Yapı Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

Gözat

Son Başvurular

Şimdi gösteriliyor 1 - 5 / 155
  • Öge
    Dayanım ve dayanıklılık açısından yüksek performanslı çimento esaslı tabakalı kompozitlerin geliştirilmesi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2018-02-21) Daşkıran, Esma Gizem ; Gençoğlu, Mustafa ; 501122005 ; Yapı Mühendisliği ; Structural Engineering
    Günümüzde mevcut yapı elemanları modern tekniklerle üretilen malzemelerle onarılıp aynı zamanda güçlendirilmektedir. Gelişmekte olan yeni malzemeler ile yığma yapılar, kolonlar, kirişler ve diğer yapı elemanları onarılıp güçlendirilir. Yapısal elemanların çekme ve eğilme performanslarını geliştirmesi bakımından geliştirilen bu malzemeler lif donatılı polimerler veya lif donatılı çimento esaslı kompozitlerdir. Çimento esaslı üretilen bu kompozitler, uzun süreli dürabilite, yangın ve ultraviyole etkilerine karşı direnç göstermeleri bakımından üstün özeliklidir. Ayrıca, tekstil donatılı çimento esaslı kompozitlerde üretim yöntemlerindeki esneklik, tekstil tipinin, geometrisinin ve oryantasyon açısının kontrol edilebilirliği bu kompozitleri diğer kompozitlere göre daha etkin kılmaktadır. Kompozit malzemelerin geleneksel malzemeler karşısında üstün mekanik özellikler göstermesi son yıllarda kompozitlerin üretim yöntemleri üzerinde daha yoğun çalışmalar yapılmasına sebep olmuştur. Fakat bu malzemelerin üretim maliyetleri hala yüksektir ve problemler mevcuttur. Bir kompozit malzemenin üretiminde istenilen teknik özelikte takviye elemanı belirlemek ve matris malzemelerinin seçimi yanında üretim tekniği ve sertleştirme parametreleri de çok önemlidir. Çeşitli üretim yöntemleri kompozit malzemelerin özelliklerini önemli derecede etkilemektedir. Bununla ilgili çoğu araştırmacı deneyler yapmış ve farklı üretim yöntemlarının hangisinin etkin olduğunu anlamaya çalışmıştır. Bu tez kapsamında tekstil donatılı çimento esaslı kompozitlerin üretimi için yeni bir yöntem önerilmiş ve kompozitlerin üretimi bu yöntem dahilinde tasarlanan yeni bir makine yardımıyla yapılmıştır. Yöntemin ismi PPR (Pull pour and roll) çek, dök ve sar yöntemidir. Mevcut yöntemlerin olumsuzluklarını ortadan kaldırarak daha pratik, hızlı daha uniform elemanlar üretmeyi sağlayan bu makine dünya çapında ilk defa üretilmiş ve bu tez kapsamında kullanılmıştır. Literatürde kullanılmış farklı tipte tekstiller ile yeni tasarlanacak harç kullanılarak tekstil donatılı çimento esaslı kompozit üretimi amaçlanmıştır. Harç tasarımında öncelikle farklı polimerlerin dayanıma ve işlenebilirliğe katkısı incelenmiştir. Seçilen polimerle kompozitlerin üretimi yapılarak dayanım ve dayanıklılık açısından yüksek performanslı bir malzeme elde edilmek istenmiştir. Önerilen yeni makine ve teknik kullanılarak üretilecek kompozitlerin mekanik performansı araştırılmıştır. Tez çalışması kapsamında AR Glass (Alkaliye dayanıklı cam), Bazalt ve PVA tekstiller ve polimer modifiyeli harç kullanılarak 4, 6 ve 8 kat tekstil içeren tabakalı kompozit elemanlar üretilmiştir. Üretilen bu elemanların mekanik özelliklerinin belirlenmesi için eksenel çekme, dört noktalı eğilme, Charpy çarpma ve yapışma (aderans) deneyleri yapılmıştır. Ayrıca dayanıklılık açısından yüksek performanslı olarak tasarlanan bu kompozitlerde alkaliye direnç testi ve ıslanma kuruma çevrimi uygulanmıştır. Alkaliye direnç testi geçirmiş elemanlara eksenel çekme ve ıslanma kuruma çevrimleri geçirmiş elemanlara yapışma (aderans) deneyleri uygulanmıştır. Bazalt tekstillerle üretilen numuneler en yüksek eğilme ve eksenel çekme performansına sahip olmuştur. Bazalt serilerinin alkaliye direnç etkisi geçirmiş numuneleri en yüksek dayanım kaybına uğramıştır. AR Glass serileri Bazalt serilerden daha düşük eğilme ve çekme dayanımına sahip olurken alkaliye direnç testi geçirmiş numuneleri daha az dayanım kaybına uğramıştır. PVA seriler eğilme ve eksenel çekme deneylerinde daha düşük dayanım gösterirken yaptıkları uzama ve sehimler çok daha büyüktür. Alkaliye direnç etkisi geçirmiş PVA serilerde önemli bir dayanım kaybı yaşanmamıştır. Charpy çarpma deneylerinde PVA seriler en yüksek performansı gösteren numuneler olmuştur. Islanma kuruma çevrimlerinde tekstil donatılı kompozit plakaların hiç biri önemli bir dayanım düşüşü yaşamamış, numunelerin kenarlarında kıvrılma (warping) gözlenmemiş şekil stabilitesi bozulmamıştır.
  • Öge
    Çelik kiriş-kolon birleşimlerinin düşük tekrarlı yorulma davranışına yükleme hızının etkisi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013) Tezer, Övünç ; Uzgider, Ali Erdoğan ; 472846 ; Yapı Mühendisliği ; Structural Engineering
    İnşaat mühendisliği mesleğinin bir branşı olan yapı ve deprem mühendisliği, özellikle en yıkıcı doğal afet olan deprem etkilerine maruz kalan coğrafyalarda depreme dayanıklı yapıların tasarlanması ve inşasına yoğunlaşmış durumdadır. Bir binanın depreme dayanıklı şekilde projelendirilmesi aşamasında ilgili coğrafyada ekonomik inşaat yapılmasına imkan verecek yapı malzemelerinin seçilmesi doğaldır. Ülkemizde ekonomikliği nedeniyle sıkça tercih edilen betonarme yapıların yanında, özellikle endüstriyel tesislerde yapısal çelik kullanımı yaygın olup, mimari formları gerçekleştirebilmek adına gittikçe artan şekilde, özellikle çok katlı yapılarda da çelik kullanımı yaygınlaşmaktadır. Malzeme açısından fabrika ortamında kontrollü bir malzeme kalitesi elde edilebilen yapısal çeliğin ülke refah düzeyine bağlı olarak yoğun kullanım alanı bulduğu ülkelerde, özellikle son yirmi yılda gerçekleşen büyük ve yıkıcı depremler sonucunda, bilhassa bu çelik yapıların ana taşıyıcı elemanlarını oluşturan kiriş ve kolon elemanlarının birleşim bölgelerinde çeşitli tasarım ve imalat kusurları saptanmıştır. Depremlerin ardından gerçekleştirilen hasar tespit ve değerlendirme çalışmaları sırasında, o günkü şartnamelere uygun projelendirilmiş yapılarda bile deprem performansı açısından kusurlu ve hasara açık noktalar tespit edilmiştir. Bu sorunları irdelemek ve ilgili yönetmelik ve tasarım kurallarını yenileyebilmek için yıllar süren araştırma programları yürütülmüş, elde edilen sonuçlar ışığında ülkemiz dahil tüm dünyayı etkileyen revize tasarım kuralları ortaya konmuştur. Çelik malzemesi, hızlı yükleme sonucunda akma sınır gerilmesinde pozitif yönde değişim gösteren bir malzemedir. Bu değişim, yapının kiriş-kolon birleşimlerindeki enerji yutma kapasitesini etkilemekte, buna mukabil deprem esnasında yapının vereceği tümsel cevabı değiştirmektedir. Bahsi geçen araştırma faaliyetlerinde de vurgulandığı üzere, çelik yapıların deprem davranışını anlamanın en iyi yolu tam ölçekli deneysel çalışmaların yürütülmesidir. Konu hakkında araştırmalar, elastik ötesi çevrimsel davranış sırasında enerji yutulmasını sağlayan düşük tekrarlı yorulma davranışını, gerek artan, gerekse sabit genlikli deplasman kontrollü testler yardımıyla incelemektedir. Yapılan çalışmalar kapsamında, gerçek bir yapıdan seçilen bir kenar kiriş-kolon birleşimi geometrisiyle oluşturulmuş tam ölçekli deney numuneleri üzerinde sabit genlikli deplasman kontrollü yüklemeler yapılmış, farklı hızlarda gerçekleştirilen bu deneyler sonucunda düşük tekrarlı yorulma davranışını ifade etmekte kullanılan Coffin-Manson denkleminden hareketle oluşturulup literatürde yaygın şekilde kabul görmüş Krawinkler ifadesinde yer alan ve deneyle tespit edilen parametrelerdeki değişimler yükleme hızına bağlı olarak incelenmiştir. Deneyler sonucunda, birleşimlerdeki kümülatif hasarın, hasar oluşturan hareketin etkime hızına göre de değişeceği, ve bir kiriş-kolon birleşiminin deprem performansının, o yapıya etkiyen sismik etkinin yükleme karakteristiğine birebir bağımlı olarak ortaya çıkacağı sonucuna varılmıştır.
  • Öge
    Mevcut betonarme yapıların deprem performanslarının belirlenmesi ve viskoz akışkanlı sönümleyiciler ile güçlendirilmesi için artımsal analize dayalı bir algoritma
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013) Durgun, Yavuz ; Özer, Erkan ; 472845 ; Yapı Mühendisliği ; Structural Engineering
    Yeterli deprem güvenliğine sahip olmayan yapı sistemlerinde deprem güvenliğinin artırılması amacıyla, günümüzde yaygın olarak uygulanan güçlendirme yöntemleri dışında, özellikle batı ülkelerinde, gelişmiş teknoloji ürünü olan bazı mekanik aygıtlardan yararlanılmaktadır. Bu aygıtların başlıcaları, yapı sisteminin tamamının veya bir bölümünün deprem etkilerinden yalıtılmasını sağlayan sismik izolatörler ve kolonlar arasına yerleştirilen çaprazlar şeklinde sürtünmeli veya visko-elastik/viskoz akışkan malzemeli sönüm apareyleridir. Bu aygıtların kullanılmasıyla, deprem enerjisinin sönümlenmesi ve yapıya etkiyen deprem kuvvetlerinin azaltılarak yapıda meydana gelecek yerdeğiştirmelerin ve ivmelerin dolayısıyla oluşabilecek hasarın kabul edilebilir sınırlar içerisinde kalması sağlanabilmektedir. Deprem enerjisinin sönümlenmesiyle, yapıların daha büyük performans düzeylerine sahip olması sağlanabilmektedir. Özellikle ülkemizde gerek mevcut yapıların güçlendirilmesinde gerekse yeni yapıların tasarımında, bu aygıtların daha yoğun olarak kullanılması beklenmektedir. Bu çalışmada, mevcut ve viskoz akışkanlı sönümleyicilerin kullanılmasıyla güçlendirilen deprem güvenliği yetersiz betonarme yapı sistemlerinin, yerdeğiştirme ve şekildeğiştirmeye bağlı gerçekçi performans kriterlerini göz önüne alabilen deprem performansının belirlenmesinde, artımsal analiz yöntemine dayalı bir algoritma geliştirilmiştir. Yedi bölüm halinde sunulan çalışmanın birinci bölümünde konunun tanıtılması, konu ile ilgili çalışmaların gözden geçirilmesi, çalışmanın amacı ve kapsamı yer almaktadır. İkinci bölüm, betonarme çubuk elemanların doğrusal olmayan davranışına ayrılmıştır. Bu bölümde, bileşik eğik eğilme etkisindeki betonarme çubuk elemanlarda gerçek iç kuvvet-şekildeğiştirme bağıntıları ile taşıma kapasitesi koşulları incelenmiş, daha sonra bu bağıntı ve koşulların nasıl idealleştirileceği açıklanmıştır. Üçüncü bölümde, yapısal kontrol sistemlerinin başlıca özellikleri, bunların yapı taşıyıcı sistemi içinde kullanılmasına ve matematik modellenmesine yönelik olarak, bazı temel kavramlara ayrılmıştır. Dördüncü bölümde, bu çalışma kapsamında geliştirilen algoritmanın dayandığı varsayımlar, yöntemin esasları, formülasyonu ve yöntemin uygulanmasında izlenen yol açıklanmıştır. Yapıların doğrusal olmayan davranışının belirlenmesinde, düşey işletme yüklerinin bu yükler için öngörülen bir katsayı ile çarpımından oluşan belirli değerleri altında, aralarındaki oran sabit kalacak şekilde monoton olarak değişen yatay yüklere göre hesap yapılmaktadır. Uygulanan artımsal analiz yönteminde, her plastik kesitin oluşumundan sonra o kesitteki plastik şekildeğiştirmeleri temsil eden plastik şekildeğiştirme parametresinin yeni bir bilinmeyen olarak alınması ve plastik kesitteki iç kuvvet durumunun değişimi ile plastik şekildeğiştirme parametresi arasındaki bağıntıyı ifade eden yeni bir denklemin denklem takımına ilave edilmesi öngörülmüştür. Dolayısıyla, plastik şekildeğiştirmelerin doğrudan doğruya hesap sonucunda elde edilmesi, şekildeğiştirme bazlı performans değerlendirmesi bakımından büyük kolaylık sağlamaktadır. Belirli bir deprem için performans düzeyinin belirlenmesinde, yapı artımsal analizin her adımında, doğrusal olmayan davranış karakteristiklerine sahip (sönüm ve periyod) eşdeğer tek serbestlik dereceli bir sisteme dönüştürülmesi ve bu sistemin deprem etkisi altında zaman tanım alanında analizi yapılarak elastik sınırdan sonraki doğrusal olmayan yerdeğiştirme talebinin elde edilmesi öngörülmektedir. Artımsal analiz yöntemiyle yapının öngörülen belirli bir deprem etkisi altındaki performansının belirlenerek doğrusal olmayan yerdeğiştirme isteminin elde edilmesinde, diğer bir deyişle yapının performans noktasının belirlenmesinde, her yük artımı sonunda elde edilen yapısal kapasite değerleri ile depremin yapıdan isteminin(talep) aynı koordinat sisteminde karşılaştırılması öngörülmektedir. Yapısal kapasite ile deprem isteminin kesiştiği noktada dinamik denge sağlanmakta ve bu nokta yapının performans noktasına karşı gelmektedir. Artımsal itme analizinin k. adımındaki talep noktası a) yapının içsel sönümü- , histeretik (çevrimsel) sönüm- ve yapı içindeki viskoz sönümleyicilerden kaynaklanan ek sönüm- den oluşan sistemdeki toplam sönüm oranı ve b) sistem üzerindeki plastik kesitlerin etkisini içerecek şekilde elde edilen effektif rijitlik matrisi ve sistemin kütle matrisiyle yapılacak serbest titreşim analizi ile hesaplanan, yapının 1. titreşim moduna karşı gelen effektif (etkin) periyot, davranış parametrelerine sahip olan ve hareketi denklemiyle tanımlanan eşdeğer tek serbestlik dereceli doğrusal bir sistemin, öngörülen deprem etkisi altında zaman tanım alanında Newmark sayısal integrasyon yöntemiyle çözümünden elde edilmektedir. k. yük artımı için elde edilen talep noktasının yapının bu yük artımı sonunda elde edilen modal kapasite değeriyle kesişip kesişmediği kontrol edilerek performans noktası (doğrusal olmayan yerdeğiştirme istemi) araştırılır. Performans noktasının elde edilmesi durumunda tepe noktası yerdeğiştirme istemi ifadesiyle elde edilir. Bu yerdeğiştirme düzeyinde tüm sistemdeki diğer istem büyüklükleri (yerdeğiştirme, göreli kat öteleme oranları, plastik şekildeğiştirmeler, iç kuvvet, beton ve donatıdaki birim şekildeğiştirmeler) elde edilerek, farklı performans düzeyleri için tanımlanmış olan sınır değerler ile karşılaştırılarak yapının mevcut deprem performansı elde edilmektedir. Performans noktasında sistemde oluşan plastik kesitlerin dönme istemlerinden ( ) plastik eğrilik( ) ve toplam eğrilik ( ) istemleri elde edilmektedir. Toplam eğrilik istemi ve normal kuvvet düzeyi dikkate alınarak kesitte beton ve donatı çeliğinde meydana gelen birim şekildeğiştirme istemleri moment-eğrilik analiziyle hesaplanmaktadır. Bu istem değerleri kesit düzeyinde çeşitli hasar sınırları için tanımlanmış ilgili birim şekildeğiştirme kapasiteleri ile karşılaştırılmakta ve bir hasar durumu tanımlanarak performans değerlendirmesi yapılmaktadır. Kesit hasarının belirlenmesinde beton ve donatı çeliğine ait birim şekildeğiştirme kapasiteleri için ABYBHY-2007 yönetmeliği esas alınmaktadır. Geliştirilen yöntemin uygulanmasında, 1. doğal titreşim modunun etkin olduğu binaların tasarımında ve mevcut binaların güçlendirilmesinde kullanılan lineer viskoz sönümleyicilerin yapının titreşim modlarına olan etkisi terkedilmektedir. Buna göre, sönümleyici içeren sistemin titreşim modlarına ait özdeğer ve özvektörler sönümleyicisiz sistemde olduğu gibi, sistemin kütle ve rijitlik matrisleriyle yapılacak serbest titreşim analizi ile elde edilirler. Sistemin kütle matrisinin elde edilmesinde, kütlelerin kat hizalarındaki kütle merkezinde toplandığı varsayılmaktadır. Sönümleyicisiz sistemde mevcut olan orantılı sönümün, viskoz akışkanlı sönümleyicilerin güçlendirme amaçlı olarak sisteme ilave edilmesi durumunda da korunduğu, yani büyüklüğünün sıfır veya sıfıra çok yakın olduğu kabul edilmektedir. Diğer bir deyişle, modal sönüm matrisinde farklı modların birbirleriyle olan etkileşimi terkedilmektedir. Beşinci bölümde, yöntemin sayısal uygulamaları için hazırlanmış ve Fortran dilinde kodlanan bilgisayar programlarının (MCCAP-Moment Curvature&CAPacity, PERF_CAP-PERFormance CAPacity, PEERC_VD-Performance Evaluation of Existing Reinforced Concrete with Viscous Damper, STRAIN, OLCEK) algoritmaları, uygulama sınırları, giriş ve çıkış bilgileri hakkında bilgi verilmiştir. Altıncı bölüm, sayısal örneklere ayrılmıştır. Bu bölümde yer alan örnekler iki grupta toplanmıştır. Birinci grup örneklerde, mevcut betonarme yapı sistemlerinin malzeme ve geometri değişimleri bakımından doğrusal olmayan davranışları elde edilmiş ve performans değerlendirmeleri yapılmıştır. Performans değerlendirmesinde yerdeğiştirme ve şekildeğiştirmeye dayalı performans kriterleri esas alınmıştır. İkinci grup örnekler ise, deprem güvenliği yetersiz yapılarda güçlendirme stratejisi olarak viskoz akışkanlı enerji sönümleyicilerin kullanılmasıyla yapısal performansın arttırılmasına yönelik sayısal uygulamalardan oluşmaktadır. Elde edilen sonuçlar, zaman-tanım alanında doğrusal olmayan analiz sonuçlarıyla karşılaştırılmasında uluslararası düzeyde saygın birçok üniversitede kullanılan ve özellikle deprem mühendisliği'ne yönelik problemlerin çözümlenmesinde güçlü bir akademik altyapısı olan OpenSEES (Open System for Earthquake Engineering Simulation) yapısal analiz programı kullanılmıştır. Deprem etkisi olarak, Türk Deprem Yönetmeliği'nde (DBYBHY-2007) tanımlanan uyum kriterlerine ve zemin sınıflarına göre seçilen ivme kayıtları, zaman tanım alanında ölçekleme yöntemleri kullanılarak, 50 yılda aşılma olasılığı %10 ve dönüş periyodu 475 yıl olan tasarım depremi ve 50 yılda aşılma olasılığı %2 ve dönüş periyodu 2475 yıl olan en büyük deprem seviyelerine karşı gelen elastik davranış ivme spektrumlarıyla en iyi uyumu sağlayacak şekilde eşleşebilen deprem kayıtları kullanılmıştır. Bu amaca yönelik olarak toplam yedi adet deprem kaydı kullanılmış ve elde edilen sonuçların ortalamaları yapının performans değerlendirilmesi için ilgili sınır değerlerle karşılaştırılmıştır. Bu kayıtların ölçeklendirilmesi için bu çalışma kapsamı içerisinde geliştirilen ve Fortran dilinde kodlanan OLCEK.FOR adlı program kullanılmıştır. Aynı zamanda, doğrusal olmayan dinamik analizlerden elde edilen sonuçlar içerisinde yapısal performansın değerlendirilmesine yönelik parametrelerin ayıklanması, işlenmesi ve ilgili sınır değerlerle karşılaştırılabilir hale getirilmesi için yine bu tez çalışması kapsamında MATLAB programlama dilinde geliştirilmiş Disp.m, Drift.m, Kesme.m, Strain_Beams_Perf.m ve Strain_Col_Perf.m programlarından yararlanılmıştır. Bu programlar, özellikle birden fazla deprem ivme kaydının kullanılmasının gerekli olduğu kapsamlı zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizler için sonuçların değerlendirilmesinde önemli bir kolaylık teşkil etmektedir. Programların kullanılmasıyla, her bir deprem ivme kaydı etkisi için yapılan yapısal analizler sonucunda elde edilmiş olan yapının yerdeğiştirme, göreli kat öteleme oranı, kat kesme kuvveti, kiriş ve kolonlarda plastikleşmenin oluşma olasılığı olan kritik kesitlerindeki beton ve donatı çeliği birim kısalma ve uzama şekildeğiştirme değerleriyle, yerdeğiştirme ve şekildeğiştirme bazlı performans değerlendirmesine yönelik ilgili esas büyüklüklerin hesaplanması mümkün olabilmektedir. Yedinci bölümde, bu çalışmada elde edilen sonuç ve öneriler yer almaktadır. Aynı zamanda, viskoz sönümleyicili veya sönümleyicisiz yapıların deprem performanslarının belirlenmesine yönelik geliştirilen algoritmanın temel özellikleri ile sayısal incelemelerin sonuçlarına dayanarak yapılan başlıca değerlendirme ve araştırma konusunun olası genişleme alanları bu bölümde sunulmuştur.
  • Öge
    İsale hatlarında deprem riski: yöntem geliştirme ve istanbul için bir uygulama
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019) Çalım, Gökhan ; Gülay, Fatma Gülten ; 10251977 ; Yapı Mühendisliği ; Structural Engineering
    Yeryüzünde oluşabilecek depremlerden dolayı üstyapı kadar hayat yolları dediğimiz kanalizasyon, içmesuyu, elektrik hatları vb. gibi altyapılarda oluşabilecek hasarların önceden hesaplanması da depremin olumsuz etkilerini azaltabilmek için büyük önem arz etmektedir. Marmara Bölgesinde ve özellikle İstanbul'da yakın zamanda büyük bir deprem beklenmektedir. Normal şartlarda bile İstanbul gibi metropol bir şehre su sağlamak zorluklar içerirken, deprem sonrası içmesuyu dağıtım sisteminin çalışması hayatın devamı, temizlik ve üretime devam edilmesi açısından vazgeçilmez bir unsurdur. Bu tez çalışmasında, literatürde bulunan gömülü boru hatları için hasar bağıntıları araştırılarak, gömülü boru hatlarının deprem riskinin ortaya konması için olasılıksal bir yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntem İstanbul'da ve civarında meydana gelmesi beklenen depremlere göre Ø300mm çapı ve üzerindeki tüm isale hatlarına uygulanarak borularda meydana gelebilecek hasar sayıları ve yerleri belirlenmiştir. Bu tez olasılıksal yöntem kullanılarak İstanbul için yapılan kapsamlı ve önemli bir çalışmadır. Benzer tek çalışma JICA tarafından 2002 yılında yapılmıştır. Sözkonusu çalışma kısıtlı modeller üzerinden yapılmış ve noktasal olarak hasar yerleri belirtilmemiştir. Dünya üzerinde yapılan çalışmalarda altyapı sistemlerinin deprem riskinin belirlenmesinde kırılganlık eğrileri, istenen noktadaki En Büyük Yer Hızı - PGV (Peak Ground Velocity), Kalıcı Yer Deformasyonu - PERGD (Permanent Ground Deformation) gibi deprem parametrelerine karşın hasar sayısını veren bağıntılar olarak ifade edilmektedir. Hasar sayılarının hesabında tek bir formüle bağlı kalmak yerine literatürde kullanılan birçok farklı hasar tahmin bağıntısından faydalanılmıştır. Bu çalışmada kırılganlık eğrilerini kullanarak hasar sayıları ve yerleri ile beraber isale hatlarında deprem riski ve hasar haritası elde edilmiştir. Deprem risk seviyesi olarak üç farklı risk seviyesi dikkate alınmıştır. Bunlar A risk seviyesi: sık olan küçük depremler, B risk seviyesi: nadir olan büyük depremler ve C risk seviyesi: çok nadir olan çok büyük depremler olarak sıralanmaktadır. Hesaplamalarda gömülü boru hatlarında iyi korelasyon gösteren PGV parametresi kullanılmıştır. PGV hesabında ise literatürde zemin cinsi, fay tipi, uzaklığı, depremin aletsel büyüklüğünü dikkate alan Yer Hareketi Tahmin Bağıntılarından (YHTB, veya İngilizce'de GMPE-Ground Motion Prediction Equations) faydalanılmıştır. Deprem tehlikesinin analizinde PEER (Pacific Earthquake Research Center) tarafından olasılıksal çerçevede önerilen yaklaşımı kullanarak risk seviyesi belirlenmiş ve SHARE projesinde kaydı tutulan depremler arasında İstanbul'a yakın depremler seçilerek etkin bir deprem kataloğu oluşturulmuştur. Ayrıca tüm İstanbul genelindeki boru hatlarının düğüm noktalarıyla belirli alt parçalarının hangi zemin cinsinde kaldığını belirlemek amacıyla bir algoritma geliştirilmiş ve nihai olarak yaklaşık 400×600 metrelik Vs30 kayma hızlarını bildiğimiz hücreler kullanılmıştır. Tüm İstanbul genelinde verinin çok büyük olması sebebiyle özellikle boru alt parçalarının hangi zemin cinsinde kaldığının belirlenmesi için basit bir sistem üzerinde algoritma geliştirilmiş ve bu algoritma hasar sayılarını hesaplayan hasar bağıntılarını da probleme katarak, Alibeyköy Barajının çıkışındaki Ø1000 mm ve Ø2200 mm çapındaki iki farklı içmesuyu hattı üzerinde denenmiştir. Tez çalışmasında daha sonra mikro ölçekte başarı sağlayan algoritma kullanılarak, İstanbul genelindeki içmesuyu isale hatlarında yukarıda bahsi geçen hesapları ve haritaları oluşturmak için MATLAB dilinde bir yazılım hazırlanmış ve elde edilen bilgiler üç farklı risk seviyesi için renkli haritalar üzerine aktarılmıştır. Geliştirilen bu yöntem ile İstanbul içmesuyu sistemi için uygulama yapılmış ve sonuçlar değerlendirilmiştir. İstanbul'da ve civarında meydana gelmesi beklenen depremler için oluşturulan deprem senaryolarına göre Ø300mm çapı ve üzerindeki bütün içmesuyu isale hatları için önerilen olasılıksal yöntem ile boru hatlarında oluşabilecek hasar sayıları ve yerleri belirlenmiştir. Deprem hasar haritaları incelendiğinde tüm isale hatları için hasar sayılarının risk seviyesine göre A'dan C risk seviyesine doğru arttığı görülmüştür. Beklendiği üzere en büyük hasar sayıları C risk seviyesine göre yapılan hesaplamalarda ortaya çıkmıştır. Genel olarak İstanbul'daki isale hatlarının olası depremler karşısında alabileceği hasarların kısıtlı olacağı görülmektedir. En yüksek risk seviyesi olan C risk seviyesine göre en büyük hasar değeri km başına 0.52 ile 0.62 adet aralığında hasar alan isale hattı uzunluğu 11.6 km'dir. Bu uzunluk tüm isale hattı uzunluğunun sadece %0.4'üne tekabül etmektedir. Hasar sayısı km başına 0.40 adet üzerinde olan isale hattı toplam isale hattının %3'üne tekabül etmektedir. Hasar sayısı km başına 0.30 adet üzerinde olan isale hattı ise toplam isale hattının %8.7'sine tekabül etmektedir. Toplam isale hattı uzunluğu 3100 kilometrenin üzerindedir. Tez çalışmasında dikkat çeken diğer bir nokta ise beton, font, HDPE, CTP gibi gevrek malzemelerden oluşan boru hatlarında, esnek olarak kabul ettiğimiz çelik ve düktil font borulardan oluşan boru hatlarına göre daha çok hasar almasıdır.
  • Öge
    Field testing and model updating of typical RC buildings for damage identification
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2017) İnci Koçak, Pınar ; İlki, Alper ; 10173729 ; Yapı Mühendisliği ; Structural Engineering
    Ülkemizde, mevcut bina stoğunun büyük bir kısmı betonarme yapılardan oluşmaktadır. Çoğunluğu 1990 öncesi inşa edilmiş olan bu betonarme yapıların önemli miktarı güncel tasarım standartlarının gerekliliklerini karşılamamaktadır. Bu yapıların çoğunluğu yasal olarak mühendislik hizmeti almış yapılar olmasına rağmen, resmi denetim mekanizmalarının bulunmaması nedeniyle sadece güncel tasarım standartlarını değil, yapıldıkları dönemde yürürlükte olan standartların da gerekliliklerini karşılamamaktadır. Dolayısı ile, bu binalarda dayanımı düşük beton, yetersiz enine donatı detayı vb. gibi temel yapısal zayıflıklar vardır ve herhangi bir deprem etkisi altında önemli bir risk oluşturmaktadır. Bu sebeplerle, deprem sonrasında mevcut yapıların durum değerlendirmesi, binanın kalan ömründeki performansının belirlenmesinde çok önemlidir. Günümüzde, büyük bir deprem sonrasında binaların durum değerlendirmesi görsel incelemeye dayanarak gerçekleştirilmektedir. Binaların mevcut durumu hakkında karar vermek için gerekli ve pratik bir yöntem olmasına ragmen, bazı hasarların görsel inceleme yoluyla tespit edilememe durumu olabilir. Örneğin, elemanlarda bulunan içsel çatlaklar veya bindirme donatısının sıyrılması gibi hasarlar, görsel inceleme ile farkedilemeyebilir, ancak binanın yük taşıma kapasitesi üzerindeki etkileri hayati olabilir. Bu açıdan bakıldığında, Yapısal Tanılama (St-Id) metodları ile elde edilen binanın titreşim karakteristikleri, binaların mevcut durumu hakkında önemli bilgiler sağlayabilir. Bu tez çalışması kapsamında, tipik betonarme yapılarda dinamik karakteristiklerin yapısal sismik hasarla değişimi sayısal olarak ortaya koyulmuştur. Bununla beraber, tipik betonarme binalar için otomatik hasar tespit algoritması sunulmuştur. Bu amaçla, önce, tipik mevcut betonarme yapıların dinamik özelliklerinin farklı derecede ve tipte yapısal hasarla beraber değişimini incelemek için bir dizi saha testi gerçekleştirilmiştir. Saha çalışması kapsamında, yarı-statik tersinir tekrarlı yatay yükleme döngüleri öncesinde ve sonrasında ve bazı hasar düzeylerinde zorlanmış titreşim testleri yapılmıştır. Testler, iki adet üç katlı tam ölçekli betonarme yapıda, 3 adet hidrolik yük veren kullanılarak yapıların x doğrultusunda, tersinir tekrarlı yatay yer değiştirme adımları şeklinde gerçekleştirilmiştir (Test binaları TB-1 ve TB-2). Titreşim testleri ise, eksantrik kütleli sarsıcı ile zorlanan yapının titreşim cevabının ivmeölçerler ile toplanması şeklinde gerçekleştirilmiştir. Test binalarından TB-1, 1990'lı yıllarda inşa edilmiş ve 2013 yılında Kentsel Dönüşüm yasası kapsamında boşaltılmış gerçek bir binanın parçasıdır. Mevcut yapı stoğundaki tipik betonarme yapıların aksine, test binası TB-1, güçlü kolon-zayıf kiriş mekanizmasına sahiptir. Bu sebeple, mevcut yapı stoğunu daha iyi temsil etmesi açısından, bir bina (test binası TB-2) zayıf kolon-güçlü kiriş mekanizmasına sahip olacak şekilde tasarlanarak test binası TB-1 ile aynı alanda inşa edilmiştir. Tıpkı mevcut yapı stoğundaki birçok binada olduğu gibi, her iki test binasında da düşük dayanımlı beton, düz donatı, yetersiz enine donatı detayı gibi eksiklikler mevcuttur. Saha çalışmalarının sonunda, yapısal frekansların ve sönüm oranlarının, yapısal hasarın akma sınırının ötesine geçmediği yükleme adımlarında, artan hasarla beraber ciddi mertebede değiştiği, akma sınırının ötesinde ise, artan hasarla beraber akma öncesinde sergilediği belirgin değişimi göstermediği ortaya konulmuştur. Saha çalışmalarının akabinde, test sonuçlarını kullanarak otomatik hasar tespit algoritması içeren model-esaslı MATLAB tabanlı bir program yazılmıştır (Model Updating Program: MUP). Sonlu eleman modeli (FEM) güncellemesine dayanan program, deneysel olarak elde edilen frekans davranış fonksiyonu (FRF) ile sonlu eleman modelinden elde edilen FRF (bundan sonra analitik FRF olarak bahsedilecek) arasındaki farkı mimimize edecek parametreleri tekrarlı olarak değiştirerek hasar tespiti yapılmasına olanak tanımaktadır. İki-adımlı otomatik hasar tespit algoritması, test binalarının hasarsız durumunu temsil etmesi için (başlangıç modeli) SAP2000'de kurulan yapı sonlu eleman modelinin güncellenmesi ile doğrulanmıştır. Daha detaylı anlatmak gerekirse, algoritmanın ilk adımında sonlu eleman modelinin rijitlik ve kütle matrisleri güncellenerek analitik FRF'in frekans bileşenleri, deneysel olarak elde edilen FRF'in (bundan sonra deneysel FRF olarak bahsedilecek) frekans bileşenleri ile örtüştürülmeye çalışılmıştır. Algoritmanın ikinci adımında ise, sönüm oranı değerleri güncellenerek, analitik FRF ile deneysel FRF, fonksiyonların büyüklük bileşenleri açısından örtüştürülmüştür. Bu güncelleme işlemi MUP tarafından, analitik FRF ve deneysel FRF arasındaki farkı ifade eden hata fonksiyonunu minimuma indirene kadar, önceden seçilmiş parametrelerin tekrarlı olarak değiştirilmesi şeklinde yapılmıştır. Sonuç olarak, ilk etapta kurulan başlangıç modelleri güncellenerek, yapıların hasarsız durumunu temsil eden 'referans model' elde edilmiştir. Bu işlemin akabinde, yapıların başlangıç modellerinin güncellenmesi işlemi ile tanıtılan ve doğrulanan iki-adımlı hasar tespit algoritması, yarı-statik testlerle erişilmiş hasarın otomatik olarak tespiti işlemine adapte edilmiştir. Hasar tespiti, bir önceki adımda elde edilen ve yapıların hasarsız durumunu temsil eden referans modele ait analitik FRF ile çeşitli hasar seviyelerinde (test binası TB-1 için %1.5 birinci kat yatay öteleme oranında, test binası TB-2 için %0.5, %1.0, %1.5, %2 ve %3 birinci kat yatay öteleme oranlarında) deneysel olarak elde edilmiş FRF'ler arasındaki farkın, tüm hasar seviyeleri için ayrı ayrı minimuma indirilmesi şeklinde gerçekleştirilmiştir. Test binalarının kolon-kiriş kesit özelliklerine bakılarak yapılan hızlı bir değerlendirme ve mühendislik tecrübesi ile, algoritmada değiştirilecek parametrelerin eleman başlangıç ve sınır koşullarında rijitlik değişimini temsil edecek şekilde seçilmesine karar verilmiştir. Dolayısı ile kolon ve kiriş uç bölgelerine eleman-uç yayları atanmış ve bu yaylara ait rijitliklerin tekrarlı değiştirilmesi ile algoritmanın ilk adımı tamamlanmıştır. Bu adımda güncellenen modelde sönüm parametreleri tekrarlı olarak değiştirilerek hasar tespit algoritmasının ikinci adımı da tamamlanmıştır. Bu sayede, yapısal hasarın varlığı, yeri ve mertebesi otomatik bir algoritma ile tespit edilmiştir. Hasarın varlığı, yeri ve mertebesini tespit edebilen bu tür bir algoritma, literatürde 3. seviye hasar tespiti olarak sınıflandırılmıştır. Bu sınıflandırmaya göre 1. seviye, hasar varlığının tespitini, 2. seviye hasar varlığının ve yerinin tespitini, 3. seviye hasar varlığının, yerinin ve mertebesinin tespiti sağlayabilmektedir. Otomatik hasar tespiti algoritmalarında ulaşılması istenen nokta ise, hasarın varlığının, yerinin ve mertebesinin tespitine ek olarak, hasar gören yapının kalan servis ömrünün de tespit edilebilmesi yönündedir. Dolayısı ile bu çalışmada, 3. seviye hasar tespiti, bu şekilde tam ölçekli betonarme yapılar için ilk olarak sunulmuştur. Geleneksel titreşim tabanlı hasar tespit algoritmalarından farklı olarak ayrıca, test binası TB-1 üzerinde yapılan analitik bir çalışma ile, yapının hasar gördükten sonraki kullanım düzeyi ile ilgili bilgiye erişilebilmesini sağlayan pratik bir algoritma, ilk kez sunulmuştur. Söz konusu analitik çalışma kapsamında, ilk olarak test binası TB-1'e ait doğrusal olmayan yapı modeli Perform-3D yapısal analiz programında kurulmuştur. Akabinde yapının saha testlerinde maruz kaldığı tersinir tekrarlı yatay yükleme patronu, söz konusu yapısal analiz programında simüle edilmiştir. Yarı-statik saha testleri sonucunda ulaşılan hasar ile uyumlu sonuçlar veren doğrusal olmayan yapı modeli esas alınarak, hasarlı ve hasarsız durumlar için titreşim verileri üretilmiştir. Dahası, hasar tespit algoritması, saha testlerini temsil eden bilgisayar simülasyonundan elde edilen bu verilere uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlar, doğrusal olmayan modele uygulanan performansa dayalı değerlendirme (ASCE 41-13) sonuçları ile kıyaslanmış ve uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Bu sayede, yapı elemanlarının performans düzeyleri belirlenmiştir. Söz konusu bu analitik çalışma ile, hem hasar tespit algoritmasının doğruluğu bir kez daha test edilmiş hem de 4. Seviye hasar tespiti yapabilmek konusunda ciddi bir ilerleme kaydedilmiştir. Yapının hasarlı durumuna ait titreşim cevabı kulanılarak, elemanlardaki hasar, doğrusal olamayan dönme değeri cinsinden ifade edilmiş, ve böylece hasarın seviyesi ile ilgili uluslararası kodlarda belirtilen limitler, titreşim tabanlı hasar tespiti için kullanlabilir hale gelmiştir. Tez kapsamında gerçekleştirilmiş literatür çalışmasına dayanarak belirtilmelidir ki, artan yapısal hasarla dinamik karakteristiklerin değişimi, bu boyutta betonarme yapılar için ilk olarak ortaya koyulmuştur. Ayrıca, titreşime dayalı hasar tespiti için doğrusal olmayan moment-dönme esaslı hasar ölçütlerinin kullanılması önerisinin, mühendisler için pratik ve sonuç odaklı değerlendirme aracı olduğuna inanılmaktadır. Deneysel ve analitik sonuçlar, betonarme yapılarının durum değerlendirmesi için titreşime dayalı yöntemlerin kullanılmasının önemini ortaya koymaktadır. Bu sebeple, sonuçların, daha farklı tipte ve boyutta yapıda doğrulanması önem arz etmektedir.