Yap lar n Depreme Kar Korunmas Üzerine Yap lan Çal malar n ncelenmesi

Deprem gibi sürekli de en dinamik yüklere kar toplum için önemli olan nükleer tesisler, aç k deniz yap lar , radar istasyonlar , hastaneler, haberle me tesisleri, tarihi yap lar vb. yap lar n depreme kar korunmas için birçok çal ma yap lm r. Bu bölümde yap lan bu çal malara genel olarak de inilecektir.

Sismik izolasyon üzerine yap lan ilk çal malar n Japonya’da oldu u bilinmektedir. Sismolog Dr. John Milne Tokyo Üniversitesi’nde 1876 ile 1895 y llar aras nda yapt çal mada; 25 cm çap ndaki çelik bilyeleri kullanarak bir izolasyon sistemi tasarlam r. Bu çal ma sonucunda ortaya ç kan sistemin performans orta seviyedeki depremlerde oldukça ba ar olmas na ra men rüzgâr yükünde yap da titre im sorunlar oldu u için bilyenin çaplar küçülterek hem rüzgâr yükü alt nda hem de deprem yükü alt nda stabilitesini koruyabilen bir yap tasarlanm r. (Tezcan ve Cimilli, 2002).

Daha sonralar , 1900’lü y llar n ba nda ngiltere’de ya ayan J. A. Calantarients ad nda bir bilim adam bu konuda yeni bir yöntem ortaya koymu tur. J. A. Calantarients bu yöntemde, binalar n yap esnas nda binan n alt na kum, mil veya mika gibi malzemeler konularak, deprem esnas nda binan n yatay yönde hareket serbestli i kazanabilece ini savunmu tur. Bu sayede, deprem enerjisinin büyük bir bölümünün binaya ula madan taban seviyesinde sönümlenebilece ini ifade etmi tir (Naeim ve Kelly, 1999).

1921 y nda Tokyo’daki Imperial Hotel binas Frank Lloyd Wright taraf ndan sismik izolasyon sistemleri kullan larak tasarlanm r. Wright, binan n oturaca zemininin 2,5 m kal nl nda sa lam ve sert bir zemin tabakas ile onun alt nda ise yakla k 20 m kal nl kta yumu ak bir çamur tabakas ndan olu tu unu tespit etmi tir. Wright, binay sismik etkilerden korumak için sa lam zemin tabakas na s k aral klarla kaz klar çakarak binay bunun üzerine oturtmu , böylelikle binay sa lam zemin tabakas na birle tirmi ve çamur tabakas n üzerinde yüzen bir sistem olu turmaya çal r. Imperial Hotel binas 1923 y nda meydana gelen y Tokyo depremini hasars z atlatmay ba arm r (Kelly, 1981).

Modern anlamda sismik izolasyon tekni inin kullan lmas 1960’l y llar n sonlar na do ru Yugoslavya’da bir okulda, sviçreli mühendisler taraf ndan in a edilen üç katl yap r. 1969 y nda ilk defa, kauçuk mesnetli izolatör mekanizmalar bu binada kullan lm r (Tezcan ve Cimilli, 2002).

Sismik izolasyonun tarihçesi oldukça eski olmas na ra men, bu sistem ancak yak n tarihlerde yayg n olarak kullan lmaya ba lanm r. Japonya’da sismik taban izolasyonu konularak yap lan ilk dört katl modern bina 1986 y nda tamamlanm r. Japonya’da in a edilmi sismik izolasyonlu en büyük bina, Bat Japon Posta Bilgisayar Merkezi’dir ve bu binan n izolasyonlu periyodu 3,9 saniyeye ula maktad r (Komodromos, 2000). Amerika Birle ik Devletleri’ndeki sismik izolasyonlu ilk bina ise “The Foothill Communities Law And Justice Center” binas r ve 1985 y nda tamamlanm r (Kelly, 1997).

Yap sal hareketi önleme konusunda ilk aktif kontrol sistemli çal malar da 1960 nda ba lam r. 1960 y nda yüksek binalar n stabilizasyonu için kontrol araçlar olarak ön gerilmeli tendonlar kullan lm r. 1965 y nda yap çerçevelerine ve tabanda hidrolik krikolara ba olan kablolar ile yüksek binalar tasarlanm r. Buna göre, alg lay lar ile yap n üst k sm ndaki hareket belirlenir, kontrol arac na bu hareket verilerini iletir ve krikolar n hareketini yönetir. Ancak, o zamanlar bu dü ünce uygulamaya geçirilmemi tir (Bakio lu ve Aldemir, 1995).

1972 y nda yap sal kontrol teorisine dayanan bir kontrol teorisi haz rlanm r. Aktif kontrol ile ya yap n hareketi kontrol alt na al r ya da d ar dan enerji sa lanarak çal lan bir kontrol sisteminin hareketi ile yap n hareketi düzenlenir. Birçok çal mada aktif ve pasif sistemlerin birlikte kullan ld kombine kontrol sistemleri üzerinde çal malar yap lm r (Ramollo ve ark. 2002; Yoshioka ve ark., 2002). Son zamanlarda yüksek binalar için binalar üç boyutlu modelleyerek aktif ve

pasif kontrol yöntemleri uygulanm r. Yap lar n kontrolü için Benchmark problemlerinde aktif tendon ve aktif kütle sistemleri kullan larak binalar depreme kar korumaya yönelik deneysel çal malar yap lm r (Spencer ve ark., 1998).

2.1.1. Metalik sönümleyiciler üzerine yap lan çal malar n incelenmesi

Metalik sönümleyicilerin kullan , özellikle Northrighe (1994) ve Kobe (1995) depreminden sonra çelik çerçeveli yap larda meydana gelen beklenmedik birle im bölgesi hasarlar ndan sonra ara rmac lar n daha fazla ilgisini çekmi tir (Oh ve ark., 2009). A da metalik sönümleyiciler üzerine yap lm baz çal malar sunulmu tur.

Colunga ve Vergaro (1997), çal mada 1950’li y llarda yap lan 10 katl çelik bir binay güçlendirmek için çelik çubuk elemanlar ve “ADAS” olarak adland lan metal sönümleyicilerden olu an 2 de ik sistem kullan lm r. Bu durum için 3 boyutlu elastik analiz, limit analiz ve lineer olmayan dinamik analiz olmak üzere 3 farkl analiz yap lm r. Yap lan incelemeler ve analizler sonucunda “ADAS” olarak adland lan sönümleyicilerle yap lan güçlendirmenin maliyetinin fazla olmas na ra men diyagonal çelik elemanlara göre kullan n daha uygun oldu una karar verilmi tir.

Lee ve ark. (2002), moment çerçevelerinde X çaprazlar n ortas nda yar kl metalik sönümleyicileri kullanabilmek için yapm oldu u 11 adet deneyi içeren deneysel çal malar sonucunda; yar kl çelik sönümleyicilerin X çaprazlar n ortas nda kullan n çerçevenin sünekli ini artt rd tespit etmi lerdir.

Shih ve Sung (2005), yapm olduklar çal malar nda, “ADAS” türü sönümleyicilere alternatif olarak dü ük mukavemetli çelik kullanarak deneyler yapm lard r. Kulland klar bu malzemenin dayan tespit etmek için Wen taraf ndan modeller geli tirilmi tir.

Li ve Li (2006), ilave süneklik ve rijitlik sa lad için çift fonksiyonlu diye adland rd klar çelik yar kl sönümleyici türleri üzerine deneysel çal malar yapm lard r. Öncelikle, 4 farkl ekilde yar kl sönümleyicilerin olu turduklar düzenek ile kesme kuvveti alt ndaki davran lar incelemi lerdir. Ard ndan bu sönümleyicileri 3 boyutlu bir çelik çerçevede çaprazlar ile kiri i ba layacak ekilde yerle tirip sarsma tablas deneyine tabi tutmu lard r. Sarma tablas nda El Centro, Taft ve Tianjin depremlerinin ivmeleri çerçeve sistemine uygulanm r. Deney sonucunda çerçevenin büyük enerji sönümleme kapasitesine sahip oldu u sonucuna var lm r. Deney modelleri ANSYS program nda bire bir modellenmi ve bu sönümleyiciler gerçek

betonarme bir binan n çelik çaprazlarla güçlendirilmesinde kiri alt ndaki çelik çaprazlara monte edilerek gerçekle tirilmi tir.

Chan ve Albermani (2008), çal malar nda kullanm olduklar çelik yar kl sönümleyicileri geni ba kl profillerin kesilmesi eklinde üretmi lerdir. Deney sistemi kaynak kullan lmadan sadece bulon kullan larak te kil edilmi tir. Burada tamamen kaynak kullan lmadan olu turulan ba lant n amac , sahada uygulanacak kayna n kalitesinin belirsizli idir. Profillerin yar larak olu turuldu u 9 adet sönümleyiciye tersinir tekrarlan r yük uygulanm r. Yap lan deneysel çal ma sönümleyicilerin çok iyi enerji tüketme kapasitesine sahip oldu u ve oldukça sünek davran sergiledi ini göstermi tir.

Oh ve ark. (2009), bu çal malar nda literatürde ilk defa yar kl sönümleyicileri çelik çerçeve kolon-kiri birle im bölgelerinde kullanm lard r. Ara rmac lar yapt klar 4 adet tam ölçek kolon-kiri birle im bölgesi deneyi ile kolon ve kiri lerde hasar olu madan uygulad klar tersinir tekrarlan r yükleri sönümlemi lerdir.

Ghabraie ve ark. (2010), BESO adl optimizasyon tekni i ile metalik sönümleyicilerin boyut ve ekli üzerine çal an yazarlar, liteteratürde daha önce kullan lan düzgün yar kl çelik sönümleyici eklini ilk tasar m ekli olarak ele al p çal malar na bu ekilde ba lam lard r. Yar kl çelik sönümleyicilerin tersinir tekrarlan r yük alt ndaki sünek davran artt rabilmek ve bunun yan nda daha ekonomik ve efektif bir sönümleyici ekli elde edebilmek için optimizasyon algoritmas kullanm lard r. Yazarlar bu algoritmadan elde ettikleri sonuçlar do rultusunda, 3 farkl ekilde delikli çelik sönümleyicilerin en uygun davran sergiledi ini tespit etmi ler, bu sönümleyicilerin deneysel davran lar da incelemek için bir deney düzene i haz rlam lard r. Yap lan deneyler optimizasyon tekni inin ba ar oldu unu göstermi tir.