Yapıların deprem kuvvetlerine karşı hasarın minimize edilmesi için sismik izolasyon sistemlerinin dışında farklı bir yöntem de viskoz akışkanlı sönümleyicilerdir. Viskoz akışkanlı sönümleyicilerin genel felsefesi, viskoz akışkanın belirli kanallardan geçmesi veya çevresindeki kılıf ile sürtünmesi sonucu ortaya çıkan sönüm etkisini yapının geneline yayarak yapının sönüm kapasitesinin artırılmasıdır. Sönüm oranının artışı ile de yapı deplasmanı ve ivmesi azalarak yapısal ve yapısal olmayan elemanlarının güvenliğinin sağlanması amaçlanmıştır.
Viskoz akışkanlı sönümleyiciler esas olarak uygulamada 3 çeşittir. Birinci uygulamada viskoz akışkan, içinde pistonun hareket ettiği bir silindir içine doldurulmuştur. Pistonun yüksek viskoziteli akışkan içerisinde hareketi neticesinde mekanik enerji ısı enerjisine dönüşür. Bu sisteme en güzel örnek olan performansı çeşitli mühendislik alanlarında denenmiş viskoz akışkanlı sönümleyicilerdir. Viskoz akışkanlı sönümleyicinin en önemli üstünlüğü altı serbestlik dereceli sönümleme yapabilmesidir (Aldemir ve Aydın, 2005). Diğer uygulamada ise viskoz akışkanın yerel deformasyonu yerine akışkan belirli kanallardan geçmeye zorlanarak istenen enerji sönümü gerçekleşir. Üçüncü uygulamada viskoz akışkan içi boş çelik bir duvar içine doldurulduktan sonra akışkan içine batırılan bir metal levha alt ve üst döşemeye rijit bir şekilde bağlanır. Deprem sırasında katlar arası göreli deplasmanlar sebebiyle levhanın viskoz ortamdaki hareketi deprem kuvvetlerinin oluşturduğu sismik enerjiyi sönümler. Bu çalışmanın konusu da bu 3 çeşit viskoz akışkan sönümleyiciden viskoz akışkan içi boş çelik bir duvar içine doldurulan viskoz sönümleme duvarlarıdır.
Viskoz sönüm duvarları, yaklaşık 30 yıl önce yapıların deprem kuvvetlerinden korunması amacı ile Japonya’da kullanılmaya başlamıştır. Arima vd.’nin temel ilkelerini ortaya koydukları sistemin amacı, yerleştirildikleri kata fazladan sönüm katarak yapının sönüm kapasitesini artırmaktır (Arima vd., 1988). Katlar arasına yerleştirilen sönüm kapasitesi yüksek elemanlar, yapısal bileşenlerin hasar bölgesine kadar şekil değiştirmesini engellemektedir. Viskoz sönüm duvarları mevcut bir yapının güçlendirilmesi için uygulanabileceği gibi yeni yapılan yapılar için de tasarlanabilir.
Viskoz sönümleyici duvarlar, akışkan ile dolu iki sertleştirilmiş çelik plaka arasındaki bir veya daha fazla plakadan oluşmaktadır (Şekil 1.13). Sistem iki kiriş arasına bir kolon gibi düşey olarak yerleştirilir (Şekil 1.14). Sertleştirilmiş dış plakalar alt kirişe sabitlenirken, akışkan içindeki plaka üst kirişe sabitlenir. Yapı dış yüklerden kaynaklı hareket talebinde bulunduğunda akışkan sıvı ve plakalar enerji sönümleyerek harekete engel olurlar.
Şekil 1.13. Viskoz sönümleyici duvar kesiti
Sağladıkları avantajlarla viskoz sönümleyici duvarlar, yapılarda son dönemde daha fazla kullanılmaya başlanmıştır. Kaliforniya’daki bir hastane yapısında 153 tane viskoz sönümleyici duvar kullanılmıştır (Şekil 1.15).
Şekil 1.15. Bir hastane yapısında viskoz sönümleyici duvar uygulaması (Dilsiz vd., 2018;
Dynamic Isolation Systems, 2019).
1.5.1. Viskoz Sönüm Duvarları Literatür Özeti
Arima vd., yapılarda viskoz sönüm duvarlarının kurulumunu ve özelliklerini inceleyen ilk araştırmacılardır. 5 katlı bir yapı modeline viskoz sönüm duvarları yerleştirerek analizler yapmışlardır. Viskoz sönüm duvarlarının histeretik eğrilerini sunarak yapı üzerindeki tepkileri incelemişlerdir. Göreli kat ötelemeleri ve deplasman gibi yapı tepkilerinde avantajları viskoz sönüm duvarlı ve duvarsız modellerde karşılaştırarak ortaya koymuşlardır (Arima vd., 1988).
Lu vd., viskoz sönüm duvarlı 3 boyutlu ve 3 katlı deneysel modelini oluşturarak sarsma tablası üzerinde test etmişlerdir. Viskoz sönüm duvarlı ve duvarsız modelin deneysel çalışmasından sonra SAP2000 ve Canny99 sonlu elemanlar programlarını kullanarak analizlerini tamamlamışlardır. Deneysel bulgular ile sonlu elemanlar program sonuçlarının birbiri ile örtüştüğünü göstermişlerdir. Viskoz sönümlü modelin sönüm oranının %20 arttığını ve deplasmanın %30 ila %60 arasında azaldığını belirlemişlerdir (Lu vd., 2008).
Hejazi vd., viskoz sönüm duvarları için analitik bir model geliştirmişlerdir. Daha önce yapılmış deneysel 3 boyutlu betonarme yapının sonuçları hazırladıkları analitik model ile karşılaştırarak önerdikleri yöntemin doğruluğunu ortaya koymuşlardır. 3 farklı
yer ivme kaydı kullanarak zaman tanım alanında analizler yapmışlar, yapı tepkilerini ve elemanların üzerine gelen kuvvetleri incelemişlerdir. Viskoz sönüm duvarlı ve viskoz sönüm duvarsız yapıların davranışlarını karşılaştırmışlar, viskoz sönüm duvarın yapı üzerindeki avantajlarını ortaya koymuşlardır (Hejazi vd., 2016).
Zhou vd., viskoz sönüm duvarları için yeni bir analitik model önermişlerdir. Farklı yük koşullarına göre yapılan performans analizlerine göre yapı tepkilerini ölçmüşlerdir. Doğrusal olmayan bu tepkilere göre zamana bağlı rijitlik ve sönüm parametreleri göz önüne alarak Maxwell modeli geliştirmişlerdir. 3 katlı 3 boyutlu ¼ ölçekli bir model hazırlayarak deneysel çalışmalar yapmışlar, önerdikleri yöntemle yapısal tepkileri karşılaştırmışlardır. Viskoz sönüm duvarların doğal titreşimi büyük ölçüde azaltarak deplasman ve ivme değerlerinde azalma olduğunu ortaya koymuşlardır. Önerdikleri yöntemi OpenSees yazılımına uyarlayarak deneysel sonuçlarla buldukları yapı tepkilerinin birbirlerine uygunluğunu göstermişlerdir (Zhou vd., 2018).
Hidayaty vd., 3 katlı ve 3 boyutlu çelik çerçeveye viskoz sönüm duvarı yerleştirerek analizler yapmışlardır. 3 farklı deprem verisinin kombinasyonu ile yapılan yapısal analizler sonucunda yapı periyodu azalırken açısal frekans artmıştır. Modele 2 yönlü viskoz sönüm duvarı yerleştirildiğinde yatay deplasman %51 azalırken tek yönlü viskoz sönüm duvarı yerleşiminde %24 yatay deplasmanın azaldığı belirlenmiştir (Hidayaty vd., 2018).
Dilsiz vd., yaptıkları çalışmada viskoz sönüm duvarlı yüksek binaların performans analizlerini yapmışlardır. 30 katlı bir yapıyı Etabs programında modelleyerek yapı kirişleri arasına viskoz sönüm duvarı yerleştirmişlerdir. 7 adet deprem ivme kaydı kullanarak zaman tanım alanında analizler yapmışlardır. Yapının viskoz sönüm duvarlı ve viskoz sönüm duvarsız modellerinin periyotlarını ve göreli kat ötelemelerini karşılaştırmışlarıdır. Viskoz sönüm duvarlarının yapının kat deplasmanlarını %18-20 kadar azalttığını, çatı katı göreli ötelemesinin %20 daha az olduğunu belirlemişlerdir. Viskoz sönüm duvarlı yapının tasarımında göreli kat ötelemelerinin % 1.5’e kadar düştüğünü hesaplamışlardır (Dilsiz vd., 2018).