Sismik izolasyon tasarımı öncelikle yapı türü ve özellikleri göz önüne alınarak yapılır. Günümüzde sismik izolasyon genellikle yapı ya da köprü yapılarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Özelliklerine göre yapının kütlesine ve rijitlik özelliklerine göre izolasyon uygulanan yapının tepkileri doğru değerlendirilmelidir.
Geleneksel izolatör tasarımı, izolatör parametrelerinin başlangıç değerlerinin tahmin edilmesi ile başlar. Başlangıçta belirlenen parametrelere göre analiz yapılarak yapının tepkileri değerlendirilir. İstenilen yapı tepkileri yapı için uygun değerler değilse farklı parametreler ile işlem tekrarlanır. Şekil 1.12’de klasik izolatör tasarımı algoritması verilmiştir. Ancak uygulayıcı sismik izolasyon tasarımında yeteri kadar tecrübeli değilse doğru parametreleri belirlemesi oldukça zorlu ve tekrar gerektiren bir işlemdir.
Şekil 1.12. Klasik izolatör tasarımında işlem basamaklarını gösteren algoritma (Wang
vd., 2010).
Genelde izolatör tasarımında doğrusal hesap yerine doğrusal olmayan hesap kullanılmaktadır. Doğrusal olmayan sismik izolasyon sistemlerinin tasarımı, hem maksimum izolatör deplasmanı hem de izolatörler tarafından karşılanan kesme kuvvetinin belirlenmesine dayanan iteratif bir metottur. Bu çözüm yönteminde öncelikli olarak izolatörün Q/W değerine ve izolasyon periyoduna ihtiyaç duyulmaktadır. Burada tarif edilen Q/W değeri, izolatörün üzerine gelen eksenel yükü temsil ederken; izolasyon periyodu ise akma sonrası rijitliğin (kd) hesaplanmasında kullanılır. Bu iki değişkene ek olarak izolatöre ait çift eğrili doğrusal olmayan kuvvet-deplasman ilişkisi için kullanılan akma deplasman değeri ise iteratif çözümde başlangıç değeri olarak kabul edilmektedir. Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörler için tipik akma deplasman değeri 25 mm (Ozdemir ve Constantinou, 2010) ya da 10 mm (Ryan ve Chopra, 2004) olarak tanımlandığından bu çalışmada da iki tip akma deplasman değeri seçilmiştir. Daha sonra tahmini olarak belirlenen bir tasarım deplasmanı ile gerekli hesaplamalara başlanır. Hesaplamalar sonucunda elde edilen izolatör deplasmanı başlangıçta kabul edilen tasarım deplasmanından farklıysa elde edilen değer ile döngü yeniden başlatılır. Bu işlem hesaplanan ve başlangıçta kabul edilen değerler birbirlerine daha önceden tanımlanan bir
hata payı içinde kalacak şekilde yakın olana kadar devam ettirilir. Bu yaklaşımın adı eşdeğer kuvvet yöntemidir (Ozdemir ve Constantinou, 2010).
İzolasyon tasarımı deneyimli bir tasarımcı tarafından yapılsa bile, izolatörün kapasitesinin tamamının kullanılacağı bir tasarım yapılması iteratif yöntemdeki şans faktörüne bağlıdır. Bu çalışmada sezgisel algoritmalar yardımıyla izolatörlerin kapasitesinin de tam olarak kullanılmasını sağlayan bir yöntem önerilmiştir.
1.4.1. Sismik İzolasyon Literatür Özeti
Sismik izolasyon sistemlerinin ortaya çıkışı ve deprem etkilerine karşı avantajlarının görülmesiyle birlikte bir çok yapı tipinde sismik izolasyon kullanımı giderek artmıştır. Kullanımının artmasıyla birlikte sismik izolasyon, araştırmacıların ilgisini çekerek pek çok çalışmada kapsamlı olarak araştırılmıştır.
Yapılan çalışmalarda sismik izolasyonlu yapılarda deprem etkilerinin oluşturacağı yapısal ve yapısal olmayan hasarlar ciddi oranda azaldığı görülmüştür (Kelly, 1993; Mayes ve Naeim, 2001; Goda vd., 2010; Arguç vd., 2017; Banazadeh vd., 2017). Bu çalışmalarda yapılarda sismik izolasyonun sadece yapı güvenliği açısından değil kurulum ve servis ömürleri boyunca oluşturacakları maliyet hesapları yapılarak avantajları ortaya konulmuştur.
Sismik izolasyon parametrelerinin yapı tepkilerine göre belirlenmesi için bir çok araştırmacı tarafından parametrik araştırmalar yapılmıştır (Fragiacomo vd., 2003; Alhan ve Gavin, 2004; Jangid, 2007; Kilar ve Koren, 2009; Nath vd., 2013; Sabu vd., 2014). Bu parametrik çalışmalar arasında, izolasyon sönümleme etkileri ve zemin katmanlarının yapısal performansa etkileri araştırılmıştır. Farklı durumlar için yapılan bu modellemeler, sismik izolasyonlu yapıların davranışını gerçeğe en yakın şekilde modellemeye yönelik çalışmalardır.
Literatürde sismik izolasyon sistemlerinin genel avantajları ortaya konulması sonrasında spesifik durumlar için de araştırmalar yapılmıştır. Bu araştırmalardan bir tanesi sismik izolasyonlu yapıların yakın saha kaynaklı deprem hareketleri altındaki davranışlarıdır. Bu çalışmalar yakın saha depremlere maruz kalan yapıların izolasyon katında oldukça fazla deplasman yaptığını ve kullanılan izolasyon sistemlerinin stabilite problemleri ortaya çıkabileceğini göstermiştir (Jangid ve Kelly, 2001; Wesolowsky ve
Wilson, 2003; Dicleli, 2006; Providakis, 2009; Sharbatdar vd., 2011; Alhan ve Öncü- Davas, 2016).
Hwang ve Chiou, kurşun çekirdekli kauçuk izolatörler için eşdeğer doğrusal bir hesap yöntemi önermişlerdir. Ele aldıkları köprü tipi bir yapı için 20 farklı deprem hareketini kullanarak analizler yapmışlardır. Kullandıkları modelde sismik izolasyondan kaynaklı periyot artışlarını izolatör rijitliği ve sönüm oranı açısından değerlendirmişlerdir. Önerdikleri yöntemin pratikte kullanımının uygunluğunu sonuçları ile ortaya koymuşlardır (Hwang ve Chiou, 1996).
Kelly, yaptığı çalışmada sismik izolasyonun yapı üzerinde oluşturduğu sönüm etkisini araştırmıştır. Özellikle yakın saha yer hareketlerinin izolatör üzerinde oluşturduğu yüksek deplasman etkisinin engellenmesi için artırılan sönüm etkisinin yapı üzerinde oluşturduğu göreli kat öteleme etkisi ve kat ivmelerinin artışlarını incelemiştir. İzolasyon deplasmanının azaltıp sönümün artırılması ile yapıda ivmenin artması ya da yüksek deplasman sonucu ortaya çıkabilecek stabilite problemlerinden hangisinin tercihi edileceği bir ikilem oluşturmaktadır. Kelly bu ikilemden içinde bir denge olması gerektiğini ortaya koymuştur (Kelly, 1999).
Jangid, köprü yapılarında kurşun çekirdekli izolatörlerin kullanımının yapı üzerindeki tepkilerini araştırmıştır. Çalışmada sismik izolasyonlu ve sismik izolasyonsuz köprülerin deprem etkilerine verdikleri tepkiler karşılaştırılmıştır. Köprü yapılarında sismik izolasyon tasarımı için önemli parametrelerin köprü ayaklarının rijitliği, izolatörün rijitliği ve akma dayanımı olduğu çalışma kapsamında sunulmuştur. Ayrıca yapı üzerine çift yönlü ve tekrarlı yüklerin köprüler için dikkate alınması gerektiği belirlenmiştir (Jangid, 2004).
Hameed vd., yaptıkları çalışmada kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlerin kullanıldığı bir köprüde izolatör davranışını deprem şiddet ölçütleri bazında incelemişlerdir. Çalışmada, 5 farklı eksenel yük seviyesine (Q/W) karşılık; 6 farklı izolasyon periyodu (T) kullanarak 30 farklı izolasyon sisteminin analizini yapmışlardır. Çalışma sonucunda seçilen deprem kayıtlarına göre daha küçük maksimum izolatör deplasmanı (MID) ve maksimum izolatör kuvveti (MIF) değerlerine sahip izolatörlü köprünün sismik performans açısından daha iyi durumda olduğu görülmüştür. Ayrıca çalışmanın sonucunda Q/W oranı arttıkça MID’in azaldığı MIF’in arttığını gözlemlemişlerdir (Hameed vd., 2008).
Bu çalışmanın temel amacı da sönüm ve deplasmanı limitleyerek izolatörün kapasitesinin tamamını kullanarak ivmelerin en düşük seviyede bulunabildiği izolasyon parametrelerini belirlemek için sezgisel algoritmaları kullanmaktır.