Yeni bir enerji sönümleyici eleman ve prefabrike yapı sistemlerindeki moment aktarmayan birleşimlere uygulanması

Bu tez çalışmasında gerçekleştirilen çalışmalar iki ana grupta toplanabilir. İlk aşamada özel bir kurşun ekstrüzyon sönümleyici (KES) geliştirilmiştir. Bu eleman, üretim aşamasını önemli ölçüde basitleştiren bazı özellikleri ile literatürdeki benzerlerinden farklılık göstermektedir. İkinci aşamada ise prefabrike inşaatta yaygın olarak kullanılan moment aktarmayan kiriş-kolon birleşimlerinin tersinir tekrarlı yükler etkisindeki davranışını iyileştirmek üzere KES'in bu tür birleşimlerde kullanılmasına yönelik deneysel ve sayısal çalışmalar yapılmıştır. Geliştirilen özel bir deney çerçevesi kullanılarak KES'in değişen frekans ve yerdeğiştirme genliği değerleri için, dinamik deneyleri gerçekleştirilmiştir. Deneyler sonucu KES'e ait kuvvet-yerdeğiştirme ilişkileri, enerji depolama özellikleri ve eşdeğer sönüm özellikleri belirlenmiştir. Gerçekleştirilecek deneysel ve sayısal çalışmalarda kullanılmak üzere, Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik 2007 (TDY 2007)'de tanımlanan tasarım ivme spektrumu hedef alınarak PEER Yer Hareketi Veri Tabanı'ndan indirilen gerçek deprem ivme kayıtları kullanılarak bir ivme kaydı havuzu oluşturulmuştur. Sarsma masası deneylerinde bu havuzda yer alan Erzincan depremi doğu-batı ivme kaydı farklı genlik çarpanları ile kullanılırken, sayısal çalışmalarda on adet deprem ivme kaydı kullanılmıştır. Gerçek betonarme prefabrike yapı sisteminden çıkarılan tipik bir moment aktarmayan kiriş-kolon birleşimi laboratuvar ortamında yaklaşık 1/2 ölçeklendirildikten sonra sarsma masası üzerinde deneysel olarak incelenmiştir. İncelenen birleşimde kiriş, kolon üzerinde bırakılan kısa konsola oturmakta, 2 adet 14 mm çaplı ucuna diş açılmış donatı, kiriş içinde bırakılan 60×40 mm boyutlarındaki boşluktan geçirilmektedir. Boşluk büzülme yapmayan harç ile doldurulmakta ve harç prizini yaptıktan sonra donatının kiriş üzerinde kalan ucuna pul ile somun takılarak sıkılmaktadır. Birinci grup sarsma masası deneylerinde yalın birleşim incelenmiştir. İkinci grupta ise özdeş birleşime KES çapraz konumlu biçimde bağlanarak güçlendirilmiş birleşimin davranışı incelenmiştir. Oluşturulan ölçüm düzenekleri ile numune tepe yerdeğiştirmesi, kolon alt ucundaki dönme, kolon-kiriş birleşim bölgesi dönmesi, kolon alt ucunda oluşan donatı şekildeğiştirme durumu, temel ve numune tepe seviyesinde oluşan ivmeler, sönümleyiciye ait eksenel kuvvet ve yerdeğiştirme büyüklükleri kaydedilmiş ve numuneler arasındaki değişimler irdelenmiştir. Deneysel çalışmada incelenen kiriş-kolon birleşiminin matematik modeli Seismostruct yazılımı kullanılarak oluşturulmuştur. Bu modelde kirişin düğüm noktasına birleşen ucu adi mafsallı olarak idealleştirilmiştir. Kolon ve kiriş elemanlar ağırlık merkezlerinden geçen çubuk elemanlar ile idealleştirilmiş, numune geometrisi ve kütle konumlarının doğru olarak modellenebilmesi için sonsuz rijit uzunluklu çubuk elemanlar kullanılmıştır. Kütleler kiriş üzerinde tanımlanmış olan noktalarda yoğunlaştırılmıştır. KES davranışı Seismostruct yazılımında yer alan iki doğrulu kinematik eğri tanımı kullanılarak tanımlanmıştır. Deneysel çalışmada kullanılan farklı genlik çarpanlı Erzincan doğu-batı ivme kaydı seri olarak arka arkaya bağlanarak zaman tanım alanında doğrusal olmayan çözümleme yapılmıştır. Böylece numunede oluşan hasar biçimi temsil edilebilmiştir. Sayısal model ile elde edilen farklı büyüklükler deneysel çalışma sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Yapılan karşılaştırmalar sonucunda; i) sönümleyici eleman ilave edilen birleşime ait davranışın farklı inelastik davranış düzeylerinde yeter yaklaşımla temsil edilebildiği, ii) KES ilave edilmiş birleşimin genel davranış özelliklerinin yalın duruma göre önemli ölçüde iyileştiği görülmüştür. Bunların başında kiriş-kolon birleşim bölgesi şekildeğiştirmeleri, kolon taban kesitinde oluşan şekildeğiştirmeler ve kolondaki hasar dağılımı gelmektedir. Çalışmanın son bölümünde KES'ler kullanılarak gerçek bir prefabrike sanayi yapısının mevcut deprem performansının iyileştirilmesi örneklendirilmiştir. İncelenen yapı sisteminde, ana çerçeve doğrultusunda kiriş-kolon birleşim bölgelerinde çapraz olarak yerleştirilmiş sönümleyiciler kullanılırken, çerçeve düzlemine dik doğrultuda çelik kuşak-çapraz sistemi içerisine yerleştirilen yatay konumlu sönümleyiciler kullanılmıştır. Yapı sistemi için Seismostruct yazılımı kullanılarak üç boyutlu matematik model oluşturulmuştur. Deneysel çalışmada elde edilen KES davranış biçimi sayısal modelde tanımlanmıştır. Yalın ve sönümleyiciler ilave edilmiş durumlar için deprem ivme kaydı havuzundaki kayıtlar kullanılarak zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz yapılmıştır. Analizler sonucu elde edilen farklı istemlere ait en büyük değerlerin ortalamaları hesapanarak karşılaştırılmıştır. KES'ler ilave edilen yapı sisteminde çerçeve doğrultusundaki tepe yerdeğiştirmesi istemi % 40 ve çerçeve düzlemine dik doğrultudaki tepe yerdeğiştirme istemi de % 90 oranında azalmıştır. Benzer şekilde, kolon taban kesitinde oluşan eğrilik sırasıyla % 54 ve % 93 oranında azalmıştır. Aynı kesitte kabuk beton, sargılı beton ve boyuna donatıda oluşan birim şekildeğiştirme ise % 60 mertebesinde azalmıştır. Gerçekleştirilen sarsma masası deneyleri ile yapılan sayısal analizler neticesinde, geliştirilen KES'in betonarme prefabrike yapı sistemlerinde moment aktarmayan birleşimlerin tersinir tekrarlı yatay yükleme etkisindeki davranışını anlamlı ölçüde iyileştirdiği ve bu tür yapı sistemlerin deprem performansının iyileştirilmesi için kullanılabileceği sonucuna ulaşılmıştır.