GÜÇLENDİRİLMİŞ TUĞLA DUVAR DENEYLERİNDE YÜK DEFORMASYON ÖLÇÜMLERİNİN POTANSİYOMETRİK DEPLASMAN SENSÖRLER İLE BELİRLENMESİ

Transkript

1 GÜÇLENDİRİLMİŞ TUĞLA DUVAR DENEYLERİNDE YÜK DEFORMASYON ÖLÇÜMLERİNİN POTANSİYOMETRİK DEPLASMAN SENSÖRLER İLE BELİRLENMESİ A. CUMHUR 1 1 Hitit Üniversitesi, Meslek Yüksekokulu, İnşaat Bölümü, Çorum, alpercumhur@hitit.edu.tr Özet Türkiye'deki yapıların büyük bir kısmının taşıyıcı sistemleri kolon ve kirişlerden oluşmaktadır. Yapının deprem davranışlarının iyileştirilmesinde tuğla duvarların güçlendirilmesi önemli bir alternatif oluşturmaktadır. Güçlendirilmiş tuğla duvarların dayanım ve davranışlarının deneysel çalışmalarla belirlenebilmesi için deplasman sensörlere ihtiyaç vardır. Bu çalışmada, inşaat mühendisliği yapı mekaniği laboratuvarında kullanılan potansiyometrik deplasman sensörler incelenmiştir. Ayrıca güçlendirilmiş tuğla duvar deneylerinde yük deformasyon ölçümleri potansiyometrik deplasman sensörler kullanılarak belirlenmiştir. Potansiyometrik deplasman sensörler, deformasyon uygulaması için en direkt ve etkili çözümlerden biridir. Çok küçük bir ölçüm aralığı için çok yüksek çözünürlükte ölçüm yapabilen (0.01mm hassasiyetinde) çeşitli versiyonları vardır. Diğer deplasman ölçerlerden (lvdt vb.) maliyetinin oldukça düşük olması mühendislik alanında deneysel çalışmalarda hem tercih sebebi olmakta hem de uygulanabilme açısından önemli avantajlar sağlamaktadır. Anahtar kelimeler: Potansiyometrik deplasman sensörleri, tuğla duvar, güçlendirme DETERMINATION OF LOAD DEFORMATION MEASUREMENTS BY MEANS OF POTENTIOMETRIC DISPLACEMENT SENSORS IN REINFORCED BRICK WALL EXPERIMENTS Abstract Carrier systems consist of columns and beams in a large portion of the buildings in Turkey. Strengthening of brick walls play an important alternative role in improving the seismic behavior of structures. Displacement sensors are needed in order to determine the reinforced brick wall strength and behavior with the experimental studies. In this study, potentiometric displacement sensors, used in structures mechanics laboratory of civil engineering, are examined. Moreover, load deformation measurements were determined in the of the reinforced brick wall experiments with potentiometric displacement sensors. Potentiometric displacement sensors are one of the most direct and effective solutions for application of the deformation. There are several versions measuring very high resolution (0.01mm accuracy) for a very small measuring range. These sensors have the advantages in terms of having relatively low costs when compared to other displacement sensors (lvdt, etc.). That's why they are mostly preferred and applicable in the experimental studies in the field of engineering. HKMO Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu

2 Keywords: Potentiometer displacement sensors, brick wall, strengthening 1. Giriş Betonarme binaların depreme karşı güçlendirilmesi ve özellikle de olası göçmelerin önlenerek can ve mal kayıplarının en aza indirilmesi gerekmektedir(dbybhy,2007) 1. Alternatif güçlendirme yöntemi olarak tuğla duvarlar genişletilmiş metallerle güçlendirilerek deneysel çalışmalar yapılmıştır. Yapılan bu deneysel çalışmalarda referans ve güçlendirilmiş deney elemanlarının dayanım ve davranışların belirlenebilmesi için yük ve deplasmanların hassas bir şekilde ölçülerek kayıt altına alınması gerekmektedir. Gazi Üniversitesi, İnşaat mühendisliği, Yapı mekaniği laboratuvarında yapılan bu deneylerde ölçümler için potansiyometrik deplasman sensörler kullanılmıştır. 2. Yöntem Deneyleri yapılacak referans ve güçlendirilmiş tuğla duvarlar 1m 1m ölçülerinde üretilmiştir. Deneyler boyunca tuğla duvarların boyutu ve duvarların güçlendirilmesi için kullanılan genişletilmiş metallerin boyutları sabit kalmıştır. Deney elemanlarının tek düze yükler altında deformasyon ölçümleri potansiyometrik deplasman sensörler ile dört farklı yerden yapılacaktır. Bu ölçümlerde parametre; a) Duvarın ön yüzünde, düşey köşegendeki yüke bağlı deformasyonu (kısalma) ölçmek, b) Duvarın arka yüzünde, yatay köşegendeki yüke bağlı deformasyonu (uzama) ölçmek, c) Rijit çerçevenin ön yüz alt mafsalda, düşey köşegendeki yüke bağlı deformasyonu (kısalma) ölçmek, d) Rijit çerçevenin arka yüz alt mafsalda, düşey köşegendeki yüke bağlı deformasyonun (kısalma) ölçülmesi olacaktır. 3. Deneysel Çalışma 3.1. Deney Çerçevesi Deney çerçevelerine köşegen ekseninden etkiyen tek düze yükler bir çelik çerçeve yardımıyla uygulanmıştır. Çelik çerçevenin dört köşesinde mafsallı birleşimler yer almaktadır. Burada asıl amaç, 1 Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik

3 BA 2 çerçevede bulunan yapı elemanları (kolonlar, kiriş, temel) tarafından çevrelenen güçlendirilmiş ve sıvanmış tuğla dolgu duvarlara uygulanan yükleri gerçeğe en yakın şekilde simüle etmektir (Seydanlıoğlu, 2013). Köşegen ekseninden etkiyen yükler hidrolik kriko yardımıyla çerçevenin alt tarafından uygulanmıştır. Çerçevenin 1000kN yük kapasitesine sahip olması düşünülmüş ve bu yükü karşılayabilecek kapasitede tasarlanmıştır. Rijit çerçeve, Şekil 1 de belirtilmiştir. Şekil 1. Rijit Çerçeve 3.2. Yükleme Düzeneği Deney platformunun üst tarafına bir yük hücresi ve alt tarafına hidrolik kriko monte edilmiştir. Hidrolik kriko vasıtasıyla çerçevenin alt tarafından düşey yönde yukarı doğru deney çerçevesine yük uygulanmıştır. Şekil 2 de deney çerçevesinin platform üzerine yerleştirilmiş hali ve deney düzeneği gösterilmektedir(altundal v.d., 2014). 2 Betonarme

4 Şekil 2. Deney Düzeneği Yükleme Programı Deney elemanları rijit çerçeveye dört köşeden uygulanan işkenceler ile çerçevenin içine yerleştirilmiştir. Düşey yük ise çerçevenin alt tarafından hidrolik kriko vasıtasıyla çerçeveye ve dolgu duvara köşegen ekseninden etkiyen yükler olarak uygulanmıştır. Yükleme hızı başlangıçta 20mm deformasyona kadar 10 birim, her 10mm lik deformasyon artışında 5 birim kontrollü artırılarak yapılmıştır. Deney elemanlarının deplasmana bağlı yükleme hızları, Tablo 1 de verilmiştir(altundal v.d., 2014). 3 Deney düzeneği Gazi Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Yapı Mekaniği Laboratuvarında kurulmuştur.

5 Tablo 1. Deney Elemanlarına Deplasmana Bağlı Uygulanan Yükleme Hızları Deney Elemanları Deplasmanlar (mm) Deney Yükleme Hızı (Otomatik) R 1 R 2 B B B B2 100 B2 150 B Ölçme Düzeni Deneyler sırasında yük ölçümü için 100 ton kapasitesinde bir yük hücresi ile 100 ton kapasiteli, basma tipi, hareketli, çift tahrikli piston kullanılmıştır. Testi yapılan dolgu duvarların ve deney çerçevesinin yük etkisi altında yaptığı deplasmanları ölçebilmek için 0.01 mm hassasiyetle ölçüm yapabilen 2 adet 50mm yaylı doğrusal potansiyometrik deplasman sensörü (LPS 50) ve 2 adet 400mm milli doğrusal potansiyometrik deplasman sensörü (LPT 400) kullanılmıştır. Kullanılan bu Potansiyometrik deplasman sensörler ile gelen veriler bir veri toplama sisteminden (elektronik veri kayıt cihazı) geçtikten sonra bilgisayara kaydedilmiştir. Veri toplama sistemi 4, 16bit ölçüm çözünürlüğüne sahip ölçüm hassasiyetinde ve kanal başına saniyede 8 örneğe kadar veri toplayabilen bir veri toplama sistemidir. Veri toplama sisteminin temel fonksiyonu, sensörlerden gelen, yavaş değişen (statik/yarı statik) sinyallerin dijital veriye çevrilerek bilgisayar ortamına aktarılmasıdır. Tümleşik sinyal işleme ünitesi sayesinde çok sayıda sensör türü ile hiç bir ek parçaya ihtiyaç duymadan ölçüm alınabilir(teknik Destek Grubu, 2014). 4 Veri toplama sistemi (elektronik veri kayıt cihazı) Teknik Destek Grubu Bilimsel Ölçme Ltd. Şti. tarafından temin edilmiştir.

6 Deney sistemimizde yük hücresi (load cell), hidrolik kriko ve potansiyometrik deplasman sensörü kullanılmıştır. İhtiyaca göre diğer ölçme uygulamaları için de gerinim pulu (strain gauge), basınç transdüşeri (Pressure Transducer) ve ısıl çift (Thermocouple) kullanılabilir. Deney sistem ekipmanları İnşaat Mühendisliği, Deprem Mühendisliği ve diğer mühendislik fakültesi üniversite laboratuvarları, kamu ve özel etüt laboratuvarları, endüstriyel tesislerin AR GE laboratuvarları vb. birçok uygulama alanlarına sahiptir(şekil 3). Şekil 3. Deney Sistem Ekipmanları (Teknik Destek Grubu, 2014) Potansiyometrik deplasman sensörler, çeşitli kapasitelerdeki olmakla birlikte deney esnasında okunan deplasman verilerini elektrik sinyallerine dönüştürerek verilerin zamana bağlı olarak bilgisayara aktarılmasını sağlayan sensörlerdir(şekil 4). Şekil 4. Potansiyometrik deplasman sensörleri 5 5 Potansiyometrik deplasman sensörleri Teknik Destek Grubu Bilimsel Ölçme Ltd. Şti. tarafından temin edilmiştir.

7 Deneye hazır sistem ile yapılan tüm deneyler için hem video çekimi yapılmakta hem de deneylerdeki veri ve grafikler de kayıt altına alınmıştır(şekil 5 6). Şekil 5. Deneylerde yapılan video kayıt Şekil 6. Deneylerdeki veri ve grafiklerin kaydı Deneyler süresince, tuğla duvar deney elemanlarının maksimum köşegen deplasmanı ile yükün değişimi bilgisayarın ekranında yük deplasman grafiği olarak çizdirilmiştir. Her deneyden önce Potansiyometrik deplasman sensörlerin kalibrasyonları kontrol edilmiştir. Her Potansiyometrik deplasman sensörlere bir kod adı (LPS ve LPT) verilmiştir. Ölçüm sisteminde duvarın her iki köşegen (yatay ve düşey) boyunca deplasmanı ölçmek için 2 adet, çelik çerçevenin altından ön ve arka tarafına da yük doğrultusunda (düşey doğrultuda) deplasmanları ölçmek için 2 adet daha Potansiyometrik deplasman sensörler kullanılmıştır(şekil 7). LPS 50 Ön: Deney elemanının ön yüzünde, düşey köşegendeki yüke bağlı deformasyonu (kısalma) ölçmek için alt köşesine montajı yapılan 50mm yaylı doğrusal potansiyometrik deplasman sensörü, LPS 50 Arka: Deney elemanının arka yüzünde, yatay köşegendeki yüke bağlı deformasyonu (uzama) ölçmek için sağ köşesine montajı yapılan 50mm yaylı doğrusal potansiyometrik deplasman sensörü, LPT 400 Ön: Rijit çerçevenin ön yüzündeki alt mafsalda, düşey köşegendeki yüke bağlı deformasyonu (kısalma) ölçmek için piston üst tablasına montajı yapılan 400mm ölçüm yapabilen milli doğrusal potansiyometrik deplasman sensörü,

8 LPT 400 Arka: Rijit çerçevenin arka yüzündeki alt mafsalda, düşey köşegendeki yüke bağlı deformasyonu (kısalma) ölçmek için piston üst tablasına montajı yapılan 400mm ölçüm yapabilen milli doğrusal ikinci potansiyometrik deplasman sensörü. Ön Yüz Arka Yüz Şekil 7. Deney Düzeneğinin Ön ve Arka Yüzündeki Potansiyometrik Deplasman Sensörlerin Yerleşimi ve Deney Elemanlarının Yük Deformasyon Ölçümlerinin Yapılması 3.5. Potansiyometrik Deplasman Sensörler ile Yük Deformasyon Grafiklerinin Belirlenmesi Potansiyometrik deplasman sensörler kullanılarak referans ve güçlendirilmiş tuğla duvar deney elemanlarının yük deformasyon verileri yapılan deneysel çalışmalar sonucunda belirlenmiştir. Ayrıca referans ve güçlendirilmiş tuğla duvar deney elemanları karşılaştırmalı olarak kıyaslanmıştır(şekil 8 11).

9 Şekil 8. Referans Deney Elemanlarının Potansiyometrik Deplasman Sensörler Kullanılarak Oluşturulan Yük Deformasyon Grafiği Şekil 9. Bulon Aralıklarına Göre Güçlendirilen Deney Elemanlarının Potansiyometrik Deplasman Sensörler Kullanılarak Oluşturulan Yük Deformasyon Grafiği

10 Şekil 10. Genişletilmiş Metalin Farklı Kalınlıklarına Göre Güçlendirilen Deney Elemanlarının Potansiyometrik Deplasman Sensörler Kullanılarak Oluşturulan Yük Deformasyon Grafiği

11 Şekil 11. Genişletilmiş Metalin Uygulama Yerine Göre Güçlendirilen Deney Elemanlarının Potansiyometrik Deplasman Sensörler Kullanılarak Oluşturulan Yük Deformasyon Grafiği Sonuç ve Öneriler Mühendislik uygulamalarında, laboratuvar deneylerinde ve diğer uygulamalarda potansiyometrik deplasman sensörler yük, deformasyon, gerilme vb. ölçümleri yapılabilmektedir. Ayrıca diğer deplasman ölçerlere göre (lvdt vb.) daha ekonomiktirler. Potansiyometrik deplasman sensörler kullanılarak yapılan deneysel çalışmalarda hassas ölçümler (saniyede 8 adet veri kaydı) kayıt altına alınmıştır. Bu durum özellikle deney süresince yapılan gözlemler ve deneysel çalışma sonuçlarının değerlendirilmesi açısından oldukça önemlidir. Potansiyometrik deplasman sensörler kullanılarak yapılan deneysel çalışmalar ile elde edilen yükdeplasman grafikleri ile istenilen hangi yükte ne kadar deplasman yapabildiği, farklı şekillerde güçlendirilen bütün deney elemanlarının maksimum yük (taşıma kapasitesi) ve deformasyon miktarları belirlenerek nümerik çalışmalar için kullanılabilecektir. Yapılan deneysel çalışmalar sonucu bulunan yük deformasyon grafiklerinden yararlanarak güçlendirilmiş tuğla duvar deney elemanlarının rijitlik, süneklik ve enerji dönüştürme kapasitesi belirlenebilecektir. Potansiyometrik deplasman sensörler, tek düze yükler altında, tersinir tekrarlanır yükler altında ve dinamik yükler altındaki deneylerde güvenilir bir şekilde kullanılabilir. Kaynaklar Altundal, A., Aykaç, S., Cumhur, A., (2014). Tuğla Dolgulu Duvarların Genişletilmiş Sac Levhalar ile Güçlendirilmesi, Sakarya Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projesi, Proje No : , Sakarya. Seydanlıoğlu M., (2013). Delikli Çelik Levhalarla Güçlendirilmiş Tuğla Duvarların Tekdüze Yükler Altındaki Davranışı, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.

12 T.C. Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, Ankara, Türkiye. Teknik Destek Grubu, (2014). Ankara