Development of rocking-column (ROC) seismic base isolation system for buildings

Depremler tüm dünyada binalara ve yapılara ciddi zararlar vermektedir. Araştırmacılar yıllar boyunca depremlerden kaynaklanan zararları hafifletmek için pasif kontrol, aktif kontrol ve hibrit sistem olarak kategorize edilebilecek birçok teknik önermişlerdir. Genellikle pasif kontrol kategorisi altında tanımlı olan sismik zemin izolasyonu, bir yapıda depremlerin zararlı etkilerini izole etmek için iyi bilinen bir tekniktir. Bu araştırmada, geleneksel sismik taban izolasyon sistemlerinden farklı yeni bir sismik izolasyon sistemi önerilmiş ve Sallanan-Kolon (SAK) sismik izolasyon sistemi olarak adlandırılmıştır. SAK'ın çalışma prensibi, bir binayı kat yüksekliğinde sallanan kolonlar üzerine yerleştirerek yerden sismik olarak izole etmektir. Çalışma, Yunan Uygarlığında kullanılan antik sallanan sütunların depreme olumlu tepkisinden ve çoğunlukla Japonya'da inşa edilen, birinci katın veya tüm katların esnek olduğu ve izolatörler gibi davrandığı Pagoda yapılarından esinlenmiştir. Araştırma aşağıdaki aşamalardan oluşmaktadır: 1) rijit blokların sallanmasına ilişkin literatürün kapsamlı bir şekilde gözden geçirilmesi, 2) sallanan kolon davranışını simüle eden ticari olarak mevcut yazılımda (SAP2000) doğrusal olmayan sayısal modellerin geliştirilmesi, 3) sayısal modelin, küçük ölçekli prototiplerin test edilmesiyle deneysel olarak doğrulaması, 4) farklı SAK ile izole edilmiş bina modellerinin analizleri (2B, 3B, kütle ve rijitlik düşey düzensizlikleri) ve 5) orta yükseklikte 5-7 katlı konutlarda kurulu SAK sismik izolasyon sistemleri için ön tasarım tablolarının geliştirilmesi. Analiz sonuçları, sallanan dikdörtgen kolonların genişliğinin ve yüksekliğinin (narinlik), SAK sismik izolasyon sistemlerinin performansını özetleyen en önemli parametreler olduğunu kanıtlamıştır. SAK sismik izolatörlerinin etkinliğini etkileyen diğer parametreler arasında depremlerin niteliği ve büyüklüğü, toplam kat sayısı ve binaların kolon açıklığı boyutu bulunur. Simülasyon sonuçları, SAK sistemlerinin en büyük depremler için bile binaları etkin şekilde izole ettiğini göstermiştir. Ek olarak, SAK izolasyon sisteminde önerilen "sınırlama mekanizması", stabilitenin bozulması durumunda dahi binaların çökmesini önler. Önerilen sistem, ek bir araba park alanı veya ekstra bir kat da sağlayabilir ve mevcut binalara da uygulanabilir. Analizlerin sonucunda, SAK sistemi genel olarak lamine kauçuk yastık (LRB) ve sürtünme sarkaç sistemi (FPS) gibi geleneksel izolasyon sistemlerinden daha iyi performans göstermiştir. Önerilen SAK sismik izolasyon sistemi, orta yükseklikte binalar için mevcut sismik izolasyon sistemlerine bir alternatif sağlayabilir. Yapılan çalışmada, a) SAK'ın kolon yüksekliği ve taban genişliği (narinlik), b) kat sayısı, c) kolon açıklık boyutu (5m veya 7.5m), d) farklı deprem kayıtları değiştirilmiş ve i) devrilme, ii) döşeme kat ivmeleri, iii) katlar arası göreceli yatay deformasyonlar ve iv) birinci kat toplam kesme kuvvetleri grafik formatında elde edilmiştir. Bu veriler kullanılarak orta yükseklikte (4-7 kat) konutlar için SAK izolatör sisteminin ön tasarım tabloları hazırlanmıştır.