Deprem yükleri etkisi altındaki yapı davranışının yarı-aktif akışkanlı sönümleyiciler ve sismik taban yalıtım sistemleri kullanılarak bulanık mantık yöntemi ile kontrolü
Control of structural behavior of semi-active fluid damper and seismic base isolation systems under earthquake loads using fuzzy logic methods
- Tez No: 166645
- Danışmanlar: PROF.DR. FERİDUN ÇILI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2005
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 141
Özet
DEPREM YÜKLERİ ETKİSİ ALTINDAKİ YAPI DAVRANIŞININ YARI AKTİF AK3ŞKANLI SÖNÜMLEYİCİLER VE SİSMİK TABAN YALITIM SİSTEMLERİ KULLANILARAK BULANIK MANTIK YÖNTEMİ İLE KONTROLÜ ÖZET Geleneksel depreme dayanıklı yapı tasarımında, yapıya iletilen deprem enerjisi, yapı tarafından doğrusal olmayan şekil değiştirmeler yolu ile harcanırken, oluşan yapısal hasarlara izin verilerek, yapının göçmemesi amaçlanmıştır. Sismik yönetmelikler esas olarak insan hayatım koruma eğilimlidir ve bu yönetmeliklerde yapıda oluşacak eşya hasarlarının önlenmesi ve yapının fonksiyonlarının aksamaması amaçlanmamışlar. Günümüzdeki teknolojik ilerlemeler, şiddetli deprem risklerini ve yapıda oluşturacağı sonuçlan kontrol etmeye izin vermektedir. Güncel teknoloji düşünüldüğünde depreme karşı korunması zorunlu olan, içerisinde pahalı cihazlar bulunan ve depreme dayanım konusunda yüksek verim beklenilen ve özellikle yapısal fonksiyonlarını sürdürmesi gereken kritik yapılarda, ağır hasar seviyeleri ve fonksiyonunu kaybetme durumu kabul edilemez. Bu nedenle, deprem tehlikesi altında bulunan yapı ve içerisinde bulunan cihazların korunması için değişik tasarım ve yapım yöntemleri geliştirilmek zorunluluğu ortaya çıkmıştır. Sismik taban yalıtım yöntemi, küçük ve orta büyüklükteki yapılarda deprem nedeniyle oluşan yükleri küçülterek, oluşan hasarların azaltılmasına olanak sağlayan, performansa dayalı tasarım yaklaşımlarına ek olarak yeni bir seçenektir. Son yıllarda, depreme dayanıklı yapıların tasarım, yapım ve özellikle tarihi değer taşıyan mevcut yapıların korunmasında, sismik taban yalıtım yönteminin kullanımı artmıştır. Bununla birlikte Northridge ve Kobe depremlerinin kayıtlarında olduğu gibi yakın-fay etkisinin neden olduğu yüksek hız ve uzun periyotlu sismik darbeli depremler söz konusu olduğunda, sismik taban yalıtımlı yapıların yeterince koruma sağlayamayacağı endişesi, araştırmacıları düşündürmüştür. Bu eksikliğin giderilmesi amacıyla izolatörlere ilave olarak, taban ötelenmesini azaltırken, katlarda oluşan ivmeleri ve katlar arası ötelenmeyi bir miktar artıran, yapıya ek sönümleyiciler yerleştirilmiştir. Yalıtım seviyesindeki taban ötelenmesini sınırlamak amacıyla, sismik taban yalıtımı sistemlerine, aktif kontrol aletleri ilave edilerek oluşturulan pek çok aktif taban kontrol sistemleri önerilmiş ve bu konu üzerinde çalışmalar yapılmıştır. Küçük ölçekte yapılan deneyler bu sistemlerin etkinliğini doğrulamıştır. Aktif kontrol cihazları, deprem sırasında kesintisiz sağlanılmasında güçlük çekilen büyük ölçekte enerjiye ihtiyaç duymaları ve denge problemleri gibi nedenlerden dolayı mühendisler tarafında yeterince kabul görmemiştir. Böyle durumlarda diğer çözüm yöntemi, ayarlanabilen sönüm sağlayan yan-aktif sönümleyiciler kullanmaktır. Sönüm katsayısı ayarlanabilen yan-aktif sönümleyicilerden oluşmuş karma yalıtım sistemleri kontrol kuvvetinin belirlenmiş XVUbir sınır değeri için sismik taban yalıtım sisteminin taban yer değiştirmesini kontrol etmektedir. Yan-aktif sönümleyici için bulanık mantık kontrol teorisine dayanan kontrol algoritması geliştirilmiştir. Bulanık mantık kontrol sistemi ile geri beslemeli olarak yapıya yerleştirilmiş duyargalardan elde edilen ve yapının dinamik davranışım belirten yer değiştirme ve hız değerleri kullanılarak, yan-aktif sönümleyicinin hareketinin direnci ayarlanmaktadır. Yapıların kontrolü için pek çok kontrol algoritması önerilmiş ve üzerinde çalışılmıştır. Bunlara örnek olarak, lineer kuadratik regülatör, kutup atama yöntemi ile kontrol, H» kontrol algoritmasını ve ivme geri beslemeli algoritma verilebilir. Akıllı kontrol yöntemi olarak sınıflandırılan yapay sinir ağlarıyla kontrol ve bulanık mantık yöntemiyle kontrol gibi yöntemler, son yıllarda önerilen ve geliştirilen kontrol algoritmalarına dahil edilmektedir. Son yıllarda, titreşimin bulanık mantık yöntemiyle kontrol edilmesi, mühendislerin dikkatini çekmiştir. Bulanık mantık yönteminin mühendislerin ilgisini çeken özellikleri arasında etkin ve kolay olması, doğrusal olmayan davranışları, belirsizlikleri ve insan bilgisini ele alabilmesi sayılabilir. Bulanık mantık küme teorisi ile birbirleriyle karışık olarak eşleşen giriş ve çıkış değerlerine sahip sistemleri ele almak mümkün olmaktadır. Bulanık mantık kontrol yönteminin de kullanılan kontrol kuralları, yöntemin sahip olduğu, bulanıklaştırma, kural tabam, karar verme ve durulaştırrma mekanizmaları yardımıyla insan düşüncesi sonucunda oluşmuş mantık kurallarına benzetilmektedir. Bu çalışmada, yakın-fay etkisinin sismik taban yalıtımlı yapıların yalıtım seviyesinde neden olduğu büyük yerdeğiştirmelerin, yan-aktif sönümleyiciler ve bulanık mantık yöntemi kullanılarak azaltılması amaçlanmıştır. Genetik algoritma, optimal tasarım yöntemlerine benzer amaçlar için çevresine uyum sağlayan bireylerin hayatlarım sürdürmesi gibi doğaya uyum kurallarının bilgisayarlara uyarlanması ile oluşturulmuş bir yöntemdir. Bulanık mantık yönteminde önemli bir yer tutan, üyelik fonksiyonlarının sınır değerlerinin belirlenmesi için kullanılan yöntemlerden birisi de, genetik algoritma yöntemidir. Bulanık mantık üyelik fonksiyonlarının sınırlan, yakın-fay etkisi özelliği gösteren, Hyogo-Ken Nanbu (Kobe) depremine ait ivme kaydı kullanılarak genetik algoritma yöntemiyle belirlenmeye çalışılmıştır. Bu şekilde elde edilen üyelik fonksiyonlar ile oluşturulmuş bulanık mantık kontrol sistemi, farklı özellikteki depremlere ait ivme kayıtlan kullanılarak denenmiştir. Elde edilen sonuçlar, yakın-fay etkisinin neden olduğu taban yalıtım seviyesindeki yerdeğiştirrnenin, pasif sönümleyicili sistemlere göre yan-aktif sönümleyiciler kullanılarak daha küçük ölçekli kontrol kuvvetleriyle azaltmanın mümkün olduğunu göstermiştir. Kontrol kuvvetleri miktarında sağlamlan azalma, sönümleyicilerin boyutlarının küçülmesine ve maliyetin düşmesine neden olmaktadır. Sismik taban yalıtımı eklenmesi ile korunması düşünülen tarihi yapılarda, kontrol kuvvetlerinin aktarılmasında çekilen zorluklar nedeniyle küçük ölçekteki kuvvetlerle çalışılması daha çok önem kazanmaktadır. Bu nedenlerden dolayı faya yakın bölgelerdeki mevcut yapıların güçlendirilmesinde, bulanık mantık üyelik fonksiyonlarının genetik algoritma yöntemiyle belirlendiği sismik taban yalıtım yönteminin, ek sönümleyicili pasif sismik taban yalıtım yöntemlerine göre daha uygun olduğu tespit edilmiştir. xvııı
Özet (Çeviri)
DEPREM YÜKLERİ ETKİSİ ALTINDAKİ YAPI DAVRANIŞININ YARI AKTİF AK3ŞKANLI SÖNÜMLEYİCİLER VE SİSMİK TABAN YALITIM SİSTEMLERİ KULLANILARAK BULANIK MANTIK YÖNTEMİ İLE KONTROLÜ ÖZET Geleneksel depreme dayanıklı yapı tasarımında, yapıya iletilen deprem enerjisi, yapı tarafından doğrusal olmayan şekil değiştirmeler yolu ile harcanırken, oluşan yapısal hasarlara izin verilerek, yapının göçmemesi amaçlanmıştır. Sismik yönetmelikler esas olarak insan hayatım koruma eğilimlidir ve bu yönetmeliklerde yapıda oluşacak eşya hasarlarının önlenmesi ve yapının fonksiyonlarının aksamaması amaçlanmamışlar. Günümüzdeki teknolojik ilerlemeler, şiddetli deprem risklerini ve yapıda oluşturacağı sonuçlan kontrol etmeye izin vermektedir. Güncel teknoloji düşünüldüğünde depreme karşı korunması zorunlu olan, içerisinde pahalı cihazlar bulunan ve depreme dayanım konusunda yüksek verim beklenilen ve özellikle yapısal fonksiyonlarını sürdürmesi gereken kritik yapılarda, ağır hasar seviyeleri ve fonksiyonunu kaybetme durumu kabul edilemez. Bu nedenle, deprem tehlikesi altında bulunan yapı ve içerisinde bulunan cihazların korunması için değişik tasarım ve yapım yöntemleri geliştirilmek zorunluluğu ortaya çıkmıştır. Sismik taban yalıtım yöntemi, küçük ve orta büyüklükteki yapılarda deprem nedeniyle oluşan yükleri küçülterek, oluşan hasarların azaltılmasına olanak sağlayan, performansa dayalı tasarım yaklaşımlarına ek olarak yeni bir seçenektir. Son yıllarda, depreme dayanıklı yapıların tasarım, yapım ve özellikle tarihi değer taşıyan mevcut yapıların korunmasında, sismik taban yalıtım yönteminin kullanımı artmıştır. Bununla birlikte Northridge ve Kobe depremlerinin kayıtlarında olduğu gibi yakın-fay etkisinin neden olduğu yüksek hız ve uzun periyotlu sismik darbeli depremler söz konusu olduğunda, sismik taban yalıtımlı yapıların yeterince koruma sağlayamayacağı endişesi, araştırmacıları düşündürmüştür. Bu eksikliğin giderilmesi amacıyla izolatörlere ilave olarak, taban ötelenmesini azaltırken, katlarda oluşan ivmeleri ve katlar arası ötelenmeyi bir miktar artıran, yapıya ek sönümleyiciler yerleştirilmiştir. Yalıtım seviyesindeki taban ötelenmesini sınırlamak amacıyla, sismik taban yalıtımı sistemlerine, aktif kontrol aletleri ilave edilerek oluşturulan pek çok aktif taban kontrol sistemleri önerilmiş ve bu konu üzerinde çalışmalar yapılmıştır. Küçük ölçekte yapılan deneyler bu sistemlerin etkinliğini doğrulamıştır. Aktif kontrol cihazları, deprem sırasında kesintisiz sağlanılmasında güçlük çekilen büyük ölçekte enerjiye ihtiyaç duymaları ve denge problemleri gibi nedenlerden dolayı mühendisler tarafında yeterince kabul görmemiştir. Böyle durumlarda diğer çözüm yöntemi, ayarlanabilen sönüm sağlayan yan-aktif sönümleyiciler kullanmaktır. Sönüm katsayısı ayarlanabilen yan-aktif sönümleyicilerden oluşmuş karma yalıtım sistemleri kontrol kuvvetinin belirlenmiş XVUMany control algorithms have been proposed and studied for the structural control. Examples include linear quadratic regulator, pole placement control algorithm, H» control algorithms, and acceleration feedback algorithm. The recently proposed and developed control algorithms also include the intelligent control, neural network control, fuzzy control, etc. Vibration control using fuzzy logic has attracted the attention of structural control engineers during the last few years. Some characteristics of fuzzy logic appealing to control engineers are its effectiveness and ease in handling nonlinearities, uncertainties, and heuristic knowledge. The fuzzy set theory permits mapping of the complex input-output relationships that can easily be modified. An FLC includes a fuzzification interface, rule base, decision making, and defuzzification interface to simulate logical reasoning of human beings. This study, by the use of semi-active hydraulic dampers and fuzzy logic method, aims to reduce large displacements at isolation level caused by near-fault effect in base isolated structures. The Genetic Algorithm is an optimization method developed by adapting existing evaluation rules in nature to computers. Limit values of fuzzy logic membership function are determined by using acceleration record of Hyoge- Ken Nanbu (Kobe) earthquake that has shown near-fault effect characteristic. The control system resulted from membership functions, is tested by using acceleration records obtained from different types of earthquakes. Results obtained have shown that reduction of the displacement caused by near-fault effect at the base isolation level can be possible by the use of semi-active hydraulic dampers having little dimensions compared to passive damper systems. The reduction of damping capacity causes cost reduction. An important benefice will be obtained because of the use of lower control forces for the structures where seismic base isolation is used for retrofit. xx
Benzer Tezler
- Yapıların sismik yükler altında doğrusal olmayan analizi için yeni bir formülasyon: Gauss-lobatto-hermite-4p (glh-4p) metodu
A new formulation for the nonlinear analysis of structures under seismic loads: Gauss-lobatto-hermite-4p (glh-4p) method
ABDULLAH DEMİRKAPI
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Rumeli Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ARMAN ATASOY
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHDİ BABAEI GHALEHJOOGH
- Geoteknik kıyı mühendisliğinde poroelastik deniz tabanı zemini-yapı sistemlerinin tekrarlı yükler altında sayısal modellenmesi
Numerical modeling of poroelastic seabed soil–structure systems under cyclic loading in geotechnical coastal engineering
ESRA TATLIOĞLU
Doktora
Türkçe
2018
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSAFFA AYŞEN LAV
DOÇ. DR. MEHMET BARIŞ CAN ÜLKER
- Experimental and numerical investigation of diagonally reinforced coupling beams in terms of behavior, performance, and strengthening techniques
Diyagonal donatılı betonarme bağ kirişlerinin davranış, performans ve güçlendirme teknikleri bakımından deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
NAMIK ESER
Doktora
İngilizce
2024
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İHSAN ENGİN BAL
- Kısa alın levhalı kiriş-kolon birleşimlerinin çevrimsel tekrarlı yükler altında davranışlarının incelenmesi ve deprem etkileri altında yapısal davranışa katkılarının araştırılması
The study of the behavior of header end-plate beam-to-column connections under cyclic loads and the investigation of their contributions to structural behavior under seismic effects
ADEM KARASU
Doktora
Türkçe
2021
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CÜNEYT VATANSEVER
- Çaprazlı çelik çerçevelerin sismik performansına düşey yük taşıyan iç çerçevelerin katkısı
Contribution of gravity frames to seismic performance of special concentrically braced frames
AYLİN KAHRİMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
İnşaat MühendisliğiGebze Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BÜLENT AKBAŞ