26 Aralık 2011 Pazartesi

EĞİTİM AMAÇLI SARSMA TABLASI

Doğal afetlerin en büyüklerinden biri olan depremler, büyük çaplı yıkımlara yol açmaktadırlar. Peki depremlere karşı nasıl önlemler almalıyız?



Öncelikle genel olarak tarif etmek gerekirse, deprem; üç boyutlu titreşimler ile karakterize edilen ve tektonik hareketler sonucu meydana gelen yer kabuğu hareketidir. Bu nedenle depremlerin oluşumlarının kontrol edilmesi imkânsız, tahmin edilmesi ise oldukça zordur.

Her ne kadar depremlerden kaçamasak da onların yıkıcı etkilerine karşı koyabiliriz! Nasıl mı?

Depreme karşı dayanıklı yapılar tasarlayarak!

Bugün, binaların bilgisayar ortamında modellenmesi ve deprem etkileri altındaki davranışlarının simüle edilmesi konusunda, çok büyük ilerlemeler kaydedilmiş olsa da deneysel yöntemler, hala depreme dayanıklı yapı tasarımının geliştirilmesi konusunda önemli rol oynamaktadır. Deneysel yollarla, gerçek boyutlu ya da belli bir ölçekte küçültülmüş modeller kullanılır ve bu modellerin deprem etkileri altındaki davranışları incelenerek, yapıların daha güvenli nasıl tasarlanabilecekleri sorusuna cevap aranmaktadır.

Depremlerin, yapılar üzerindeki etkilerini simüle etmek için kullanılan deneysel yöntemlerden biride “Sarsma Tablası(Shake Table)” dır. Sarsma tablası en basit tanımıyla, bir,iki ya da üç boyutlu titreşim hareketlerini yapay olarak üreterek deprem hareketlerini taklit eden platforma denir.Test edilecek bina modeli sarsma tablası üzerine yerleştirilir ve depreme maruz bırakılarak dinamik davranışı gözlemlenir.

‘TEKNİK DESTEK GRUBU’ olarak, ülkemizin özellikle son zamanlarda kanayan yarası haline gelen ‘DEPREM’ e karşı, ‘TEKNİK DESTEK’ olmak amacıyla “EĞİTİM AMAÇLI MASA ÜSTÜ SARSMA TABLASI (TESTBOX-SHAKE TABLE)’ nı geliştirdik.


Şekil-1: TESTBOX-SHAKE TABLE Katı Model  Görünümü

TESTBOX-SHAKETABLE ile amacımız, lisans ve yüksek lisans düzeyindeki inşaat mühendisliği eğitiminde, deprem mühendisliği ile ilgili kavramları yapılacak bir dizi deneylerle pekiştirerek, depreme dayanıklı yapılar tasarlanmasına katkıda bulunmaktır.    






TESTBOX-SHAKE TABLE,alt tabla,sarsma tablası,servo-elektrik aktüatör (eyleyici), servo motor sürücü, hareket kontrolörü ve güç ünitesinden oluşmaktadır.Servo motor  sürücüsü,hareket kontrolörü ve güç ünitesi küçük bir otomasyon panosunda toplanmıştır. 
Şekil-2:TESTBOX-SHAKE TABLE Sistem Bileşenleri
Sistemin genel özellikleri

Kullanım Alanları: Eğitim amaçlı “Deprem Mühendisliği” ve “Yapı Dinamiği” Deneyleri
Tabla Yapısı: Alüminyum Blok ve Pleksiglas
Titreşim Yönü: Yatayda Tek Eksen
Hareket Kabiliyeti: Sinüzoidal, Kullanıcı Kontrollü, Gerçek Deprem Titreşimli
Tahrik Mekanizması: Servo-Elektrik Aktüatör
Tahrik Ünitesi: AC Tip Fırçasız Servo Motor
Motor Kontrol: Galil 4113 Tek Şase Hareket Kontrolörü
Kapalı Devre Kontrolü: Dâhili Enkoder
Opsiyonel Sensör: Potansiyometrik Cetvel, Yük Hücresi
Gereken Güç Servo Motor: 750W -220V AC
Hareket Kontrolörü: 4,5A -24V DC



Hareketin servo motorlu bir aktüatörle sağlanması ve dahili enkoder(hız kodlayıcı) tabanlı kapalı devre kontrolü(PID) olması TESTBOX-SHAKE TABLE’ ı piyasadaki emsallerine göre üstün kılmaktadır. Yazılımsal olarak ayarlanabilen hassas PID parametreleri  ile sarsma tablasına, sinüzoidal hareketin yanı sıra gerçek deprem hareketleri ve kullanıcı kontrollü hareketler de verilebilmektedir.

Peki gerçek deprem hareketini nasıl simüle edebiliyoruz?

Deprem esnasında depreme maruz kalan yüzeyin ivmesi, ivme ölçerler(accelerometre) ile ölçülerek ( ‘g’ olarak ) veri toplama sistemleri tarafından kaydedilir.Kaydedilen ivme-zaman grafiğinin yerçekimi ivmesine göre oranlanmasından sonra zamana göre integrali alınarak hız-zaman grafiğine,hız-zaman grafiğinin de zamana göre integrali alınarak deplasman-zaman grafiğine ulaşılabilir.Deplasmana dönüştürülmüş ivme değerleri bilgisayar arayüz programı ile  TESTBOX-SHAKE TABLE hareket kontrolörüne yüklenir.Böylece TESTBOX-SHAKE TABLE ile, servo-elektrik aktüatörün dahili enkoderi tarafından 2µm/devir çözünürlükle deplasman kontrolü yapılarak hassas bir şekilde deprem simülasyonu yapılabilmektedir.  

Şekil-3: Gerçek bir deprem datasına ilişkin ivme-zaman grafiği
Şekil-4:İvme-Zaman Grafiği

Yandaki A genlikli ters sinüs formdaki ivme sinyalini ele alacak olursak;    
a(t)=-A sin(2πft)        







Şekil-5: Hız-Zaman Grafiği

V(t)=∫ a(t) dt işlemine göre;                                                                        V(t)=A/2πf cos(2πft)







Şekil-6: Deplasman-Zaman Grafiği
X(t)=∫ V(t)dt işlemine göre; 
X(t)=A/4π²f² sin(2πft)ivme değerlerinden deplasman değerlerine ulaşılabilir.








Şekil-7: Gerçek deprem ivme-zaman grafiğinden elde edilmiş deplasman-zaman grafiği
Gelelim bu deneyler sonucunda bir bina modeli için elde edilebilecek çıktılara ve bu çıktıların önemine.
Bu çıktılar;
Bina Mod Şekilleri,  
Modların meydana geldiği periyotlar

Öncelikle, deprem kayıtları bir çok farklı periyot/frekans ve sönüm veya genliklere sahip harmonik titreşimler içerir. Harmonik titreşimler basit olarak dalgasal hareketlerdir. Aşağıda hız-zaman eksenlerinde bir sönümlü(yani zaman içinde azalan) TD periyotlu harmonik titreşim görülmektedir. Harmonik periyodu TD, hareketin kendini bir kere tekrarı için geçen zamandır. Frekans ise birim zamanda yapılan periyot sayısıdır.
Şekil-8: TD periyotlu Harmonik Titreşim

Binalar deprem dalgalarının içerdiği farklı niteliklerdeki harmonik titreşimler altında, kendine özgü fiziksel yapısı ve mukavemetine göre farklı salınımlar gösterirler.Binaların bu salınımlarına dinamik davranış,salınım şekillerine ise “dinamik mod” denir.
Dinamik modlar farklı zaman dilimlerinde ve farklı enerjilerde ortaya çıkar. Fakat her dinamik modun bina genel davranışına katkısı vardır.Binaların asıl yıkılma sebebi belli modlarda daha yüksek oranlarda salınımlar meydana gelmesidir.



Şekil-9:Bina dinamik mod şekilleri





Hazırlayan: Şaban AKDERE
Elektrik-Elektronik ve Makine Mühendisi
saban@teknikdestekgrubu.com.tr


Hiç yorum yok:

Yorum Gönderme