BETONARME ÇERÇEVELİ YAPILARIN ZORLANMIŞ TİTREŞİM DENEYLERİNE GÖRE G MEVCUT DURUMLARININ ARAŞTIRILMASI Hazırlayan: Yüksek Lisans Öğrencisi Ela Doğanay
Giriş SUNUM KAPSAMI Zorlanmış Titreşim Testleri Test Binalarının Belirlenmesi Workshop on Seramar Project, Sept. 30-Oct. 2, 2010, Antakya Test Kapsamında Kullanılan Cihazlar Test İşlemleri Test Sonuçlarının View2002 Programında Analizi Yapıların ETABS Programı İle Modellenmesi Test ve Analiz Sonuçları Sonuçlar ve Öneriler 2
--Giriş-- 3
Ülkemiz, son derece aktif deprem kuşaklarının bulunduğu bir coğrafyaya sahiptir. Marmara - 1999 Kuzey Anadolu Fay Hattı Gediz - 1970 Dinar - 1995 Düzce - 1999 Erzincan - 1939 Bingöl Karlıova Muradiye - 1976 Lice - 1975 Varto - 1966 Ege Bölgesi - Yerel faylar Ceyhan - 1998 Antakya - 1997 Doğu Anadolu Fay Hattı 4
Özellikle de Hatay, deprem fay hatlarının kesiştiği bölgede yer almasından dolayı deprem tehlikesinin en üst düzeyde yaşanabileceği şehirlerimizin başında gelmektedir. 5
Son yıllardaki depremlerden sonra yapılan hasar incelemelerinde, betonarme çerçeveli yapılarda çok fazla hasarlar oluştuğu görülmüş ve bu yapıların hasargörebilirliğinin arttığı sonucuna varılmıştır. Bazı hasarların nedenlerinin açıklanması ve araştırılması mümkündür fakat yapı planına ve kabullere bağlı olarak bulunan sayısal sonuçlar ile ölçülen sonuçlar arasında farklar meydana gelmektedir. Bu yüzden sismik yüklerin binaya daha sistematik bir yol ile aktarılmasına dayanan ve aletsel dataların kullanıldığı ileri yaklaşımlara gerek olduğu ortadadır. 6
Buradan yola çıkarak geliştirilen bu çalışmasının amacı ; Mevcut olan betonarme yapı stoğunun hasar ve deprem karakteristiğinin belirlenmesidir. İzlenmesi gereken yol şöyledir; Zorlanmış titreşim deneyleri ile dinamik davranış parametrelerinin belirlenmesi (hakim titreşim periyodu, mod şekli, sönüm oranı gibi) Analitik modellerin kalibrasyonu (elde edilen dinamik parametrelere göre) Performansa dayalı analizler ile bina performanslarının belirlenmesi Performanslar değerlendirilerek Antakya daki yapı stokunun hasar karakteristiğinin ortaya konması Veriler kullanılarak deprem senaryosu için veri tabakası oluşturulması 7
--Test Binalarının Belirlenmesi-- 8
Test binaları seçilirken Antakya genelinde olmasına, özellikle de kent merkezindeki orta katlı yapıları temsil eden binaların seçilmesine dikkat edilmiştir. Ve şekilde de görüldüğü gibi şimdiye kadar Antakya nın çeşitli bölgelerinden seçilen 18 bina test edilmiştir. 9
Bu sunumda test dilen binalardan iki tanesinin analiz sonuçları verilecektir. A-2 Birinci bina A-1 kodlu bina A-1 İkinci bina ise A-2 kodlu bina. 10
--Zorlanmış Titreşim Testi-- 11
Zorlanmış titreşim testinde, Sarsma cihazıyla bina sarsılarak titreşimler yaratılıyor Bu titreşimlerden dolayı yapıda meydana gelen tepki mekanızmaları sensörler aracılığıyla kayıt altına alınıyor Bu kayıtların bilgisayar ortamında analiz edilmesi sonucu binanın; Doğal periyotu Sönüm oranı Mod şekli ve benzeri dinamik özellikleri elde edilmiş oluyor. 12
--Zorlanmış Titreşim Testinde Kullanılan Cihazlar-- 13
Sarsma Cihazı Prototip olarak üretilmiş titreşim üreteci cihaz, az ve çok katlı yapıların test edilmesine uygundur. Harmonik salınım üretmek üzere geliştirilmiştir. Cihaz titreşimi sağlayacak iki yük kolundan oluşmaktadır. 0.5-15 Hz frekans çalışma aralığına sahiptir Bu test cihazıyla test edilen binalarda titreşimler insanların hissedebileceği düzeyde değildir. by seismotec GmbH 14
Sarsma Cihazı İle Birlikte Kullanılan Hız Ölçerler Testlerde 6 adet hızölçer(sensör) kullanılmıştır. SYSCOM marka bu cihazlar x,y,z olmak üzere üç eksenli kayıt alma özelliğine sahiptir. Bir hızölçer toplamda 3 ana parçadan oluşmaktadır. 1- MR2003; tabanında su terazili sehpası olan ve bulunduğu zemindeki titreşimleri kayıt altına alan cihazdır. 2-MR2002; MR2003 ten aldığı verileri dönüştürücüğe aktarmaktadır. 3-Dönüştürücü elektriksel kayıtları sayısal olarak NCC ye aktarmaktadır. Tüm hızölçerler nihai durumda verilerini NCC yardımıyla bilisayar ortamına ulaştırır. 15
Deney Düzeneyi by seismotec GmbH Sarsma Cihazı Kontrol Ünitesi Tüm Kayıtların toplandığı yer Hız Ölçerler 16
0.5 Hz ten başlayıp 0.2 yada 0.5Hz lik artımlar yapılarak sarsma cihazının dönme hızı arttırılır. Her artımda saniyede 100 kayıt olmak üzere 60 saniye boyunca kayıt alınır. Bina sarsma işlemi 12Hz e kadar devam eder. Titreşim üretecinin frekansı, yapının doğal frekanslarını kapsayan bir alanda uygulanmaktadır. Her iki doğrultuda kayıt almak için cihazın doğrultusu 90 derece çevirilerek değiştirlir ve diğer doğrultu için aynı işlemler uygulanır. 17
Binanın hakim titreşim frekansının olduğu bölgede, salınım frekansıyla binanın tepki frekansı çakışıp rezonans durumu meydana gelmektedir. Rezonans durumunda sensörler maksimum genlikte okuma yapmaktadır. Böylelikle binanın o yöndeki maksimum deplasmanı meydana gelmektedir. by seismotec GmbH 18
--Verilerin analizi-- 19
Test binalarında hız ölçer vasıtasıyla kayıt altına alınan veriler View2002 programıyla analiz edilmiştir. 20
Binanın her iki salınım yönünde hakim titreşim frekansı ve hakim periyotu elde ediliyor. 12 10 Modal Frekanslar View2002 programıyla elde edilen Frekans, FFT genlik grafiklerinin pik noktaları, binanın o andaki salınımına ait modal frekansını göstermektedir. Bina hakim peryodu da frekans değerinin çarpmaya göre tersiyle bulunur; 1 f = T FFT Genlik 8 6 4 2 0 f=1.98 Hz T=0.5128sn 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 frekans (Hz) 21
Sönüm Kapasiteleri Workshop on Seramar Project, Sept. 30-Oct. 2, 2010, Antakya Zorlanmış titreşim testlerinin en önemli özelliklerinden biri sönüm kapasitelerinin belirlenebiliyor olmasıdır. Sönüm oranı, ζ, aşağıdaki denklem kullanılarak elde edilmektedir. ζ = fb f 2 f res a 0.0061 f res 0.0051 FFT Genlik 0.0041 0.0031 0.0021 f res / 2 f res =2.4Hz 0.0011 0.0001 f a =2.1 Hz f b =2.5 Hz 1 2 3 4 5 6 7 8 Frekans,f (Hz) 22
Deney Analitik 20 18 Mod Şekilleri Kat Yüksekliği (m) 16 14 12 10 8 6 Mod şekilleri genel olarak, en üst kata yerleştirilen ivmeölçer-hızölçer tarafından kayıt altına alınan deplasman değeri referans alınarak diğer tüm katlarda elde edilen deplasman değerlerinin bu değere bölünüp normalize edilmesiyle elde edilir. 4 2 0 0 0.5 1 1.5 Normalize Deplasman 23
Yapıların ETABS Yapı Analiz Programı ile Modellenmesi Bu tez çalışmasında incelenen binalar, CSI firması tarafından geliştirilen ETABS (9.5 Versiyon, 2004) yaygın bir kullanıma sahip olan yapı analizi paket programı ile modellenmiştir. Modellerin analizinden elde edilen bina hakim periyotu ve mod şekilleri Analitik sonuç olarak ifade edilip Deney sonuçları ile karşılaştırılacaktır. 24
--Test Ve Analiz Sonuçları-- 25
Bina A-1 5 kat C16 S220 h: 18.5 m A: 468 m 2 İlk test binası Antakya kent merkezindeki yapıların 556 adedini temsil eden eski bir betonarme yapıdır. 26
Y Y 3 X 2 X 95 cm 55 cm by seismotec GmbH E 1 20 m Titreşim Üretici Y Y 1 X 4 X GİRİŞ 23.4 m 27
Y E 1 1 Çatı 2 3 X 4.Kat 55 cm 3.Kat 3 4 E 1 2.Kat 5 Y Y 1.Kat 1 X 4 Zemin Kat 5 X GİRİŞ GİRİŞ A-1 Binası için test cihazlarının yerleşimlerinin plan ve kesit görünüşü 28
Binanın ETABS programındaki modeli 29
Uzun Doğrultuda Yapılan Hesaplamalar Binanın uzun doğrultudaki FFT Genlik-Frekans grafikleri 0.01 0.01 0.01 FFT Genlik 0.001 0.0001 FFT Genlik 0.001 0.0001 FFT Genlik 0.001 0.0001 0.00001 0 2 4 6 8 10 Frekans (Hz) 0.00001 0 2 4 6 8 10 Frekans (Hz) 0.00001 0 2 4 6 8 10 Frekans (Hz) (a) Sensör No. 1 (b) Sensör No. 2 (c) Sensör No. 3 Binanın uzun doğrultudaki hız değişim grafikleri 0.15 0.15 0.15 0.1 0.1 0.1 Hız (mm/s) Y 0.05 0-0.05 Hız (mm/s) Y 0.05 0-0.05 Hız (mm/s) Y 0.05 0-0.05-0.1-0.1-0.1-0.15-0.15-0.05 0.05 0.15-0.15-0.15-0.1-0.05 0 0.05 0.1 0.15-0.15-0.15-0.1-0.05 0 0.05 0.1 0.15 Hız (mm/s) X Hız (mm/s) X Hız (mm/s) X (a) Sensör No. 1 (b) Sensör No. 2 (c) Sensör No. 3 30
Kısa Doğrultuda Yapılan Hesaplamalar Binanın uzun doğrultudaki FFT Genlik-Frekans grafikleri 0.01 0.1 0.1 FFT Genlik 0.001 0.0001 FFT Genlik 0.01 0.001 0.0001 FFT Genlik 0.01 0.001 0.0001 0.00001 0 2 4 6 8 10 Frekans (Hz) 0.00001 0 2 4 6 8 10 Frekans (Hz) 0.00001 0 2 4 6 8 10 Frekans (Hz) (a) Sensör No. 1 (b) Sensör No. 2 (c) Sensör No. 3 Binanın uzun doğrultudaki hız değişim grafikleri 0.15 0.15 0.15 0.1 0.1 0.1 Hız (mm/s) X 0.05 0-0.05 Hız (mm/s) X 0.05 0-0.05 Hız (mm/s) X 0.05 0-0.05-0.1-0.1-0.1-0.15-0.15-0.1-0.05 0 0.05 0.1 0.15-0.15-0.15-0.1-0.05 0 0.05 0.1 0.15-0.15-0.15-0.1-0.05 0 0.05 0.1 0.15 Hız (mm/s) Y Hız (mm/s) Y Hız (mm/s) Y (a) Sensör No. 1 (b) Sensör No. 2 (c) Sensör No. 3 31
Analitik Dene y Analitik Deney 16 16 14 14 12 12 Kat yüksekliği (m) 10 8 6 Kat yüksekliği (m) 10 8 6 A-1 Binası X yönü karşılaştırmalı mod şekli. 4 4 2 2 0 0 0.5 1 1.5 0 0 0.5 1 1.5 Normalize Deplasman Normalize Deplasman 32
Analitik Deney Analitik Deney 16 16 14 14 12 12 10 10 Kat yüksekliği (m) 8 6 Kat yüksekliği (m) 8 6 A-1 Binası Y yönü karşılaştırmalı mod şekli. 4 4 2 2 0 0 0.5 1 1.5 0 0 0.5 1 1.5 Normalize Deplasman Normalize Deplasman 33
A-1 Binası Test Sonuçlarıyla Analitik Sonuçları Arasındaki Farklar Ve Sönüm Oranları Mod Mod Tipi Etabs Periyot Sonuçları (s) Test Periyot Sonuçları (s) Test sonucuna Göre Fark (%) Sönüm Oranı (%) 1. Burulma 0.269 - - - 2. Uzun yön 0.1902 0.263 17.8 4.3 3. Kısa yön 0.1802 0.233 27.6 4.26 34
A-2 Binası Zemin+5 kat S220 C16 h: 18.2 m A: 144.39 m 2 İkinci test binası Antakya kent merkezindeki yaklaşık 80 adet orta katlı konut tipi binayı temsil edecek karakteristik özelliklere sahip bir betonarme yapıdır. 35
12.95m Y 1 X 6 E 2 Çatı 1 Titreşim Üretici Y 4.Kat 11.15m Titreşim Cihazı E 3 X 3.Kat 3 5 2.Kat 4 1.Kat 4 Y 5 Zemin Kat 6 2 X GİRİŞ 36
Binanın ETABS programındaki modeli 37
Uzun Doğrultuda Yapılan Hesaplamalar Binanın uzun doğrultudaki FFT Genlik-Frekans grafikleri 0.01 0.01 0.01 FFT Genlik 0.001 FFT Genlik 0.001 FFT Genlik 0.001 0.0001 0.0001 0.0001 0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 10 Frekans (Hz) Frekans (Hz) Frekans (Hz) Sensör No. 1 Sensör No. 2 Sensör No. 3 Binanın uzun doğrultudaki hız değişim grafikleri Hız (mm/s) Y 0.3 0.2 0.1 0-0.1-0.2-0.3-0.3-0.2-0.1 0 0.1 0.2 0.3 Hız (mm/s) X Hız (mm/s) Y 0.3 0.2 0.1 0-0.1-0.2-0.3-0.3-0.2-0.1 0 0.1 0.2 0.3 Hız (mm/s) X 0.3 0.2 0.1 0-0.1-0.2-0.3-0.3-0.2-0.1 0 0.1 0.2 0.3 Hız (mm/s) X Sensör No. 1 Sensör No. 2 Sensör No. 3 38 Hız (mm/s) Y
Kısa Doğrultuda Yapılan Hesaplamalar 0.01 Binanın kısa doğrultudaki FFT Genlik-Frekans grafikleri 0.01 0.01 FFT Genlik 0.001 FFT Genlik 0.001 FFT Genlik 0.001 0.0001 0 2 4 6 8 10 12 Frekans (Hz) 0.0001 0 2 4 6 8 10 12 Frekans (Hz) 0.0001 0 2 4 6 8 10 12 Frekans (Hz) Sensör No. 1 Sensör No. 2 Sensör No. 3 Binanın kısa doğrultudaki hız değişim grafikleri 0.3 0.3 0.3 0.2 0.2 0.2 Hız (mm/s) X 0.1 0-0.1 Hız (mm/s) X 0.1 0-0.1 Hız (mm/s) X 0.1 0-0.1-0.2-0.2-0.2-0.3-0.3-0.2-0.1 0 0.1 0.2 0.3 Hız (mm/s) Y -0.3-0.3-0.2-0.1 0 0.1 0.2 0.3 Hız (mm/s) Y -0.3-0.3-0.2-0.1 0 0.1 0.2 0.3 Hız (mm/s) Y Sensör No. 1 Sensör No. 2 Sensör No. 3 39
Deney Analitik Deney Analitik 20 20 18 18 16 16 14 14 Kat yüksekliği (m) 12 10 8 Kat yüksekliği (m) Kat Yüksekliği (m) 12 10 8 A-2 Binası X yönü karşılaştırmalı mod şekli. 6 6 4 4 2 2 0 0 0.5 1 1.5 Normalize Deplasman Normalize Deplasman 0 0 0.5 1 1.5 Normalize Deplasman Normalize Deplasman 40
Deney Analitik Deney Analitik 20 20 18 18 16 16 14 14 Kat yüksekliği (m) Kat Yüksekliği (m) 12 10 8 Kat yüksekliği (m) Kat Yüksekliği (m) 12 10 8 A-2 Binası Y yönü karşılaştırmalı mod şekli. 6 6 4 4 2 2 0 0 0.5 1 1.5 Normalize Deplasman Normalize Deplasman 0 0 0.5 1 1.5 Normalize Deplasman 41
A-2 Binası Test Sonuçlarıyla Analitik Sonuçları Arasındaki Farklar Ve Sönüm Oranları Mod Mod Tipi Etabs Periyot Sonuçları (s) Test Periyot Sonuçları (s) Test sonucuna Göre Fark (%) Sönüm Oranı (%) 1. Burulma 0.6219 - - - 2. Uzun yön 0.4719 0.4-17.97 7.03 3. Kısa yön 0.3420 0.416 17.78 7.09 42
Analitik modellerin gerçeğe daha yakın olması için yapılabilecek kalibrasyonlar: Test sonucundaki modal frekans ile modellemeden elde edilen frekans değerleri arasındaki farklar analitik modellemede temel sisteminin ankastre seçilmesinden kaynaklandığı düşünülebilir. Bu durumda temel sistemi, yapı zemin etkileşimi araştırılarak belirli bir yay sabiti değeri tahmin edilerek modellenebilir. Eski binaların betonunun projede belirlenen beton sınıfına göre davranıp davranmadığı sonuçların arasındaki farklardan anlaşılabilir.bu durumda modelin beton sınıfı düşürülebilir. Bina modellerine dolu duvarların rijitliğe etkisinin ifade edilmesi amacıyla modelde duvar, basınç çubukları şeklinde modellenebilir. İki sonuç arasındaki farkların; gerçek binada mevcut olan depo, güneş enerjileri, daireler içindeki eşyalar gibi sabit yüklerin de analitik modellemede dikkate alınmamasından kaynaklanabilir. Test esnasında gürültü kirliliği (çamaşır, bulaşık mak.,asansör vb) yaratacak faktörlerin minimize edilmesi gerekmektedir. Ya da verilere etki eden bu tip gürültü kirliliğini gerçek kayıttan ayıracak bir filtreleme yöntemi geliştirilebilir. 43
--Dinlediğiniz için teşekkürler-- 44