Sismik İzolasyon ve

Enerji SönümleyicilerDR.ERDAL COŞKUN

D E RS N OT L AR I

Giriş

Deprem Mühendisliği’nde ve yürürlükteki yönetmeliklerde hedeflenen, öncelikledeprem etkisine maruz yapılarda bulunan insanların yaşamlarını kurtarmak veen az hasar ile depremi atlatmaktır.

Yapıların geleneksel yöntemlerle depreme karşı güvenli hale getirilmesininyanısıra çeşitli mekanik araçlarla deprem güvenliğinin sağlanması da günümüzdedeprem mühendisliğinin çalışma alanlarındandır.

Sismik İzolatörler (Seismic Isolators) ve Enerji Sönümleyiciler (Energy Dampers)bu tür mekanik araçların başında gelmektedir.

2

Öncelikle Sismik İzolasyon Uygulanan Yapılar

Köprüler ve Viyadükler

Binalar

İtfaiye yapıları

Hastane yapıları

Müzeler

Kontrol ve Bilgi İşlem merkezleri

Telekomünikasyon yapıları

Depolama tankları

Nükleer enerji tesisleri

3

Sismik İzolasyonun Tarihçesi-I

İlk sismik izolasyon uygulaması, 2500 yıl öncesine kadar dayanır.

Dünyanın yedi harikasından biri olan Efes’deki Artemis Tapınağının temellerine kömür parçaları ve üstlerine koyun yünü konularak zemin düzenlenmiştir.

4

Sismik İzolasyonun Tarihçesi-II

1909 yılında İngiliz tıp hekimi Dr. Calenterients, yapının temeli ile taşıyıcı duvarlar arasında ince kum tabakası oluşturmak suretiyle yatay harekete izin veren çalışmasını tasarlamış ve patent almıştır.

Sismik izolatörlerinin ileri üretim teknolojileri ve gelişmiş mühendislik tekniklerine sahip firmalarca üretilmeleri ve patentlerinin alınmaya başlanması sadece 30 yıl öncelerine dayanır.

5

Deprem Kontrol Sistemleri

Koruyucu sistemin özellikleri gelen yüklemeye bağlı olarak değiştirilebiliyorsaAktif Kontrol Sistemi (Sismik İzolasyon), değiştirilemiyorsa Pasif Kontrol Sistemi(Sönümleyiciler) adını alır.

Sismik izolasyon sistemleri ile pasif enerji yutucular benzer sistemler olmalarınakarşın, çalışma prensipleri yönünden aralarında önemli farklılıklar vardır.

6

Genel PrensiplerBütün deplasmanların temel ile üst yapı arasında olmasını sağlamak ve sönümleyici elemanın mümkünolduğu kadar deprem enerjisini yutmasını ve sönümlemesini temin etmektir.

Bu amaçla yapının dinamik özellikleri değiştirilerek depremde yapıya gelecek yatay yükün azaltılmasıhedeflenir.

Yapının rijitliği azaltılır,periyodu uzatılırsa yapıya daha küçük bir deprem kuvveti gelecektir.

Yapının periyodu 2-2.5 sn kadar uzatılırsa, deprem kuvvetlerinde önemli bir azalma olmaktadır.

İzolasyonlu sistemde yapının yer hareketini büyütme oranı 0.9-1.0 civarındadır. İzolasyonlu yapı RİJİT KÜTLEHAREKETİ yapmaktadır. İzolasyonsuz yapı ise yer hareketini 3.0 - 6.0 kat büyütmektedir.

7

Deprem Mühendisliğinde Enerji Korunumlu Yaklaşım-I

Eİ = EE + EK + EH + EV

ED = EH + EV

Eİ = Yapıya giren deprem enerjisi

EE= Elastik enerji

EK= Kinetik enerji

ED= Sönümlenen enerji

(EH=Histeretik enerji ve EV= Viskoz enerji)

8

Deprem Mühendisliğinde Enerji Korunumlu Yaklaşım-II

Eİ < EE + EK + EH + EV

EH + EV = ED

Kapasite>DepremTalebi

(Capacity>Demand)

Sismik izolasyondaki amaç yapıya giren enerjinin (Eİ) azaltılmasıdır.

9

Sismik İzolasyon Yapılmış ve Yapılmamış Binanın Deprem Davranışı

10

Sismik İzolasyonlu Sismik İzolasyonsuz

Sismik İzolasyon ÇeşitleriSismik izolasyon tekniği basit bir ilkeye dayanmaktadır :

Yapının temellerinin üstünde düşey taşıyıcı mesnetlerinde yatay harekete izin verecek birdüzenleme yapmak.

Bu ilkeye dayalı olarak geliştirilen ve uygulamaları son on yılda büyük artış gösteren sismikizolasyon teknolojileri iki ana grupta toplanmaktadır.

-Kauçuk izolatörler (Elastomeric Isolators)

-Sürtünmeli sarkaç türünde izolatörler (Friction Pendulum)

11

Kauçuk İzolatörler-I(Elastomeric Isolators)

12

Kauçuk İzolatör Kesiti

13

Kauçuk İzolatörlerin Davranışı

14

Kauçuk İzolatör Düzenlemesi

15

DIS Sistemleri

Sürtünmeli Sarkaç Sismik İzolatör(Friction Pendelum)

16

Deprem Yönü

Sürtünmeli Sarkaç İzolatör Uygulaması

17

Atatürk HavaalanıDış Hatlar Terminali

Mevcut Binaya Uygulama

18

Uygulama Örnekleri-I

19

Oakland Belediye Binası, Kaliforniya, ABD112 adet kurşun çekirdekli elastomerik izolatör kullanılmıştır.

Bilgisayar simülasyonu

Yapım tarihi 1914

Uygulama Örnekleri-II

20

Gaz tankı uygulaması-Yunanistan

Uygulama Örnekleri-III

21

Akropolis müzesi, Atina, Yunanistan

Uygulama Örnekleri-III(devam)

22

Akropolis müzesi, Atina, YunanistanPlanda izolatörlerin yerleştirilmesi. Binada 93 adet elastomerik izolatör kullanılmıştır.

Kubbe Sistemde Sismik İzolasyon Uygulaması

23

Emergency Management Centre in Foligno, Italy.

24

Mecidiyeköy ViyadüğüMecidiyeköy Viyadüğü 1973 yılında yapılmıştır. Viyadük üstyapı genişliği 31 m olup, boyuna yönde 2 adet ardgermeli betonarme kutu kesitli kirişten,

enine yönde ise ardgermeli enleme kirişlerden oluşmaktadır.

Viyadük uzunluğu 860.70 m olup, 29 açıklıktan oluşmaktadır. Aks aralıkları tipik olarak kenarayak önlerinde 24 m diğer tüm açıklıklarda ise 30.10 m’dir.Kolon boyutları iki kolonlu akslarda altıgen şeklinde 1.5m x 1.2m, tek ayaklı kolonlarda ise altıgen şeklinde 2.2mx1.84m’dir.Temel sistemi yüzeysel temel olup, temel boyutları iki kolonlu akslarda 6.5m x 6.5m x 2.0m, tek kolonlu akslarda 11.0mx11.0mx2.8m’dir.Mecidiyeköy Viyadüğü’nde 3 adet tek kolonlu aks ve 25 adet 2 kolonlu aks bulunmaktadır. Tek kolonlu ayaklar, temele ve üstyapıya ankastre olarak mesnetlenmektedir.

Tek kolonlara komşu olan ayaklar, temele ankastre üstyapıya ise mafsallı olarak mesnetlenmektedir. Diğer ayaklar ise hem temele hem de üstyapıya beton mafsallı olarak mesnetlenmektedir.

Mecidiyeköy Viyadüğünde kenarayaklarda ve P16-P17 aksları arasında olmak üzere 3 tane genleşme derzi vardır.

Mecidiyeköy Viyadüğü

Sürtünmeli sarkaç tipi sismik izolatör kullanılmıştır.

İzolatörlerin Kullanılmasının Uygun Olmadığı Durumlar

Yapıların periyotlarının uzatılması yumuşak zeminler üzerine inşaa edilmişyapılar için zararlıdır. Yumuşak zeminlerde sismik izolasyon yerleştirilerek yapıperiyodunun artırılması halinde yapıya gelecek deprem yükü artacaktır.

Bitişik nizam yapılarda izolasyon yapılması uygun değildir.

Yumuşak/zayıf katı olan yapılarda sismik izolasyon yapılması uygun değildir.

27

Sismik İzolasyon ve Enerji Sönümleyiciler Farkı

İzolasyon sistemleri genelde temel seviyesine yerleştirilir ve gelen depremenerjisini, yapı içinde dağılmadan, yapının hakim periyoduna kaydıraraksönümlerken, enerji sönümleyiciler yapının içinde uygun yerlere yerleştirilir vedeprem enerjisini yapıya ulaştıktan sonra kinetik ve şekil değiştirme enerjisiolarak sönümler.

Elastomerik deprem izolatörleri ile enerji sönümleyici araçlar birlikte veya ayrıayrı kullanılabilirler. Her bir mevcut veya yeni yapılacak mühendislik yapısınınözelliklerine göre sismik izolatör ihtiyacı ve tipleri ayrıntılı bir şekilde incelenmelive uzmanlarca projelendirilmelidir.

28

Pasif Kontrol Sistemleri (Sönümleyiciler) Tipleri (Seismic Dampers)

29

Sürtünmeli Sönümleyici (Pall Tipi)

30

Viskoz Sönümleyiciler

31

Viskoz Sönümleyici Uygulama Örneği

32

Yerba-Buena Binası UygulamasıSan Francisco,ABD.

33

Deprem Mimarlığı (Yeni Zelanda Örneği)

34

Yumuşak Kat İyileştirilmesi Çalışması

35

Modica, Sicilya İtalya

PRESERVATION OF EXISTING SOFT-FIRST-STORY CONFIGURATIONS BY IMPROVING THE SEISMIC PERFORMANCE, M., Mezzi, A., Parducci University of Perugia, Italy.

36

Uluslararası KuruluşlarApplied Technology Council ( http://www.atcouncil.org/ )

Consortium of Universities for Research in Earthquake Engineering (CUREE)

( http://www.curee.org/ )

Earthquake Engineering Research Institute (EERI) (http://www.eeri.org/ )

Federal Emergency Management Agency (FEMA) (http://www.fema.gov/ )

Earthquake Hazard Centre (http://www.victoria.ac.nz/architecture/research/ehc/

National Information Service for Earthquake Engineering (NISEE)

( http://nisee.berkeley.edu/ )

New Zealand Society for Earthquake Engineering ( http://www.nzsee.org.nz/ )

US Geological Survey (USGS) ( http://www.usgs.gov/ )

World Housing Encyclopedia (http://www.world-housing.net/)

National Information Center of Earthquake Engineering- India

(NICEE) ( http://www.nicee.org/ )

California Seismic Safety Commission ( http://www.seismic.ca.gov/ )

37

38

39

KAYNAKLAR“Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik-2007”.

B.B.Bolt,” Depremler”, TÜBİTAK Yayınları, 2008.

E.Erman, “Deprem Bilgisi ve Deprem Güvenli Mimari Tasarım”, ODTÜ Yayınları, 2002.

E.Canbay, U.Ersoy, G.Özcebe, H.Sucuoğlu, T.Wasti, “Binalar için Deprem Mühendisliği İlkeleri”, Evrim Yayınevi, 2008.

W-F. Chen, C.Swacthorn, “Earthquake Engineering Handbook”,CRC Press, 2004.

C.Erdey, “Earthquake Engineering”, John Willey-Sons, 2007.

Prof.Dr.K.Özden’i Anma semineri, “Yapıların Onarım ve Güçlendirilmesi Alanındaki Gelişmeler,” İMO Yayını, 2002.

“Depremde Güvenli Binalar Semineri”, İstanbul, 2003.

NEHRP – Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings.

ENV 1998 (Eurocode 8).

“Seismic Provisions for Structural Steel Buildings”, AISC 1997.

N.Kumbasar, Z.Celep, “Deprem Mühendisliğine Giriş.” 2006.

H.Demir, “Depremden Hasar Görmüş Betonarme Yapıların Onarım ve Güçlendirilmesi.” İTÜ İnşaat Fakültesi, Istanbul, 1992.

N.Bayülke, “Depremde Hasar Gören Yapıların Onarım ve Güçlendirilmesi.” İnşaat Mühendisleri Odası, İzmir Şubesi, 1999.

N.Bayülke, “Yapıların Deprem Titreşimlerinden Yalıtımı” 2002.

FEMA-273. NEHRP “Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings (Preliminary).” Federal Emergency Management Agency, Washington, 1989.

H. Bachmann “Seismic Conceptual Design of Buildings – Basic principles for engineers, architects, building owners,and authorities”,2003.

Ambrose , J. and Vergun , D. ( 1999). Design for Earthquakes . John Wiley & Sons .

40

Başarılar...erdalcoskun@gmail.com

41