Depreme Duyarlı Yapıların Yarı-Aktif Manyeto-Reolojik Damperler ile Kontrolü

Abstract

Bu projede ülkemiz yapı stogunu temsil eden 5-8 katlı yapıların deprem güvenilirligini artırmak üzere yapı kontrolünü saglayacak ekonomik ve etkili bir deprem sönümleyici sisteminin tasarımı, optimizasyonu ve degisik deprem yükleri etkisi altındaki testleri gerçeklestirilmistir. Seçilen gerçek yapılarla aynı dinamik karakteristiklere sahip ölçeklenmis çelik yapı modellerinin, altı serbestlik dereceli sarsma tablası ile gerçek deprem verileri kullanılarak dinamik deneyleri yapılmıstır. Proje kapsamında kullanılan titresim sönümleyiciler manyeto-reolojik (MR) sıvılı yarı-aktif damperlerdir. Çift milli ve tek milli olmak üzere iki farklı tipte MR damperlerin optimum tasarımı, analizi ve imalatı gerçeklestirilmis, bu damperlerde dünya çapında yaygın olarak kullanılan ticari bir MR sıvı kullanılmasının yanında, proje kapsamında gelistirilen ve karakterizasyonu tanımlanmıs olan özgün bir sıvı da kullanılmıstır. Performans ölçümleri yapılan biri ticari olmak üzere dört farklı MR damperin etkinligi, sarsma tablası üzerine yerlestirilen model yapılarda El-Centro ve Kocaeli deprem yükleri etkisi altında incelenmistir. MR damperin kontrolü üç farklı kontrol algoritması kullanılarak yapılmıs ve her bir kontrol algoritmasının performansı degerlendirilmistir. Ayrıca MR damperlerin dinamik karakterizasyonunda bugüne kadar literatürde pek dikkate alınmayan sıcaklık etkileri de kontrol algoritmalarına dahil edilerek MR damper performansı sıcaklıga adaptif hale getirilmistir. MR damperlerin tasarımı, manyetik alan etkilesimli akıs alanı çözümüne dayalı optimizasyonu, alternatif bir yerli MR sıvı üretimi, Türkiye?deki yapı stogunun dinamik karakteristiklerini yansıtan ölçeklenmis çelik yapı modellerinin tasarımı ve kullanımı, sıcaklık etkilerinin dahil edildigi farklı kontrol algoritmalarının uygulanması bu projenin öne çıkan özgün yönleridir. Bu proje sonucunda, aktif deprem kusagı üzerinde bulunan ülkemizde depremin yıkıcı etkilerine karsı gerçek yapılarda uygulanabilecek ve ticarilestirme potansiyeli (Teknoloji Hazırlık Seviyesi en az 6) yüksek olan bir ürün, kontrol algoritmalarıyla beraber özgün olarak gelistirilmistir. Önerilen entegre sistem ile depremin yıkıcı etkilerinin kontrolcüsüz duruma göre %67?ye varan oranlarda azaltılabilecegi ve böylelikle can ve mal kayıplarının önüne geçilebilecegi gösterilmistir.

In this study, design and optimization of an economic and effective earthquake resistant system is developed by providing structural control to increase the earthquake safety of our country building stock of 5-8 storey buildings by conducting tests with various seismic loads. The scaled steel building models were chosen with the same dynamic characteristics of real structures and dynamic tests are carried out on a 6-dof shaking table with real earthquake records. The dampers used in this project are semi-active magnetorheologic (MR) dampers. Single ended and double ended MR dampers are designed with an optimization study, simulated in Computational Fluid Dynamics (CFD) and manufactured. The magnetorheological fluid inside the dampers are either obtained from a commercial MR fluid manufacturer or studied and manufactured. These produced fluids are also characterized and used in the MR dampers. Three manufactured and one commercial MR damper are tested and applied to the first floor of the scaled model buildings. The building is subjected to the seismic motions obtained from El-Centro and Kocaeli earthquake records. Three different control algorithms are applied to MR dampers during the shake tests and the effect of the algorithms are investigated. The temperature effect on MR dampers are also considered in the control algorithm which has not been considered in the studies before. This feature increases the damper performance by adapting it to temperature changes. The design of the MR dampers, the optimization which is based on magnetically coupled CFD solution models, an alternative domestic MR fluid production, the manufacturing and application of scaled steel building models which are specific to represent the dynamic characteristics of Turkey building stock and the implementation of temperature effects on control algorithms are the original side of the project. As a result, a final product is developed with the various control algorithms against hazards of an earthquake in our country which is placed on an active earthquake zone. The product is applicable to real structures with small modifications and ready for commercialization with a Technology Readiness Level of at least 6. It is shown that by using the proposed integrated system, the effect of an earthquake can be reduced up to %67 comparing to the fail-safe (offstate) condition of the controller and the life safety can be ensured while property losses can be prevented. Keywords: Earthquake, Earthquake-resistant structure, MR fluid, MR damper, Computational Fluid Dynamics, MR damper optimization, Control algorithms, Shaking table, Neural network