AVS (Active Variable Stiffness) Sistem

Aktif kontrol sistemlerinden biri olan Aktif Rijitlik Değiştirici (Active Variable Stiffness, AVS) sistemi, yapının deprem ya da şiddetli rüzgar sırasında rijitliğinin yüke göre değiştirilerek yapının hasar görmesini önlemek amacıyla geliştirilmiştir. Küçük çaplı yapılarda, AMD sistemi titreşimleri sönümlemek için bir yardımcı kütlenin ataletini kullanırken, yapılar büyüdükçe kullanılması gereken yardımcı kütlenin boyutu ve bununla birlikte harekete geçirici enerjinin de büyük miktarda olması gerekir. Ayrıca yardımcı kütlenin büyük olması sistemin stabilitesini olumsuz etkiler. Bu yüzden AMD ile birlikte kullanılmak üzere karma sistemler

40

geliştirilmiştir. Fakat AVS sisteminde rijitliği değiştirmek için Şekil 1.28’de de görüldüğü gibi sadece ters V şeklindeki kuşakların ortasında bulunan ve üst kat kirişinin altına monte edilen rijitlik değiştiren araçlar (Variable Stiffness Device) kullanılır.

Şekil 1.28 Kuşaklamalara bağlı rijitliği değişebilen araç

Bu sistem, yapıda oluşan titreşimi mümkün olan en az seviyeye getirmek için, yapının rijitlik oranı içinden optimum rijitliği seçerek yapının rijitliğini değiştirebilir. Aynı zamanda bu sistem, deprem ile yapının frekanslarının aynı olması durumunda karşılaşılan rezonans durumundan kaçınılmasını sağlar. Rijitlik değiştirilirken küçük bir valf kullanıldığı için enerji tüketimi oldukça azdır. Enerji tüketiminin az olması, uzun süren depremler sırasında sistemin güvenilirliğinin sağlanması bakımından hayati önem taşımaktadır. AVS sistemini oluşturan parçalar devamlı pratik kullanıma yönelik geliştirilmişlerdir ve ilk olarak 1990 yılında üç katlı çelik bir binaya uygulanmıştır. Bu binaya kontrol binası adı verilmiştir ve ağırlığı yaklaşık olarak 400 tondur.

Sistem üzerinde yapılan incelemelerden üç katlı çelik konstrüksiyonlu bir binaya uygulanmasından edinilen sonuçlar şu şekilde özetlenebilir:

1- Karakteristik değişim testleri sonucunda, yapının rijitliğinin AVS sistem yardımı ile kolayca değiştirilebildiği ve bu şekilde yapının titreşim karakteristiklerinin umulduğu şekilde değiştiği görülmüştür.

41

Ters V şeklinde destekler binanın enlemesine yerleştirilmiştir. V desteklerin üst kısmı kirişe bağlıdır. Değişken rijitlikli aracın üzerine valf yerleştirilir. Şekil 1.29’da ki gibi valfın açık ya da kapalı oluşuna göre kuşaklamaların aktif hale gelip, gelmemesi ayarlanır. Kuşaklamalar aktif olduğunda yapı rijit karakteristiklere sahip olur, aktif olmadığı zaman ise binanın karakteristikleri yapının esnek olması şeklinde değişir. Bu şekilde yapının karakteristiklerinin değişmesiyle rezonans olayı önlenmiş olur ve yapı sarsıntılardan da korunmuş olur. AVS sistem deprem karakteristiklerinin analizinde çok başarılıdır ve tam olarak milisaniye gibi kısa süre içinde sistemin açılıp, kapanmasını sağlar (ON / OFF mekanizması). Bu nedenle AVS sistemi herhangi bir deprem etkisine karşı sabit bir tepki gösterir.

Şekil 1.29 Değişken rijitlikli araç

AVS sistemin işleyişi:

1- Yer hareketini belirlemek için yerleştirilen algılayıcılar ile deprem hareketi belirlenir 2- Bu algılayıcılardan gelen sinyaller deprem hareketini analiz eden araçlar ile analiz edilir. 3- Kontrol bilgisayarı iletiyi gönderir

42

Şekil 1.30 AVS sistem şeması

Şekil 1.30’da görülen sistemde üç katta da çelik kuşaklar bulunduğu için sekiz tane rijitlik tipi varyasyonu yapılabilir. Fakat sadece karşılıklı doğal frekansları farklı üç adet rijitlik tipi seçilmiştir. Deprem ivmeleri şekilde bir numara ile gösterilen ivme ölçer (accelerometer) ile ölçülür. Ölçülen bu deprem ivmeleri, her rijitlik tipine ait davranış transfer karakteristiklerini tahmin eden bandpass-filtrelerini içeren hareket analizcisi için girdi değerlerini teşkil etmektedir. Bu analizci sayesinde filtrelenmiş her çıktı rijitlik tipine ait davranışın tahmininde kullanılır. Filtrelenmiş çıktıları referans alan kontrol bilgisayarı anlık rijitliği seçerek bunu aktif rijitlik değiştiren araçlara iletir. Kontrol bilgisayarının bütün bu hesapları yapıp hangi rijitlik tipini kullanacağına karar vermesi için geçen süre milisaniye mertebesindedir.

Sistemde güvenilirlik ve etkinlik bakımından bir ana bilgisayar ve buna bağlı üç adet yardımcı bilgisayar mevcuttur. Ana bilgisayar sistemin tümünü kontrol eder ve hangi rijitlik

43

tipinin seçileceğine karar verir. Bu sebeple hızlı bir makine olması şarttır. Diğer yardımcı bilgisayarlar ise ana makine ile aktif rijitlik değiştiren araçlar arasına monte edilmiştir ve her bir aktif rijitlik aracının durumunu ve iletim sinyallerini gözlemler.

Aktif rijitlik değiştiren araçlar, kontrol bilgisayarından gelen sinyaller doğrultusunda kapalı veya açık duruma geçerek yapının rijitliğini değiştirirler ve böylece rezonans olmadan depreme karşı etkin bir koruma sağlarlar. Bu araçlar iki tarafı kapalı bir hidrolik silindir ve bu silindirin her iki ucundaki odacıkları birleştiren bir valften oluşurlar. Kuşaklar ile kiriş arasındaki kapalı veya açık durum fonksiyonu, hidrolik silindirin içinde bulunan yağ hareketi ile belirlenir. Böylece her katta iki çeşit alternatif rijitlik elde edilir. Her bir kontrol valfinin harekete geçmesi için yalnızca 20 Watt kadar elektrik gücü yeterlidir. Bu kadar az bir enerji tüketimi ile şehir elektrik şebekesinin kesilmesi halinde bile en az 30 dakika dayanabilecek kapasitede bir kesintisiz güç kaynağı binaya yerleştirilmiştir. Sistemde ani elektrik kesilmesi olsa bile yedek kaynağın devreye girmesi için gerekli olan zaman zarfı içinde kontrol araçlarının valfleri otomatik olarak kapalı kalır ve böylece yapının rijitliği arttırılır. Aktif rijitlik sistemi herhangi bir tahrik elemanı ihtiva etmediği için, AMD sistemindeki tahrik elemanı harekete geçirmek için gerekli olan hidrolik yağ pompasına gerek kalmaz. Yağ silindirin içindedir ve herhangi bir pompaya ihtiyaç kalmadığı için pompanın çalışmasından dolayı meydana gelebilecek olan titreşimlerin önüne geçilmiş olunur. Ayrıca deprem veya rüzgar olmadığı normal zamanlarda valflerin hepsi kapalı durumda bulunur.

AVS sistem yapıların ve yapı içerisindeki önemli fonksiyonları olan ekipmanın korunması için geliştirilen sismik kontrol sistemleri açısından büyük bir adımdır. Bu mükemmel teknolojik yeniliğin yanısıra, az miktarda bir güç ile AVS’nin aktif hale gelmesi ile bu sistemin şiddetli depremler boyunca etkili kontrol sağlayabildiği söylenebilir.