seramar doganay mkuseramar.edac.biz/seramar1/html/presentations all/session 5/seramar...betonarme...

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


2

SUNUM KAPSAMIGirişZorlanmış Titreşim TestleriTest Binalarının BelirlenmesiTest Kapsamında Kullanılan CihazlarTest İşlemleriTest Sonuçlarının View2002 Programında AnaliziYapıların ETABS Programı İle ModellenmesiTest ve Analiz SonuçlarıSonuçlar ve Öneriler


3

--Giriş--


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


5

Özellikle de Hatay, deprem fay hatlarının kesiştiği bölgede yer almasından dolayıdeprem tehlikesinin

en üst düzeyde yaşanabileceği şehirlerimizin

başında gelmektedir.


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


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


8

--Test Binalarının Belirlenmesi--

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.


11

--Zorlanmış Titreşim Testi--


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.


--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


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.


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.



19

--Verilerin analizi--


Test binalarında hız ölçer vasıtasıyla kayıt altına alınan veriler View2002 programıyla analiz edilmiştir.

20


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=


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


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


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.


25

--Test Ve Analiz Sonuçları--


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.


27

23.4 m

20 m

GİRİŞ

4

Y

X1

Titreşim Üretici

E1

55 cm95 cm

3 X

Y Y

X2

X

Y



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


29

Binanın ETABS programındaki modeli

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


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





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)



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


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.


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


37

Binanın ETABS programındaki modeli

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



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



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)


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)


A-2 Binası Y yönü karşılaştırmalımod şekli.


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


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:


44

--Dinlediğiniz için teşekkürler--

seramar doganay mkuseramar.edac.biz/seramar1/html/presentations all/session 5/seramar...betonarme...

Documents