SİSMİK İZOLASYONLU YAPILARIN TASARIMI

Transkript

1 DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ SİSMİK İZOLASYONLU YAPILARIN TASARIMI M. İlkay URGU Ağuto, 006 İZMİR

2 SİSMİK İZOLASYONLU YAPILARIN TASARIMI Dokuz Eylül Üniveritei Fen Bilimleri Entitüü Yükek Lian Tezi İnşaat Mühendiliği Bölümü, Yapı Anailim Dalı M. İlkay URGU Ağuto, 006 İZMİR

3 YÜKSEK LİSANS TEZİ SINAV SONUÇ FORMU M. İlkay URGU, tarafından Dr. Aydın SAATÇİ yönetiminde hazırlanan SİSMİK İZOLASYONLU YAPILARIN TASARIMI aşlıklı tez tarafımızdan okunmuş, kapamı ve niteliği açıından ir Yükek Lian tezi olarak kaul edilmiştir. Danışman Jüri Üyei Jüri Üyei Prof.Dr. Cahit HELVACI Müdür Fen Bilimleri Entitüü ii

4 TEŞEKKÜR Bu tez çalışmaında ana yol göteren ve çalışmalarımı yönlendiren danışman hocam Sayın Dr. Aydın SAATÇİ ye teşekkürü ir orç ilirim. Yükek lian eğitimim üreince manevi detekleriyle her zaman yanımda olan aileme teşekkür eder, aygılarımı unarım. M. İlkay URGU iii

5 SİSMİK İZOLASYONLU YAPILARIN TASARIMI ÖZ Bu çalışmada yapıların periyotlarını uzatmak uretiyle deprem etkilerini azaltmak amacıyla kullanılan imik izolayon itemleriyle inşa edilen yapıların taarım eaları incelenmiştir. Öncelikle imik izolayon itemlerinin ınıflandırılmaı, mekanik karakteritikleri ve teorik eaları detaylı olarak verilmiş ve imik izolayonlu yapılarla ilgili yönetmelik şartları açıklanmıştır. Uygulamalar ölümünde ie 4 katlı etonarme ir yapının ankatre menetli ve üç farklı tipteki imik izolayonlu modelleri oluşturulmuştur. Yapının izolayonlu modellerinde HDR, LRB ve FPS tipi menetler kullanılmıştır. Simik izolayonlu yapı modelinin taarımında UBC 97 yönetmelik şartları dikkate alınmıştır. Yapı modellerinin zaman tanım alanı analizleri SAP000N ilgiayar programı ile 999 Düzce Depremi nin Bolu kaydı K-G ivme ileşeni kullanılarak yapılmıştır. Son olarak, yapı modellerinin analizler onucunda elde edilen göreli kat ötelemeleri, makimum kat ivmeleri, taan keme kuvvetleri ve periyotları karşılaştırmalı olarak unulmuş ve imik izolayon itemlerinin avantaj ve dezavantajları elirtilmiştir. Anahtar Sözcükler: Simik izolayon, UBC 97, deprem. iv

6 DESIGN OF SEISMIC ISOLATED STRUCTURES ABSTRACT Deign ae of the tructure, that are uilt with eimic iolation ytem for reducing the earthquake effect y lengthening the tructure period, are invetigated in thi tudy. Initially, the claification, mechanical characteritic and theoretical eential of the eimic iolation ytem are given in detail and the code proviion for eimic iolated tructure are explained. In the application chapter a fixed-ae and three different type of iolated model of a 4 torey reinforced concrete tructure have een formed. The HDR, LRB and FPS type of earing have een ued in eimic iolated tructure model. The UBC 97 code proviion have een conidered in deigning the eimic iolated tructure model. The time hitory analye have een carried out for tructure model on SAP000N tructural analyi programme y utiliing the Düzce earthquake (999) Bolu N-S acceleration record. Finally, torey drift, acceleration, ae hear and period of the tructure model otained from the analye are preented and the advantage and diadvantage of the eimic iolation ytem are dicued. Keyword: Seimic iolation, UBC 97, earthquake. v

7 İÇİNDEKİLER Sayfa YÜKSEK LİSANS TEZİ SINAV SONUÇ FORMU..ii TEŞEKKÜR iii ÖZ... iv ABSTRACT.v İÇİNDEKİLER vi BÖLÜM BİR GİRİŞ. Simik İzolayon Kavramı.... Simik İzolayon Sitemlerinin Özellikleri Dünya da Simik İzolayon Kavramının Gelişimi 4.3. Tarihçe Konu ile İlgili Yapılmış Çalışmalar Simik İzolayon Sitemleriyle İnşa Edilmiş Yapılar..0 BÖLÜM İKİ SİSMİK İZOLASYON SİSTEMLERİNİN SINIFLANDIRILMASI 8. Kauçuk Ealı (Elatomerik) Simik İzolayon Sitemleri..8.. Düşük Sönümlü Doğal ve Sentetik Kauçuk İzolatörler (LDRB) Kurşun Çekirdekli Kauçuk İzolatörler (LRB).0..3 Yükek Sönümlü Doğal Kauçuk İzolatörler (HDR)...3. Kayma Ealı Simik İzolayon Sitemleri..6.. Sürtünmeli Sarkaç (Pandül) Sitemler (FPS) Elatik Sürtünmeli Taan İzolayon Sitemi (R-FBI) Electricité-de-France Sitemi (EDF) 3..4 EERC Birleşik Sitemi TASS Sitemi Yay Tipi Sitemler...34 vi

8 .4 Kılıflı Kazık İzolayon Sitemleri Rocking Sitemi...35 BÖLÜM ÜÇ SİSMİK İZOLASYON SİSTEMLERİNİN MEKANİK KARAKTERİSTİKLERİ Giriş İzolatörlerin Bilineer Modelleme ile Taarımı Kauçuk İzolatörlerin Mekanik Karakteritikleri Yatay Rijitlik (K H ) Düşey Rijitlik (K V ) Kauçuk İzolatörlerin Burkulma Yükü Kapaitei Kauçuk İzolatörlerin Yükek Yatay Deplamanlar Altındaki Stailitei Kauçuğun Menetten Dönerek Çıkma (ROLL-OUT) Stailitei Kurşun Çekirdekli İzolatörlerin Mekanik Karakteritikleri Sürtünmeli Sarkaç Sitemlerin Mekanik Karakteritikleri..44 BÖLÜM DÖRT - SİSMİK İZOLASYONUN TEORİK ESASLARI Tek Katlı Taan İzolayonlu Yapının Hareketinin Lineer Teori ile İncelenmei Lineer Teorinin Çok Katlı Yapılara Uygulanmaı Çok Seretlik Dereceli Taan İzolayonlu Sitemlerin Hareket Denklemi Çok Seretlik Dereceli Sitemin Modal Analizi...65 BÖLÜM BEŞ SİSMİK İZOLASYONLU YAPILARLA İLGİLİ YÖNETMELİK ŞARTLARI Giriş Simik İzolayonlu Yapıların Taarımıyla İlgili UBC 97 Yönetmeliği Şartları Tanımlamalar Simik Rik Düzeyi..70 vii

9 5... Simik Bölge Faktörü (Z) Zemin Profili Tipi Bina Önem Katayıı (I) Simik Kaynak Tipleri Kaynak Yakınlık Faktörleri (N a, N v ) Simik Katayılar (C AD, C VD ) Olailecek Makimum Deprem Tepki Katayıı (M M ) Sarıntı Şiddetine Bağlı Simik Katayılar (C AM, C VM ) Sönüm Katayıları (B D, B M ) Taşıyıcı Sitem Davranış Katayıı (R I ) Analiz Yöntemleri Statik Analiz Statik Analiz Kriterleri Statik Analiz Proedürü Dinamik Analiz Dinamik Analiz Kriterleri Dinamik Analiz Proedürü Tepki Spektrumu Analizi Zaman Tanım Alanı Analizi Bölgeye Özel Tepki Spektrumu Analizi...84 BÖLÜM ALTI UYGULAMALAR Giriş İzolayonlu Yapıların UBC 97 ye Göre Statik Analizi İzolayonlu Yapıların Menetlerinin Taarlanmaı Bilgiayar Programı ile Simik İzolayonlu ve Ankatre Menetli Yapı Modellerinin Zaman Tanım Alanında Analizi Analiz Sonuçları Analiz Sonuçlarının Değerlendirilmei Simik İzolayonlu Yapıların Yaşanmış Depremlerdeki Performanları...97 viii

10 BÖLÜM YEDİ SONUÇLAR VE ÖNERİLER...99 KAYNAKLAR...00 ix

11 BÖLÜM BİR GİRİŞ. Simik İzolayon Kavramı Taan izolayonu genel olarak üt yapı ve temelin çeşitli itemlerle iririnden ayrılmaıdır. Günümüzde, izolayon yapının temeli dışında daha farklı eviyelerinde de (çatılarda ve köprülerde olduğu gii) uygulanaildiğinden, taan izolayonu yerine daha genel ir ifade olarak imik izolayon kavramı kullanılmaktadır. Simik izolayon yapının depremlere karşı dayanım kapaiteinin arttırılmaı ya da yapıya zeminden aktarılan imik kuvvetlerin azaltılmaı preniine dayanan, depreme karşı dayanıklı yapı taarımı yaklaşımıdır. Ankatre menetli yapıların taarımında inşaat mühendii aşağıdaki ikilemle karşı karşıyadır:. Yapının rijitliği arttırılıra, göreli kat ötelemeleri azalır, yapı maliyeti ve kat ivmeleri artar. Bu durumda inanın taşıyıcı elemanlarında haar oluşmaa da ina içindeki cihaz ve teiatın zarar görmei engellenemez.. Yapının ünekliği arttırılıra, yapı maliyeti ve kat ivmeleri azalır, göreli kat ötelemeleri artar. Kat ivmeleri azaldığından ina içindeki cihaz ve teiatlar zarar görmez fakat göreli kat ötelemeleri arttığından inanın taşıyıcı elemanlarında haarlar oluşur. Buradan anlaşılacağı gii, ankatre menetli yapılarda şiddetli deprem yükleri altında aynı anda hem inayı hem de ina içindeki cihaz ve teçhizatları korumak mümkün olmamaktadır. Bu düşünceyle geliştirilen imik izolayon itemlerinin çalışma prenii kıaca şöyledir: Üt yapı ile temel araına yerleştirilen imik izolayon itemlerinin yatay rijitlikleri çok düşüktür. Bu ayede taan izolayonlu yapının periyodu ankatre menetli yapıya göre daha uzun olmaktadır. Şekil. de görüldüğü gii yapı periyodunun (yaklaşık olarak T=3 n ye kadar) uzamaıyla

12 yapıya etkiyen deprem ivmei azalmakta una karşın yapı taanındaki yer değiştirmeler artmaktadır (izolayon itemlerinde izin verilen ınırlar içinde). Bu yerdeğiştirmeler önüm oranı yükek imik izolayon itemleri kullanılarak veya yapıya ek önüm cihazları ilave ederek azaltılailinmektedir. Şekil. de göterildiği gii üt yapı rijit ir davranış ergilemekte ve göreli kat ötelemeleri azalmaktadır. Bu ayede yapıda hiçir can ve mal kayı yaşanmamakta, depremden onra da yapı işlevini yerine getireilmektedir. Şekil. Sağlam zeminler üzerinden alınmış (a) tipik ivme tepki pektrumu () tipik yerdeğiştirme tepki pektrumu Şekil. Menet tiplerine göre yapı davranışları (DIS,.t.)

13 3. Simik İzolayon Sitemlerinin Özellikleri Simik izolayon itemlerinin özellikleri maddeler halinde aşağıda verilmiştir.. Öncelikle imik izolayonlu inada deprem enaında can güvenliği artar.. Binada deprem enaında olailecek yapıal haarlar önlenir. 3. Bina içindeki cihazlar ve donanımlarda oluşailecek haarlar önlenmektedir. (Özellikle deprem onraı kullanılmaı gereken arıntılara karşı haa hatane cihazlarının, müzelerde aklanan ve yeniden yapılmaı mümkün olmayan tarihi eerlerin, deprem onraı oluşacak en ufak ir haarda üyük felaketlere yol açailecek nükleer reaktörlerin, araştırma ve geliştirme merkezlerindeki haa cihazların korunmaı için yükek deprem riki taşıyan ölgelerde u itemler tercih edilmektedirler.) 4. Depremden onra oluşailecek üretim kayıpları önlenmektedir. Unutulmamalıdır ki 7 Ağuto depreminin ülkemizin en önemli anayi teilerinin ulunduğu Marmara Bölgeinde meydana gelmei ve depremin ardından üretim teilerinin kımen veya tamamen yıkılmaı veya u teiler içindeki cihazların haar görmei onucu oluşan üretim kayıplarının maliyeti ülkemiz açıından oldukça yükektir. 5. Simik izolayon itemleri yeni yapılacak ir inada kullanılaileceği gii mevcut inaların güçlendirilmeinde de rahatlıkla kullanılailir. Simik izolayon itemleriyle güçlendirmede yapının üt katlarında herhangi ir inşaat faaliyetine gerek yoktur. Böylelikle üt yapının, mimarii ozulmadan ve üt katlar oşaltılmadan güçlendirme işlemi tamamlanailir. Özellikle tarihi inaların güçlendirmeinde u itemler üyük avantaj ağlar. 6. Bu cihazlar ökülüp, yeniden monte edileildiğinden yapının kullanım ömrünü kıaltmazlar. 7. Simik izolayonlu çözüm, ankatre menetli çözüme nazaran %5 daha pahalıdır. Bu aşlangıçta ir dezavantaj gii görüne de yapının kullanım ömrü oyunca oluşacak her ir depremi haarız olarak atlatacağı düşünülüre, u maliyet artışı dezavantaj olmaktan çıkar.

14 4 8. Yumuşak dolgu zeminlerin zemin hâkim periyotları uzun olduğundan, üt yapının periyodunu uzatmanın ir avantajı yoktur. Binanın periyodu zemin hâkim periyoduna yaklaşacağından yapının depreme karşı tepkii artacaktır. Bu da taan izolayonlu itemin ankatre menetli yapıya göre avantajını ortadan kaldıracaktır. 9. Bu cihazlar yangın rikine karşı korunmalıdırlar. 0. Çok yükek katlı inalarda veya kolonları ekenel çekmeye maruz inalarda tek aşlarına kullanılamazlar (Naeim, 989)..3 Dünya da Simik İzolayon Kavramının Gelişimi.3. Tarihçe Simik izolayon cihazlarını inaların altına yerleştirme fikri ilk kez Tokyo Üniveritei profeörlerinden imolog Dr. John Milne tarafından ortaya atılmıştır. Dr. Milne yılları araında konuyla ilgili çeşitli çalışmalar yapmıştır. Dr. Milne öncelikle izolatör olarak 5 cm çapında dökme demir ilyeler kullanmıştır. Bu modellemeyle yapılmış ina hafif deprem yükleri altında iyi ir performan götere de rüzgar yükleri karşıında aşarıız olmuştur. Dr. Milne daha onraki çalışmalarında ilyelerin çapını,5 cm ye düşürmek uretiyle hem rüzgar hem de deprem yükleri karşıında tailiteini koruyailen ir ina taarlamayı aşarmıştır (Tezcan ve Cimilli, 00). Simik izolayon düşünceinin depreme karşı dayanıklı yapı taarımı tratejii olarak ilk kez 908 yılında Meimo-Reggio depreminin ardından İtalyan Hükümeti tarafından tartışmaya açılmıştır (Naeim ve Kelly, 999). Konuyla alen ir tıp doktoru olan Johanne Avetican Calantarient de ilgilenmiştir. 909 yılında Calantarient talktan oluşan ir taakayla yapıyı temelden ayırmayı önermiştir (Kelly, 98).

15 5 9 yılında Frank Lloyd Wright Tokyo daki Imperial Hotel inaını imik izolayon kavramıyla dizayn etmiştir. Wright inanın oturacağı zemin profilinin,5 m kalınlığında ağlam ir zemin taakaı ile onun altındaki yaklaşık 0 m kalınlıkta yumuşak çamur taakaından oluşuğunu gözlemlemiştir. Wright inayı imik etkilerden korumak amacıyla ağlam zemin taakaına yakın aralıklarla kazıklar çakarak ina ile ağlam zemin taakaını irleştirmiş ve öylelikle çamur taakaının üzerinde yüzen ir item oluşturmaya çalışmıştır. Imperial Hotel inaı 93 yılında meydana gelen yıkıcı Tokyo depremini haarız atlatmayı aşarmıştır (Kelly, 98). Kauçuk izolatörler ilk kez, inşaı 969 yılında tamamlanan Yugolavya nın Üküp kentinde ir ilkokul inaında (Petalozzi Okulu) depremden korunma amaçlı olarak kullanılmıştır (Naeim ve Kelly, 999). 970 li yıllarda kurşun çekirdekli kauçuk izolatörler geliştirilmiştir (Kelly, 00). Kurşun çekirdekli izolatörlerin kullanıldığı ilk ina 98 yılında Yeni Zelanda nın Wellington şehrinde inşaı tamamlanan William Clayton Building adlı yapıdır (Roinon, 000). 976 yılında Earthquake Engineering Reearch Center (EERC) kurumunda doğal kauçuk menetlerin geliştirilmeine yönelik araştırmalar aşlamıştır (Kelly, 998). 98 yılında ir İngiliz kurumu olan Malayian Ruer Producer Reearch Aociation (MRPRA) tarafından yükek önümlü kauçuk izolatörler geliştirilmiştir (Naeim ve Kelly, 999). 985 yılında ABD deki ilk imik izolayonlu ina olan Foothill Communitie Law and Jutice Center ın inşaı tamamlanmıştır (Kelly, 998). 987 yıllında Zaya V.A., Low S.S. ve Mahin S.A. ürtünmeli arkaç itemlerle ilgili ilk deneyel çalışmayı yapmışlardır.

16 6.3. Konu ile İlgili Yapılmış Çalışmalar Kelly (98) tarafından taan izolayonunun deprem yükleri etkiindeki yapının içindeki ikincil ekipmanların imik tepkii üzerindeki etkiini incelemek amacıyla ir eri deney yapılmıştır. Bu deneyler arma talaı üzerine monte edilmiş üyük ölçekli 5 katlı yapı modeli üzerinde gerçekleştirilmiştir. Deneylerde California da meydana gelmiş dört depreme ait ivme kayıtları kullanılmıştır. Bunlar El Centro 940 NS, Pacoima Dam 97 S6E, Taft 950 S69E ve Parkfield 966 N65E ivme kayıtlarıdır. Kelly yapı modelini eş ayrı menet durumuna göre deprem yükleri altında incelemiştir: ) Ankatre menetli durum, ) Taan izolayonu için kauçuk menetlerin kullanıldığı durum, 3) Taanda kuçuk menetlerin yanında itemin cm düşey deplamanı onucu aktif hale geçen ürtünmeli önümleyicilerin kullanıldığı durum. 4) Kauçuk menetlerin yanında ürtünmeli önümleyicilerin kullanıldığı durum. 5) Kauçuk menetlerle eraer enerji önümleyici cihazın kullanıldığı durum. Deneylerde yapı içindeki ikincil ekipmanları modellemek amacıyla arkaçlar kullanılmıştır. Sonuç olarak taan izolayon itemlerinin yapı içindeki ikincil ekipmanların imik tepkiini önemli ölçüde azalttığı ipatlanmıştır. En üyük azalmanının no lu menet durumunda oluştuğu gözlemlenmiştir. Bu aynı zamanda yapının yerdeğiştirmeinin en fazla olduğu durumdur. Bu yerdeğiştirmeler kaul edileilir değerlerin üzerinde olduğundan u tür itemlerin yanında ir takım kontrol itemlerinin kullanılmaının zorunlu olduğu ortaya konulmuştur. 3 ve 4 no lu menet durumlarının ir mühendi için dizaynının kolay olmaına rağmen ikincil ekipmanların imik tepkiini azaltmakta yeteriz kaldığı gözlemlenmiştir. 5 no lu menet durumunun yapı içindeki ivmeleri azaltırken yapının yerdeğiştirmelerini de kontrol etmede etkili olduğu gözlemlenmiştir. Ancak u tür ir itemin gerçek ir yapıya uygulanmaının güçlükleri vurgulanmıştır. Uygulanailirlik açıından iki tip menet modeli önerilmiştir: Teflon ve palanmaz çelikten oluşan düşük ürtünmeli menet modelinin kauçuk itemlerle irlikte kullanıldığı ir item ve kurşun çekirdekli kauçuk menet modeli. Motaghel ve Kelly (987) elatik ürtünmeli taan izolayon itemlerinin (R- FBI) dizayn proedürlerini vermiştir.

17 7 Zaya, Low ve Mahin (987) tarafından yapılan çalışmada ürtünmeli arkaç itemlerinin özellikleri deneyel olarak ortaya konulmuştur. Bu çalışmada katlı yapı modeli kullanılmış ve u modelden kütle kolon rijitliklerini değiştirmek uretiyle periyotları farklı dört ayrı tip yapı modeli türetilmiştir. Bu yapı modelleri aynı özelliklere ahip ürtünmeli arkaç menetlerin üzerine monte edilip arma talaı deneylerine tai tutulmuştur. Sonuç olarak deney neticelerinin deprem yükleri altındaki ürtünmeli arkaç itemli yapıların performanlarıyla ilgili teorik heaplamaları detekler nitelikte olduğu ipatlanmıştır. Deneylerde ürtünmeli arkaç itemli yapı modelinin 8 üyüklüğündeki ir depreme dahi dayanaildiği gözlemlenmiştir. Sürtünmeli arkaç itemlerinin yapının periyodunu yükeltmekte ve yapıya etkiyen deprem kuvvetlerini azaltmakta etkili olduğu deneyel olarak göterilmiştir. Ayrıca ürtünmeli arkaç menetlerinin deprem enerjiini aore ettiği, izolayon eviyeindeki yerdeğiştirmeyi ve üt yapının göreli kat ötelemelerini azaltmakta etkili olduğu ipatlanmıştır. Griffith, Kelly ve Aiken (988) tarafından elatomerik izolayon menetlerinin içine monte edileilen ir deplaman kontrol cihazı taarlanmıştır. Bu cihaz menetlerin deplamanlarını ınırlayacak ve menetlerde oluşan kaldırma (uplift) kuvvetlerini karşılayacak şekilde dizayn edilmiştir. Cihaz /4 ölçekli 9 katlı ir yapı modelinin altına monte edilerek arma talaı tetine tai tutulmuştur. Deplaman kontrol cihazı 8 adet elatomerik menet üzerine oturtulan yapı modelinin köşelerindeki 4 adet menedin içeriine yerleştirilmiştir. Yapılan tetler onucunda deplaman kontrol cihazının orta yükeklikteki yapı modelinde kolonların havaya kalkmaını engellediği, yatay deplamanları ınırlamakta etkili olduğu ve cihazın izolayon itemi için göçme güvenlik mekanizmaı olarak kullanılaileceği anlaşılmıştır. Mokha, Contantinou, Reinhorn ve Zaya (99) tarafından yapılan çalışmada dört ürtünmeli arkaç menet üzerine monte edilmiş ¼ ölçekli 6 katlı, 3 ton ağırlığında, 5,49 m yükekliğinde ir yapı modeli arma talaı tetlerine tai tutulmuştur. Menetler,44 m arayla yerleştirilmiştir. Bu deneylerde ürtünme katayıları 0,075 ve 0,095 olan iki farklı tipte menet malzemei kullanılmıştır. Bu

18 8 malzemelerden ürtünme katayıı yükek olan Techmet-B, diğeri ie işlenmiş teflon malzemeden imal edilmiştir. İzolayonlu itemin doğal periyodu n olacak şekilde izolatörler taarlanmıştır. Ankatre menetli itemin doğal periyodu i 0,43 n olarak heap edilmiştir. Sarma talaı tetlerinde El Centro S00E (0,34g), Taft NE (0,6g), Pacoima S74W (,08g), Pacoima S6E (,7g), Miyagi-Ken-Oki (0,6g), Hachinoe (0,3g) ve Mexico City (0,7g) yer ivme kayıtları kullanılmıştır (parantez içinde verilen değerler en üyük ivme değerleridir). Deneyler onucunda, ürtünmeli arkaç izolayon iteminin yapıyı yükek imik etkilere karşı korumakta etkili olduğu gözlemlenmiştir. Sarma talaındaki ivme değerleri g ye kadar yükeldiği halde yapı modeli elatik ınırlar içinde kalmıştır. Menetlerin en üyük kalıcı yerdeğiştirmelerinin menet taarım yerdeğiştirme değerinin % 6 ı kadar olduğu ölçülmüştür (deneylerde kullanılan menetlerin dizayn yerdeğiştirme değeri 5 cm olarak verilmiştir). Deneyler ıraında hiçir menet yuvaından çıkmamıştır. Yapı modelinin El Centro yüklemei altında ankatre menetli yapının dayandığı yer ivmeinden altı kat daha üyük yer ivme değerine elatik ınırlar içinde kalarak karşı koyduğu gözlemlenmiştir. Sürtünmeli arkaç iteminin ihtiyaca göre değiştirilineilinir özelliklere ahip olmaı ve analiz yöntemlerine uygunluğu ayeinde yapının tepkiinin önceden güvenilir ir şekilde heap edileileceği ortaya konulmuştur. Aiken, Kelly, Clark, Tamura, Kikuchi ve Hoh (99) üç tip imik izolayon iteminin mekanik karakteritiklerini elirlemek amacıyla ir dizi deneyel çalışma yapmıştır. Bu çalışma kapamında üzerinde çalışılan itemler yükek kayma modülüne ahip yükek önümlü kauçuk menet, düşük kayma modülüne ahip yükek önümlü kauçuk menet ve kurşun çekirdekli kauçuk menettir. Menetler çeşitli düşey yük ve yükleme frekanlarında yatay hiteretik deplaman tetlerine tai tutulmuş ve u tetlerde menetlerin kayma rijitliği ve önüm oranı özelliklerinin kayma şekil değiştirmeiyle ilişkileri incelenmiştir. Son olarak yapılan kapaite tetlerinde ie menetlerin çeşitli düşey yükler altındaki keme dayanımı, ulonlu irleşimlerdeki çekme dayanımı ve düellenmiş menetlerdeki dönerek yuvadan çıkma (roll-out) durumları incelenmiştir. Yapılan deneyler onucunda düşey yük ve yükleme frekanlarındaki değişimlerin menetlerin kayma rijitliği ve önüm oranı

19 9 özelliklerini çok fazla etkilemediği gözlemlenmiştir. Yapılan keme dayanımı tetlerinde menetlerin %500 e varan kayma şekil değiştirmelerine kadar dayandığı tepit edilmiştir. Çekme dayanımı tetleri ulonlanmış yükek önümlü kauçuk menetlerin yükek eviyede gerilmelere dayanıklı olduğunu götermiştir. Kikuchi ve Aiken (997) taan izolayonlu yapıların imik tepkiini en az hata ile heaplamak makadıyla elatomerik izolayon menetleri için analitik hiteretik ir model taarlamışlardır. Bu çalışma kapamında iki tip yükek önümlü kauçuk, ir tip kurşun çekirdekli kauçuk ve ir tip ilikon kauçuk olmak üzere toplam dört tip elatomerik menet kullanılmıştır. Bu menetlerin mekanik karakteritikleri menet yükleme deneyleriyle tepit edilmiştir. Daha onra u menetler üzerine monte edilmiş /,5 ölçekli üç katlı yapı modeli üzerinde arma talaı tetleri yapılmış ve u tetlerden elde edilen onuçların, menetlerin mekanik karakteritikleri kullanılarak analitik olarak heaplanan değerlere çok yakın olduğu gözlemlenmiştir. Clark, Aiken ve Kelly (997) tarafından Foothill Communitie Law and Jutice Center inaı için üretilen imik izolatörlerin uzun üreli performanlarını ölçmek amacıyla yapılan deney programının onuçları verilmiştir. Bu inaya ait iki çift yükek önümlü kauçuk menet tet edilmiştir. Bunlardan ilk çifti inanın inşaaından 0 yıl onra inadan ökülmüş, diğer çifti ie ina inşaaından önce imal edilmiş orijinal özelliklere ahip prototip izolatörlerdir. Yapılan tetler onucunda inadan ökülen izolatörlerin düşey rijitliklerinde ir değişiklik olmadığı, yatay rijitliklerinin ie %5 oranında azaldığı gözlemlenmiştir. Yapılan üyük şekildeğiştirme tetleri onucunda mevcut menetlerin halen daha makimum yerdeğiştirmeler için itenilen dayanıma ahip oldukları tepit edilmiştir. Kelly (999) tarafından izolayon itemlerinin deplamanlarını azaltmak amacıyla iteme eklenen önümleyicilerden oluşan doğrual ir modelin teorik eaları verilmiştir.

20 0 Tai ve Kelly (005) elatomer menetlerde kullanılan ara çelik levhaların flekiiliteinin izolatörün urkulma yüküne etkiini içeren ağıntılar vermiştir. Çelik levhanın genişlik / kalınlık oranının artmaıyla menetlerin kritik urkulma yükünün azaldığı teorik olarak göterilmiştir..3.3 Simik İzolayon Sitemleriyle İnşa Edilmiş Yapılar ABD nin ilk taan izolayonlu inaı olan Foothill Communitie Law and Jutice Center (FCLJC) ın inşaı 985 yılında tamamlanmıştır (Şekil.3). FCLJC yükek önümlü kauçuk menet kullanılarak inşa edilen ilk inadır. Binanın imik izolayonu için toplam 98 adet yükek önümlü kauçuk menet kullanılmıştır. Bu ina Lo Angele ın 60 km doğuunda ulunan Rancho Cucamonga şehrinde ve San Andrea fayına adece km uzaklıkta inşa edilmiştir. Toplam 5794 m alan ve dört kattan oluşan ina 8,3 üyüklüğündeki depremlere dayanailecek şekilde taarlanmıştır. Binanın izolayon eviyeindeki makimum yatay deplaman kapaitei 380 mm dir. Bina toplam 38 milyon dolara mal olmuştur. 990 yılında Lo Angele ta inşaı tamamlanan Fire Command and Control Facility (FCCF) inaı da yükek önümlü kauçuk menetlerin üzerine inşa edilmiştir (Şekil.4). Bu ina konvaniyonel olarak taarlanan alternatif modeline göre %6 daha ucuza mal edilmiştir.

21 Şekil.3 Foothill Communitie Law and Jutice Center inaı (a) keit () cepheden ir görünüş (Univerity of California Berkeley,.t.)

22 Şekil.4 Fire Command and Control Facility inaı (Univerity of California Berkeley,.t.) İnşaı 99 yılında tamamlanan ekiz katlı, çapraz perdeli olarak taarlanan ABD nin Lo Angele şehrinin doğuundaki The Univerity of Southern California Teaching Hopital inaı 68 adet kurşun çekirdekli kauçuk ve 8 adet kauçuk izolatör üzerine menetlenmiştir (Şekil.5). Temel itemi radye general olarak eçilen ina kayalık zemin üzerine inşa edilmiştir. Mimari gerekinimlerden dolayı, yapıda planda ve düşey doğrultuda düzenizlikler ulunmaktadır (Clark ve diğer., 996 ). Yeni inşa edilen yapıların yanında imik izolayon itemleri irçok eki yapının imik güçlendirilmeinde de kullanılmıştır. Bu yapılara örnek olarak, Şekil.6 daki California daki Oakland City Hall ve Şekil.7 deki San Francico City Hall inaları göterileilir. Bu iki ina 989 Loma Prieta Depremi nde haar görmüş ve imik izolayon itemleriyle güçlendirilmeine karar verilmiştir (Naeim ve Kelly, 999).

23 3 Şekil.5 The Univerity of Southern California Teaching Hopital inaı (Univerity of California Berkeley,.t.) Şekil.6 Oakland City Hall inaı (DIS,.t.)

24 4 Şekil.7 San Franico City Hall Binaı (DIS,.t.) 997 yılında EERC ünyeindeki Protective Sytem Reearch Group, ABD de imik izolayon itemleri ile inşa edilmiş veya güçlendirilmiş ina adedini 38 olarak açıklamıştır. Simik izolayonlu yapı uygulamaları Japonya da 980 lerin aşlarında aşlamıştır. İlk ina 983 yılında tamamlanmış ve 985 yılına kadar adece üç adet deneme projei tamamlanmıştır yılları araında taan izolayonlu yapıların ayıı artmış ve enede inşa edilmiş ina ayıı 0 a yükelmiştir. Bu yapıların 995 Koe depremini haarız atlatmaları onucunda Japonya da imik izolayonlu yapıların ayıı hızla artmış ve yılları araında, enede inşa edilen imik izolayonlu yapı ayıı 50 e yükelmiştir. Yıllara göre Japonya da inşa edilen imik izolayonlu yapı adedi Şekil.8 de verilmiştir (Nakahima ve diğer, 004). Japonya da inşa edilmiş en üyük imik izolayonlu yapı toplam m alana ahip, 6 katlı etonarme olarak inşa edilmiş Wet Potal Computer Center inaıdır (Şekil.9). Bu ina Koe nin kuzeyindeki Sanda şehri yakınlarında inşa edilmiştir. Bu inada 54 adet kurşun çekirdekli kauçuk izolatör ve 66 adet doğal kauçuk izolatöre ek olarak 44 adet çelik önümleyici kullanılmıştır. Üt yapının ankatre menetli periyodu 0,68 n, izolayonlu itemin periyodu ie 4 cm deplaman için 3,3 n olarak taarlanmıştır. Bu ina 995 Koe Depremi nde hiç ir

25 5 haar görmemiştir. Japonya dan örnek olarak verileilecek diğer ir ina ie yine Sanda şehri yakınlarında 994 yılında inşaı tamamlanan Technical Reearch Intitute of the Matumura-Gumi Contruction Company inaıdır (Şekil.0)..8 m yükekliğindeki ina 8 adet yükek önümlü kauçuk izolatör üzerine inşa edilmiştir. Üt yapının ankatre menetli periyodu 0,4 n, izolayon itemli yapının hedef periyodu 0,3 cm deplaman için,3 n olarak taarlanmıştır (Clark, 997). Şekil.8 Yıllara göre Japonya da inşa edilmiş imik izolayonlu yapı adedi (Nakahima ve diğer., 004) Şekil.9 Wet Potal Computer Center inaı (Naeim ve Kelly, 999)

26 6 Şekil.0 Technical Reearch Intitute of the Matumura-Gumi Contruction Company inaı (Naeim ve Kelly, 999) Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlerin kullanıldığı ilk yapı Yeni Zelanda nın Wellington şehrinde 98 yılında inşaı tamamlanan William Clayton Building dir. Bina 80 adet kurşun çekirdekli kauçuk izolatör üzerine inşa edilmiştir. Bu inanın doğal periyodu,5 n olarak taarlanmıştır. Yeni Zelanda da inşa edilmiş Union Houe ve Wellington Police Station inalarında kılıflı kazık izolayon itemleri kullanılmıştır. Wellington daki The National Mueum of New Zealand Binaının imik izolayonunda 4 adet kurşun çekirdekli kauçuk ve perdelerin altında 36 adet teflon yatık kullanılmıştır. Yine Yeni Zelanda daki The South Rangitikei River Bridge Köprüünün inşaında rocking itemi kullanılmıştır. Ayrıca Parliament Building (98) ve Aemly Lirary (898) inalarının güçlendirilmeinde kurşun çekirdekli izolatörler kullanılmıştır (Naeim ve Kelly, 999; Roinon, 000) 00 yılı rakamlarına göre Çin de çoğu konut olmak üzere 450 nin üzerinde inanın inşaında imik izolayon itemleri kullanılmıştır. Çin de imik izolayon itemleri genellikle 7-8 katlı etonarme çerçeve tipi yapılarlarda kullanılmıştır. Bunlardan en ilgi çekici olanı 3 katlı, 8000 m alana ahip güney Çin de inşa

27 7 edilmiş müze inaıdır. Bu inada kauçuk izolatörler. kat eviyeine monte edilmiştir. Müzenin maliyeti, ankatre menetli taarımına göre % fazla ola da 4 kat daha güvenli olmuştur (Zhou, 00). Türkiye de ie yıkıcı depremlerden onra imik izolayon kavramı önem kazanmıştır. Atatürk Havaalanı Dış Hatlar Terminali nin çatıında ve Kocaeli Üniveritei Hatanei Binaında ürtünmeli arkaç izolatörler kullanılmıştır. Ayrıca Bolu Dağı Viyadüğü nde ve Güney Otoyolunda (Gaziantep-Taru) kayıcı menetler kullanılmıştır.

28 BÖLÜM İKİ SİSMİK İZOLASYON SİSTEMLERİNİN SINIFLANDIRILMASI Simik izolayon itemlerini kauçuk ealı imik izolayon itemleri, kayma ealı imik izolayon itemleri, yay tipi itemler, kılıflı kazık izolayon itemi ve rocking izolayon itemi olmak üzere eş ana aşlık altında incelemek mümkündür. Bu itemlerden günümüzde en çok kullanılan kauçuk ve kayma ealı imik izolayon itemleri olduğundan u ölümde u tip itemlere geniş yer verilmiş, adı geçen diğer itemler kıaca tanıtılmıştır.. Kauçuk Ealı (Elatomerik) Simik İzolayon Sitemleri Kauçuk izolatörler ilk kez 969 yılında Yugolavya da Üküp kentinde ir ilkokul inaında (Petalozzi Okulu) depremden korunma amaçlı olarak kullanılmıştır. Bu inadaki kauçuk izolatörlerde ara çelik plakalar kullanılmamışır. Bunun onucu olarak da kauçuk izolatörler, ina ağırlığı altında ezilerek yanlara doğru el vererek deforme olmuştur. Kullanılan kauçuğun yatay ve düşey rijitlikleri hemen hemen aynı olduğu için, deprem anında ina öne ve arkaya yatacaktır (Naeim ve Kelly, 999). Kauçuk izolatörlerde ara çelik plakaların kullanımına aşlanmaıyla u orunlar giderilmiştir. Bayülke (00) kauçuk izolatör yerine latik takoz terimini kullanmış ve takozların üretim aşamalarını aşağıdaki ırada vermiştir: Latik takozlar doğal kauçuktan yapılmaktadır. Latiğe ozon dayanımı, mekanik dayanım, çekme dayanımı, rijitlik ve önüm arttırıcı katkı maddeleri konulur. Rijitlik ve önüm artışı için doğal kauçuğa karon iyahı konulur ve karıştırılır. Kauçuk rulo yapılır. Birkaç milimetre kalınlığında daire içiminde keilir. Kauçuklar kat kat yerleştirilir. 8

29 9 Aralarına yine irkaç milimetre kalınlığında çelik levhalar konulur. Levhaların latiğe iyi yapışmaı için yüzeyleri parlatılır. Yüzeylere yapıştırıcı maddeler konulur. Bir kat latik, ir kat çelik, ağır çelik kalıa konulur. Alt ve üt katmanlar ile kalıp araına latik konulur. 35 o C de 4 aat ekletilir. Latik vulkanize edilir. Bu işlem ıraında latik kalıptan dışarı taşailir. Çevreye konulan latik, çeliği palanma ve yangından korur. Doğal latiğin yapıındaki değişkenler, katkı maddeindeki değişimler, karıştırma ve kür ıraındaki koşullarının aynı olmamaı nedeniyle latik takozların özelliklerinde, kalite ve dayanımlarında (mekanik özelliklerinde) önemli farklılıklar olailir. Latik takozların ortaına önüm ve yatay tailite açıından kurşun ir çekirdek de konulailir... Düşük Sönümlü Doğal ve Sentetik Kauçuk İzolatörler (LDRB) Düşük önümlü doğal ve entetik kauçuk izolatörler, Şekil. de görüldüğü gii altta ve ütte olmak üzere iki adet çelik montaj (yükleme) levhaı ve u levhaların araında ulunan çok ayıda ara aç levhaları ve kauçuk malzemeden meydana gelir. Kauçuk vulkanize işlemine tai tutularak ir kalıp içinde uygulanan ıcaklık ve aınç altında tek ir işlem dâhilinde, çelik malzeme ile ağlanır. Çelik montaj plakaları düşey kuvvetlerin homojen olarak izolatörlere aktarılmaını ağlar. Çelik ara aç plakalar ie kauçuk malzemenin iki yana şişmeini yani yanal deformayon yapmaını engellemek için kullanılırlar. Bu aç plakalar izolatörün yatay rijitliği üzerinde katkıları olmadığından itemin yatay yükler altındaki davranışını etkilemezler. Genellikle itenilen rijitlik, taaka kalınlığı ait tutularak kauçuk taaka ayıının değiştirilmeiyle ağlanır. Kayma durumunda malzeme %00 ün üzerindeki şekil değiştirmelerine kadar doğruala çok yakın ir davranış göterir (u durum kritik önümün % -3 aralığı için geçerlidir). Malzeme ünme yapmaz ve uzun ömürlüdür.

30 0 Düşük önümlü kauçuk izolatörlerin avantajları üretim için ait ir yapıya ahip olmaları, kolayca modelleneilmeleri, mekanik özelliklerinin hız, ıcaklık ve zamanla ekime gii faktörlerden etkilenmemei olarak ıralanailinir. Bu tür itemlerin tek dezavantajı ie ek ir önüm itemine ihtiyaç duymalarıdır. Bu ek itemler çok karmaşık ağlantı detayları gerektirmekte olup metalik önümleyiciler kullanılmaı durumunda kıa ürede yıpranmaktadırlar. Japonya da u tip kauçuk izolatörler geniş ölçüde ilave önüm cihazları ile irlikte kullanılmıştır. Japon projelerinde doğal kauçuk kullanılmaına karşın Frana dakilerde neopren tercih edilmiştir. 970 lerde Yeni Zelanda da kurşun çekirdekli izolatörlerin geliştirilmeiyle düşük önümlü kauçuk izolatörler önemini yitirmeye aşlamıştır (Naeim ve Kelly, 999). Üt Çelik Yükleme Levhaı Ara Saç Çelik Levha Kauçuk Kılıf Düşük Sönümlü Doğal Kauçuk Alt Çelik Yükleme Levhaı Şekil. Düşük önümlü doğal kauçuk izolatör detayı.. Kurşun Çekirdekli Kauçuk İzolatörler (LRB) Bu izolatör tipi 975 te Yeni Zelanda da icat edilmiş ve u tarihten itiaren Yeni Zelanda, Japonya ve ABD de çok ayıda yapıda kullanılmıştır. Şekil. de görüldüğü gii kurşun çekirdekli izolatörlerde düşük önümlü kauçuk izolatörlerde olduğu gii kauçuk ve çelik taakalar mevcuttur. Bunlara ilave olarak itemin

31 ortaında ir veya irden çok kurşun çekirdek ilavei yapılmıştır. Burada içteki kauçuk şekil değiştireilmeyi ağlarken dıştaki kauçuk kılıf ie çelik levhaları korur. İzolatörün içindeki çelik levhalar, kurşun çekirdeği kayma ıraında şekil değiştirmeye zorlamaktadır. İzolatörün içindeki kurşun 0 Mpa civarındaki ir akış gerilmeinde fizikel olarak şekil değiştirmektedir. Böylelikle izolatörün ilineer davranış götermei ağlanmaktadır (Naeim ve Kelly, 999). Şekil.3 te kurşun çekirdekli izolatör uygulamaına ir örnek göterilmiştir. Siteme düşük eviyede yatay yükler etkidiğinde (hafif deprem arıntıları, rüzgar veya trafik yükleri v.) kurşun çekirdekli izolatör düşeyde ve yatayda rijit ir davranış göterir. Sitem yükek yatay yükler etkimeğe aşladığında kurşun akar ve yatay rijitlik önemli derecede azalır. Bu olay izolatöre periyot düşürme özelliği kazandırır. İzolatör şiddetli deprem arıntıları altındaki döngüünde yükek deplamanlara ulaşmaya aşladığında kurşun çekirdeğin yapmış olduğu platik deformayonlar enerjiyi hiteretik önüm gii aore eder. Bu hitereiin oluşturduğu yerdeğiştirmeye ağlı fonkiyonun eşdeğer vikoz önümü %5-35 araında değişir (Kelly, 00). Şekil.4 te kurşun çekirdekli izolatörlere ait tipik hiterei eğrilerine ir örnek göterilmiştir. Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlerin avantajları düşey yükler altında rijit davranış, yatay yüklerde enek davranış götermeleri ve önüm için ek ir iteme ihtiyaç duymamaları olarak ıralanailir. Tek dezavantajıları ie deprem onraı kurşun çekirdekte oluşan haarın gözlemlenememeidir. Bu tip izolatörlerle inşa edilmiş inalar 994 Northridge ve 995 Koe depremlerinde iyi performan götermişlerdir (kz. Bölüm 6).

32 Üt Çelik Yükleme Levhaı Ara Saç Çelik Levha Kurşun Çekirdek Kauçuk Kılıf Kauçuk Taaka Alt Çelik Yükleme Levhaı Şekil. Kurşun çekirdekli kauçuk izolatör detayı Şekil.3 Kurşun çekirdekli kauçuk izolatör uygulamaı (Univerity of California Berkeley,.t.)

33 3 Şekil.4 Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlerin tipik hiterei eğrilerine ir örnek (Aiken ve diğer., 99)..3 Yükek Sönümlü Doğal Kauçuk İzolatörler (HDR) 98 yılında ir İngiliz kurumu olan Malayian Ruer Producer Reearch Aociation (MRPRA) tarafından ek önüm elemanlarına olan ihtiyacı ortadan kaldırmak amacıyla yeterli önüme ahip doğal kauçuk ir ileşim geliştirilmiştir. Doğal kauçuğa, ektra af karon loklar, yağ veya reçineler ve diğer özel dolgu malzemeleri ilave edilerek önüm arttırılmıştır. %00 oranındaki kayma deformayonlarında önüm %0-0 araındaki merteelere çıkarılmıştır. Düşük önüm eviyelerine, düşük ertlik (50-55 durametre) ve düşük kayma modülüne (0,34 Mpa) ahip malzemelerde; yükek önüm eviyelerine ie yükek ertlik (70-75 durametre) ve yükek kayma modülüne ahip malzemelerle ulaşılmaktadır. Bu tip izolatörlerin vulkanizayon, yapıştırma işlemleri ve imalat teknikleri LDRB tipi izolatörlerinkilerle aynıdır. Tipik ir yükek önümlü kauçuk izolatörün görünümü Şekil.5 te, detayı ie Şekil.6 da verilmiştir.

34 4 Şekil.8 de görüldüğü gii malzeme %0 ye kadar olan kayma şekil değiştirmelerinde doğrual olmayan ir davranış göterir ve rüzgar yükleri ve hafif şiddetli deprem hareketlerinin etkilerini en aza indirecek ekilde yükek rijitlik ve önüme ahiptir. %0 den üyük kayma deformayonları için kayma modülü değeri düşük ve ait değerler almaktadır. Büyük deformayonlarda ie, enerji yutma kapaitei artarken, kauçuktaki şekil değişimi kritalleşmei nedeniyle kayma modülü değeri de üyür. Büyük şekil değişimlerinde rijitlik ve önümde görülen u artış ayeinde, düşük düzeydeki depremlerde rijit, taarım düzeyindeki depremlerde doğrual ve enek ve taarım düzeyinin üzerinde geleilecek eklenmedik etkilerde ie deplamanları ınırlandırılailecek itemler taarlanailir. İzolatörlerdeki önüm vikoz ya da hiteretik olmayıp ikiinin araındadır. Tam lineer vikoz ir elemandaki enerji yutumu yer değiştirmeye ikinci dereceden ağlı iken hiteretik ir itemde u ilişki doğrualdır. Earthquake Engineering Reeach Center (EERC) da yapılan çok ayıdaki deneyde, irim döngüde yutulan enerjinin, deplamanın yaklaşık,5 kuvveti ile orantılı olduğu gözlemlenmiştir. Bu tip izolatörlerin tipik hiterei eğrilerine ir örnek Şekil.7 de göterilmiştir. Yükek önümlü kauçuk itemlerin ir diğer avantajı da çevreden gelen titreşimi azaltma özelliğidir. Bu tür izolatörler yakındaki trafik ve metro hatlarının eep olacağı yükek frekanlı düşey titreşimleri filtreler (Naeim ve Kelly, 999). Şekil.5 Yükek önümlü doğal kauçuk (HITEC, 999)

35 5 Üt Çelik Yükleme Levhaı Ara Saç Çelik Levha Kauçuk Kılıf Yükek Sönümlü Doğal Kauçuk Alt Çelik Yükleme Levhaı Şekil.6 Yükek önümlü doğal kauçuk izolatör detayı Şekil.7 Yükek önümlü kauçuk izolatörlerin tipik hiterei eğrilerine ir örnek (Aiken ve diğer., 99)

36 6 Şekil.8 Yukek önümlü kauçuk izolatörlerin, (a) kayma modülü-kayma şekil değiştirmei, () önüm-kayma şekil değiştirmei ilişkii (Naeim ve Kelly,999). Kayma Ealı Simik İzolayon Sitemleri Önerilen en eki ve ait imik izolayon itemi tamamen kayma eaına dayalı ir itemdir. Bu türden ir item 909 yılında İngiltere de Johanne Avetican Calantarient adında ir tıp doktoru tarafından önerilmiştir. Calantarient talktan (hidratlı doğal magnezyum) oluşan ir taakayla yapıyı temelden ayırmayı önermiştir. Calantarient ina ile temeli araında oluşailecek üyük yerdeğiştirmeler

37 7 pahaına da ola, izolayon iteminin inadaki ivmeleri azalttığını açık ir şekilde anlamıştır (Kelly, 98). Simik izolayon düşüncei depreme karşı dayanıklı yapı taarımı tratejii olarak ilk kez 908 yılında Meimo-Reggio depreminde kişinin yığma inaların altında ölmeinin ardından İtalyan Hükümeti tarafından tartışmaya açılmış ve deprem ölgeinde yeniden yapılacak inaların güvenli ve ekonomik olailmei için taviyelerde ulunacak ir komiyon kurulmuştur. Bu komiyon depreme karşı dayanıklı yapı taarımında iki tip yaklaşım üzerinde durmuştur. Bunlardan irincii inaları ina temel eviyeinde ir kum taakaıyla zeminden ayırarak veya kolonların altına ilindirler monte ederek inanın yatay yöndeki hareketini eret ırakma düşünceidir. Diğer ir yaklaşım ie inaları temelde ankatre taarlayarak ve yükekliği ınırlayarak yatay yük taarımı yapma düşünceidir. Bunlardan ikinci görüş kaul görmüş kayıcı izolayon itemleri kullanılmamıştır (Naeim ve Kelly, 999). Daha onraları Hinditan da meydana gelen Dhuai (930), Bihar (934) ve Çin de meydana gelen Tanghan (976) depremlerinde, deprem enaında duvarların alt kımından kırılıp temelleri üzerinde kayan küçük yığma inaların göçmedikleri una karşın aynı oyutta fakat temelde ankatre olan inaların yıkıldığı gözlemlenmiştir. Bu gözlemler küçük yığma inaları kayıcı ir itemle temelden ayırmanın doğru ir yaklaşım olduğunu deteklemiştir. Bu düşünceyle yapılan inaların en üyüğü Pekin de Earthquake Strong Motion Oervatory için inşa edilen 4 katlı yurt inaıdır. Bu inanın zemin katında duvarlar ile temel araında terrazzo plakalarının araına yerleştirilmiş özel ir kum taakaıyla kayma yüzeyi oluşturulmuştur (Naeim ve Kelly, 999). Kayıcı menetler için en çok kullanılan malzemeler, palanmaz çelik üzerine kaplanan doldurulmamış ya da doldurulmuş politetrafloraetilen dir (PTFE veya Teflon). Bu itemin ürtünme karakteritikleri ıcaklığa, arayüzey hareketinin hızına, aşınma dereceine ve yüzeyin temizliğine ağlıdır.

38 8.. Sürtünmeli Sarkaç (Pandül) Sitemler (FPS) Sürtünmeli arkaç itemi yapıların imik dayanımını arttırmak amacıyla Zaya ve diğer. (987) tarafından geliştirilmiştir. FPS ir kayma hareketini ve geri dönüş kuvvetini, geometrii ayeinde irleştiren ürtünmeli ir izolayon itemidir. Şekil.9 ve Şekil.0 da göterilen FPS izolatörü, palanmaz çelikten yapılmış küreel yüzey üzerinde hareket eden, mafallı kayıcı ir aparata ahiptir. Mafallı kayıcının küreel yüzeyle tema eden ölümü düşük ürtünmeli kompozit ir malzemeyle kaplanmıştır. Kayıcı mafalın diğer yüzü de küreel olup palanmaz çelik ile kaplıdır ve yine düşük ürtünmeli kompozit ir malzemeyle kaplanmış küreel ir oyuk içine oturmaktadır. Kayıcı, küreel yüzey üzerinde hareket ettikçe, taşınan kütlenin yükelmeine yol açmakta ve item için geri dönüş kuvveti ağlamaktadır. Mafallı kayıcı ve küreel yüzey araındaki ürtünme izolatörlerde önüm oluşturur. FPS lerin davranışı ait ir arkaç hareketinin temel preniplerine dayanır. Sitemin periyodu iç ükey yüzeyin eğrilik yarıçapına ağlıdır, kütleden ağımızdır. Menedin iç ükey yüzeyi ütte ya da altta olailir. Sitem her iki durum için de aynı davranışı göterir. Menetlerin çatılarda veya köprülerde olduğu gii kolonların ütünde kullanıldığı durumlarda küreel yüzeyin ütte olmaı tercih edilir. Bu tür kullanımın amacı dışmerkezlikten dolayı kolonlarda P- momentlerinin oluşumunu engellemektir (Zaya, Low, Bozzo ve Mahin, 989). FPS lerin tipik hiterei eğrilerine ir örnek Şekil.0 da verilmiştir. Bu tip izolatörlerle menetlenmiş inalar ürtünme kuvvetinin altındaki deprem yüklerinde ankatre menetli yapı gii davranırlar. Deprem kuvvetleri u eşik değeri geçtiği anda kayma hareketi aşlar ve itemin periyodu yükelir. Böylelikle inada imik izolayon ağlanmış olur. FPS lerin diğer ir özelliği de yatay rijitliklerinin taşınan ağırlıkla orantılı oluşudur. Bundan dolayı yapının kütle merkeziyle menetlerin rijitlik merkezi kendiliğinden çakışır ve aimetrik yapılarda urulma momentleri oldukça düşük olur (Zaya ve diğer., 987).

39 9 Türkiye de inşa edilen İtanul Atatürk Hava Limanı Terminali ve Kocaeli Üniveritei Uygulama Hatanei nde ürtünmeli arkaç izolatörler kullanılmıştır. İtanul Atatürk Hava Limanı Terminali çatıında kullanılan FPS lere ait ir görünüm Şekil. de verilmiştir. Şekil.9 Sürtünmeli arkaç itemi detayı Şekil.0 Sürtünmeli arkaç iteme ir örnek (Earthquake Protection Sytem Inc.,.t.)

40 30 Şekil. Sürtünmeli arkaç itemlerin tipik hiterei eğrilerine ir örnek (Zaya ve diğer., 989) Şekil. Atatürk Hava Limanı Terminalinin çatıında kullanılan ürtünmeli arkaç menet detayı (Earthquake Protection Sytem Inc.,.t.)

41 3.. Elatik Sürtünmeli Taan İzolayon Sitemi (R-FBI) Naer Motaghel tarafından geliştirilen elatik ürtünmeli taan izolayon itemi Şekil.3 de görülmektedir. R-FBI nın ortaında kauçuk ir çekirdek mevcuttur. Bu kauçuk çekirdek teflon ve kayıcı halka taakalarıyla çevrelenmiştir. Ayrıca kauçuk çekirdeğin merkezinde çelik ir çuuk ulunur. Sitemin çok ayıda taakadan oluşturulmaının nedeni her ir yüzdeki hız değerini düşürmek uretiyle düşük ürtünme katayıı elde edilmeinin amaçlanmaıdır. Sitemin geri dönüş kuvvetini kauçuk çekirdek ağlar. Yer değiştirmenin tek ir düzlemde toplanmaını önlemek amacıyla kauçuk çekirdeğin içine çelik ir çuuk yerleştirilmiştir (Clark ve Kelly, 990). Şekil.3 Elatik ürtünmeli taan izolayon menedi detayı (Motaghel ve Kelly, 987)

42 3..3 Electricité-de-France Sitemi (EDF) Şekil.3 de detayı verilen EDF itemi nükleer enerji antrali teilerinde uygulanmak için 970 li yılların aşlarında geliştirilmiştir. Bu itemde enerji antrali, araında izolayon menetlerinin ulunduğu iki adet radye plağının üzerine inşa edilir. İzolayon menetleri çelikle güçlendirilmiş neopren taakalar ile palanmaz çelikle tema halinde olan kurşun-ronz alaşımdan oluşur. Kurşun-ronz alaşım vulkanizayon işlemiyle neopren taakaının üt kımıyla irleştirilir. Palanmaz çelik taakalar ie ankraj çuuklarıyla ütteki radye plağına aitlenir. Böylelikle kurşun-ronz alaşımı ile palanmaz çelik taakalar araında ir kayma oluşturulur. Kayma yüzeyinin ürtünme katayıı 0, olarak taarlanmıştır. Neopren taakanın yer değiştirme kapaitei çok düşüktür (+5 cm). Bu değer aşıldığında kayıcı elemanlar gerekli hareketi ağlar. Bu item menedi merkeze geri döndüren ir mekanizmaya ahip değildir. Bu eepten dolayı kalıcı yer değiştirmeler oluşailir. Bu item adece Güney Afrika daki ir enerji antralinde kullanılmıştır (Kelly, 98; Naeim ve Kelly, 999). Şekil.4 Electricité-de-France itemi detayı (Kelly, 98)

43 EERC Birleşik Sitemi EERC irleşik itemi, kauçuk ve kayma ealı imik izolayon itemlerinin kominayonuyla oluşturulmuştur. Bu itemde yapının iç kolonları, teflon malzeme ile kaplı palanmaz çelikten yapılmış kayıcı elemanlara, dış kolonları ie düşük önümlü doğal kauçuk izolatörlere taşıtılır. Kauçuk izolatörler yapının yeniden merkezlenmeini ağlarken urulma davranışını da kontrol ederler. Buna karşın kayma ealı izolatörler önümü ağlamaktadır (Naeim ve Kelly, 999)...5.TASS Sitemi TASS itemi, Japonya nın TASEI şirketi tarafından geliştirilmiştir. Bu tip itemlerde düşey yükün tamamı teflon-palanmaz çelikten meydana gelen elemanlar tarafından taşınmaktadır. Hiç yük taşımayan taakalı uni kauçuk (neopren) elemanlar ie yapıyı yeniden merkezlendirecek kuvvetleri oluşturmak için kullanılmaktadırlar.

44 34.3 Yay Tipi Sitemler Hem düşey hem de yatay yönde izolayon ağlamak amacıyla geliştirilmiş itemlerdir. Sitem vikoz önümleyici ir ıvı ile hem yatay hem de düşey yönde enek davranailen yaylardan oluşur. Bu itemler yapının ağırlık merkezi ile izolayon iteminin rijitlik merkezinin aynı eviyede olduğu durumlarda pratik uygulama alanı ulailmektedir. Örnek olarak nükleer enerji antrallerinin reaktör teknelerindeki uygulamalar göterileilir. Şekil.4 de Ger firmaının ürettiği yay tipi itemlere örnek ir uygulama görülmektedir. Şekil.5 Yay tipi itemlere örnek uygulama-ger itemi (Univerity of California Berkeley,.t.).4 Kılıflı Kazık İzolayon Sitemleri Derin kazıkların kullanılmaının zorunlu olduğu çok yumuşak zeminlerdeki yapılarda, u tip kazıklar kullanılmaı izolayon itemi için gereken yatay eneklik için avantaj oluşturur. Kazıklar, kendilerini aran tüplerde ırakılan uygun oşlukla eneklik kazanırlar.

45 35 Bu itemin kullanıldığı ilk yapı 983 eneinde Yeni Zelanda nın Auckland şehrinde inşa edilen Union Houe inaıdır. Benzer ir yaklaşım ile 99 eneinde Wellington Police Station inaı inşa edilmiştir (Naeim ve Kelly, 999)..5 Rocking Sitemi Üzerlerinde ağır kontrükiyon yükleri taşıyan uzun ve narin yapılar, temel eviyeinde çekme kuvveti oluşturan devrilme momentlerinin etkii altındadırlar. Derin u altı (keon) temellerinde ankrajla çekme kapaitei ağlamak pahalı ir çözümdür. Buna altenatif olarak, kolonları ya da köprü ayaklarını temel eviyeinden ayıran ir item önerileilir. Bu kımi izolayon uygulamaı yapıya etkiyen deprem yüklerini ve özellikle kolonlarda veya köprü ayaklarında oluşacak çekme kuvvetlerini azaltır. Bu item Yeni Zelanda da The South Rangitikei River Bridge demiryolu köprüünde uygulanmıştır. 69 m yükekliğindeki köprü ayakları, deprem yüklerinde temelden ağımız hareket edeilecek şekilde taarlanmıştır. Her ir köprü ayağında, düşük karonlu çelik çuukların elatoplatik urulmaı eaına dayanan iki üyük enerji yutucu alet vardır. Ayakların yukarı veya aşağı hareketlerinde, u mekanizma ayeinde gerekli kontrol gücüne ulaşılır (Naeim ve Kelly, 999).

46 BÖLÜM ÜÇ SİSMİK İZOLASYON SİSTEMLERİNİN MEKANİK KARAKTERİSTİKLERİ 3. Giriş Bir izolayon iteminin projelendirilmeindeki ilk aşama ön taarımdır. Bu aşamada önceki projelerden veya üretici firmalardan elde edilen izolatörlerin taarım parametreleri yardımıyla itemin makimum yerdeğiştirme, çeşitli kontrol üyüklüklerinin makimum değerleri (kayma şekil değiştirmei v.), yapının taan keme kuvveti, izolatörlerin tailitei ve izolatörlerde oluşailecek çekme kuvvetlerinin tahkikleri yapılır. Ön taarım aşamaından onra eatları elirlenen izolatörlerin prototipleri imal edilir ve u prototipler yönetmeliğe uygun ir tet programından geçirilir. Tet onuçlarına ağlı olarak ön taarımın değiştirilip, değiştirilmeyeceğine karar verilir. Bu ölümde izolayon itemlerinin ön taarımı için gerekli olan mekanik özellikleri açıklanacaktır. 3. İzolatörlerin Bilineer Modelleme ile Taarımı Pratikte tüm izolatörler Şekil 3. de görüldüğü gii üç parametreye dayanan ilineer modelleme ile modellenir. Bu parametreler, elatik rijitlik (K ), akma onraı rijitlik (K ) ve karakteritik dayanım (Q) olarak adlandırılır. Elatik rijitlik deneyel olarak elde edilen hiterei eğrilerinden veya yaklaşık olarak K nin ampirik olarak elirlenen ir katayı ile çarpılmaı onucunda heaplanır. Bu katayının çeşitli izolatör tipleri için yaklaşık değerleri Talo 3. de unulmuştur. Karakteritik dayanım, Q kauçuk izolatörler için deneyel olarak elde edilen hiterei eğrilerinden, kurşun çekirdekli izolatörler için kurşunun akma dayanımı ile kurşun çekirdeğin alanına ağlı olarak, ürtünmeli arkaç itemler için ie kayma yüzeyinin ürtünme katayıı ile menet üzerinde taşınan ağırlığa ağlı olarak elde edilir. 36

47 37 Kuvvet K Fy Q K -D K D y eff D Deplaman Şekil 3. Bilineer modellemede kullanılan parametreler Efektif rijitlik (K eff ) hiterei eğriinin en alt noktaı ile en üt noktaını irleştiren doğru parçaının eğimidir ve aşağıdaki gii ifade edilir: Q K eff K + D = Dy D (3.) F y akma kuvveti, D y akma deplamanı olup Şekil 3. den aşağıdaki gii elde edilirler. D y yükek önümlü kauçuk menetler için yaklaşık kauçuğun toplam kalınlığının 0,05 ile 0, katı, ürtünmeli arkaç itemler için ie mm olarak alınailinir (FEMA-356). D y Q = (3.) K K = + (3.3) Fy Q K D y

48 38 Hiterei eğriinin alanı, W D W D = Q( D D ) (3.4) 4 y formülü yardımıyla heaplanır. Efektif önüm, ξ eff hiterei eğriinin alanına ağlı olarak aşağıdaki gii tanımlanır: ξ eff 4Q( D Dy ) = (3.5) πk D eff Talo 3. Çeşitli izolatör tipleri için K /K oranları İzolatör Tipi K /K Sürtünmeli Sarkaç Sitem 5 Kurşun Çekirdekli Kauçuk İzolatör 0- Yükek önümlü Kauçuk İzolatör (Tip ) 6 Yükek önümlü Kauçuk İzolatör (Tip ) Kauçuk İzolatörlerin Mekanik Karakteritikleri 3.3. Yatay Rijitlik (K H ) Kauçuk izolatörlerin en önemli mekanik özelliği izolatörün yatay rijitliğidir. Yatay rijitlik K H ile göterilir ve aşağıdaki gii ifade edilir : GA K H = (3.6) t r Burada, G, kauçuğun herhangi ir kayma şekil değiştirmei altındaki kayma modülü, A, kauçuğun plandaki enkeit alanı, t r, kauçuğun toplam kalınlığıdır.