Workshop on Seramar Project, Sept. 30-Oct. 2, 2010, Antakya
BETONARME BETONARME ÇÇERERÇÇEVELEVELİİYAPILARIN ZORLANMIYAPILARIN ZORLANMIŞŞ TTİİTRETREŞİŞİM M
DENEYLERDENEYLERİİNE GNE GÖÖRE MEVCUT RE MEVCUT DURUMLARININ ARADURUMLARININ ARAŞŞTIRILMASITIRILMASI
Hazırlayan:Yüksek Lisans Öğrencisi
Ela Doğanay
Workshop on Seramar Project, Sept. 30-Oct. 2, 2010, Antakya
2
SUNUM KAPSAMIGirişZorlanmış Titreşim TestleriTest Binalarının BelirlenmesiTest Kapsamında Kullanılan CihazlarTest İşlemleriTest Sonuçlarının View2002 Programında AnaliziYapıların ETABS Programı İle ModellenmesiTest ve Analiz SonuçlarıSonuçlar ve Öneriler
Workshop on Seramar Project, Sept. 30-Oct. 2, 2010, Antakya
4
Ülkemiz, son derece aktif deprem kuşaklarının bulunduğu bir coğrafyaya sahiptir.
Ege Bölgesi -Yerel faylar
Bingöl Karlıova
Kuzey Anadolu Fay Hattı
Doğu Anadolu Fay Hattı
Marmara Marmara -- 19991999
DDüüzce zce -- 19991999
Gediz Gediz -- 19701970
Dinar Dinar -- 19951995
Ceyhan Ceyhan -- 19981998
Antakya Antakya -- 19971997
Lice Lice -- 19751975
Varto Varto -- 19661966
Muradiye Muradiye --19761976
Erzincan Erzincan -- 19391939
Workshop on Seramar Project, Sept. 30-Oct. 2, 2010, Antakya
5
Özellikle de Hatay, deprem fay hatlarının kesiştiği bölgede yer almasından dolayıdeprem tehlikesinin
en üst düzeyde yaşanabileceği şehirlerimizin
başında gelmektedir.
Workshop on Seramar Project, Sept. 30-Oct. 2, 2010, Antakya
Son yıllardaki depremlerden sonra yapılan hasar incelemelerinde, betonarme çerçeveli yapılarda çok fazla hasarlar oluştuğu görülmüş ve bu yapıların hasargörebilirliğinin arttığı sonucuna varılmıştır. Bazı hasarların nedenlerinin açıklanması ve araştırılması mümkündür fakat yapı planına ve kabullere bağlı olarak bulunan sayısal sonuçlar ile ölçülen sonuçlar arasında farklar meydana gelmektedir.Bu yüzden sismik yüklerin binaya daha sistematik bir yol ile aktarılmasına dayanan ve aletsel dataların kullanıldığı ileri yaklaşımlara gerek olduğu ortadadır.
6
Workshop on Seramar Project, Sept. 30-Oct. 2, 2010, Antakya
7
Buradan yola çıkarak geliştirilen bu çalışmasının amacı ;
Mevcut olan betonarme yapı stoğunun hasar ve deprem karakteristiğinin belirlenmesidir.
İzlenmesi gereken yol şöyledir;
Zorlanmış titreşim deneyleri ile dinamik davranış parametrelerinin belirlenmesi (hakim titreşim periyodu, mod şekli, sönüm oranı gibi)
Analitik modellerin kalibrasyonu (elde edilen dinamik parametrelere göre)
Performansa dayalı analizler ile bina performanslarının belirlenmesi
Performanslar değerlendirilerek Antakya’daki yapı stokunun hasar karakteristiğinin ortaya konması
Veriler kullanılarak deprem senaryosu için veri tabakası oluşturulması
9
Test binaları seçilirken Antakya
genelinde olmasına, özellikle de
kent merkezindeki orta katlı
yapıları temsil eden binaların
seçilmesine dikkat edilmiştir. Ve
şekilde de görüldüğü gibi şimdiye
kadar Antakya’ nın çeşitli
bölgelerinden seçilen 18 bina test
edilmiştir.
10
A-1
A-2
Bu sunumda test dilen binalardan iki tanesinin analiz sonuçları verilecektir.
Birinci bina A-1 kodlu bina
İkinci bina ise A-2 kodlu bina.
Workshop on Seramar Project, Sept. 30-Oct. 2, 2010, Antakya
12
Zorlanmış titreşim testinde,
Sarsma cihazıyla bina sarsılarak titreşimler yaratılıyor
Bu titreşimlerden dolayı yapıda meydana gelen tepki mekanızmaları sensörler aracılığıyla kayıt altına alınıyor
Bu kayıtların bilgisayar ortamında analiz edilmesi sonucu binanın;
Doğal periyotuSönüm oranı
Mod şekli
ve benzeri dinamik özellikleri elde edilmiş oluyor.
Workshop on Seramar Project, Sept. 30-Oct. 2, 2010, Antakya
--Zorlanmış Titreşim Testinde Kullanılan Cihazlar--
13
14
Prototip olarak üretilmiş titreşim üreteci cihaz, az ve çok katlı yapıların test edilmesine uygundur.
Harmonik salınım üretmek üzere geliştirilmiştir.
Cihaz titreşimi sağlayacak iki yük kolundan oluşmaktadır.
0.5-15 Hz frekans çalışma aralığına sahiptir
Bu test cihazıyla test edilen binalarda titreşimler insanların hissedebileceği düzeyde değildir.
Sarsma Cihazı
© by seismotec GmbH
15
Sarsma Cihazı İle Birlikte Kullanılan Hız Ölçerler
Testlerde 6 adet hızölçer(SENSÖR) kullanılmıştır.SYSCOM marka bu cihazlar x,y,z olmak üzere üç eksenli kayıt alma özelliğine sahiptir.Bir hızölçer toplamda 3 ana parçadan oluşmaktadır.
1- MR2003; tabanında su terazili sehpası olan ve bulunduğu zemindeki titreşimleri kayıt altına alan cihazdır.
2-MR2002; MR2003 ten aldığı verileri dönüştürücüğe aktarmaktadır.
3-Dönüştürücü elektriksel kayıtları sayısal olarak NCC ye aktarmaktadır.
Tüm hızölçerler nihai durumda verilerini NCC yardımıyla bilisayar ortamına ulaştırır.
16
Sarsma Cihazı
Kontrol Ünitesi
Hız Ölçerler
Tüm Kayıtların toplandığı yer
Deney Düzeneyi
© by seismotec GmbH
17
0.5 Hz ten başlayıp 0.2 yada 0.5Hz lik artımlar yapılarak sarsma cihazının dönme hızı arttırılır.
Her artımda saniyede 100 kayıt olmak üzere 60 saniye boyunca kayıt alınır.
Bina sarsma işlemi 12Hz e kadar devam eder. Titreşim üretecinin frekansı, yapının doğal frekanslarını kapsayan bir alanda uygulanmaktadır.
Her iki doğrultuda kayıt almak için cihazın doğrultusu 90 derece çevirilerek değiştirlir ve diğer doğrultu için aynı işlemler uygulanır.
Workshop on Seramar Project, Sept. 30-Oct. 2, 2010, Antakya
18
Binanın hakim titreşim frekansının olduğu bölgede, salınım frekansıyla binanın tepki frekansı çakışıp rezonans durumu meydana gelmektedir. Rezonans durumunda sensörler maksimum genlikte okuma yapmaktadır. Böylelikle binanın o yöndeki maksimum deplasmanı meydana gelmektedir.
© by seismotec GmbH
Workshop on Seramar Project, Sept. 30-Oct. 2, 2010, Antakya
Test binalarında hız ölçer vasıtasıyla kayıt altına alınan veriler View2002 programıyla analiz edilmiştir.
20
Workshop on Seramar Project, Sept. 30-Oct. 2, 2010, Antakya
21
0
2
4
6
8
10
12
1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6frekans (Hz)
FFT
Gen
lik
f=1.98 HzT=0.5128sn
Modal Frekanslar
View2002 programıyla elde edilen Frekans, FFT genlik grafiklerinin pik noktaları, binanın o andaki salınımına ait modal frekansını göstermektedir.
Bina hakim peryodu da frekans değerinin çarpmaya göre tersiyle bulunur;
Binanın her iki salınım yönünde hakim titreşim frekansı ve hakim periyotu elde ediliyor.
Tf 1=
Workshop on Seramar Project, Sept. 30-Oct. 2, 2010, Antakya
22
Sönüm KapasiteleriZorlanmış titreşim testlerinin en önemli özelliklerinden biri sönüm kapasitelerinin belirlenebiliyor olmasıdır. Sönüm oranı, ζ, aşağıdaki denklem kullanılarak elde edilmektedir.
res
ab
fff
2−
=ζ
0.0001
0.0011
0.0021
0.0031
0.0041
0.0051
0.0061
1 2 3 4 5 6 7 8
Frekans,f (Hz)
FFT
Gen
lik
fa=2.1 Hz fb=2.5 Hz
fres=2.4Hz
fres
fres / 2
Workshop on Seramar Project, Sept. 30-Oct. 2, 2010, Antakya
23
Mod Şekilleri
Mod şekilleri genel olarak, en üst kata yerleştirilen
ivmeölçer-hızölçer tarafından kayıt altına
alınan deplasman değeri referans alınarak diğer tüm
katlarda elde edilen deplasman değerlerinin bu değere bölünüp normalize
edilmesiyle elde edilir.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 0.5 1 1.5
Normalize Deplasman
Kat Y
ükse
kliği (
m)
DeneyAnalitik
Workshop on Seramar Project, Sept. 30-Oct. 2, 2010, Antakya
24
Yapıların ETABS Yapı Analiz Programı ile Modellenmesi
Bu tez çalışmasında incelenen binalar, CSI firması tarafından geliştirilen ETABS (9.5 Versiyon, 2004) yaygın bir kullanıma sahip olan yapıanalizi paket programı ile modellenmiştir.
Modellerin analizinden elde edilen bina hakim periyotu ve mod şekilleri ‘Analitik’ sonuç olarak ifade edilip ‘Deney’ sonuçları ile karşılaştırılacaktır.
Workshop on Seramar Project, Sept. 30-Oct. 2, 2010, Antakya
26
Bina A-1
5 kat
C16
S220
h: 18.5 m
A: 468 m2
İlk test binası Antakya kent merkezindeki yapıların 556 adedini temsil eden eski bir
betonarme yapıdır.
Workshop on Seramar Project, Sept. 30-Oct. 2, 2010, Antakya
27
23.4 m
20 m
GİRİŞ
4
Y
X1
Titreşim Üretici
E1
55 cm95 cm
3 X
Y Y
X2
X
Y
© by seismotec GmbH
Workshop on Seramar Project, Sept. 30-Oct. 2, 2010, Antakya
28
5
GİRİŞ
4
3
E1
Y
X1
55 cm
X
Y
X
Y
Zemin Kat
1.Kat
2.Kat
3.Kat
4.Kat
Çatı1 2
3 4
5
GİRİŞ
E1
A-1 Binası için test cihazlarının yerleşimlerinin plan ve kesit görünüşü
30
0.00001
0.0001
0.001
0.01
0 2 4 6 8 10Frekans (Hz)
FFT
Gen
lik
0.00001
0.0001
0.001
0.01
0 2 4 6 8 10Frekans (Hz)
FFT
Gen
lik
0.00001
0.0001
0.001
0.01
0 2 4 6 8 10
Frekans (Hz)
FFT
Gen
lik
Binanın uzun doğrultudaki FFT Genlik-Frekans grafikleri
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
-0.15 -0.05 0.05 0.15
Hız (mm/s) X
Hız
(mm
/s)
Y
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
-0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15
Hız (mm/s) X
Hız
(mm
/s)
Y
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
-0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15
Hız (mm/s) XHız
(mm
/s)
Y
Binanın uzun doğrultudaki hız değişim grafikleri
Uzun Doğrultuda Yapılan Hesaplamalar
(a) Sensör No. 1 (b) Sensör No. 2 (c) Sensör No. 3
(a) Sensör No. 1 (b) Sensör No. 2 (c) Sensör No. 3
31
Kısa Doğrultuda Yapılan Hesaplamalar
0.00001
0.0001
0.001
0.01
0 2 4 6 8 10Frekans (Hz)
FFT
Gen
lik
0.00001
0.0001
0.001
0.01
0.1
0 2 4 6 8 10
Frekans (Hz)
FFT
Gen
lik
0.00001
0.0001
0.001
0.01
0.1
0 2 4 6 8 10Frekans (Hz)
FFT
Gen
lik
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
-0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15
Hız (mm/s) Y
Hız
(mm
/s)
X
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
-0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15
Hız (mm/s) Y
Hız
(mm
/s)
X
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
-0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15
Hız (mm/s) Y
Hız
(mm
/s)
X
(a) Sensör No. 1 (b) Sensör No. 2 (c) Sensör No. 3
Binanın uzun doğrultudaki FFT Genlik-Frekans grafikleri
Binanın uzun doğrultudaki hız değişim grafikleri
(a) Sensör No. 1 (b) Sensör No. 2 (c) Sensör No. 3
32
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 0.5 1 1.5
AnalitikDeney
A-1 Binası X yönükarşılaştırmalı mod şekli.
Kat
yük
sekl
iği (
m)
Kat
yük
sekl
iği (
m)
Normalize Deplasman Normalize Deplasman
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 0.5 1 1.5
AnalitikDeney
33
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 0.5 1 1.5
AnalitikDeney
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 0.5 1 1.5
AnalitikDeney
A-1 Binası Y yönükarşılaştırmalı mod şekli.
Kat
yük
sekl
iği (
m)
Kat
yük
sekl
iği (
m)
Normalize Deplasman Normalize Deplasman
Workshop on Seramar Project, Sept. 30-Oct. 2, 2010, Antakya
34
Mod Mod Tipi Etabs PeriyotSonuçları (s)
Test PeriyotSonuçları (s)
Test sonucunaGöre Fark (%)
SönümOranı (%)
1. Burulma 0.269 - - -
2. Uzun yön 0.1902 0.263 17.8 4.3
3. Kısa yön 0.1802 0.233 27.6 4.26
A-1 Binası Test Sonuçlarıyla Analitik Sonuçları Arasındaki Farklar Ve Sönüm Oranları
Workshop on Seramar Project, Sept. 30-Oct. 2, 2010, Antakya
35
A-2 BinasıZemin+5 kat
S220
C16
h: 18.2 m
A: 144.39 m2
İkinci test binası Antakya kent merkezindeki yaklaşık 80 adet
orta katlı konut tipi binayı temsil edecek karakteristik özelliklere
sahip bir betonarme yapıdır.
Workshop on Seramar Project, Sept. 30-Oct. 2, 2010, Antakya
36
12.95m
11.1
5m
4
Titreşim Cihazı
E
5
6
X
Y
1
X
Y
2
3
Y
X
E
Zemin Kat
1.Kat
2.Kat
3.Kat
4.Kat
Çatı2 1
5
3
6
GİRİŞ
Titreşim Üretici
4
38
0.0001
0.001
0.01
0 2 4 6 8 10
Frekans (Hz)
FFT
Gen
lik
0.0001
0.001
0.01
0 2 4 6 8 10
Frekans (Hz)FF
T G
enlik
0.0001
0.001
0.01
0 2 4 6 8 10
Frekans (Hz)
FFT
Gen
lik
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3
Hız (mm/s) X
Hız
(mm
/s)
Y
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3
Hız (mm/s) X
Hız
(mm
/s)
Y
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3
Hız (mm/s) XHız
(mm
/s)
Y
Uzun Doğrultuda Yapılan Hesaplamalar
Binanın uzun doğrultudaki FFT Genlik-Frekans grafikleri
Binanın uzun doğrultudaki hız değişim grafikleri
Sensör No. 1 Sensör No. 2 Sensör No. 3
Sensör No. 1 Sensör No. 2 Sensör No. 3
39
Kısa Doğrultuda Yapılan Hesaplamalar
0.0001
0.001
0.01
0 2 4 6 8 10 12
Frekans (Hz)
FFT
Gen
lik
0.0001
0.001
0.01
0 2 4 6 8 10 12
Frekans (Hz)FF
T G
enlik
0.0001
0.001
0.01
0 2 4 6 8 10 12
Frekans (Hz)
FFT
Gen
lik
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3Hız (mm/s) Y
Hız
(mm
/s)
X
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3
Hız (mm/s) Y
Hız
(mm
/s)
X
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3
Hız (mm/s) YHız
(mm
/s)
X
Binanın kısa doğrultudaki FFT Genlik-Frekans grafikleri
Binanın kısa doğrultudaki hız değişim grafikleri
Sensör No. 1 Sensör No. 2 Sensör No. 3
Sensör No. 1 Sensör No. 2 Sensör No. 3
40
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 0.5 1 1.5
Normalize Deplasman
Kat Y
ükse
kliğ
i (m
)
DeneyAnalitik
Kat
yük
sekl
iği (
m)
Kat
yük
sekl
iği (
m)
Normalize Deplasman Normalize Deplasman
A-2 Binası X yönü karşılaştırmalımod şekli.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 0.5 1 1.5
DeneyAnalitik
Normalize Deplasman
41
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 0.5 1 1.5
Normalize Deplasman
Kat Y
ükse
kliğ
i (m
)
DeneyAnalitik
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 0.5 1 1.5
Normalize Deplasman
Kat Y
ükse
kliğ
i (m
)
DeneyAnalitik
Kat
yük
sekl
iği (
m)
Kat
yük
sekl
iği (
m)
Normalize Deplasman Normalize Deplasman
A-2 Binası Y yönü karşılaştırmalımod şekli.
Workshop on Seramar Project, Sept. 30-Oct. 2, 2010, Antakya
42
Mod Mod Tipi Etabs PeriyotSonuçları (s)
Test PeriyotSonuçları (s)
Test sonucunaGöre Fark (%)
SönümOranı (%)
1. Burulma 0.6219 - - -
2. Uzun yön 0.4719 0.4 -17.97 7.03
3. Kısa yön 0.3420 0.416 17.78 7.09
A-2 Binası Test Sonuçlarıyla Analitik Sonuçları Arasındaki Farklar Ve Sönüm Oranları
Workshop on Seramar Project, Sept. 30-Oct. 2, 2010, Antakya
43
Test sonucundaki modal frekans ile modellemeden elde edilen frekans değerleri
arasındaki farklar analitik modellemede temel sisteminin ankastre seçilmesinden
kaynaklandığı düşünülebilir. Bu durumda temel sistemi, yapı zemin etkileşimi
araştırılarak belirli bir yay sabiti değeri tahmin edilerek modellenebilir.
Eski binaların betonunun projede belirlenen beton sınıfına göre davranıp
davranmadığı sonuçların arasındaki farklardan anlaşılabilir.Bu durumda modelin beton
sınıfı düşürülebilir.
Bina modellerine dolu duvarların rijitliğe etkisinin ifade edilmesi amacıyla modelde
duvar, basınç çubukları şeklinde modellenebilir.
İki sonuç arasındaki farkların; gerçek binada mevcut olan depo, güneş enerjileri,
daireler içindeki eşyalar gibi sabit yüklerin de analitik modellemede dikkate
alınmamasından kaynaklanabilir.
Test esnasında gürültü kirliliği (çamaşır, bulaşık mak.,asansör vb) yaratacak
faktörlerin minimize edilmesi gerekmektedir. Ya da verilere etki eden bu tip gürültü
kirliliğini gerçek kayıttan ayıracak bir filtreleme yöntemi geliştirilebilir.
Analitik modellerin gerçeğe daha yakın olması için yapılabilecek kalibrasyonlar: