Fatih Sultan Mehmet Vakıf Üniversitesi (FSMVÜ) tarafından
İstanbul Kalkınma Ajansı (İSTKA) desteği ile Vakıf Kültür Varlıkları
Restorasyon ve Konservasyon Laboratuvarları Uygulama ve Araştırma Merkezi
(KURAM) Kurulumu kapsamında Laboratuvar ve İstanbul Nuruosmaniye Camii ‘de
Yapısal Sağlık Takibi ve Operasyonel Modal Analiz Sistemi kurulumu Teknik
Destek Grubu Ltd. Şti. tarafından gerçekleştirildi.
Ülkemiz paha biçilmez mirası sayılan, yüzlerce yıllık
geçmişe sahip tarihi ve kültürel yapıların restorasyon ve konservasyon
çalışmalarının bilimsel gücünü, ileri teknoloji kullanılarak iyileştirme
çalışmaları kapsamında yürütülen projede tamamı Teknik Destek Grubu tarafından
yerli teknoloji ile üretilmiş GPS Senkronizasyonlu İvmeölçer ve
Sayısallaştırıcı Seti (Yapısal Sağlık İzleme ve Operasyonel Modal Analiz
Sistemi) kullanılmıştır.
Kullanılan GPS Senkronizasyonlu İvmeölçer ve
Sayısallaştırıcı Seti Elemanları şu şekildedir:
Proje yürütücüsü FSMVÜ Ar. Gör. Ömer DABANLI yönetiminde, Teknik Destek Grubu ekibi SENSEBOX 7023 ivmeölçerler kubbe, galeri ve zeminde,
TESTBOX 2010 cihazları cami içerisine belirlenmiş noktalara yerleştirilmiştir.
Her bir ivmeölçer Ethernet bağlantı kablolarıyla TESTBOX 2010 cihazları ve
EASYTEST Network Server yazılımı ile oluşturulan ağa dahil edilmiş ve veri
akışı sağlanmıştır. Ayrıca mikro saniye seviyesinde senkronizasyon
sağlayabilmeleri için TESTBOX 2010 cihazlarının GPS anten bağlantıları
yapılmıştır.
Yapılan ADSL bağlantısı ile cihazların topladığı veriler
gerçek zamanlı olarak FSMVÜ KURAM Laboratuarında hazırlanan görüntüleme ve
analiz sistemiyle paylaşılmıştır.
FSMVÜ’de birçok bürokrat ve akademik personelin katılımı ile
gerçekleşen açılış töreninden önce tüm montaj ve test işlemleri tamamlanmıştır.
Bu
yazımızda sizlere TESTBOX ve SENSEBOX serisi ürünlerle Manisa’daki tarihi bir yapıda uygulanan Operasyonel Modal Analiz çalışmasını
aktaracağız.
Burada yapı
dinamiği anlamında ortaya çıkan sonuçlardan daha çok TESTOX2010-4-ATT adlı
cihaz ile Operasyonel Modal Analiz’in başarılı bir şekilde nasıl uygulandığı
üzerinde duracağız.
Operasyonel Modal Analiz Nedir?
Yapıların
Rüzgar, Deprem , Taşıt , insan hareketleri ve makine titreşimleri gibi genliği
ve zamanla değişimi tam olarak bilinmeyen titreşimciler tarafından tetiklendiği
bilinmektedir.
Genelde
bir yapının modal test sonuçları çıkarılırken dışarıdan bir kuvvet uygulanır ve
tepki fonksiyonundan yararlanılır.(Deneysel Modal Analiz). Fakat ileri seviye
matematiksel işlemler ile dışarıdan herhangi bir kuvvet uygulamadan, yapıdaki
mevcut titreşimler ile yapının modal parametreler elde edilebilir.
Modal
Parametreler,
-Doğal Frekanslar
-Sönümleme
Oranları
-Mod
Şekilleri
Yapıdaki
mevcut titreşimler ile modal parametreleri belirleme işlemlerine Operasyonel Modal Analiz denir.
Bu çalışmalar genelde Ortam Titreşimi(Ambient Vibration) altında yapılan testler, ya da Sadece-Çıktı (Output-Only) çalışmalar olarak da adlandırılırlar. Teknolojinin ilerlemesi içe çok hassas ölçümler olanaklı hale geldiğinden, test yapmanın kolay yolu olarak adlandırabileceğimiz bu tür giderek daha yaygın hale gelmiştir.
Bu yazımızın amacı Operasyonel Modal Analiz hakkında detaylı teknik bilgi vermekten çok, örnek bir çalışmanın A’dan Z’ye nasıl yürütüleceğini anlatmak olduğundan, çok fazla teorik bilgiye girmeyeceğiz. Ayrı bir yazımızda bu konuya ayrıntılı olarak değineceğiz. EKİPMAN LİSTESİ
Bu
çalışmada kullanmış olduğumuz TestBox 2010 adlı cihazdan temel olarak bahsetmek
gerekirse,
Bu
noktada belki GPS üzerinden zaman senkronizasyonu üzerine kısa bir paragraf
açmak gerekir. Bu tür uygulamalarda genelde tüm sensörlerin bağlandığı merkezi
bir veri toplama sistemi kullanılır. Bu veri toplama sistemi sensörleri eş
zamanlı örnekler, tam olarak aynı anda alınmış ivme verileri modal analizin
yapılabilmesini sağlar. Ancak, bu uygulamada ise TDG tarafından geliştirilmiş
özel ve farklı teknolojide bir çözüm kullanılmıştır. Kullanılan veri toplama
sistemleri ve sensörler birbirleri arasında hiçbir bağlantı olmasa dahi eş
zamanlı örnekleme yapabilmektedir. Bu durum, GPS üzerinden zaman
senkronizasyonu yapılarak mümkün olur. Birbirinden bağımsız olarak yapının
farklı noktalarına yerleştirilen cihazlar GPS modülleri aracılığıyla uydu
zamanı üzerin 1 mikro-saniye çözünürlükte senkronize olurlar. Kendi iç bağımsız
sayaçlarını uydu saatine senkronize ederler. 1 mikro-saniyelik bu çözünürlük,
inşaat mühendisliği alanında yapısal sağlık takibi ve modal analiz yapmak için
yeterlidir.
Bu
çalışmada kullanılan ekipmanlar aşağıdaki gibidir:
-
4
Adet TESTBOX2010-4-ATT (Toplam 4Cihaz*4 Kanal=16 Kanal)
Yapının
ilgili yerlerine X ve Y yönlerinde 16 adet ivme ölçer yerleştirilmiştir.
Yapısal Sağlık Takibi’nin en önemli
bileşenlerinden biri Operasyonel Modal Analiz’dir. Bu çalışmayı sizlerle paylaşmamızın en önemli nedeni bu çalışmada bir operasyonel modal analzi çalışmasında yer alması gereken tüm adımların A’dan Z’ye yer almış olması, bu nedenle çok başarılı bir örnek oluşturuyor olmasıdır.
Çalışmamızın aşamalarından bahsedecek olursak şu şekilde sıralayabiliriz.
Yapı
üzerinde sensörlerin monte edileceği yerler belirlendi.
2
tanesi Yapı’nın temeline ,diğer 14 tanesi de yapının 4
köşesine X ve Y yönlerinde yerleştirilecek şekilde 16 adet sensör monte edildi.Yapının
her bir köşesine bir adet veri toplama ünitesi konuldu.
Köşelerdeki veri
toplama üniteleri GPS üzerinden eş zamanlı olarak verilerini toplayabilecek
şekilde ayarlandı.
Kablosuz
veri aktarma üniteleri birbirlerini görecek şekilde (Line Of Sight)
yerleştirildiler.
TESTLAB-NETWORK
yazılımı ile toplam 4 üniteden 16 kanal’a ait 20 dakikalık kayıt alındı.
Artemis
Operasyonel Modal Analiz Yazılımı ile kayıtlı datalar üzerinden analizler
yapıldı.
Ve
yapıya ait Modal Parametreler belirlendi.
Bu
çalışmada TESTBO2010 cihazları ile kablosuz olarak başarılabilen 2 farklı veri toplama
şekli denemiştir.
Sensör ve Test 2013, Ölçüm Fuarı, Nürnberg, Almanya'da gerçekleştirildi.
Tüm dünyadan NI, EPSON, PEWATRON gibi sektörün devlerinin katıldığı fuara Teknik Destek Grubu olarak katılmaktan ve ülkemizi temsil etmekten büyük bir gurur duyduk.
TESTBOX Markası altında üretilen veri toplama cihazlarımız, e-QUAKE markası altında ürettiğimiz sismik ölçüm cihazlarımız ve SENSEBOX markası altında ürettiğimiz sensörlerimizi tanıttığımız standımız fuarda büyük ilgi gördü.
Teknik Destek Grubu, ileri ölçüm teknolojileri alanında AR&GE yapan ve ürün geliştiren ilk ve tek Türk firmasıdır. Bu fuara ilk kez bir Türk Firmasının katılmış olması Münih Başkonsolosluğunda da büyük bir heyecan yaratmış, konsolosluk görevlileri bizi her konuda destek vererek kendimizi evimizde gibi hissetmemizi sağlamıştır.
Standımızı ziyaret ederek ve övgüleriyle bizi onurlandıran Münih Başkonsolosluğu Ticaret Ataşeleri Sayın İsmet Salihoğlu ve Dr. Mehmet Cevdet Baykal'a ve tüm değerli konsolosluk çalışanlarına teşekkürlerimizi sunarız.
Analog ve dijital sözcükleri sıklıkla
kafa karışıklığına yol açabilmektedir. Biz bu kavramlar hakkında doğru bir algı
oluşturulmasının hem ölçüm tekniği ve laboratuvar çalışmaları açısından, hem de
günlük yaşam açısından önemli olduğunu düşünüyoruz. O nedenle bu konuyu bir de
kendi bakış açımızdan ve kendi örneklerimizle ele aldık.
Solda Analog Ses Kontrol Düğmesi,
Sağda Dijital Ses Kontrol Göstergesi
Analog sinyaller her
zaman bir sürekliliğe sahiptir. Ancak sayılardan oluşmazlar. Sadece fiziksel
bir fenomen olarak oluşurlar. Eski
televizyon ya da radyolardan örnek verelim. Ses düğmeleri analog olanlardan.
Yani siz düğmeyi çevirdikçe istediğiniz ses düzeyini elde edersiniz. Herşey
elinizin yumuşaklığına ve hassasiyetine bağlıdır. Olay süreklidir. Elbette
yanına bir kadran çizilerek size görsel birtakım yardımcı çizgiler konmuştur
ancak değişim kesintisizdir. Oysa yeni televizyon ve radyolarımızda ses düğmesi
+’ya bastığınızda ekranda gördüğünüz göstergede sayı ya 13 ya da 14 olur. 13,5
olmaz. 13.5 olanı varsa dahi 13.25 yapamazsınız. Yani bir sınır vardır. Sonlu
sayıda seçeneğiniz vardır. Çünkü, o ses ayar sistemi dijitaldir. Seçmeniz
gerekir. İşte ne kadar çok seçeneğiniz varsa ne kadar çok ara değere
hükmedebiliyorsanız çözünürlüğünüz o kadar yüksektir.
Özetle, ya 13
yapacaksınız ya 14. İşte sayılar ve sayısallık(dijitallik). Burada örnek içinde
çözünürlük konusuna da yeri gelmiş iken değindik, ileride teknik olarak biraz
daha açacağız.
Analog sinyaller hep daha
eski bir teknoloji olarak değerlendirilirler ancak bazı çok avantajlı yönleri
de vardır. Süreklilik ve yumuşak geçiş avantajına sahiptirler. Bu nedenledir
ki, bazıları hala plakları CD’lere tercih etmektedir; bu nedenledir ki UHF antenleri
ile izlediğimiz analog televizyon yayınları, bozulmadan önce kumlanır titrer,
karlanır ama dijital uydu yayınları, piksellerine ayrılıp bir anda donup kalır.
Görüntü ya vardır ya yoktur arası da yoktur. Bu nedenledir ki kötü kopyalanmış
düşük kalitedeki (aslında çözünürlüğü düşük) dijital VCD’ler izlerken sizi
rahatsız eder, kare kare olur, ama analog VHS kasetler üstü yıpranmadıkça
kalitede bir yumuşak geçişe sahiptirler. Tabii SVCD, DVD ve Bluray gibi
ortamlarda dijital çözünürlük çok yüksek olduğundan gözümüz artık o pikselleri daha
az ayırt eder ve net hatta çözünürlüğe göre çok net bir görüntü algılar.
Analog sinyaller teorik
olarak sonsuz çözünürlüğe sahiptirler dijital sinyallerin ise ne kadar büyük
olursa olsun sonlu çözünürlükleri vardır. Bu anlamda analog bir sinyalin
çözünürlüğünün her zaman daha yüksek olduğu söylenebilir. Ancak, analog
sinyaller de bozulabilir ve kaliteleri düşebilir. Hem de dijital sonlu sistem
çözünürlüğünde olduğu gibi ne kadar bozulduklarını belirlemek kolay değildir.
Dijital sistemlerin kalitesi sadece tam olarak ölçülebilir değil, aynı zamanda
dü
zeltilebilirdir de. Ancak yine de başta söylediğimiz o teorik sonsuz
çözünürlüklerinden midir bilinmez, hala çoğu kişi plağı CD’ye tercih
etmektedir.
Analog Sinyal + Kaçınılmaz ama Azaltılabilir
Gürültü = Bozulmuş Analog Sinyal
Dijital Sinyaller – Mavi3-bit(düşük) /Kırmızı
16-bit daha yüksek
Peki analog sinyaller
böyle bir yumuşak geçiş kapasitesine sahip iken neden teknoloji dijitale
evrilmiştir? Nedeni basit. Çünkü analog
sinyallerin pek çok dezavantajı da vardır. Kayıt teknolojileri zor ve bozulmaya
açıktır. Dijital dünyada aktarılmaları zordur. Örneğin internet üzerinden
kolaylıkla başka bir yere transfer edilemez ya da sabit diske kaydedilemezler.
Kablolarda yol alırken elektro-manyetik gürültülere çok açıktırlar, bozulurlar
kaliteleri düşebilir. Kalitelerini ölçmek, tanımlamak zordur. Aynı miktarda
analog veriyi depolamak için çok daha yüksek maliyetli ve büyük alanlara
ihtiyaç vardır. En önemlisi de bilgisayarlar tarafından kolaylıkla
işlenemezler. Bu nedenle analog sinyaller en kısa zamanda dijitale çevrilmekte,
her türlü işlem bu şekilde gerçekleştirilmekte ve gerektiği durumlarda tekrar
analog sinyale dönüştürülebilmektedir.
Solda Dijital, Sağda Analog Saat. Bu dijital
saatte sadece 1 dakikalık çözünürlük vardır. Saat ya 11:03’tür ya da
11:04. Sağdaki analog saatte ise akrep
ile yelkovan sürekli bir şekilde ilerlemektedir.
“Veri Toplama” söz dizisi, genel bir tanımlama olması nedeniyle sıklıkla kavram ve isim karmaşasına(ambiguity) yol açmaktadır. Örneğin bizim bahsedeceğimiz veri toplama, istatistiksel alanda kullanılan genelde anketler ya da saha çalışmalarıyla yürütülen ve veritabanlarında depolanan toplumsal, sosyo-ekonomik veri toplamadan çok farklıdır. O nedenle öncelikle bu yazıda anlatacağımız Veri Toplama’nın hangi Veri Toplama olduğunu netleştirelim. İngilizce’de genelde “Data Acquistion” ya da kısaca DAQ olarak adlandırılan bu işlem, bazı fiziksel ya da kimyasal niceliklerin sensörler aracılığı ile elektriksel olarak algılanıp, olabildiğince ya da gerektiğince yüksek hassasiyette sayısal değerlere dönüştürülüp örneklenerek, kaydedilmesi işlemini tanımlar. Aktarım, bilgisayarların anlayabileceği, örneğin Excel ya da Matlab ile açılabilecek, işlenebilecek bir veri formatında olur ve genelde sonrasında basit ya da karmaşık analizler uygulanarak belli sonuçlara varılması hedeflenir.
FİZİKSEL NİCELİK (Kuvvet, Pozisyon, İvme, Birim Deformasyon, Sıcaklık, Basınç, Hız, Seviye, PH…)
ELEKTRİKSEL OLARAK ALGILA (SENSÖRLER Voltaj/Akım/Kapasitans/Rezistans)
SAYISAL BİR DEĞERE DÖNÜŞTÜR
DİJİTAL ORTAMDA KAYDET
Yukarıda bahsedilen 4 aşama içinde fiziksel nicelikten sonra gelen 3 ana aşama, Veri Toplamanın olmazsa olmazlarıdır. Ancak bunun dışında, ayrıntılı olarak grafikleme, göstergeler ile gösterme, gerçek zamanlı analizler, kablosuz olarak ya da internet üzerinden veri transferi, kalibrasyon, raporlama günümüzde genelde işin içine girmekte olan diğer önemli aşamalardır.
Hemen belirtelim, bu yazının amacı giriş seviyesinde ve orta seviyede bazı kavramları irdelemektir. O nedenle fazla derine girmeden ve bol bol örneklerden yararlanmaya çalışarak devam edeceğiz.
VERİ TOPLAMANIN GEÇMİŞİ – KONVANSİYONEL ÖRNEKLEME
Elektronik ve bilgisayar bağlantılı, otomatik veri toplama sistemleri yaygınlaşmadan önce de testler yapılır, test sonuçları kaydedilirdi. Peki, nasıl yapılırdı? Halen bazı laboratuvarlarda kullanılmakta olan basit bir yöntemle!
Test yürütücüsü (genelde test konusunda deneyimli bir akademisyen) testin tüm akışını takip edebileceği bir pozisyon alır. Yine test numunesine çeşitli sensörler bağlıdır ve bunların gözle belli bir hassasiyette okunabilen analog göstergeleri vardır. Test yürütücüsü her analog göstergeli sensörün başına bir araştırma görevlisi ya da test teknisyeni oturtur. Testi başlatır ve kronometresini açar. O test için belirlediği örnekleme sıklığı ne ise, örneğin her 10 saniye de bir yüksek sesle “OKU!” diye bağırır. Bu modern veri toplama sistemlerindeki “READ” ya da “SAMPLE” komutuna karşılık gelir. “OKU” komutunu duyan tüm sensör okuyucuları, sensörlerin analog göstergelerinden gözle okuyabildikleri en iyi hassasiyette o anki değeri okur ve önündeki kâğıda not eder. Test yürütücüsü test numunesinde kritik aşamalar fark ettiğinde ara “OKU!” komutları verir ve herkes not kağıdına ara bir kayıt daha alır. Böylelikle test boyunca her sensör için kâğıtta alt alta yazılmış bir dizi, genelde yüzlerce sensör verisi olur. Deney sonunda herkesin not kâğıtları birleştirilir, bilgisayarda Excel’e aktarılarak ya da kağıt üzerinde çeşitli analizler gerçekleştirilir.
MODERN VERİ TOPLAMA SİSTEMLERİ NASIL ÇALIŞIR / AKIŞ SIRASI NASILDIR?
SENSÖR
Veri toplama uygun sensör ile başlar. Ölçülmek istenen fiziksel büyüklüğü elektronik sinyale dönüştüren bir sensöre ihtiyaç vardır. Örneğin yük hücreleri yük/kuvvet ölçerler. Üzerlerine mekanik olan uygulanan kuvvetle orantılı bir voltaj üretirler. Tabii bunun için bir de elektriksel olarak beslenmeleri gerekmektedir. Hiç elektrikle beslenmeksizin elektriksel sinyal üretebilen pasif sensörler de mevcuttur. Sensörler çok basit şekilde bazı özel metal, alaşım ya da maddelerden üretilebildikleri gibi, bunların arka arkaya eklendiği karmaşık bir düzenekten de oluşabilirler. Yine örnek vermek gerekirse, ısılçiftler (thermocouple) bir ucundan birbirine kaynaklı iki farklı metalin sıcaklık değişimi ile diğer uçlarında oluşan potansiyel farkına dayalı, milivoltlar düzeyinde sinyaller üreten pasif sensörlerdir. Diğer yanda bazı ivmeölçerler, ya da sismometreler bir sarkacın eylemsizliğine dayalı oluşan manyetik alan değişimi ve bu alanın sürekli olarak dengede tutulmasına dayalı karmaşık bir mekanik düzenekten oluşurlar.
Isılçift (Thermocouple)
Sismometre
Örnek Deplasman Sensörü, Ölçüm ve Çıkış Voltajı
Sensörler elektriksel bir parametreyi değiştirirler ki elektronik sistemler bunu algılayabilsin. Bunları algılamaktan ya da ölçmekten sorumlu elektronik sistemlere de Veri Toplama Sistemi (Data Aqcuisition System / Data Logger) adı verilir.
One of the biggest natural disasters, earthquake causes big destruction. Earthquakes are the movement of the earth's crust, which are characterized by three-dimensional vibrations and caused by tectonic movements. So control of earthquakes is impossible and prediction of them is quite difficult. However we can resist to destructive effects of earthquakes. How can we do this?
by “Designing earthquake-resistant structures”
Behavior of buildings under seismic effects is simulated by computers and test environment using several methods. Shake table testing system is one of these methods .Structure model is built on the shake table and shake table is used to simulate movement of earthquake by producing one, two or three axes seismic movements artificially.
We have developed TESTBOX-SHAKETABLE system to be used for these tests. TESTBOX-SHAKETABLE contains a bottom plate, shake table, servo-electric actuator, servo motor driver, motion controller and power supply unit. Servo motor driver, motion controller and power supply were collected inside a small automation panel.
Figure-1: Solid model view and system components of TESTBOX-SHAKE TABLE
General Specifications Of TESTBOX-SHAKE TABLE Purpose Of Use: For education in “Earthquake Engineering” and “Structural Dynamics Tests” Construction Materials of Table: Aluminum Block and Plexiglass Direction of Vibration: One Axis in Horizontal Work Capacity: 50 kg Stroke: 150mm Max Acceleration: ±2g Drive Mechanism: Servo-Electric Actuator Drive Unit: AC type brushless Servo Motor Motor Control:CONTROLBOX- One Axis Motion Controller Required Power Servo Motor : 750W 220V AC Motion Controller : 4.5A 24V DC Closed-Loop Control:Internal Encoder/Linear Scale/Load Cell
Technical Specifications of TESTBOX-SHAKE TABLE Dimensions Of Plexi Glass (L x W x H): 70 x 60 x 5 cm Dimensions Of Aluminum Block (L x W x t): 50x50x2 cm Work Capacity: 50 kg Weight Of Table: 20 kg Max Displacement: ±7,5 cm Max Force(theoretical): 1000 N Max Velocity: 40 cm/sn Max Motor Torque: 1 N.m Servo Motor Power: 750 W Infinity Screw Shaft: 5 mm/rev
TESTBOX-SHAKETABLE has a servo motor and internal encoder inside, thus it is generally more accurate than other systems through these features. Sinusoidal motions, real earthquake motions and user controlled movements(arbitrary waveforms) are all possible with sensitive PID parameters and they are software configurable. So, how we are able to simulate a real earthquake motion?
During the earthquake, vibrations are recorded by data acquisition systems using accelerometers or velocity meters. Recorded acceleration data is double integrated in order to get displacement data. As a result, the displacement data is reached from the acceleration data. Displacement data is loaded into the motion controller using the TESTLAB - Shake Table software.
Figure-2: Acceleration-time graph of the real seismic data
If we take the acceleration signal to sinusoidal form;
a(t)=-A sin(2πft)
A : Amplitude of acceleration signal
f : Frequency of acceleration signal
t : Time the unit
Figure-3: Acceleration-time graph
A=F/(m.g)
F : Maximum Actuator Force (N) m : Maximum weight (kg)
g : Acceleration of gravity (m/s²)
V(t)=∫_0^t a(t) dt
Maximum displacement: X_max= A/4π²f²→A= X_max.4.π².f²= F/(m.g) X_(max ).f²= F/(4.π².m.g)
As result of these processes displacement data is reached from the acceleration data.
Figure-6: Displacement-frequency chart of TESTBOX-SHAKETABLE
Figure-7: Displacement-time graph of the real seismic data
The following results are obtained from these tests;
- Building Mode Shapes
- Periods of modes occurred
Buildings according to physical structure and stiffness show different oscillations under earthquake effect. Oscillation forms of the buildings are called "dynamic modes".
Dynamic modes appear different time periods and at different energies, but each dynamic mode contributes at the general behavior of the building. This analysis part is out of the scope of this presentation, which will be presented later in this blog by our colleague engineers.
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 ModelGörünümü
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 motorsürücüsü,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;
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.
