Büyük açıklıklı betonarme yapıların deprem performansının zaman tanım alanında doğrusal olmayan yöntemle belirlenmesi ve viskoz sönümleyiciler ile güçlendirilmesi

Özellikle aktif fay kuşağında yer alan mevcut yapı sistemlerinin deprem performanslarının belirlenmesinde, değerlendirme yöntemlerinin seçimi önemli bir unsur olmaktadır. Yapı sistemlerinin deprem etkisi altında dinamik karakterlerine göre seçilecek olan bu değerlendirme yöntemleri, doğrusal ve doğrusal olmayan yöntemler olarak iki gruba ayrılmaktadır. Bu yöntemler, elastik ve elastoplastik yapısal malzeme davranışlarını esas almaktadır. Malzemenin doğrusal yani elastik olduğu kabulü ile seçilen hesap yöntemleri, belirli bir tasarım depremi etkisi altında taşıyıcı sistem elemanlarının taşıma kapasitelerinin belirlenmesine yönelik yürütülen çalışmalardır. Diğer taraftan malzemenin doğrusal olmadığı yani elastoplastik malzeme davranışlarını esas alan hesap yöntemleri, belirli bir tasarım depremi etkisi altında yapısal malzemelerde oluşacak olan uzama/kısalma taleplerinin belirlenmesine yönelik yürütülen çalışmaları kapsamaktadır. Deprem bölgelerinde yer alan mevcut yapı sistemleri ile ilgili ikinci bir konu, performans değerlendirmeleri sonucunda tespit edilen yapısal yetersizliklerin giderilmesi yani dayanım yetersizliği tespit edilen mevcut yapı sistemleri için uygun güçlendirme yöntemlerinin belirlenmesidir. Son yirmi yıldır yapısal teknoloji uygulamalarının gelişmesiyle birlikte, hem yapı sistemlerinin tasarımında hem de mevcut yapıların sismik güçlendirilmelerine yönelik çalışmalarda, pasif kontrol sistemlerinin kullanımı yaygınlaşmaya başlamıştır. Bu pasif kontrol sistemlerinden viskoz sönümleyiciler, paslanmaz çelikten imal edilen silindirik boru ve bu borunun başlıklarında bulunan paslanmaz çelik pistonlardan oluşmaktadır. Yapı sistemlerinin deprem etkisi altında maruz kaldığı hız istemleri, viskoz sönümleyicilerin her iki ucunda bulunan pistonlarda farklı iki basınç oluşturmaktadır. Sönümleyicilerin her iki ucunda oluşan bu basınç farkı, silikon esaslı yağ sayesinde oluşmakta ve bu fark ısı enerjisine dönüştürülmektedir. Böylece sistemin maruz kaldığı deprem enerjisinin bir kısmı sönümlenebilmektedir. Bu çalışma kapsamında, taşıyıcı sistemi genel olarak perde sistemlerle teşkil edilmiş, birbirlerinden dilatasyon hatlarıyla ayrılmış mevcut betonarme yapı bloklarının ve bu blokların bir bütün olarak uzantısı olan yaklaşık 60 m uzunluğundaki betonarme kabuk sistemin deprem performansı belirlenmiştir. Yapı sisteminin deprem performansının belirlenmesinde, sistemin dinamik özellikleri de göz önüne alınarak, zaman tanım alanında doğrusal olmayan hesap yöntemi kullanılmıştır. Yapı sisteminin sismik performans değerlendirmesinde, ilk olarak taşıyıcı sistem elemanların kesit özelliklerine göre ve yapısal malzemelerin elastoplastik davranış gösterdiği yani malzemelerin doğrusal olmadığı yöntem kullanılarak, taşıyıcı elemanlar için yönetmelikçe öngörülen kesit hasar sınırlarına dayanarak, plastik mafsal tanımları belirlenmiş ve bu mafsallar analiz modellerinde tanımlanmıştır. İkinci aşamada ise, yapı sisteminin dinamik karakterine, bölgenin sismolojik ve geoteknik özelliklerine uygun olarak seçilmiş yer hareketi kayıtları tespit edilmiştir. Seçilen yer hareketi kayıtlarının %5 sönüm oranlı ivme spektrumları çıkarılmış ve bu spektrum eğrileri, yapı sistemi hâkim periyoduna göre belirlenen eşleştirme aralığında, bölgenin depremselliği de göz önüne alınarak yönetmelikçe belirlenen %5 elastik tasarım ivme spektrumuna göre ölçeklendirilmiştir. Seçilen yer hareketi kayıtlarının tasarım ivme spektrumuna göre ölçeklendirilmesi, yönetmelikçe belirtilen şartlar doğrultusunda yapılmıştır. Yapı sistemi üzerinde yürütülen sismik performans değerlendirmesi sonuçları iki ana alt başlıkta özetlenmiştir. • Yapı blokları taşıyıcı sistemleri genel olarak yeterli yanal dayanıma sahip değildir. Blokların perde sistemler ile teşkil edilmesi nedeniyle, özellikle planda kısa doğrultuda teşkil edilen perde sistemler, bu deprem doğrultusunda oluşacak olan taban kesme kuvvetinin %95'ine maruz kalmaktadır. Bu denli yüksek oran, bu perde sistemleri başlıklarında kapasitelerinin üzerinde aşırı çekme-basınç talepleri oluşturmaktadır. Bu istemler, söz konusu perde başlıklarında "GB" performans seviyesinde plastik mafsalların oluşmasına neden olmaktadır. Sonuç olarak özellikle Blok 4 ve Blok 5 yapı sistemlerinde meydana gelen plastik mafsallar, sistemin performans seviyesini "GB" bölgesine düşürmektedir. • Yaklaşık 60 m uzunluğundaki betonarme kabuk sistemin yapı bloklarına bağlantısının mafsallı olması nedeniyle, bu sistemin herhangi bir yatay rijitliği bulunmamaktadır. Bu durum, göz önüne alınan deprem etkileri altında kabuk uç yerdeğiştirmelerinin yüksek mertebelerde seyretmesine neden olmaktadır. Ayrıca kabuk elemanların birbirleri ile bağlantılarının olmaması nedeniyle, bu elemanlar birbirlerinden bağımsız ve yüksek periyotlu salınımlar yapmaktadır. Çalışmanın son bölümünde ise, betonarme kabuk sistemin incelenen deprem etkileri altında yerdeğiştirme istemlerinin azaltılması adına güçlendirme yöntemi üzerinde durulmuştur. Bu yöntemde, kabuk elemanlarının her iki uç noktalarına konsol bir sistem olarak çalışan perde sistemler yerleştirilmiştir. Yerleştirilen konsol perde sistemleri üzerine gelecek olan hız istemlerinin azaltılması adına, bu perde sistemleri ile kenar kabuk elemanların bağlantısı dört adet viskoz sönümleyiciler ile yapılmıştır. Viskoz sönümleyicilerin yerleştirilmesindeki esas amaç, göz önüne alınan deprem etkileri altında kabuk uç sistemi hız istemlerinin azaltılmasıdır. Böylece konsol perde sistemler daha az yanal kuvvete maruz kalacak ve bu elemanlar daha ekonomik boyutlarda tasarlanacaktır. Kullanılan dört adet viskoz sönümleyicilerin dinamik karakterlerini ifade eden matematiksel değişkenler, kabuk sisteminin yanal doğrultudaki hâkim periyodu göz önüne alınarak ve uç sistemde yaklaşık %50 oranında bir sönümün öngörülmesiyle, deneme yanılma yöntemi ile tespit edilmiştir. Kabuk sistemin viskoz sönümleyiciler ile güçlendirilmesi kapsamında son bölümde ise, sistemin göz önüne alınan deprem hareketleri altında enerji talepleri ve kapasiteleri belirlenmiştir. Bu enerji değerlendirmeleri sonuçlarına göre tüm yer hareketi kayıtlarında kabuk sistemin enerji kapasitesi, deprem hareketi enerji taleplerinin üzerinde kalmaktadır.