Çevresel Titreşim Deneyi Konusunda Yapılmış Çalışmalar

Çevresel titreşim, normal işletim koşuları altında bir yapının titreşim deneyi olarak tanımlanır. Bütün yapılar, devamlı olarak çeşitli kaynaklardan gelen çevresel titreşimlerin etkisi altındadırlar. Etki kuvvetleri genellikle kaydedilmezler veya çevresel titreşimi kullanan dinamik ölçüm süresince ölçülemezler. Çünkü bu titreşim kaynaklarının ilgili frekanslarda bir etki verip vermediği, değişmeyen etkinin nasıl olduğu veya belirli bir

frekans alanı üzerinde etkinin ne kadar üniform olduğu bilinemez. Ölçülen etki titreşimi (zorlanmış titreşim) kullanıldığında bile, arzu edilmeyen ve kaçınılmaz olarak yapıya dışarıdan gelen etkileri üreten çevresel titreşim kaynakları çoğunlukla mevcut olmaktadırlar. Bir yapının sağlık taraması için, çevresel titreşimlerin kullanımı yapıyı titreştirmede cazip bir araçtır. Bu tür titreşim deneyleri, zorlanmış titreşim deneyine karşı iyi bir alternatiftir. Çevresel titreşimin kullanıldığı dinamik deneyler sırasında sismik titreşimler haricindeki etki kuvvetleri genellikle kaydedilmez veya ölçülemezler. Çevresel titreşimin kullanımı çoğunlukla yapının gerçek çevresel titreşimlere karşı davranışının değerlendirilmesi için bir fırsat sunar.

Brownjohn (1997), titreşim kaynağı olarak köprü üzerinde yürüyen ve sıçrayan bir insan kullanarak Singapur’da bir üstgeçidin çevresel titreşim deneyini yapmıştır. Yaya etkilerine karşı köprünün modal davranışının, normal yaya adımının genel frekansı ile çakışan 2 Hz civarındaki iki moddan (simetrik ya da asimetrik düşey modlar) kaynaklandığı görülmüştür.

Büyük açıklıklı kirişlere uygulanan zorlanmış ve çevresel titreşim yöntemlerinin bazı detayları Felber (1997) tarafından sunulmuştur. Zorlanmış ve çevresel titreşim yöntemleri karşılaştırılmış, her iki yöntem ile elde edilen deney sonuçlarının sonlu eleman model iyileştirmesi için faydalı olduğu gösterilmiştir.

Peeters ve De Roeck (2000), kompleks mod gösterge fonksiyonu, etkili değişken yöntemi ve stokastik altalan tanımlama gibi modal parametre hesaplama tekniklerini kullanarak, Z24 köprüsünün çevresel titreşimler altındaki davranışını incelemişlerdir.

Farrar vd. (2000), Alamaso ve I-40 karayolu köprülerinin çevresel ve zorlanmış titreşim deneylerini gerçekleştirmişlerdir. Yapılan çalışmada köprülerin sonlu eleman modellerinin deneysel veriler referans alınarak iyileştirilmesi yapılmıştır.

Chang ve Chang (2001), Hong Kong’da bulunan uzun açıklıklı bir kablolu köprünün dinamik karakteristiklerini Sonlu Eleman Yöntemi ve çevresel titreşim ölçümlerini kullanarak detaylı olarak belirlemişlerdir.

Baptista vd. (2004), Portekiz’de sismik risk altında bulunan Algerva bölgesinde 16 yy.’da yapılmış ve 1755 yılındaki Lizbon depreminden hasar gören N. Sra do Carmo kilisesini incelemişlerdir. Dinamik karakteristikler hem yapının analitik modelinden hem de çevresel titreşim deneylerinden elde edilmiş ve karşılaştırmalı olarak verilmiştir.

Ren vd. (2004a), çelik kirişli kemer köprülerin deneysel ve analitik modal analizlerinin gerçekleştirilmesi üzerine yapmış oldukları çalışmada, arazi deneyleri için trafik ve rüzgâr gibi çevresel uyarıcıları dikkate almışlardır.

Ren vd. (2004b), Ohio’da bulunan Roebling asma köprüsünün çevresel titreşim etkisi altındaki dinamik karakteristiklerini operasyonel modal analiz yöntemiyle elde etmişlerdir. Ren vd. (2004c), köprülerin çevresel titreşim deneylerine dayalı sismik performans değerlendirilmesi üzerine yaptıkları çalışmada örnek olarak üç açıklıklı sürekli kirişli Cumberland köprüsünü dikkate almışlardır. Çalışma, çevresel titreşim deneylerinin yapılarak gerekli ölçümlerin alınması, sonlu eleman modelinin oluşturulması, deprem yer hareketinin seçilmesi ve zaman tanım alanında analizlerin gerçekleştirilerek sismik değerlendirilmenin yapılması kısımlarından oluşmaktadır.

Ren vd. (2005), uzun açıklıklı kablolu köprülerin deneysel ve analitik olarak dinamik karakteristiklerinin belirlenmesi üzerine yapmış oldukları çalışma için, örnek olarak Çin’de bulunan 605m açıklığında Dünya’daki en uzun açıklıklı tamamen kompozit tabliyeli Qingzhou kablolu köprüsünü seçmişlerdir. Analitik olarak köprünün üç boyutlu sonlu eleman modeli oluşturulmuş, modal analizler yapılarak frekans ve mod şekilleri elde edilmiştir. Deneysel ölçümler için çevresel titreşimler uyarıcı olarak dikkate alınmış ve modal parametreler belirlenmiştir. Analitik ve deneysel sonuçlar karşılaştırıldığında sonuçlar arasında iyi bir uyumun olduğu görülmüştür. Çalışma sonunda, çevresel titreşim deneylerinin uzun açıklıklı kablolu köprülerde 1 Hz’ın altındaki önemli mod şekillerinin belirlenmesinde yeterli olduğu vurgulanmıştır.

Macdonald ve Daniell (2005), kablolu köprülerin çevresel titreşim deneyleri ve sonlu eleman modelleri kullanılarak modal parametrelerindeki değişimleri incelemişlerdir. Uzun süreli dikkate alınan ölçüm kayıtları ile dinamik karakteristikler arasındaki değişiklikler belirlenmiştir. Rüzgâr hızı ve trafik yükü gibi etkiler altında doğal frekanslardaki değişimler incelenmiş, sıcaklığın doğal frekanslar üzerinde etkili olmadığı belirtilmiştir.

Lee ve Yun (2006), çevresel titreşim verilerini kullanarak çelik kirişli köprülerin hasar tespitlerinin belirlenmesi üzerine çalışmışlardır. Modal parametreler frekans ortamında piklerin seçilmesi yöntemi kullanılarak çevresel titreşim verilerinden elde edilmiş ve bu parametreler hasar tespiti için kullanılmıştır.

Bayraktar vd. (2007a), elektrik iletim kablolarının, çelik direklerin dinamik karakteristiklerine etkisini çevresel titreşim deneyleri ile incelemişlerdir. Uygulama amacıyla, yaygın olarak kullanılan iki ayaklı çelik elektrik direkleri seçilmiştir.

Bayraktar vd. (2007b), düzlem kafes taşıyıcı sistemlerin dinamik karakteristiklerini çevresel titreşim deneyi ile belirlemişlerdir. Uygulama amacıyla, Trabzon İli Akçaabat İlçesinde yapım aşamasında olan bir çatı sistemi seçilmiştir.

Bayraktar vd. (2007c), taş ocağı yakınlarında yer alan bir yığma binanın, taş ocağında yapılan patlatma etkisi altındaki dinamik davranışını çevresel titreşim deneyi ile değerlendirmişlerdir. Ölçümlerin sonunda bulunan maksimum partikül hızlarının uluslararası standartlara göre en yüksek sınırların altında olduğu görülmüş, patlatma etkisinin çevrede herhangi bir olumsuz etki yapmayacağı tespit edilmiştir.

Bayraktar vd. (2007d), karayolu köprülerinin deprem davranışlarının çevresel titreşim deneyleri ile belirlenmesi konusunda çalışma yapmışlardır. Uygulama amacıyla Trabzon ilinde bulunan ve ağır araç trafiğine maruz bir karayolu köprüsü seçilmiştir.

Bayraktar vd. (2008a), iki şerefeli betonarme bir minarenin çevresel titreşim deneyini gerçekleştirmişlerdir. Minarenin ANSYS programı ile üç boyutlu sonlu eleman modeli oluşturulmuştur. Minarenin çevresel titreşim deneyi, rüzgar etkisi ve insan hareketleri gibi doğal etkiler altında gerçekleştirilmiştir.

Bayraktar vd. (2008b), patlatma etkisinden kaynaklanan yer hareketi etkisinin karayolu köprülerinin dinamik davranışı üzerindeki etkilerini çevresel titreşim deneyi ile incelemişlerdir. Uygulama için taş ocağından yaklaşık 500 m uzaklıkta bulunan bir karayolu köprüsü seçilmiştir. Çevresel titreşim deneyinde, taş ocağından kaynaklanan patlatma etkilerinin yanında, trafik yükleri ve ağır taşıtların hareketi de dikkate alınmıştır.

Bayraktar vd. (2009a), Malatya-Elazığ karayolu üzerinde bulunan Kömürhan Köprüsü’nün dinamik karakteristiklerini analitik ve deneysel modal analiz yöntemleriyle belirlemişler ve elde edilen değerleri birbirleriyle karşılaştırmışlardır. Köprünün sonlu eleman modeli SAP2000 programı kullanılarak oluşturulmuştur. Operasyonel Modal Analiz Yöntemi kullanılarak köprünün dinamik karakteristikleri belirlenmiştir. Deneysel ölçümler sırasında çevresel titreşim hareketi olarak taşıt yükünden yararlanılmıştır. Ölçüm verilerinin karşılaştırılabilmesi için hem kutu kesit içerisinden hem de tabliye üzerinden ölçümler alınmıştır.

Bayraktar vd. (2009b), tarihi Ayasofya müzesinin çan kulesinin dinamik karakteristiklerini çevresel titreşim deneyi yaparak belirlemişlerdir. Belirlenen dinamik karakteristiklerin, ANSYS programı ile bulunan teorik dinamik karakteristikler ile uyum içerisinde olduğu gözlemlenmiştir.