Energy dissipator steel cushions

L'Aquila depremi, L'Aquila kasabasını 2009 yılında vurdu. Richter ölçeğine göre depremin yıkıcı gücü 5.8, büyüklüğü 6.3 ve yatay pik ivmesi 0.35 ve 0.40 g arasındaydı. Deprem, birçok prefabrik yapının yıkımına yol açtı. Depremden sonra bir grup araştırmacı yapıların davranışını incelemek için kasabaya gitti. Araştırmacılar, birçok endüstriyel binanın yeterli yapı davranışı gösterdiğini, fakat prekast cephe panellerin davranışının yeterli olmadığını gözlemlediler. Bu gözlemler, mafsallı kirişlere sahip prefabrik iskeletli yapıların sismik tasarımının güvenilir olduğunu, fakat cephe panelleri ile diğer yapı elemanları arasındaki bağlantı elemanlarının sismik performansının yetersiz olduğunu göstermiştir. Bağlantı elemanlarının yetersiz sismik performansa sahip oldukları, panellerinin yeterli mevcut yatay yük taşıma potansıyellerının kullanılamadığı, enerji tüketme kapasitesini geliştirmek için yeni birleşim elemanı tasarımına ihtiyaç olduguna göstermıştır. İstanbul Teknik Üniversitesi, Milan Politeknik Üniversitesi, Ljubljana Üniversitesi, Atina Ulusal Teknik Üniversitesi, Joint Research Centre - Elsa Laboratory (JRC) gibi araştırma kurumları ile İtalya ve Türkiye'den Prefabrik Birliklerının işbirliğiyle, yeni birleşim metodları ve elemanları tasarlamak ve bu bağlantı elemanları ile donatılmış cephe panellerinin sismik performansını araştırmak için FP7 kapsamında SAFECLADDING isimli bir araştırma projesi başlatılmıştır. 3, 5 ve 8 mm olmak üzere üç farklı kalınlıktaki yeni oval düşük maliyetli çelik bağlantı elemanı, endüstriyel binaların bitişik panelleri, panel-kiriş ve panel-mesnet bağlantıları arasında bağlantı elemanı olarak kullanılmak üzere İTÜ Yapı ve Deprem Mühendisliği Laboratuarında geliştirmıştır. Enerji sönümleyici çelik bağlantı elemanları deprem enerjisinin bir bölümünü sönümleyebilir, yapısal ve yapısal olmayan elemanlardaki hasar miktarını sınırlayabilir.Bu tez kapsamında deneysel ve analitik çalışmalar yürütülmüştür. Deneysel çalışmalar çelik yastık testleri ve sistem testleri olmak üzere iki farklı aşamada gerçekleştirilmiştir. Çelik yastıklar cephe panellerin üzerinde farklı konumlara yerleştirilmiştir. Yerleşim. Davranışta değişiklikler gözlendiğinden farklı yük kombinasyonlarıyla çok sayıda test yapmak gerekmiştir. İlk aşamada, üç farklı kalınlıktaki çelik yastığın tek eksenli ve iki eksenli davranışını araştırmak için bir dizi deney yapılmıştır. Tek eksenli testler, kesme ve tek eksenl kuvvet testlerinden oluşmaktadır. Tek eksenli testleri yapmak için, özel test düzenleri tasarlamış ve yaptırılmıştır. Çelik yastıkların çevrimsel davranışını ve enerji tüketme kapasitesini değerlendirmek için 3, 5 ve 8 mm'lik numuneler üzerinde toplam 15 adet tek eksenli kesme testi yapılmıştır. Kesme testleri, enerji sönümleme yastıklarının yüksek deformasyon kapasitesine, yüksek enerji sönümleme kabiliyetine ve kararlı çevrimsel eğrilere sahip olduklarını göstermiştir. Çelik yastıkların kalınlığı, genel davranışını etkilemektedir. Kalın çelik yastıklar daha fazla mukavemet, sertlik ve enerji tüketme kapasitesine sahiptir. Ayrıca, çelik yastıkların sünekliği, artan kalınlıkla birlikte artmaktadır. Çelik yastıkların eksenel davranışını ve enerji sönümleme kapasitesini değerlendirmek için 3, 5 ve 8 mm'lik numuneler üzerinde toplam 9 adet tek eksenli eksenel yükleme testi yapılmıştır. Sistem testlerinde ve gerçek yapıdaki numuneler, beton panellerin ağırlığını taşımaktadır. Dolayısıyla çelik yastıkların eksenel davranışını belirlemek önemlidir. Eksenel yükleme testleri, enerji sönümleyici yastıkların yüksek deformasyon kapasitesine ve yüksek enerji sönümleme kabiliyetine sahip olduklarını göstermiştir. Çelik yastıkların kalınlığı, çelik yastıkların genel davranışını etkilemektedir. Kalın çelik yastıklar daha fazla mukavemet, sertlik ve enerji sönümleme kapasitesine sahiptir. Ayrıca, çelik yastıkların sünekliği, artan kalınlıkla birlikte artmaktadır. Farklı sabit eksenel gerilme etkisine tabi tutulan çelik yastıkların kesme davranışını incelemek için toplam 82 adet iki eksenli test yapılmıştır. Çift eksenli testler büyük öneme sahiptir, çünkü çelik yastıklar endüstriyel binalarda panel-mesnet, panel-panel ve panel-kiriş bağlantıları olarak kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Bu nedenle, çelik yastıklar farklı tipte yük kombinasyonlarıyla karşılaşmaktadır. Özellikle tabanda, çelik yastıklar mesnet işlevi sağladıklarından, yatay yük altında kesme deformasyonuna ve aynı zamanda cephe panellerinin kendi ağırlığı altında eksenel deformasyona tabi olurlar.Eksenel kuvvetler, testler boyunca sabit tutulmuştur. Eksenel kuvvetlerin değerleri, N/N0 oranına göre seçilmiştir. Burada N0, monoton eksenel yükleme testlerinden elde edilen nihai eksenel kuvvettir. Uygulanan eksenel yükler, N0'ın %25, %50 ve %75 ine karşı gelmektedir. Yapılan iki eksenli testler, yükleme yönünün farklı kalınlıktaki çelik yastıkların genel davranışı üzerinde etkili bir faktör olduğunu; sıkışma yükünün artmasıyla sönüm oranı ve enerji sönümleme kapasitesinin arttığını, çekmede ise, sönüm oranı ve enerji sönümleme kapasitesinin düştüğünü göstermiştir. Ayrıca, optimum eksenel yük seviyesinin maksimum eksenel yük kapasitesinin ±%25'i oluğu gösterilmiştir. Çünkü daha yüksek seviyelerde, çelik yastıkların genel davranışı etkilenebilmektedir. 3, 5 ve 8 mm kalınlıkta çelik yastıklar için etkileşim diyagramları oluşturulmuştur. Etkileşim diyagramlarına göre, kalın çelik yastık, ince çelik yastığa göre daha geniş çevrelenmiş alana sahiptir. İkinci aşamada, toplam 4 adet sistem testi yapılmıştır. Test düzeni, betonarme cephe panelleri ve yanal yükün betonarme cephe panellere transferi için tam mafsallı bir çelik çerçeveden oluşmaktadır. Çelik yastıklar farklı konumlarda, panel-mesnet, iki bitişik panel arası panel-panel ve panel-kiriş bağlantılarına yerleştirilmiştir. Bu deneysel çalışmada, her panel için mesnet olarak kullanılan çelik bağlantı sayısına göre, tek yastık testi ve çift yastık testi olmak üzere iki tür test yapılmıştır. Çelik yastıklarla donatılmış cephe panellerinin enerji sönümleme kapasitesi ve performansı değerlendirilmiştir. FEMA-461'de önerilen deneylerde yer değiştirme protokolü kullanılmıştır. Plastikleşmeler çelik yastıkların üzerinde yoğonlaştığından, yapısal elemanlarda hasar veya çatlak gözlenmemiştir. Tüm sistem testlerinde, beton panelin dönmesi hemen hemen aynı olurken, tabandaki panellerin yatay ötelenmesi ihmal edilebilir düzeydedir. Bu da panellerin baskın davranışının dönme olduğunu göstermektedir. Dolayısıyla, enerji sönümleme kapasitesine en büyük katkı, panel-panel bağlantılarında çelik yastıkların kesme davranışı ve panel-mesnet bağlantılarında çelik yastıkların eksenel davranışından sağlanmaktadır. Tek yastık testinde, sistemin genel davranışını etkileyen düzlem dışı hareket olmakla beraber, yüksek enerji sönme kapasitesi vardır. Panel-kiriş bağlantılarındaki çelik yastık akmaya erişmemiştir, dolayısıyla sistemin enerji sönümleme kapasitesine hiçbir katkısı olmamıştır, basit mafsal bağlantısı gibi hareket etmiştir. Analiz kısmında ise, çelik yastıklar SeismoStruct v 6.0 yazılımı modellenmiştir. Çelik yastıkların kesme ve eksenel davranışının modellenmesi için Ramberg-Osgood ve asimetrik bilineer davranış eğrileri önerilmektedir. Sistem testlerine karşı gelen matematik modeller oluşturularak , deneysel ve sayısal sonuçlar karşılaştırılmıştır. Sistem testlerinde farklı pozisyonlardaki her bir çelik yastığın kuvvet-yerdeğiştirme ilişkileri elde edilmiştir ve enerji sönümleme kapasitesine katkıları hesaplanmıştır. Sonuçlar, panel-panel ve panel-mesnet bağlantılarında çelik yastıkların, sırasıyla kesme ve eksenel davranış ile sistem enerji sönümleme kapasitesine büyük katkı sağladıklarını göstermiştir.