektedir. Bu dinamik davranış özelliklerinin bir önceki referans değerlerle göreceli izlenmesi yapının mevcud durumu hakkında önemli sonuçlar verebilmektedir (Beyen, K., 2008). Sayılan özgün parametreler arasında modal frekansları, modal tepe değerlerini, modal sönüm yüzdelerini ve mod şekillerini en çok etkileyecek yapı parçaları düşey elemanlar ve yatay eleman serbestlikleri olup aralarında plak döşeme davranışının etkisi de incelenmelidir. Yapı analizinde nümerik model davranışı farklı kabüllerle uygulanabilmektedir. Tek girdi-tek çıktı (TGTÇ), (single input-single output SISO) yaklaşımı döşemelerin sonsuz rijid diyafram plak çalıştığı dolayısiyle her kat kütlesinin kendi döşeme düzleminde kütle merkezinden geçen düşeyde katlar boyunca devam eden yapının yanal rijitliğine eşdeğer bir çubuk üstünde yığılı olduğu düşünülerek yapı rijitlik matrisinde sadece diagonal eksen üzerindeki tek yatay kat serbestliklerini kullanan ve katlar arası etkileşimin olmadığı dinamik davranış modelini uygular. Diğer bir yapı dinamik davranış modeli ise, katlar arası etkileşimin dikkate alındığı yığılı kütle davranışını çok girdiçok çıktı (ÇGÇÇ), (multi input-multi output (MIMO)) yaklaşımı içinde çözmeye çalışır. İkinci modelde rijitlik matrisinde diagonal eksen üzerinde bulunan ayrıklaştırılmış yığılı kütlelerin alt ve üst kat rijitlik terimleriyle etkileşim içinde bir sistem davranışı uygular. İki davranış modelinde de yatay elemanlar ama özellikle döşemeler sonsuz rijid plaklar olarak analizde yer almaktadır. Gerçek davranışın hem yatay hemde düşey yönde olduğu Şekil 5 deki kuvvet-zaman hikayelerinden görülebilmektedir. Bu çalışmada ülkemizde çok yaygın kullanılan hasarı önemli mertebede etkileyen asmolen döşemelerin düz plak döşeme davranışıyla mukayeseli incelenmesi test verileriyle yapılmıştır Türk Deprem Yönetmeliği (TDY, 2007) bölüm 7 de önerilen mevcut yapısal durum değerlendirmesi için doğru ve güvenilir sonuçlar verdirecek performans analizlerinin yapılabilmesi deprem hesabına ilişkin genel ilke ve kuralların verildiği madde 7.4 şartlarının sağlanmasıyla mümkündür. Bu şartları sağlayamayacak bir çok bina vardır. Bu binalarda, yapı üzerinde yürütülen testlerle mevcut yapının global dinamik davranışının tanılanılması bir diğer yapısal bilgi elde etme yolu olup yapının bilgi duzeyinin kapsamlı olarak sınıflandırılabilmesine ayrıca imkan verecektir. Çalışılan konut binalar genel olarak ülkemizde benzer şekilde tasarlanan ve imal edilen çok yaygın yapı örnekleridir. Çalışılan mevcut yapının üstünde ölçülen davranışları kabül edilebilir doğrulukta sonlu eleman modelinde elde edilebilmesi için deneysel ve analitik modellerin modal şekillerinin arasındaki hataların nümerik model kalibrasyonuyla minimize edilmesiyle benzer gerçek davranışın taşıyıcı sistemin bütün elemanlarında görülmesi mümkün olacaktır. Bu bağlamda ihmal edilen döşeme davranışlarının anlaşılması ve global davranışa verdikleri etkilerin farkedilmesi için test sonuçları çok önemli olup 726

5 analitik model kalibrasyon çalışmalarında gözardı edilen döşemelerinde en azından yapı hakim frekans bandı içinde bir hassaslık sergilemesi durumunda güncelleme işleminde yer alması gerekmektedir. Şekil 1 Asmolen döşeme yapı AydınBak binası, Halıdere, Gölcük (Kutanis ved., 2011) ÇEVREL YAPI TİTREŞİM TESTLERİ VE YAPI MODAL KAREKTERİSTİKLERİ Çalışılan binalar üzerinde yürütülen titreşim testleri binalarda yapısal noktalara kurulan AREL-DAC serisi ivme ölçerlerden oluşan kablosuz izleme ağı ve yazılımlardan oluşan tamamı yerli üretim bir test düzeneği ile gerçekleştirilmiştir (K. Beyen ved., 2011, AREL, 2011). Tamamlanmış olan TUBİTAK projesi (Kutanis ved., 2011) kapsamında Kocaeli ve adapazarında inşaa aşamasındayken 17 Ağustos 1999 tarihinde Kocaeli depremine maruz kalmış binalarda yürütülen testlerin verileri bu çalışmada döşeme etkisini çalışmak amacıyla kullanılmış ve tartışılmıştır. Çalışılan betonarme binalar konut amacıyla apartman olarak tasarlanmış, duvarları henüz örülmemişken depreme yakalanmış karkas çerçeve yapılardır. Şekil 1 de Gölcük-Halıderede bulunan zemin+5 normal katdan oluşan asmolen döşeme AydınBak binası, Şekil 2 de ise zemin+5 normal katdan oluşan düz döşeme Dayalinş e ait karkas çerçeve binalar, ivme ölçer cihazlardan oluşan iki seri izleme ağ konumları ve bileşenleri gösterilmiştir. Çevrel titreşim altında yapısal davranış sergileyen yapı çerçevesinin izleme noktalarından kayıtlar alınırken eş zamanlı sahadan alınan mikrotremor verileri ise hakim yerel davranış özelliklerinin tanınmasını sağlamasının yanısıra tetikleyici kuvvet girdisi olarak gözlemci- Kalman-süzgeçleriyle tanılama-eigen özdeğer gerçekleşme (Observer Kalman Identification-Eigen Realization Algorithm (OKID-ERA)) algoritması için kullanılmıştır (Juang, 1984, 1994 ve Beyen, K., 2013). Çalışmada durum-uzay (state-space) ortamında OKID-ERA algoritması parametrik yapı tanılama analizleri ve spektral analiz algoritmaları Matlab in (Matlab, 2008) sunduğu makro yazılım 727

6 ile oluşturulan programlarla yürütülmüştür. Şekil 3 de saha girdi kuvvetiyle izlenen yapısal mukabele noktaları arasındaki transfer fonksiyonlarının frekans hassaslığını göstermekte olup, çalışılan her iki binanın x yönü için çizilmiştir. Genel (global) tepkiyi yansıtan kat serbestliklerinin ortak tepecik yığılmalarından oluşan yapı modları x yönünde ilk üç mod için 1.2Hz, 4Hz ve 7.4-8Hz ve y yönünde 1.4Hz, 4.9Hz ve 9Hz olmak üzere AydınBak binası için elde edilmiştir. Benzer şekilde Dayalinş binası için sırasıyla x yönünde ilk üç modal frekanslar 1.8Hz, 4.5Hz ve 11Hz ve y yönü için 1.9Hz, 3Hz ve 3.96Hzdir. Bu özellikleriyle düz döşeme özelliğindeki bina asmolen yapıya göre çok daha rijiddir. Bu rijid davranış planda daha büyük olmasına ragmen döşeme davranışının ve düşey eleman özelliklerinin sunduğu bir etki olduğu açıktır. Ama burada her yapı kendi izleme ağı test verileriyle inceleneceği için her yapının kendi karekteristik davranışını yorumlamamız birbirinen bağımsız olacaktır. Şekil 3 de görülen AydınBak binasının modal tepeciklerinin kısmen ayrık ve birbirine binmiş tepecik çiftlerinden oluşması çalışılan binanın taşıyıcı sisteminin karekteristik bir özelliği olarak saf yanal modlara yapının girmediği ve yapının burulmayla etkileşimli davrandığını göstermektedir. Şekil 2 Düz plak döşeme yapı Dayalinş binası, Adapazarı (Kutanis ved., 2011) ZORLAMA KUVVET VE DÖŞEME TANILAMA ÇALIŞMALARI Test çatı plağı kütle merkezinden geçen kirişe tespit edilen yapay deprem üreteci Kinemetrics-seri 103 sarsma cihazının tek eksenli değişik genlik ve frekanstaki sinüs zorlama kuvvetleriyle yapı sarsılırken yapı davranışı ise döşeme simetri ekseni üzerinde iki uzak kenar noktaya konumlandırılan seri-1 ve seri-2 olarak adlandırılan ivme ölçer cihaz çiftleriyle izlenmiştir. Birbirine göre ters dönen 728

7 Şekil 3 Parametrik analiz (OKID-ERA) sonucu x yönü için AydınBak binası (üst) Dayalinş binası (alt) mod-frekans değişimleri iki sepete konulan kurşun ağırlıkların adedine bağlı olarak tam dolu durumunda 2.5 Hz. den boş durumunda 9.7 Hz. e kadar harmonik (Sinus) titreşimler üretilmiştir. Üretilen değişik frekans ve genliğe sahip harmonik salınımların tipik döşeme kayıt örneği bütün bileşenleriyle x yönlü dolu sarsma deneyi için Şekil 4 de verilmiş tartışma sadece x yönlü yükleme için yapılmıştır. Asmolen döşemeli AydınBak binası için sol kolonda düz döşemeli Dayalinş binası için ise sağ kolonda çizilen döşeme davranışları binaların ilk modal davranışa tam iştirak eden çatı döşemesi kayıtlarıdır. Kayıt bileşenleri sırasıyla ilk iki sıra seri-1 ve seri-2 olmak üzere x yönü bileşeni, takip eden sonraki çift satır y yönü bileşeni ve son çift beş ve altıncı sıra düşey z bileşeni için çizilmiş olup, aynı veri sırası sağ kolonda Dayalinş binası içinde kullanılmıştır. Spektral analiz Şekil 5 de verilen çatı döşemesi ivme çiftinin Fourier genliklerinin aynı olması beklenirken en büyük tepecik asmolen döşemede göreceli olarak iki katı olurken düz döşemede birbirlerine göre genlik farkı %20 dir. Şekil 6 da döşeme iki uzak kenarları arası Transfer Fonksiyonu (sol) Asmolen AydınBak binası çatı döşemesi için ve (sağ) düz döşemeli Dayalinş binası çatı döşemesi için çizilmiştir. X yönlü dolu sarsma yüklemesinin x bileşeni için verilen örnekden de anlaşılacağı gibi asmolen döşeme kenarları çok düşük frekanslarda birbirine göre 3 katından fazla genlikli davranış sergilerken yaklaşık Hz den sonra binanın ilk üç hakim modunun (1.2Hz, 4Hz, 8Hz) bulunduğu frekans bölgesini içine alan bantta 10Hz e kadar iki kenar zaman zaman bire bir davranışlara ulaşırken yüksek frekans bölgesinde genelde 0.01 ile 0.8 arasında değer değişimleri izlenmektedir. Düz döşeme olan Dayalinş binası ise çok düşük frekans bölgesinde 0.1Hz e kadar 30 katı, yapı birinci hakim tepe frekansı olan 1.8Hz e 8 misliden 1 ve civarı salınımlara girerken genelde döşeme kenarlarının 1 etrafında kararlı salınım sergilediğini görebiliyoruz. Rijit plak davranışının daha fazla beklendiği düz döşemenin kenarları x yönünde yapının hakim frekans (1.8Hz, 4.5Hz, 11Hz) bölgesinde yaklaşık benzer davranışı sergilemektedir. X bileşeni için iki uzak döşeme istasyonunun davranış benzerliğinin gözlendiği tutarlılık (Coherency) ilişkisi Şekil 7 de verilmiştir. Asmolen (sol) düşük frekans bölgesinde 729

8 yaklaşıklık 10Hz e kadar bire bir benzer davranış sergilerken, düz plak döşeme (sağ) iki uzak izleme noktasının tutarlılığı düşük frekans bölgesinde 100 katı farklılıktan yaklaşık bire bir davranışı 1Hz- 2Hz (yapı hakim modu 1.8Hz) arasında sergilemiştir. Konvansiyonel veri analizleri döşemelerin kendi düzlemi içinde rijit plak çalışma özelliklerinin anlaşılması için uygulanmış ve kararlı karekteristik döşeme davranışı yapı hakim frekanslarının bulunduğu bölgede ve dışında çok değişken olduğu gözlenmiştir. Döşemelerin kendi düzlemleri içinde ve düzleme dik yönde değişen frekans boyunca tek tip davranış sergilememekte olup yapının hakim modlarıyla çok güçlü etkileşim içinde bulundukları anlaşılmaktadır. Yapı hakim modlarının bulunması için yürütülen nümerik modal analiz çalışmalarında döşemelerin gerçeğine uygun modellenmesini ve model güncellemede gözardı edilmemesi gerektiğini gösteriyor. Şekil 4 Zorlama kuvvet etkisinde çatı döşemesi x, y ve z bileşenlerinin seri-1 ve seri-2 ağ kayıtları. Sol kolon AydınBak binası sağ kolon Dayalinş binasıdır. Şekil 5 FAS x yönü AydınBak binası (sol) Dayalinş binası (sağ) 730

9 Şekil 6 Döşeme iki uzak kenarları arası Transfer Fonksiyonu (sol) Asmolen (sağ) Düz döşeme Şekil 7 Asmolen (sol) ve düz (sağ) plak döşeme iki uzak izleme noktasının tutarlılığı (x bileşen) Zaman Frekans Analizi Döşemenin rijid plak davranışı yapısal davranış verilerinden elde edilecek zamanla değişen genlik, frekans ve faz bilgilerinin izlenmesiyle anlaşılabilir. Frekans alanında analiz tarihsel gelişim içinde Fourier dönüşümleriyle başlamıştır. Fourier dönüşümünü temel alan geliştirilmiş diğer analiz metodları (güç spektrumları, spektrogramlar, Laplas dönüşümleri ve dalgacık (wavelet) transformasyonu, vs.) lineer ve durağan (stationary) şartlarda geçerli olup, gerçek katı hal fiziğinde varolan nonlinerite, zamanla değişen stabilite/kararsızlık ve frekans içeriğinin sonsuz enerjiye sahip sinüs gibi hiperbolik alt fonksiyonlara ayrıştırılması Zaman-Frekans ilişkililerini açıklamakta ve tam anlaşılmasında görülen yetersizliklerdir. Bu problemler Hilbert transformasyonu gibi zaman-frekans analiz metodlarının gelişmesiyle aşılmıştır. Anlık frekans bilgisine dayalı yeni bir sinyal işleme yöntemi olan Hilbert Transformasyonu (HT) döşemenin iki noktasından alınan verilere uygulanarak zamana bağlı değişen genlik, frekans ve faz içerikleri incelenmiştir. Huang ın önerdiği amprik bir yaklaşım olan ampirik mod ayrıştırma (Empirical Mode Decomposition EMD) işlemi (Huang, N. ved., 1998) veriye uygulanarak genlik ve frekans yığılmasının yakın olduğu periodisitesi bozuk sinus dalga formları yüksek frekansdan düşük frekans içeriğine kadar indirgenecek şekilde ayrıştırılabilmektedir. Ayrıştırarak indirgeme işlemi sonunda temel sinyal altlıkları-formları (Intrinsic Mode Function IMF) Şekil 8 de görüldüğü gibi elde edilerek Hilbert dönüşümleri uygulamasıyla (Hilbert Huang Transformasyonu (HHT)) zaman-frekans özelliklerinin elde edilebileceği analitik sinyaller hesaplanmıştır. Şekil 4 de simetrik iki uzak nokta üzerinde kaydedilmiş zorlama hikayesi önemli farklılıklar göstermektedir. İki binada zorlama kuvvet hikayesi yaklaşık aynı mertebede uygulanmasına rağmen asmolen döşeme binanın yüksek düktil davranışından dolayı çok büyük genliklerle tepki vermiştir. Huang metodu kriterleri uygulanarak ana sinyal 16 temel alt model sinyale (Intrinsic Mode Function (IMF)) ayrıştırılmış tipik bir cihaz çiftinin örneği asmolen AydınBak binası çatı x yönü için Şekil 8 de çizilmiştir. Seri-1 ve seri-2 için üst üste çizilen sinyal altlıklarının (IMF) döşemenin iki uzak noktasında benzer davranış sergilemediği görülmektedir. Düz döşemeye sahip Dayalinş binası asmolen döşeme davranışında olduğu gibi benzer farklılıklar sergilemektedir. Zamanla değişen genlik, faz ve frekans bilgisi Hilbert dönüşümlerinden analitik sinyal elde edilerek hesaplanan spektrumları her bir bileşen için hesaplanmış ve Şekil 9, 10 ve 11 de seri-1 ve seri-2 için sırasıyla x, y ve z bileşenleri için çizilmiştir. Spektrumlar incelenirse bütün bileşenlerde asmolen döşeme daha büyük genlik ve dolayısiyle daha fazla enerji büyüklüğü sergilediğini yanda verilen renk skalalarından anlaşılmaktadır. X yönlü yüklemede x bileşeninde asmolen döşemenin izleme noktasından biri düşük frekanslı salınımları çok zayıf algılamaktayken düz döşemede iki döşeme noktası algı şiddeti düşük 731

10 olsada her iki noktası benzer frekans davranış sergilemektedir. Benzer karekteristik davranış diğer bileşenlerde sadece şiddet farklılıklarıyla tekrar etmektedir. Ayrıklaştırılmış alt temel model fonksiyonları ve uygulanan Hilbert dönüşümlerinin toplamı analitik fonksiyonun elde edilmesinde kullanılmış ve spektrogramları hesaplanmıştır. Sinyaldeki enerjik yapıyı gösteren yığılı marjinal Hilbert spektrumları döşemedeki cihaz çiftleri için sadece tek yönlü (x ekseninde) dolu yükleme sonuçları için burada enerji potansiyeli açısından döşeme bileşenlerine göre çizilerek döşeme davranışı bir başka formda Şekil 12 de gösterilmiş ve tartışılmıştır. Benzer düzlem içi ve düzlem dışı farklılıklar genelde görülmesine rağmen asmolen ve düz döşeme önemli karekteristik farklılıklar barındırmaktadır. Asmolen döşemeli AydınBak binası yüksek düktil davranışından kaynaklandığı düşünülen katına varan farklılıkları 3Hz den sonra düşürmeye başlayıp takip eden frekans bölgesinde döşemenin rijit plak davranışına yorumlanabilecek kabül edilebilir enerji salınımları sergilemiştir. Buna mukabil düz döşemeye sahip Dayalinş binasında tam tersi bir durum ortaya çıkmış düşük enerji bölgesinde yaklaşık rijit plak davranışı 4Hz-5Hz lere kadar mevcut olup sonrasında mutedil takip eden benzerlik 30Hz lerden sonra davranış eğiliminde benzerliği korumuş ama katına varan farklılıklar göstermiştir. İkinci sırada yer alan y bileşenleri solda asmolen yapı için sağdada düz döşeme yapı için incelenecek olursa; yük uygulanmamış olan y yönünde asmolen döşemenin 20Hz e kadar yakın davranış sergiledeği çok yüksek frekanslarda farklı davrandığını buna mukabil düz döşemenin sadece yapı hakim modlarının olduğu frekanslarda birebir davranış sergilediği, bunların dışında büyük farlılıklar gösterdiği anlaşılmaktadır. Şekil 12 nin en alt sırasında bulunan z bileşeni için verilen marjinal Hilbert spektrumunda gözlenen davranış karekteristik bir tanı koymayı zorlaştırmakla beraber asmolen AydınBak binasının düşey yönde 3Hz-5Hz frekans bandında gösterdiği dominant moda denk gelen bölgeye kadar yaklaşık benzerlik izlenirken sonrasında farklılıklar büyümektedir.düz döşeme Dayalinş binası ise ilk düşey modda iki nokta yakın davranış sergilerken diğer bölgelerde farklılık artarak izlenmektedir. Buna mukabil tipik bir örneğin verilen asmolen döşemenin iki uzak izleme noktasının x yönü için ayrıştırılmış ilk dört temel model fonksiyonunun (IMF) değişen frekansa göre marjinal Hilbert (MH) enerji spektrumları hesaplanmış ve Şekil 13 de çizilmiştir. Asmolen döşemenin binanın hakim frekans bandının bulunduğu bölgede genlikleri farklı olsada farkedilebilecek enerji tepecikleri ürettiği izlenmektedir. Düz döşeme davranışı ise geniş band özelliğinde çok düşük genlik salınımları sergilemektedir. Bu iki döşemenin farklı frekans-enerji hasasslığı döşeme hasarlarının sık görüldüğü asmolen döşemelerin yapıyla etkileşime açık bir davranış içinde binanın hakim periyodlarıyla aynı bölgede bulunmasıyla açıklanabilmektedir. Şekil 8 AydınBak binası çatı x yönü kaydının ayrıştırılmış alt temel mod sinyalleri (IMF) 732

11 Şekil 9 Asmolen (üst) düz (alt) döşeme seri-1 (sol) ve seri-2 (sağ) izleme noktası Z-F spektrumu x bileşen Şekil 10 Asmolen (üst) düz (alt) döşeme seri-1 (sol) ve seri-2 (sağ) izleme noktası Z-F spektrumu y bileşen Şekil 11 Asmolen (üst) düz (alt) döşeme seri-1 (sol) ve seri-2 (sağ) izleme noktası Z-F spektrumu z bileşen 733

12 Şekil 12 Asmolen (sol) ve düz (sağ) plak döşeme iki uzak izleme noktasının marjinal Hilbert enerji spektrumu x bileşen üst, y bileşen orta, z bileşen alt sıra. Şekil 13 Asmolen (sol) ve düz (sağ) plak döşeme iki uzak izleme noktasının ilk dört temel model fonksiyonunun (IMF) marjinal Hilbert (MH) enerji spektrumu (x bileşeni) SONUÇ (1)Yapı analizi döşemelerin sonsuz rijid diyafram plak çalıştığı dolayısiyle her kat kütlesinin kendi döşeme düzleminde tek yatay kat serbestliğini kullanan ve katlar arası etkileşimin olmadığı dinamik davranış modelini yaklaşım olarak kullanır. Farklı frekans bölgelerinde farklı davranış sergileyen döşeme düzlemi üzerindeki iki uzak kenar izleme noktasının bize sunduğu sonuç; yapının hakim frekans bandı ve döşeme kenar noktalarının barındırdığı frekans içeriğinin karşılaştırmalı olarak değerlendirilmesiyle gerçek plak davranışının türüne karar verilebileceği yönündedir. (2)Yapısal karekteristiği yansıtan özgün parametreler arasında olan modal frekansları, modal tepe değerlerini, modal sönüm yüzdelerini ve mod şekillerini en çok etkileyecek yapı parçaları düşey elemanlar ve yatay eleman serbestlikleri olup aralarında plak döşeme davranışının da etkisinin ihmal edilemeyecek mertebede olduğunu, numerik modelde güncelleme yaparken döşemelerinde gerçek 734

13 davranışı yansıtacak şekilde güncellenmesiyle modelin aslına çok yakın davranış üreteceği anlaşılmaktadır. (3)Döşemelerin kendi düzlemleri içinde ve düzleme dik yönde değişen frekans boyunca tek tip davranış sergilememekte olup yapının hakim modlarıyla çok güçlü etkileşim içinde bulundukları anlaşılmaktadır. Bu sonuç yapı hakim modlarının bulunması için yürütülen nümerik modal analiz çalışmalarında döşemelerin gerçeğine uygun modellenmesini ve model güncellemede gözardı edilmemesi gerektiğini gösteriyor. (4)Asmolen döşemeli yapıların düktil davranış içinde hakim modal frekanslarıyla döşeme modal frekanslarının örtüştüğü anlarda döşemelerin global davranışa iştiraki dönme rijitliği olmayan asmolen kirişlerinin eğilme deformasyonlarını artırdığı ve sonuç olarak rijitlik kaybı yapı modlarını ve ilgili frekanslarını etkilediği anlaşılmaktadır. KAYNAKLAR Amerikan Beton Enstitüsü, ACI , Building Code Requirements for Structural Concrete ACI ) and Commentary (ACI 318R-95), Farmington Hills, MI AREL Deprem İzleme Sistemleri, ASCE-7, Minimum design loads for buildings and other structures, ASCE Standard ASCE/SEI American Society of Civil Engineers, ISBN , 2005 Bayülke, N., 2001, Depreme Dayanıklı Betonarme Ve Yığma Yapı Tasarımı, İMO İzmir Şubesi Yayını N: 39, İzmir. Beyen, K., 2013, Mevcud Yapilar, Nümerik Modellerinin Güvenilirliği Ve Analiz Sonuçlarina Etkileri, 2. Türkiye Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı 25-27, MKÜ, HATAY Beyen, K., 2008, Structural identification for post-earthquake safety analysis of the Fatih mosque after the 17 August 1999 Kocaeli earthquake, Engineering Structures, 30. Celep, Z., 2011, Betonarme Yapılar, Beta Dağıtım, İstanbul. Dönmez, C., 2013, Türkiye deki Asmolen Yapıların Deprem Yeterliliği Konusunda Bir İrdeleme, 2. Türkiye Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı, MKÜ, Hatay. Erdik, M, Y Biro, T Onur, K Sesetyan, G. Birgoren, Assessment of earthquake hazard in Turkey and neighboring regions Annali Di Geofisica, Vol. 42 N.6, pp , Hacıislamoğlu, Gökhan, 2003, Kirişli ve asmolen döşemeli yapıların maliyetlerinin ve deprem davranışlarının incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, FBE,, Karadeniz Teknik Üniversitesi. Juang, J.-N., 1994, Applied System Identification, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, Juang, J.-N., Pappa, R. S., 1985, An Eigensystem Realization Algorithm For Modal Parameter Identification And Model Reduction, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol Karaesmen, E., 2011, 23 Ekim 2011 Erçiş-Van Depreminin Düşündürdükleri, Kemal Beyen, Mustafa Kutanis, H. Özver Tanöz, Doğan Başkan, 2011, Yapı Sağlığı İzleme ve Yapı Tanı Çalışmaları için Akıllı Aktarma Protokollu Kablosuz Sensör Ağı, 7.UDMK, İstanbul. Kutanis, M. ved., 2011, Performansa dayalı tasarım ve değerlendirme yöntemlerinin deprem sonrası Türkiye-de gözlenen yapı performansları ile karşılaştırılarak geliştirilmesi, TUBİTAK-108M303. MatLab, The Mathworks, Inc., 3 Apple Hill Drive, Natick, MA , USA N. E. Huang, Z. Shen, S. R. Long, et al. The Emprical Mode Decomposition and The Hilbert Spectrum for Nonlinear and non-stationary time series analysis, Proc R. Soc. Lond A., vol.454,pp ,1998. N. E Huang, S. S. P. Shen, Hilbert-Huang Transform and İts Application, World Scientific, Özdaş, Abdülhamit, 2006, Asmolen döşeme tipine sahip binalarin deprem davranişinin incelenmesi, Lisansüstü tezi, FBE, Karadeniz Teknik Üniversitesi. Saatcioğlu, M., et al., 2001, The August 17, 1999, Kocaeli (Turkey) earthquake damage to structures, Can. J. Civ. Eng. 28: (2001) TDY, 2007, Deprem bölgelerinde yapılacak yapılar hakkında yönetmelik, Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Ankara TS498: Yapı elemanlarının boyutlandırılmasında alınacak yüklerin hesap değerleri, TSE; TS500: Betonarme yapıların tasarım ve yapım kuralları, U. Ersoy; G. Özcebe; Betonarme, Evrim Dağıtım, İstanbul