PAYLAŞ

İnşa edilen bütün yapılar dış etkenler düşünülerek yapılır. Yapılara en çok zarar veren afetlerden olan depreme dayanıklı yapılar inşa etmek mühendis ve mimarların önemli önceliklerindendir. Şimdi deprem etkisini azaltan elastomerik mesnetli sistemler nedir, nasıl çalışır, sorularına cevap bulacağız.

Pasif Kontrol Sistemi Neden Kullanılır?

Elastomerik mesnetli sistemler yapıların servis ömrü boyunca maruz kaldığı dinamik etkilerin sonucunda oluşan titreşim etkilerini azaltan pasif kontrol sistemlerinden biridir. Pasif kontrol sistemleri elastik sınırda enerjiyi depolama uygulaması yerine, enerjiyi kendi üzerinde sönümleme veya taşıyıcı elemana sismik etkiler azaltılarak iletme prensibiyle çalışır. Pasif kontrol sistemleri sismik (taban) izolasyonu ve pasif enerji sönümleyiciler olarak iki ana alt başlıkta incelenir. Sismik izolasyon da elastomerik mesnetli sistemler ve kayıcı mesnetli sistemler olmak üzere iki başlıkta incelenir. Biz elastomerik mesnetli sistemlere yoğunlaşacağız.

Taban (Sismik) İzolasyonunun Çalışma Prensibi

Sismik izolasyon adından anlaşılacağı üzere binanın ve bina içi elemanların depreme karşı korunması amacıyla kullanılan bir pasif kontrol sistemidir. Taban izolasyonunun kabaca amacını şöyle açıklayabiliriz. Deprem sırasında meydana gelen hareketten doğan dalgalar yapıya ulaştığında onu sallar. Temelle taşıyıcı sistemi çeşitli sistemlerle birbirinden ayırarak gelen dalgaların titreşimlerinin yapıya ulaşması önlenir. Depremden doğacak hasarlar da en aza indirgenmeye çalışılmış olur. İzolatörler temelle üstyapı arasında düşey rijitliği yüksek, yatay rijitliği ise düşük, esnek maddelerle oluşturulan sistemlerdir. Bu şekilde yapının üst rijitliği arttırılırken gelen titreşimler esnek yatay eksende yer değiştirme olarak kendini gösterir. Bu sistemin çalışması için izolatörde bu yatay yer değiştirmelere izin veren boşluklar bırakılmalıdır. Yani taban izolasyonunun prensibi depremden doğan yüksek frekanslı dalgaların periyodunu izolatör yardımıyla yükselterek düşük frekanslı yatay yer değiştirmelerle burada sönümleyip üstyapıya depremin etkilerini azaltarak iletmektir. Bu izolasyon sistemi yüksek katlı binalarda izolatörlerin zeminden ayrılarak devrilme momenti oluşturması sebebiyle sıkıntı çıkarabilmektedir. Bu sebeple tasarımlarda bu konu göz önünde bulundurulmalıdır.

Elastomerik Mesnetli Sistemler

Taban izolasyonu sistemlerinden elastomerik mesnetli sistemlere göz atalım. Bu sisteme aynı zamanda kauçuk esaslı mesnet sistemleri de denilmektedir.İlk kez 1969 yılında Üsküp’te bir ilkokulda depreme karşı sismik izolasyon amacıyla kullanılmıştır. Bu tip sistemler temelle yapı arasına esnek, yatay rijitliği düşük bir katman oluşturularak yapılır. Böylece yukarıda bahsettiğim gibi depremden dolayı oluşan dalgaların periyodu arttırılarak etkisi azaltılmış olur. Elastomerik (doğal veya sentetik malzemeden yapılmış, biçimi bozulduğunda tekrar ilk haline dönebilen esnek bir kimya ürünü malzeme) izolatörlerin altında ve üstünde iki çelik levha bulunur. Bu kauçuk izolatörlerin içine rijitlik ve sönümleme seviyesini yükseltmek için karbon siyahı eklenir. Bodrum katı olmayan yapılarda temelle üstyapı arasındaki rijit platforma yerleştirilen kauçuk izolatörler, bodrum katı olan yapılarda bodrum katla temel arasında bir izolasyon katı oluşturularak bodrum kat perde ve kolonların alt, üst ve orta kesitlerine yerleştirilebilir. Bu tip mesnetlerin dezavantajı burkulma etkileridir, bu sebeple tasarımda bu husus göz önünde bulunulmalıdır. Bu özellik dolayısıyla da bu sistem yüksek ve dar yapılarda tercih edilmemektedir. Elastomerik mesnetli sistemler düşük sönümlü doğal kauçuk izolatör, kurşun çekirdekli izolatör ve yüksek sönümlü doğal kauçuk izolatör olmak üzere üçe ayrılır.

Düşük Sönümlü Kauçuk İzolatör

Elastomerik mesnetli sistemlerin ilkini inceleyelim. Düşük sönümlü kauçuk izolatörin altında ve üstünde olmak üzere iki kalın çelik destek levhası vardır. İki kalın levha arsında ise çok sayıda ince çelik levha bulunur. Bu altta ve üstte bulunan levhalar arasında kauçuk bulunur. Düşey rijitliği yatay tabakalar halinde bulunan ince çelik levhalar, yatay rijitliği ise kauçuğun sayısı ve kalınlığı belirler. Düşük sönümlü doğal kauçuk izolatörler doğal kauçuk veya neoprene (yüksek modüler yapıya sahip sentetik kauçuk benzeri bir ürün) malzemeden yapılmaktadırlar. Bu tip izolatörlerde diğer elastomerik mesnetli sistemlerde kullanılan malzemelere göre kauçuk daha yüksek dayanıma sahiptir, yatayda birim şekil değiştirmesi yüksektir. Düşük kayma rijitliğinden dolayı %100-250 oranındaki kayma şekil değiştirmesine kadar doğrusal davranışa devam eder, bu özelliği sayesinde ısı, nem ve yüklemeden bağımsız olur ve dış etkilerden(korozyon gibi) korunur. Çevre şartlarından az etkilenen bu tip mesnetlerin dezavantajı ek destek sönümleyicilere ihtiyaç duymasıdır.

Kurşun Çekirdekli İzolatör

Elastomerik mesnetli sistemlerden kurşun çekirdekli izolatörlerin genel yapısı düşük sönümlü kauçuk izolatörlere benzer, farkı ise izolatörün orta boşluğunda bulunan kurşun çekirdektir. Altta bulunan kalın destek yapısı izolatörü yapıya bağlar. Üst kısımda çelik destek tabakaları bulunur. Bu tabakalar arasında ise kauçuk tabakalar vardır, orta boşlukta ise kurşun çekirdek bulunur. İzolatörün dış kısmında ise izolatörü kaplayan ve koruyan kaplama kauçuğu bulunur. İzolatörün iç kısmında bulunan çelik destek plakaları, düşey yük kapasitesini sınırlar; bunların arasındaki iç kauçuk tabakalarla yatay esneklik sağlanır. Orta boşlukta bulunan kurşun çekirdek ise düşük kayma rijitliğine sahip olmasından dolayı kauçuğun sebep olacağı yüksek kayma deformasyonlarını azaltır, enerjiyi dağıtarak dinamik sönümü yüksek tutar ve titreşimin sebep olduğu yatay yer değiştirmeyi sınırlandırır, depremin etkilerini azaltır. Genel olarak düşük sönümlü doğal kauçuk izolasyonu, kurşun çekirdek ise sönümlemeyi sağlar. Bu tip izolatörlerin dezavantajı çok rastlanmasa da deprem anında kurşun çekirdeğin zarar görmesidir.

Yüksek Sönümlü Kauçuk İzolatör

Elastomerik mesnetli sistemlerin sonuncusu olan yüksek sönümlü kauçuk izolatörler, düşük sönümlü kauçuk izolatörlerin ek sönümleyici madde içermesi sebebiyle buna gerek olmayan bir sistem olarak 1982 yılında Malezya Kauçuk Üreticileri Birliği tarafından geliştirilmiştir. Elastomerik mesnetli sistemlerin izolatörle deprem dalgasının periyodu arttırılarak bu enerjinin yer değiştirmeye dönüştürülmesiyle oluşan bir sistem olduğunu söylemiştik. Ama uygulamada beklenenden fazla yer değiştirme gözlenmektedir, bu sebeple yüksek sönümlü kauçukla üretilen izolatörlere yönelim olmuştur. Diğer elastomer mesnetler %2 civarında sönüme sahipken, yüksek sönümlü kauçuk izolatör %8 – %15 dolaylarında bir sönüme çıkabilmektedir. Bu sistemin dezavantajı ise sistemi rüzgar yüklerinin yol açabileceği yapısal risklerden koruyacak yeterli başlangıç rijitliğinin olmaması ve pahalı bir uygulama olmasıdır.

Elastomerik mesnetli sistemler doğru yapılarda, doğru sistemler tercih edildiği zaman deprem etkilerini sönümlemede, hasarı en aza indirgemede etkili bir yöntemdir.

Kaynakça:

https://polen.itu.edu.tr/bitstream/11527/6439/1/9085.pdf

 

BİR CEVAP BIRAK

Lütfen yorumunuzu giriniz
Lütfen isminizi buraya giriniz