Theses supervised by Prof. Dr. Ahmet Can Altunışık
11 theses · Karadeniz Technical University
Deneysel modal analiz yöntemiyle güncellenen sonlu eleman modeli kullanılarak geleneksel hımış konağın dinamik davranışının belirlenmesi
İnsanoğlunun yıllarca barınma ihtiyacını karşılamış olan Hımış yapılar, günümüzde tarihi yapı olarak nitelendirilmektedir. Ülkemizin aktif fay hatları üzerinde bulunduğu düşünüldüğünde, bu yapıların günümüzden geleceğe güvenle aktarılması için dinamik etkiler altındaki yapısal davranışlarının belirlenmesi ve gerekli önlemlerin alınması son derece önemlidir. Bu tezin amacı, Rize ili Fındıklı ilçesinde bulunan bir geleneksel Hımış konağın dinamik kuvvetler altındaki dinamik davranışının elde edilmesidir. Bu amaç doğrultusunda öncelikle, yapının mevcut durumuna ait dinamik karakteristikleri (mod şekilleri, doğal frekansları ve sönüm oranları) deneysel modal analiz yöntemi kullanılarak elde edilmiştir. Sonrasında, konağın sonlu eleman modeli oluşturulmuş, modal analizler sonucunda sayısal dinamik karakteristikler elde edilmiştir. Deneysel ve sayısal olarak elde edilen dinamik karakteristikler karşılaştırılmış, meydana gelen farklılıklar belirsiz parametreler dikkate alınarak güncellenmiş ve sonlu eleman model güncellemesi yapılmıştır. Daha sonra, güncellenmiş modelin dinamik davranışı, 1999 Kocaeli deprem kayıtları kullanılarak zaman tanım alanında dinamik analiz yöntemiyle belirlenmiştir. Analiz sonucunda maksimum yer değiştirme, asal gerilme ve şekil değiştirme değerleri elde edilmiş ve geleneksel Hımış konağın dinamik davranışı değerlendirilmiştir.
A simulation-based investigation on thermal responses of suspension bridge towers under different fire scenarios
Fire is one of the most severe dynamic loads with low probability and high impacts. The bridge fire incidents, such as the Oakland maze collapse, resulted in catastrophic consequences to both economy and people. Hence, the consideration of fire load needs to be an integral part of bridge structural design, especially in more complex bridge structures such as steel suspension bridges. One of the important considerations in bridge fire structural analysis is finding the fire source impact on the important load-carrying elements such as suspension bridge towers. Considering the importance of the topic, this study simulates fire exposure to a bridge tower, using Fire Dynamic Simulator (FDS), followed by heat transfer analysis, with ABAQUS finite element software, for evaluating its failure status. For this, the Bosphorus bridge, one of the iconic bridges in the world, is selected as a case study to evaluate the most critical fire scenarios that arise from different combinations of influential parameters. Accordingly, this study is performed in three main steps; firstly 12 fire scenarios are simulated using different vehicle types, exposure durations, and distances between the tower and fire source along with considering wind effect; secondly, heat transfer analysis is performed over the 12 simulated fire scenarios to obtain the temperature distribution within the tower section; thirdly, the damage level of bridge tower is evaluated based on peak temperature of steel.
Betonarme taşıyıcı sistem elemanlarının lifli polimer kompozit malzemeler ile güçlendirilmesine yönelik mühendislik yazılımının geliştirilmesi
Bu tez çalışması kapsamında betonarme taşıyıcı sistem elemanlarının lifli polimer kompozit malzemeler ile güçlendirilmesine yönelik mühendislik yazılımı geliştirilmesi üzerine çalışmalar yapılmıştır. Tez çalışması başlıca üç ana başlık altında toplanmıştır. Birinci bölümde; onarım/güçlendirme kavramı ve yöntemleri, lifli polimer kompozit malzemeler ile ilgili genel bilgiler ve literatürde daha önce yapılmış çalışmalar sunulmaktadır. İkinci bölümde; konuyla ilgili hesap yöntemlerine ait denklemler ve bu tez kapsamında yapılan çalışmalara yer verilmektedir. Bu bölümün ilk kısmında Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018'e göre kirişlerin kesme etkilerine karşı güçlendirilmesi, kolonların eksenel basınç dayanımının ve sünekliğinin arttırılmasına yönelik hesaplamalar ve aynı zamanda American Concrete Institute 440.2R-17 yönetmeliğine göre kirişlerin eğilme etkilerine karşı güçlendirilmesine yönelik hesaplar incelenmiştir. İkinci kısımda ise bu hesap adımları dikkate alınarak yazılıma ait algoritma oluşturulmuş ve bu algoritmaya bağlı olarak hem bilgisayar tabanlı hem de web tabanlı olmak üzere iki farklı yazılım arayüzü geliştirilmiştir. Üçüncü bölümde ise; bu tez çalışmasından elde edilen sonuçlar ve önerilere yer verilmektedir.
Yüksek sıcaklık etkisine maruz yığma taş kemerlerde dinamik karakteristik değişimlerinin sonlu eleman analizleri ve laboratuvar testleriyle belirlenmesi
Bu tez çalışmasında, yüksek sıcaklık etkisine maruz yığma taş kemerlerin dinamik davranışlarında meydana gelen değişimler deneysel ve sayısal yöntemler kullanılarak elde edilmiştir. Bu amaçla, laboratuvar şartlarında inşa edilen kemer modelleri üzerinde sıcaklık öncesi ve sonrası durumlar için deneysel ve sayısal çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Sunulan tez çalışması üç bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde; konu ile ilgili genel bilgiler ve daha önceden yapılmış çalışmalar, ısı transferi analizleri, dinamik karakteristiklerin belirlenmesinde kullanılan deneysel ve sayısal yöntemler yer almaktadır. İkinci bölümde, yapılan çalışmalar ve bu çalışmalardan elde edilen bulgular sunulmuştur. İkinci bölümde yapılan çalışmalar üç kısma ayrılmıştır. Birinci kısımda; laboratuvar şartlarında imal edilen kemer modellerin dinamik karakteristikleri sıcaklık öncesi ve sonrası durumlar için deneysel yöntemlerle elde edilmiştir. İkinci kısımda; kemerin sıcaklık öncesi ve sonrası durumlar için üç boyutlu sonlu eleman modelleri oluşturularak dinamik karakteristikleri sayısal yöntemlerle elde edilmiş ve kemerlerin sonlu eleman modelleri deneysel verilere göre iyileştirilmiştir. Son kısımda ise; iyileştirilmiş sonlu eleman modellerinden faydalanılarak farklı açıklığa, yüksekliğe, genişliğe ve kalınlığa sahip kemer modellerinin farklı sıcaklık geçmişi durumları için dinamik karakteristikleri elde edilmiş ve bu sonuçlara bağlı formülasyon ve grafik/abaklara yer verilmiştir. Üçüncü bölümde ise; bu çalışmadan elde edilen sonuçlar ve öneriler sunulmaktadır. Bu bölümü kaynaklar ve özgeçmiş izlemektedir.
Tarihi Çorum saat kulesi için sahaya özel tasarım spektrumlarının oluşturulması ve TBDY-2018 deprem yer hareketi ölçeklendirme yöntemlerine dayalı dinamik davranışın incelenmesi
Ülkemizin sahip olduğu tarihi yapılar ve aktif sismik kaynaklar düşünüldüğünde, şüphesiz ki tarihi yapılara zarar verebilecek en önemli tehditlerden biri oluşum zamanı, konumu ve büyüklüğü önceden bilinemeyen depremlerdir. Bu nedenle tarihi yapıların dinamik etkiler altındaki yapısal davranışlarının belirlenmesi ve gerekli önlemlerin alınması son derece önemlidir. Bu tezin amacı, tarihi yığma bir yapının dinamik davranışının incelenmesidir. Bu amaçla, Çorum ilinde bulunan ve yığma taşıyıcı sisteme sahip tarihi saat kulesini merkez alacak çalışma alanı için sismik tehlike analizi yapılmış ve sahaya özel deprem spektrumları geliştirilmiştir. Sismik tehlike analizi için oluşturulan deprem kataloğundan seçilen yer hareketi kayıtları, 2018 Türk Bina Deprem Yönetmeliği'nde belirtilen ölçeklendirme yöntemleri uygulanarak hedef tasarım spektrumuna göre ölçeklendirilmiştir. Ölçeklendirilmiş yer hareketi kayıtlarının yatay bileşenleri tek ve çift doğrultuda uygulanarak saat kulesinin doğrusal dinamik analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizler sonucunda elde edilen maksimum yer değiştirme, asal gerilme ve şekil değiştirme değerleri ilgili yönetmeliklere göre karşılaştırmalı olarak irdelenmiş ve saat kulesinin dinamik davranışı değerlendirilmiştir.
Betonarme binalarda çarpışma etkisinin sarsma masası deneyleri ile incelenmesi ve deneysel yöntemlere dayalı hasar tespiti
Bu tez çalışmasında, sarsma masası üzerinde gerçekleştirilen deneyler ile binaların farklı çarpışma türleri için çarpışma davranışlarının belirlenmesi, çarpışma sonrası oluşan hasarların binaların performanslarına olan etkilerinin deneysel yöntemler kullanarak incelenmesi ve çarpışma etkilerini azaltmak için kullanılabilecek uygun yöntemlerin araştırılması amaçlanmıştır. Tez kapsamında, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Yapı Sağlığı İzleme Laboratuvarında bulunan sarsma masasının kapasitesi göz önünde bulundurularak 1/2 ölçekli betonarme düzlem çerçeve bina modelleri kullanılmıştır. Binalar arasındaki çarpışma davranışının incelendiği deneysel çalışmalar iki kısımdan oluşmaktadır. İlk kısımda, deney düzeneğinin, seçilen yer hareketlerinin ve ölçüm sistemlerinin uygunluğunun değerlendirilmesi için 2 adet betonarme deney numunesi kullanılarak pilot deneyler gerçekleştirilmiştir. İkinci kısımda, 5 adet betonarme deney numunesi kullanılarak farklı çarpışma türlerinin dikkate alındığı çarpışma deneyleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca her sarsma masası deneyi öncesinde ve sonrasında, çevresel titreşim testleri ile dinamik karakteristikler deneysel olarak belirlenmiş ve hasar tespit çalışmaları yürütülmüştür. Frekans değişimleri ile yürütülen hasar tespit çalışmalarının yanı sıra mod şekillerindeki değişimleri dikkate alan hasar tespit yöntemleri de bu çalışmada kullanılmıştır. Deneyler neticesinde çarpışmanın betonarme yapıların yapısal tepkilerini önemli ölçüde artırdığı, çarpışma türlerinin yapısal hasarlar üzerinde önemli etkilerinin olduğu ve çarpışma bölgelerinde kullanılan kauçuk levhaların çarpışma nedeniyle oluşan yapısal tepkileri önemli ölçüde azalttığı tespit edilmiştir.
Mühendislik yapılarında hasar tespiti ve uzun süreli yapı sağlığı izlemesi için geliştirilen mühendislik yazılımları
Bu tez çalışması kapsamında, mühendislik yapılarının mevcut durumlarının belirlenmesi, yapı sağlığının izlenmesi için birbirleriyle etkileşimli çalışabilecek mühendislik yazılımları ve yenilikçi metodolojilerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, mühendislik yapılarının dinamik karakteristiklerinin belirlenmesi amacıyla Dynamic Modal yazılımı, sonlu eleman model ile deneysel model arasındaki farkların minimuma indirgenmesi için otomatik sonlu eleman model güncelleme yapabilen Dynamic Update yazılımı ve uzun süreli Yapı Sağlığı İzleme amacıyla Web Tabanlı Yapı Sağlığı İzleme Platformu geliştirilmiştir. Web Tabanlı Yapı Sağlığı İzleme Platformu'nda gerçek zamanlı frekans takibi metodolojisi ve derin öğrenme tabanlı anormallik tespiti metodolojisi geliştirilmiştir. Ayrıca, çevresel faktörlerden kaynaklı yapıdan elde edilen belirsizliklerin Bayes Sinir Ağları kullanılarak güven aralığının belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu çalışma dört ana bölümden oluşmaktadır. İlk bölüm, konu ile ilgili yapılan literatür araştırmasını, yapı sağlığı izleme ve sonlu eleman model güncellemesinde en sık kullanılan yöntemlere ait teorik formülasyonları içermektedir. İkinci bölümde, geliştirilen yazılımlar ve metodolojiler hakkında bilgiler verilmektedir. Ayrıca yazılımların ve metodolojilerin verimliliklerini doğrulamak amacıyla deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalarda Dynamic Modal yazılımı için bir laboratuvar çalışması ve dört farklı mühendislik yapısında arazi çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Dynamic Update yazılımı için ise laboratuvar ortamındaki üretilmiş baraj modeli üzerinde çalışma gerçekleştirilmiştir. Web Tabanlı Yapı Sağlığı İzleme Platformu'nda ise Z24 Köprüsü üzerinde doğrulama çalışmaları gerçekleştirilerek altı farklı mühendislik yapısı üzerinde arazi çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Çalışmalardan elde edilen sonuçlar literatür ve ticari yazılımlar ile karşılaştırılarak irdelenmiştir. Çalışmanın son bölümünde elde edilen sonuçlar ayrıntılı olarak değerlendirilmekte ve bundan sonra yapılması düşünülen çalışmalar için öneriler sunulmaktadır.
Tarihi yığma yapılarda deneysel modal analiz yöntemiyle dinamik karakteristiklerin belirlenmesi, sonlu eleman model iyileştirmesi ve hasar tespiti
Bu tez kapsamında tarihi yığma yapıların deneysel dinamik özelliklerinin belirlenmesi, sonlu eleman modellerinin oluşturulması, sonlu eleman model güncelleme ve hasar tespit çalışmalarının yapılması amaçlanmıştır. Çalışma; mevcut yapılar üzerinde gerçekleştirilen çalışmalar (I) ve laboratuvar modeli üzerinde gerçekleştirilen çalışmalar (II) olmak üzere iki kısma ayrılmaktadır. Mevcut tarihi yapılardan Cephanelik Binası (Trabzon), Çorum Saat Kulesi, Yavuz Selim Okul Binası (Trabzon), İskenderpaşa Camii ve Minaresi (Trabzon), Santa Maria Kilisesi ve Misafirhanesi (Trabzon), Yeniköy Köprüsü (Trabzon) ele alınmış, Deneysel Modal Analiz testleri gerçekleştirilmiş, sonlu eleman modelleri oluşturulmuş ve sonlu eleman model güncelleme işlemleri sunulmuştur. Çalışmanın ikinci kısmında hasar tespit yöntemlerinin uygulanabilmesi amacıyla Karadeniz Teknik Üniversitesi, Yapı Sağlığı İzleme Laboratuvarı'nda ölçekli olarak inşa edilmiş tek açıklıklı taş kemer köprü üzerinde çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Köprü modeli üzerinde mesnet çökmesi, köprü ayaklarında malzeme boşalması ve deprem hasarı durumları gerçekleştirilmiş ve Deneysel Modal Analiz testleri yardımıyla hasar tespitleri gerçekleştirilmeye çalışılmıştır. Ayrıca basit onarım ve enjeksiyon uygulamaları ile köprü modeli onarılmış ve onarım etkinliği araştırılmıştır. Tez çalışması neticesinde, titreşim testleri ile elde edilen frekans ve mod şekilleri verilerinin hasarın varlığını belirlemede oldukça uygun bir yöntem olduğu belirlenmiştir. Ancak yapılardaki hasarın yerlerinin belirlenmesi konusunda deneysel verilerin tek başına yetersiz kaldığı, sayısal modellere ve daha fazla deneysel ölçüm noktalarına ihtiyaç duyulduğu tespit edilmiştir.
Lifli polimer kompozit malzemeler ile güçlendirilen beton numunelerin basınç dayanımına lif türü ve sarım sayısının etkisinin deneysel ve analitik yöntemlerle incelenmesi
Bu tez çalışması kapsamında, lifli polimer kompozit malzemeler ile güçlendirilen beton numunelerin basınç dayanımına lif türü ve sarım sayısının etkisinin deneysel ve analitik yöntemlerle incelemesi yapılmıştır. Gerçekleştirilen tez çalışması üç ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde, beton/betonarme yapıların sonlu eleman modeli hakkında yapılan çalışmalara, yapıların veya yapı elemanlarının onarılması veya lifli polimer kompozit malzemelerle güçlendirilmesi hususunda yapılan çalışmalara, lifli polimer kompozit malzeme hakkında genel bilgilere, geliştirilen malzeme modellerine ve bu bağlamda oluşturulan formülasyonlara yer verilmektedir. İkinci bölümde; tez kapsamında yapılan çalışmalar ve bu çalışmalardan elde edilen bulgulara yer verilmektedir. İkinci bölümde yapılan çalışmalar üç kısma ayrılmıştır. İlk kısımda; laboratuvar ortamında deneylerde kullanılacak olan beş adet numunenin üretimi gerçekleştirilmiştir. İkinci kısımda; üretimi gerçekleştirilen silindir beton numunelere laboratuvar ortamında lifli polimer kompozit kumaşlarla farklı lif türü ve farklı sarım sayısı parametrelerine bağlı olarak güçlendirme işlemi uygulanmıştır. Üçüncü kısımda; güçlendirme uygulanan numunelerin basınç testleri gerçekleştirilmiştir. Üçüncü bölümde ise; tez çalışmasından elde edilen sonuçlara ve önerilere yer verilmektedir.
Deriner ve Yusufeli Kemer Barajlarında yapı-sıvı-zemin etkileşimi dikkate alınarak yapısal davranışların belirlenmesi ve uzun süreli yapı sağlığı izleme
Kemer barajlar, eğrilikli yapıları sayesinde narin kesitlere sahiptirler. Bu barajların büyük hacimli, maliyetli olması ve yapımının uzun yıllar sürmesi yapının önemini arttırmaktadır. Bu tür yapıların inşası sırasında meydana gelebilecek hata ve/veya oluşabilecek kazalar sonrasında büyük can ve mal kayıpları ortaya çıkabilmektedir. Kemer barajların hacimleri, kütleleri ve narinlikleri göz önüne alındığında, değişen su basıncı, sıcaklık, rüzgar ve deprem gibi dinamik kuvvetlerden önemli ölçüde etkilenebilmektedirler. Bu etkilerin ne düzeyde olduğu ve barajı ne ölçüde etkilediği bilgisayar yardımıyla oluşturulan sonlu eleman modelde yapılacak analizler ile belirlenebilmektedir. Sonlu eleman analizlerin belirli kabullere dayandırılması nedeniyle elde edilen sonuçların deneysel yöntemler ile elde edilen sonuçlarla karşılaştırılması ve/veya doğrulanması gerekmektedir. Birçok mühendislik yapısında tercih edilen en uygun yöntemlerden bir tanesi Deneysel Modal Analiz yöntemidir. Tez kapsamında, Türkiye'nin en yüksek iki barajı olan Deriner ve Yusufeli Barajlarında yapısal davranışın deneysel olarak belirlenmesi amacıyla yapılara yerleştirilen hassas ivmeölçerler ile uzun süreli Yapı Sağlığı İzleme çalışmaları yürütülmüştür. Her iki barajın projelerine uygun hazırlanan sonlu eleman modellerinin modal analizleri deneysel dinamik karakteristikler referans alınarak gerçekleştirilmiş ve doğrulanmıştır. Üç farklı rezervuar modelleme yaklaşımlarının etkinliğinin ve barajların statik/dinamik performanslarının belirlenmesi amacıyla Deriner Barajında maksimum su seviyesi için, Yusufeli Barajı'nda ise rezervuarın boş olması ve su tutma süreci boyunca seçilen sekiz farklı su seviyesi durumu için analizler gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, Deriner ve Yusufeli Barajlarına kurulan sensörler ile uzun süreli Yapı Sağlığı İzleme çalışmaları yürütülerek elde edilen sonuçların Yapay Sinir Ağları ile eğitilmesi ile tahmini frekans haritaları oluşturulup tez kapsamında detaylı olarak incelenmiştir.
Betonarme binaların yapısal davranışına çarpışma etkisinin incelenmesi: 6 Şubat 2023 Kahramanmaraş depremleri üzerine bir inceleme
Deprem sırasında, bitişik nizam binaların farklı dinamik özellikleri nedeniyle faz farkıyla titreşmesi ve aralarında yeterli mesafenin olmaması sonucu, binalar arasında çarpışma meydana gelir. Geçmiş depremlerde, bu tür çarpışmalar birçok binada önemli yapısal hasarlar meydan getirmiş hatta bu hasarlar toptan göçmelere dahi neden olmuştur. Dolayısıyla komşu binaların tasarım ve analizlerinde bu çarpışma etkilerinin yapısal davranışa etkisinin dikkate alınması büyük önem arz etmektedir. Bu çalışma kapsamında, 2023 Kahramanmaraş depremlerinde çarpışma etkileri nedeniyle ağır hasar görmüş bir betonarme binanın sismik davranışı ve hasar mekanizmaları zaman tanım alanında doğrusal olmayan hesap yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Ele alınan bina ile çevre duvarı arasında 2023 Kahramanmaraş depremleri sırasında çarpışma meydana gelmiş olup, çarpışan kolonda önemli hasarlar gözlemlenmiştir. Bununla birlikte çalışmada hem kolonda hem de döşeme seviyesinde çarpışmayı temsil eden dört farklı etkileşim senaryosu tanımlanmıştır. İncelenen binanın sonlu eleman modeli SAP2000 programı kullanılarak oluşturulmuştur. Gerçekleştirilen analizlerde, 2023 Kahramanmaraş depremlerinde kaydedilmiş gerçek ivme kayıtları kullanılmıştır. Analizler çarpışma etkilerinin dikkate alındığı ve alınmadığı durumlar olmak üzere iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Analizlerde, göreli ötelemeler, kat ivmeleri, etkileşimin meydana geldiği kolonlardaki kesme kuvvetleri vb. karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Yapılan değerlendirmeler çarpışma etkilerinin yapısal tepkileri önemli ölçüde etkilediğini ve farklı çarpışma konfigürasyonlarının yapısal tepki üzerinde farklı etkiler yarattığını ortaya koymuştur.