Rasim TEMUR (1) N. Kemal ÖZTORUN (2)

Transkript

1 YAPILARIN HIZLI DURUM TESPİTİ İÇİN GELİŞTİRİLEN UZMAN BİLGİSAYAR PROGRAMI DURTES İLE GENEL AMAÇLI SONLU ELEMAN PROGRAMLARININ ENTEGRASYONU Rasim TEMUR (1) N. Kemal ÖZTORUN (2) (1) İstanbul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü (2) İstanbul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Rasim TEMUR Adres: Bestekar Hafız Hüsnü Efendi Sokak No: Eyüp-İstanbul Telefon : (0212) Telefon(Cep) : (0535) E-posta : temur@istanbul.edu.tr Doç. Dr. Namık Kemal ÖZTORUN (İ.Ü. İnş. Müh. Böl. Yapı Ana bilim dalı) Adres: İstanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Avcılar Kampusu Avcılar-İstanbul Telefon (iş) Direk : (0212) Telefon(Cep) : (0533) Telefon(Cep) : (0542) Bölüm Fax : (0212) E-posta : nkoztorun@tnn.net E-posta : nkoztorun@superonline.com Yukarıda bildiri başlığı sunulan çalışmamızı 15,16,17 Nisan 2004 tarihinde düzenlenecek olan İMO On yedinci Teknik Kongre ve Sergisi ne katılmak üzere görüşlerinize sunuyoruz. Gereğini arz eder, çalışmalarınızda başarılarınızın devamını dileriz. Rasim TEMUR Giriş: Son yıllarda yaşamış olduğumuz deprem felaketleri toplumun bu konunun önemini kavramasını sağlamıştır. Deprem konusu artık ülke gündeminin değişmez bir parçası olmuştur. Olası depremlerin zararlarını en aza indirgemek için çalışmalar devam etmektedir. Yer bilimleri ile ilgili çeşitli bilim dalları depremlerin önceden belirlenmesine ilişkin çalışmalara ağırlık vermiştir. Diğer taraftan arama-kurtarma alanında büyük ilerlemeler sağlanmıştır. Bu çalışmalar deprem zararlarının azaltılması için gerekli olmakla birlikte yeterli değildir. Arama-kurtarma çalışmaları deprem sonrası için yapıldığından yıkılan binaların

2 enkazlarının altından daha fazla insanın hayatının kurtarılmasını amaçlar. Depremlerin önceden belirlenmesi de belki can kaybını engelleyebilir ancak yapıların zarar görmesini engelleyemez. Ancak okul hastane ve deprem şartnamesinde belirtilmiş olduğu gibi özellikle önemli binaların deprem sonrasında servis vermesi zorunludur. Depremlerin ve diğer afetlerin zararsız atlatılabilmesi için güvenli yapıların inşaa edilmesi, mevcut yapıların ise durum tespitlerinin yapılması, gerekli olanlarının acilen güçlendirilmesi şarttır. Ancak Türkiye deki mevcut yapı stoğu, yetişmiş eleman sayısı ve kullanılan yöntemler göz önüne alınırsa ülkedeki bütün binaların durum tespiti için çok uzun zaman gerekmektedir. Konunun önemi ve aciliyeti sebebi ile bu sürecin hızlandırılması gerekir. Bunun için yeni analiz yöntemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu amaçla İstanbul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü bünyesinde çalışmalara başlanmış ve yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Buna göre yetişmiş elemanların binaların durum tespitini hızlı ve en az hata ile yapabilmeleri için bir yardımcı bilgisayar programı geliştirilmiştir. Mevcut çalışmada DURTES adlı uzman bilgisayar programının sonlu eleman yöntemiyle çalışan genel amaçlı bilgisayar programlarıyla entegre çalışması amaçlanmıştır. Ref [13-19] de detayları anlatılmış olan verilerle genel amaçlı bir sonlu eleman programları için üç boyutlu matematiksel model dataları hazırlamak mümkündür. Ref. [13-19] de bahsedilen DURTES programına yapılan ilave modüllerle otomatik olarak matematiksel model hazırlama opsiyonları oluşturulmuştur. Mevcut çalışmada otomatik model hazırlama opsiyonlarının algoritması ve örnekler anlatılmakta, Uzman program DURTES sonuçları ile genel amaçlı sonlu eleman programlarının analiz sonuçları kıyaslanmaktadır. Mevcut yöntemle data yapısı bilinen birçok bilgisayar programına otomatik veri hazırlayabilmek mümkündür. Bu aşamada Ref. [1-4] te görülen bilgisayar programlarına otomatik veri hazırlanabilmektedir. Çalışma Yöntemi: DURTES programına iki tip veri girilmektedir Ref.[13-19]. Bunlardan birincisi program için özel hazırlanmış formlar. Formlarda bina ile ilgili 100 e yakın teknik değerlendirme kriteri vardır. Bu kriterler: Binadaki düzensizlikler, binanın malzeme kalitesi, işçilik kalitesi, yapım kusurları, binanın taşıyıcı sistem özelikleri, zaman bağlı oluşan hasarlar, mevcut donatı durumu vb. bilgilerdir. Formlardaki bilgiler bilgisayar ortamına aktarıldıktan sonra DURum TESpit programı bu kriterleri Bayındırlık Bakanlığı nca 1997 yılında hazırlanmış Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik esas alarak değerlendirir ve buna göre binaya göreceli bir puan verir.

3 İkinci veri tipi ise binanın röleve bilgisi olarak adlandırılan bilgilerdir. Röleve bilgileri yapının ve taşıyıcı sisteminin geometrisine, yapısal elemanlarına, kesit ve malzeme özelliklerine, vs. ait bilgilerdir. Genel amaçlı bir bilgisayar programı için gerekli olan tüm bilgiler mevcuttur. Söz konusu mevcut verilerden yararlanılarak matematiksel sonlu eleman modeli varsa yapısal hasarları da hesaba katacak şekilde otomatik olarak hazırlanabilmektedir. Modelleme için binadaki çerçeve elemanlarının başlangıç ve bitiş noktalarına hem X hem de Y yönünde akslar tanımlanmaktadır. Çerçeve elemanlarına ait kolonların ve enkesit düzleminde tek toplamda iki koordinata ihtiyaç duyulan yapısal elemanların modellenmesi için X1 ve Y1 olmak üzere iki aks değeri ile X ve Y yönündeki boyut değerleri (veya kesit geometrisi) tanımlanmaktadır. Düşey plak (düzlem gerilme), kabuk, kiriş ve benzeri, en kesit düzleminde iki toplamda dört koordinatla tanımlanabilecek yapısal elemanlar için ise eleman kalınlıklarının yanı sıra iki boyutlu düzlemde başlangıç noktasını tanımlamak için X1, Y1 bitiş noktasını tanımlamak için ise X2, Y2 olmak üzere 4 tane aks değeri belirtilmektedir. Duvarların kalınlıklarının dışındaki ikinci boyutu, DURTES programı başlangıç ve bitiş noktalarının koordinatlarından otomatik olarak hesaplar. İsteğe bağlı olarak akslar yerine koordinatlar da girilebilir. Formlardan girilen binanın teknik özelliklerinde bulunan yapının kat yükseklikleri 3 boyutlu modelleme sırasında Z eksenindeki mesafesinde kullanılır. Ref.[2-4] de çok katlı yapıların analizi için 3 boyutlu bir sonlu eleman bilgisayar analiz yöntemi tanıtılmaktadır. Mevcut yöntemle Ref.[2-4] de anlatılan bilgisayar programına da veri hazırlanmaktadır. Herhangi bir sonlu eleman analizinde veri giriş datasının hazırlanması ve kontrol edilmesinde oluşan hataların giderilmesi için çok fazla zamana ihtiyaç vardır. Ayrıntılı bir analiz için uygun bir model hazırlanması istendiği takdirde binlerce düğüm noktası ve yapısal elemanın tanımlanmasına ihtiyaç vardır. Böyle bir model hazırlanması için büyük bir çaba ve zaman gerekmektedir. Oluşturulan datayı değiştirmek ve/veya güncellemek de çoğunlukla pratik değildir. Bu nedenle özel bir mesh generation alt programının oluşturulması düşünülmüştür. Aynı kat planına sahip çok katlı yapıların veri giriş datası genelde binlerce veri satırından ve bilgisinden oluşmasına rağmen, alt program sayesinde birkaç satırla oluşturulması mümkündür. Gerekli bilgiler tanımladıktan sonra otomatik bilgi oluşturma (mesh generation) opsiyonu çalıştırılmaktadır. Başlangıç-bitiş noktalarının koordinatları eleman ve malzeme özellikleriyle birlikte dikdörtgensel sonlu elemanların köşe noktaları, eleman ve malzeme özellikleriyle birlikte çerçeve elemanlarının başlangıç, bitiş noktaları, yapının sınır şartları ve zemin yapı etkileşimini hesaba katan yay rijitlikleri yanı sıra yapının dış yüklerini içeren ve sonlu eleman programına veri oluşturacak tüm bilgiler

4 otomatik olarak oluşturulmakta ve gerekli dosyalar geliştirilmiş olan opsiyonlarla otomatik olarak hazırlanmaktadır. Mevcut mesh generation opsiyonu kullanılarak oluşturulan matematiksel model yine pratik bir biçimde değiştirilebilir veya geliştirilebilir. Kullanıcı, düğüm noktası sonlu eleman datası gibi genel amaçlı sonlu eleman programlarında gereken ve yaygın olarak kullanılan data biçimi ile çalışmak zorunda değildir. Tüm perde duvar, düşeme plağı gibi yapısal elemanlar tanımlanırken gerek düzlemsel gerekse düzlem dışı etkiler (serbestlikler) hesaba katılmaktadır. Otomatik bilgi oluşturma modülü ve sonlu eleman programının data yapısı Bu modül otomatik bilgi oluşturma için geliştirilmiştir. Genelde detaylı bir sonlu eleman analiz datasını hazırlamak için binlerce düğüm noktası ve yapısal elemanın tanımlanmasına ihtiyaç vardır. Söz konusu bilgilerin grafik ortamda tanımlanması mümkün olmakla birlikte konu ile ilgili olarak fazla bir pratiklik getirmemektedir. Böyle bir modeli elle hazırlamak için fazla zamana ve çalışmaya ihtiyaç vardır. Mevcut çalışmada anlatılan otomatik veri oluşturma (mesh generation) opsiyonu söz konusu zamanı ortadan kaldırmakta ve birkaç saniyelik bilgisayar süresine indirgemekte, bunun yanı sıra olası kullanıcı hatalarını minimuma düşürmektedir. Program modülü, DURTES programı için tanımlanmış olan 1. ve 2. tip verileri kullanarak sonlu elemanlar yöntemiyle çalışan programlara data hazırlar. Bu aşamada uzman bilgisayar programı DURTES, sonlu eleman programları ile entegre çalışabilir. Sonlu elemanlar yöntemi bilimsel ortamda doğruya en yakın sonuçları verdiği kabul edilen bir yöntem olduğu için tercih edilmiş ve mevcut çalışmada kesin çözüm yöntemi olarak kullanılmıştır. Program DURTES e girilen röleve bilgilerindeki X, Y akslarını ve Z doğrultusu için de kat yüksekliklerini kullanarak düğüm noktalarının numaralarını ve X, Y, Z koordinatlarını oluşturur. Taşıyıcı elemanlarla ilgili girilen sayısal bilgileri kullanarak çerçeve ve plak elemanlarını, oluşturduğu düğüm noktalarında modeller. 1. tip veriler arasındaki kat ağırlıklarını ve DURTES in hesapladığı deprem yüklerini oluşturduğu dataya değişik yük halleriyle ekler. Bulgular: Hızlı durum tespiti için hazırlanan DURTES programının sonlu eleman programları entegrasyonu ile ülke genelindeki mevcut yapı stoğunun hızlı, ayrıntılı ve doğruya en yakın şekilde analizi mümkün olmaktadır. Her iki opsiyonun da (DURTES yorumu ve Sonlu Eleman analiz sonuçları) çok yakın sonuçlar verdiği görülmüştür.

5 BAŞLA DURTES.DAT DURTES.O Meshgen Düğüm noktası koordinatları Çerçeve elemanlarının konumları Çerçeve elemanlarının kesit ve malzeme özellikleri Kabuk elemanlarının konumları Kabuk elemanlarının kesit ve malzeme özellikleri Yay elemanlarının konumları Yay katsayıları Yükler ve yük halleri Sap90 & Sap2000 TUNAL Analiz Sonuçları DXF Çıktıları Ekran Görüntüsü BİTİR ŞEKİL 1 - Otomatik Bilgi Oluşturma Modülü Makro Akış Şeması

6 Kaynaklar: [1 ] SAP90, SAP2000 Structural Analysis Program Computers and Structures, Inc. [2 ] Oztorun, N.K., Citipitioglu, E. and Akkas, N. Three-Dimensional Finite Element Analysis of Shear Wall Buildings, Computers & Structures, 68, (1998), 41-55, Edinburgh, UK. [3 ] Oztorun, N.K., Citipitioglu, E. and Akkas, N. Computarized Investigation of the Common Assumptions for the Analysis of Shear Wall Buildings, Proc. Of the International Conference on Computational Methods in Structural and Geotechnical Engineering, V.1, Hong Kong (Dec, 1994). [4 ] Oztorun, N.K., Citipitioglu, E. and Akkas, N. Mesh Generation and Data Structures for the Finite Element Analysis of Shear Wall buildings, Developments in Computational Techniques for the Structural Engineering, Civil-Comp Pres, , Edinburgh, UK. [5 ] Afet bölgelerinde yapılacak yapılar hakkında yönetmelik, Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Ankara [6 ] TS500 Betonarme yapıların hesap ve yapım kuralları. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara [7 ] TS498 Yapı elemanlarının boyutlandırılmasında alınacak yüklerin hesap değerleri [8 ] Öztorun, N. K., Perde Duvarlı Yüksek Yapıların Bilgisayarla Analizi İçin Üç Boyutlu Bir Yöntem, Gazi Üniversitesi, M.M.F. Dergisi, Cilt:12, Sayı:1-2, Sayfa: , (Aralık 1997), Ankara. [9 ] Öztorun, N. K., Tünel Kalıpla İnşa Edilen Binalarda Döşeme ve Zemin Rijitliğinin Perde Duvarlar Üzerindeki Etkisi, Gazi Üniversitesi, M.M.F. Dergisi, Cilt:13, Sayı:1-2, Sayfa:1-16, (Aralık 1998), Ankara.

7 [10 ] Öztorun N. K., Çıtıpıtıoğlu E. ve Yılmaz Ç., Çok Katlı Betonarme Perdeli Yapıların Bilgisayarla Statik Analizi, I. Ulusal İnşaat & Çevre Sempozyumu, (Eylül, 1994), Salihli. [11 ] Öztorun, N. K., Tünel Kalıpla Yapılan Binaların Bilgisayarla Üç Boyutlu Analizi, X. Ulusal Mekanik Kongresi, (15-19 Eylül 1997), İTÜ, Maslak, İstanbul. [12 ] Öztorun, N. K., Tünel Kalıpla Yapılan Binalarda Döşeme ve Zemin Rijitliğinin Perde Duvarlara Etkisi, X. Ulusal Mekanik Kongresi, (15-19 Eylül 1997), İTÜ, Maslak, İstanbul. [13 ] Yıldızlar, B., Gürsoy, G., Damcı, E., Öztorun, N., Çelik, T., Mevcut Yapı Stoğunun Deprem Riski Açısından Durum Tespiti İçin Bir Yöntem ve Sonlu Elemanlar Yöntemi İle Kıyaslanması, Gümüşhane ve Yöresinin Kalkınması Sempozyumu, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Gümüşhane Mühendislik Fakültesi, Gümüşhane Atatürk Kültür Merkezi, (23-25 Ekim, 2002). [14 ] Yıldızlar, B., Gürsoy, G., Damcı, E., Öztorun, N., Çelik, T., Bakırköy İlçesi Yapı Stoğunun Deprem Riski Analizi, Gümüşhane ve Yöresinin Kalkınması Sempozyumu, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Gümüşhane Mühendislik Fakültesi, Gümüşhane Atatürk Kültür Merkezi, (23-25 Ekim, 2002). [15 ] Gürsoy, G., Yıldızlar, B., Öztorun, N. K., Çelik, T., Mevcut Yapı Stoğunun Deprem Riski Açısından Durum Tespiti İçin Önerilen Yöntem ile Bakırköy İlçesi Verileri, Mühendislik Bilimleri Genç Araştırmacılar I. Kongresi MBGAK 2003, İstanbul Üniversitesi Avcılar Kampüsü, İstanbul (17-20 Şubat 2003). [16 ] E. Damcı., B. Yıldızlar, G. Gürsoy, N. K. Öztorun, T. Çelik, Bakırköy Özelinde, Türkiye Genelinde Yapı Durum Tespiti İçin Bir Algoritma, Beşinci Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, Mayıs 2003, İ.T.Ü. Süleyman Demirel Kültür Merkezi, İstanbul.

8 [17 ] B. Yıldızlar, M.G.Gürsoy, N.K. Öztorun, T. Çelik, Mevcut Yapı Stoğunun Deprem Riski Açısından Durum Tespiti İçin Bakırköy İlçesi Örneği İle Önerilen Yöntem, Deprem Sempozyumu, Kocaeli 2003, Mart 2003, Kocaeli. [18 ] M.K.Keleşoğlu, N.K.Öztorun, S.F.Çinicioğlu, İ.Bozbey, S.Öztoprak, C.Özyazgan, T.Çelik, Deprem Risk Analizi : Bakırköy İlçesi Örneği, Küçükçekmece ve Yakın Çevresi Teknik Kongresi, Deprem ve Planlaması, Küçükçekmece Belediyesi [19 ] M.G.Gürsoy, B. Yıldızlar, N.K. Öztorun, T. Çelik, Mevcut Yapı Stoğunun Deprem Riski Açısından Durum Tespiti İçin Bakırköy İlçesi Örneği İle Önerilen Yöntem, Küçükçekmece ve Yakın Çevresi Teknik Kongresi, Deprem ve Planlaması, Küçükçekmece Belediyesi