View
18
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
4. Uluslararası Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı
11-13 Ekim 2017 – ANADOLU ÜNİVERSİTESİ – ESKİŞEHİR
BETONARME BİR YAPININ ÇEVREL TİTREŞİM KAYITLARI İLE SADECE
TAŞYICI SİSTEMLİ VE İNŞAATI TAMAMLANMIŞ DURUMDA DİNAMİK
PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİ
Selçuk KAÇIN1, Emrah SOYSAL2
1 Yrd. Doç. Dr. İnşaat Müh. Bölümü, İskenderun Teknik Üniversitesi, İskenderun-Hatay 2 İnşaat Mühendisi, Çevre ve Şehircilik Bakanlığı Osmaniye İl Müdürlüğü, Osmaniye
Email: selcuk.kacin@iste.edu.tr
ÖZET:
Yapı Sağlığı izleme sistemlerinin yaygınlaşması ile her geçen gün daha fazla sayıda yapıdan titreşim kayıtları
alınarak dinamik özellikleri hasarsız ve gerçekçi olarak tespit edilebilmektedir. Bu çalışmada Hatay-İskenderun
ilçesinde yapılmakta olan on katlı betonarme bir binanın sadece taşyıcı sistemli (kolon-kiriş) ve inşaatı
tamamlanmış durumda dinamik parametrelerinin bulunması amaçlanmaktadır. Dolgu duvarların yapının yük
taşıma kapasitelerine olumlu yönde yaptığı bilinmektedir. Ancak dolgu duvarlar hesaplarda çok fazla dikkate
alınmamaktadır. Bu çalışmada yapının sadece taşıyıcı sisteminin (kolon-kiriş) olması durumunda ve inşaatı
tamamlanmış durumda dinamik parametrelerinin deneysel olarak belirlenerek karşılaştırılacaktır. Bu amaçla
çevrel titreşim etkisinde yapıdan elde edilen tepki kayıtları kullanılmaktadır. Çevrel titreşim tepki kayıtlarının
alınması amacıyla hız ölçer sensörler kullanılmaktadır. Elde edilen kayıtların uygun analizleri ile yapının
dinamik davranışını belirleyen en önemli parametre olan periyot değerleri elde edilmiştir. Binanın taşıyıcı kısmı
ile elde edilen deney sonuçları ile yapı tamamlandığında elde edilen deney sonuçları karşılaştırılmıştır.
ANAHTAR KELİMELER: Çevrel Titreşim, Yapı Dinamiği, Yapı Sağlığı İzleme Sistemleri, Yapı Analizi
DETERMINATION OF DYNAMIC PARAMETERES OF REINFORCED
CONCRETE BUILDING ONLY WITH COLUMN-BEAM AND
CONSTRUCTION COMLETED SITUATIONS WITH
AMBIENT VIBRATION RECORDS
ABSTRACT:
With a widespread use of structural health monitoring systems, more structure vibration recordings are being
taken day by day. The dynamic characterisrics of buildings are determinated as undamaged and realistic with
these records. In this study, it will be tried to determine the dynamic proporties of 10-storey reinforced concrete
building only with column-beam and cosntruction completed situations. The building is constructied in
İskenderun-Hatay. It is known that, infill walls are contributed to positively effect of structures load bending
capacity. However, this effect is not taken into project account. In this study two sperated cases will be
examined. One of them is the structure is made only of columns and beams. The other one is the comleted
structure. In both situation, the structure dynamic proporties will be found with the ambient vibration records.
Velocimeter sensors are used for ambient vibration records. The most important dynamic parameter, the period
values are calculated by the appropriate analysis of the ambient vibration records. Both situation period values
will be compared.
KEYWORDS: Ambient Vibration, Structural Dynamic, Structural Healt Monitoring, Structural Analysis
4. Uluslararası Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı
11-13 Ekim 2017 – ANADOLU ÜNİVERSİTESİ – ESKİŞEHİR
1. GİRİŞ
Son yıllarda özellikle elektronik, sensör ve veri depolama teknolojilerindeki hızlı gelişim sayesinde pek çok
yapıya izleme sistemleri kurulması imkanı doğmuştur. Yapı sağlığı izleme sistemleri diye adlandırılan bu
sistemler sayesinde özellikle yüksek riskli deprem bölgelerinde yer alan yapılardan çeşitli dinamik yükler altında
alınan tepki kayıtları incelenerek yapıların dinamik parametreleri gerçekçi olarak belirlenebilmektedir (Şafak
2007). Yapılara yerleştirilen izleme sistemleri farklı dinamik etkiler altında kayıt alabilmektedir. Ortamda
mevcut olan çevrel titreşimler etkisi altında yapıdaki tepki titreşimleri kayıt altına alınabildiği gibi (Michel ve
ark 2008, Ivanovic ve ark. 2000) bazen yapıya dinamik bir harmonik yük uygulanarak (zorlanmış titreşim) da
yapıda oluşan tepki değerleri ölçülebilir (Sortis ve ark 2005, Bradford ve ark 2004). Yapının olduğu bölgede
meydana gelen küçük depremler sırasında yapının tepki kayıtlarının alınması da mümkündür (Çelebi ve ark
1993, McVerry 1980). Son yıllarda oldukça fazla sayıda yapıdan titreşim kayıtları alınmaktadır. Yapılardan elde
edilen bu titreşim kayıtlarının uygun şekilde analiz edilmesi ile yapının periyot, sönüm oranı ve modal şekli gibi
dinamik parametrelerinin hesaplanması mümkün olmaktadır (Şafak 2011).
Dolgu duvarların yapının taşıyıcı sistemine olan katkısı uzun yıllardır mühendisler tarafından araştırılan bir
konudur. Dolgu duvarların eşdeğer sanal basınç çubukları ile modellenmesi (Stafford 1967) günümüzde bile
halen kullanılan geçerli bir yöntemdir. Duvarların modellenmesinde pencere ve kapı boşluklarının bulunması da
model kurulumunu zorlaştırmaktadır. Ülkemizdeki deprem yönetmeliğinde dolgu duvarların etkisi yapıda sadece
ölü yük oluşturacak şekilde değerlendirilmiştir. Ancak yapılan deneysel çalışmalar dolgu duvarların yapıların
yatay yük taşıma kapasitelerine öenmli derecede katkı sağladığını göstermektedir (Güney ve Boduroğlu 2006).
Duvarlı ve duvarsız yapıların karşılaştırılması amacıyla genelde laboratuar ortamında çerçeveler üzerinde
deneysel çalışmalar yapıldığı görülmektedir. (Bikçe ve ark 2011)’de ise 6 katlı betonarme bir yapının duvarlı ve
duvarsız durumda dinamik parametrelerinin hesaplanması amacıyla zorlanmış titreşim kayıtları kullanılmıştır.
Yapıda duvarların olması durumunda birinci doğal titreşim periyodunun %35’e varan oranlarda azaldığı
belirtilmiştir.
Bu çalışmada Hayat İli İskenderun İlçesinde 10 katlı bir binanın sadece karkas (kolon-kiriş) inşaatı tamamlandığı
durum ile inşaatın tamamen bittiği durumda dinamik parametrelerinin belirlenmesi amacıyla, çevrel titreşim
etkisinde yapıda oluşan tepkiler kayıt cihazları yardımıyla alınmıştır. Bu amaçla beş adet hızölçer kayıt cihazı
kullanılmıştır. Tüm cihazlar ana kayıt cihazına ve bilgisayara bağlanarak senkronize olarak çalışmaları
sağlanmıştır. Cihazlardan aldığımız veriler program yardımıyla analiz edilmiştir. Analiz sonucu binanın
periyotları bulunmuştur.
2.İNCELENEN YAPININ ÖZELLİKLERİ
Çalışmada Hatay İli İskenderun İlçesinde 10 katlı ve konut olarak inşa edilen bir yapı incelenmektedir. Bina
betonarme perde, kolon ve plak döşeme olarak tasarlanmış olup yan yana 3 blok olarak inşa edilmektedir.(Şekil
1). Yapıda asmolen tipi döşeme kullanılmakta olup otopark amaçlı yarım bodrum kat yer almaktadır. Genellikle
betonarme yapılar üretilirken temelden sonra sistemin taşıyıcı sistemi (kolon, kiriş ve döşeme) imal edilir.
Özellikle yüksek katlı yapılarda üst katlarda taşıyıcı sistem için kalıp çakılıp beton dökülürken alt katlarda
duvarlar örülür. Özellikle yüksek katlı yapılarda yapının tamamen taşıyıcı sisteminin bitirilip sonra duvarların
örülmesi çok fazla karşılaşılan bir uygulama değildir. İncelenen yapıda 10 katlı binanın tüm taşıyıcı elemanları
(kolon, kiriş, döşemeleri) yapıldıktan sonra duvarların örülmesine geçilmiştir. Bu çalışmada yapıdan sadece
taşıyıcı sistemleri var iken titreşim kayıtlarının alınması ve daha sonra yapının tamamlanarak kullanıma
açılmasından sonra titreşim kayıtlarının alınarak karşılaştırılması amaçlanmıştır. Böylece yapının sadece taşıyıcı
sistemi olması durumunda elde edilen dinamik parametreler ile tüm yardımcı elemanları (duvar, sıva, pencere,
zemin kaplamaları vb.) tamamlandıktan sonra elde edilen dinamik parametrelerin karşılaştırılması
amaçlanmıştır.
4. Uluslararası Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı
11-13 Ekim 2017 – ANADOLU ÜNİVERSİTESİ – ESKİŞEHİR
Şekil 2. Binanın sadece taşıyıcı sistemli ve inşaatı tamamlanmış durumdaki görünüşü
3. TİTREŞİM KAYITLARININ ALINMASI
Bina üzerine yerleştirilen hızölçer sensörler ve kayıt cihazı yardımıyla çevrel titreşim etkisinde bina tepki
değerleri kayıt altına alınmıştır. Binada zemin kat, üçüncü kat, yedince kat ve son kata iki adet olmak üzere 5
adet hızölçer sensör, yönleri aynı olacak şekilde yerleştirilmiştir. Sensörlerin bina üzerinde yerleşim noktaları
Şekil 3.’ de gösterilmiştir.
Şekil 3. Hızölçer sensörler ile titreşim kayıtlarının alınması
Çevrel titreşim etkisinde yapının tepki kayıtlarını ölçebilmek için İskenderun Teknik Üniversitesi İnşaat
Mühendisliği bölümünde mevcut olan üç eksen doğrultusunda da kayıt yapma özelliğine sahip hızölçer
algılayıcılar kullanılmıştır. Algılayıcılar SYSCOM (İsviçre) firmasınca üretilen MR2002 modelidir. Algılayıcılar
saniyede en fazla 200 değeri kayıt altına alabilmektedir. Algılayıcılar 0-150 (Hz) aralığında çalışabilmektedir.
4. Uluslararası Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı
11-13 Ekim 2017 – ANADOLU ÜNİVERSİTESİ – ESKİŞEHİR
Algılayıcıların gürültü eşik değeri 10 μV/√Hz’dir. Bina tipi yapılar için kullanılacak kayıt cihazlarının yerlerinin
tespit edilmesi konusunda bazı kriterler mevcuttur. Sensörlerin yerlerin ve sayısı için; ilk grup sensörler binanın
çatı katına, ikinci grup sensörler zemin veya bodrum katına, üçüncü grup sensörler rijitliğin ve kütlenin değiştiği
noktalara, daha sonraki sensör grupları binanın serbest titreşim modlarının maksimum olacağını tahmin ettiğimiz
noktalar konulmalıdır (Mc Verry 1980). Bu yapıda da elimizdeki kayıt cihazları bu kriterlere uygun olarak
yerleştirilmeye çalışılmıştır.
Şekil 4. Sensörlerin yerleşimi Şekil 5. Kontrol Ünitesi
Tüm sensörler bir kontrol ünitesi yardımıyla senkronize bir şekilde çalıştırılmaktadır. Aynı anda kayda başlayıp
aynı anda sonlandırmak ve istendiğinde sensörler üzerinde işlemler yapmak amacıyla bu kontrol ünitesi
kullanılmaktadır. Binadan yaklaşık 50 dakika boyunca tepki kayıtları alınmıştır. Bu kayıtlar birer dakikalık
dosyalar halinde saklanmaktadır. Kayıt işlemleri tamamlandıktan sonra yapının periyot değerlerinin bulunması
amacıyla analizler yapmak için tüm kayıtlar bilgisayar programı yardımıyla birleştirilmektedir. Şekil 6.’da
binanın duvarlı durumundan elde edilen örnek bir kayıt dosyasının x ve y ekseni doğrultusundaki değerleri
görülmektedir.
4. Uluslararası Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı
11-13 Ekim 2017 – ANADOLU ÜNİVERSİTESİ – ESKİŞEHİR
-0,10
-0,08
-0,06
-0,04
-0,02
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0 10 20 30 40 50 60
Şekil 6.a. Örnek bir kaydın x bileşeni
-0,10
-0,08
-0,06
-0,04
-0,02
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0 10 20 30 40 50 60
Şekil 6.b. Örnek bir kaydın y bileşeni
4. TİTREŞİM KAYITLARI İLE YAPININ DİNAMİK ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ
Yapılardan alınan titreşim dataları zaman alanında tanımlanmıştır. Yapının herhangi bir noktasda ivme veya hız
değerlerinin zamanla değişimini gösteren kayıtlar gibi. Fourier dönüşümü aynı verilerin frekans alanında
tanımlanmasını sağlar. Yani zaman alanında alınan kaydın frekans alanındaki eşdeğerini bulmak için Fourier
dönüşümü yapılır. Fourier dönüşümü yapılarak herhangi bir sinyali değişik frekanslardaki sinus eğrilerinin
toplamı olarak yazabiliriz. Yapının modal frekans dolayısı ile periyot değerlerini bulmak için alınan kayıtların
Fourier dönüşümlerindeki genlik değerlerini hesaplamak yeterlidir (Şafak 2007).On katlı sadece taşıyıcı sistemi
yapılan yapıdan elde edilen titreşim kayıtlarının Fourier dönüşümleri alındığında yapının modal titreşim
frekansları hesaplanabilmektedir. Şekil 7.’de yapının duvarsız durumda çevrel titreşim etkisinde alınan üst
katlardaki bir algılayıcının x yönündeki kayıtlarının Fourier dönüşüm grafiğini, Şekil 8.’de ise y yönünde elde
edilen kayıtların Fourier dönüşümleri görülmektedir.
sn
Sen
sörd
en o
ku
nan
hız
değ
erle
ri (
mm
/sn)
Sen
sörd
en o
kunan
hız
değ
erle
ri (
mm
/sn)
sn
4. Uluslararası Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı
11-13 Ekim 2017 – ANADOLU ÜNİVERSİTESİ – ESKİŞEHİR
0,000
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
0,006
0,007
0,008
0 2 4 6 8 10 12 14
Şekil 7. En üst kattaki bir algılayıcının x yönündeki kayıtlarının Fourier dönüşüm grafiği (Duvarsız)
0,000
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
0,006
0,007
0,008
0 2 4 6 8 10 12 14
Şekil 8. En üst kattaki bir algılayıcının y yönündeki kayıtlarının Fourier dönüşüm grafiği (Duvar sız)
0,0000
0,0010
0,0020
0,0030
0,0040
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Frekans (Hz)
F
ou
rier
Am
pli
tud
e
F
ouri
er A
mpli
tude
Frekans (Hz)
Frekans (Hz) F
ouri
er A
mpli
tud
e
Şekil 9. En üst kattaki bir algılayıcının x yönündeki kayıtlarının Fourier dönüşüm grafiği (Duvarlı)
4. Uluslararası Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı
11-13 Ekim 2017 – ANADOLU ÜNİVERSİTESİ – ESKİŞEHİR
0,0000
0,0010
0,0020
0,0030
0,0040
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Şekil 9 ve Şekil 10’da inşaat tamamlanıp yapı kullanıma açıldıktan sonra yani duvarlı durumda alınan
titreşim kayıtlarının Fourier dönüşüm grafikleri görülmektedir. Bu grafiklerdeki pik değerler bize yapının
frekans değerlerini vermektedir. Bu grafikler kullanılarak yapının duvarsız durumda sadece taşıyıcı sistemli
(kolon-kiriş-döşeme) durumda x ve y yönündeki modal titreşim frekans ve periyot değerleri Tablo 1.’de
sunulmaktadır.
Tablo 1. Titreşim kayıtlarından elde edilen periyot değerleri (Duvarlı ve Duvarsız durum)
Periyot (sn) Sadece Taşıyıcı Sistem
Olması Durumu
İnşaat Tamamlanmış
Kullanım Durumu
Fark
1. Mod 0.79 (x ) 0.59 (x) % 33.9
2. Mod 0.68 (y) 0.44 (y) % 54.5
3. Mod 0.64 (burulma) 0.43 (burulma) % 48.8
5. SONUÇLAR
Bu çalışmada birinci derece deprem bölgesinde yer alan 10 katlı betonarme bir binanın periyot değerinin sadece
kolon kiriş yani karkas taşıyıcı durumunda ve inşaatı tamamalanmış durumda bulunmasına çalışılmıştır. Yapının
sadece kolon kirişleri olması durumunda çevrel titreşim etkisindeki tepkileri ile inşaatı tamamlanmış durumdaki
tepki kayıtları kullanılarak periyot değerleri karşılaştırılmıştır. Yapının sadece taşıyıcı sisteminin olması
durumunda hesaplanan periyot değeri ile inşaatı tamamlanmış durumdaki periyot değerleri arasında 1. periyotta
% 33.9; 2. periyotta %54.5 ve 3. periyotta %48.4 farklılık olduğu gözlemlenmiştir. İnşaatın tamamlandığı
durumda yapıya eklenen duvar, seramik, kaplama, cam çerçeve vb. elemanlar sebebiyle yapının ağırlının
artacağı için periyodunun azalması beklenmekteydi, deney sonuçlarında da görüleceği gibi yapının periyot
değerleri belirgin bir şekilde azalmaktadır.
Frekans (Hz)
Şekil 10. En üst kattaki bir algılayıcının y yönündeki kayıtlarının Fourier dönüşüm grafiği (Duvarlı)
F
ou
rier
Am
pli
tud
e
4. Uluslararası Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı
11-13 Ekim 2017 – ANADOLU ÜNİVERSİTESİ – ESKİŞEHİR
KAYNAKLAR
Stafford S.B. (1967). Methods for predicting the lateral stiffness and strength of multi-storey infilled frames.
Building Science 2, 247-257.
Güney, D.ve Boduroğlu, M.H. (2006). Deprem etkisi altındaki simetrik ve asimetrik yapıların lineer olmayan
tepkilerine dolgu duvarlarının katkısı. İtü Mühendislik Dergisi 5:3, 165-174.
Bikçe, M., Geneş, M. C., Kaçın, S. ve Zubaroğlu, A. (2011). Betonarme bir yapıda duvarsız ve duvarlı hallerin
dinamik testleri, 1. Türkiye Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı, ODTÜ-Ankara.
Şafak E. (2007),Yapı Titreşimlerinin İzlenmesi: Nedir, Neden Yapılır ve Ne Elde Edilir, Altıncı Ulusal Deprem
Mühendisliği Konfereansı, , İstanbul (Türkiye), p 285-293.
Michel C., Gueguen P. and Bard P. Y., (2008), Dynamic parameters of structures extracted from ambient
vibration measurements: an aid for the seismic vulnerability assessment of existing buildings in moderate
seismic hazard regions, Soil Dynam. Earthq. Eng., vol 28, pp. 593–604.
Ivanovic S. S., Trifunac M. D., Novikova E. I., Gladkov A. A. And Todorovska M. I., (2000), Ambient
Vibration tests of a seven story reinforced concrete building in Van Nuys, California, damaged by the 1994
Northridge earthquake, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, vol 19, pp 391-411.
Sortis A. De, Antonacci E. And Vestroni F., (2005) “Dynamic identification of a masonary building using
forced vibration tests”, Engineering Structures, vol 27, pp 155-165.
Bradford S. C., Clinton J. F. , Favela J. And Heaton T. H., “Results of Milikan Library Forced Vibration
Testing” , California Institute of Technology Earthquake Engineering Research Laboratory, Report No: EERL
2004-03, Pasadena, California.
Çelebi M., Phan L. T. And Marshall R. D., (1993), “Dynamic characteristics of five tall buildings during strong
and low-amplitude motions”, The Structural Design of Tall end Special Buildings, Vol 2-(1), pp. 1-15.
McVerry G. H., (1980), “Structural identification in the frequency domain from earthquake records”, Earthquake
Enginnering and Structural Dynamics, Vol 8, Issue 2, pp. 161-180.
Şafak E., “Binalardan Alınan Titreşim Kayıtlarının Analizi İçin Basit Yöntemler”. 7. Ulusal Deprem
Mühendisliği Konferansı, 30 Mayıs-3 Haziran 2011, İstanbul , Türkiye.
Recommended