Seismic monitoring of ITU Triga Mark II research reactor building
İTÜ Triga Mark II araştırma reaktörü binasının sismik yöntemler ile izlenmesi
- Tez No: 485351
- Danışmanlar: PROF. DR. AYŞE KAŞLILAR ŞİŞMAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Deprem Mühendisliği, Jeofizik Mühendisliği, İnşaat Mühendisliği, Earthquake Engineering, Geophysics Engineering, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 93
Özet
Enstrümantasyon teknolojileri ve sinyal işlemedeki yeni gelişmelerle birlikte, binalarda elastik dalga yayılımı üzerindeki çalışmaların inşaat ve jeofizik mühendisliği açısından popüler bir konu haline geldiği görülmektedir. Bir binaya hasar tespiti sisteminin uygulanması, Yapısal Sağlık İzleme (YSİ) olarak adlandırılır. Depremin etkisiyle yapılarda oluşabilecek hasar, yapının bütünlüğünü ve içerisindeki araçların işlevselliklerini etkileyebileceğinden, önem arz eden binalarda YSİ yapılması binanın durumu ve emniyeti için gereklidir. Bu sebeple, binalar YSİ için uygun sensörlerle donatılarak, tesis yöneticilerine acil durumlarda hızlı karar verme olanağı sağlanmaktadır. Burada bahsedilen hasar, yapının mevcut veya gelecekteki performansı üzerindeki değişiklikler olarak tanımlanabilir. Bu tanıma göre hasar; yapının ilk durumuyla son durumu arasındaki karşılaştırma sonucu elde edilen yapısal olumsuzluklar anlamına gelir. Dolayısıyla, yapısal veya mekanik sistemlerde hasar belirlemek için bu sistemlerin yapısal özelliklerindeki değişiklikler izlenmelidir. MEMS (Mikro elektro mekanik sistem) ivmeölçerleri YSİ`nin yanısıra birçok endüstriyel alanda kullanılmaktadır. MEMS'ler küçük, hafif ve kullanımı nispeten daha pratik olduğundan, sismoloji dahil olmak üzere birçok araştırmada ve çalışmalarda tercih edilemektedir. YSİ için seçilen MEMS sensörünün, bant genişliği, hassasiyet ve gürültü özelliklerinin YSİ için uygun olup olmadığına dikkat etmek önem arz etmektedir. YSİ için seçilecek MEMS sensörünün son derece düşük gürültülü, $\pm$4 g arasında hassasiyete ve geniş dinamik aralığa sahip olması tercih edilmektedir. Bu tezin amacı İstanbul Teknik Üniversitesi Maslak yerleşkesinde bulunan üç katlı simetrik olmayan betonarme TRIGA MARK II Eğitim ve Araştırma Reaktörü binasının, öteleme ve burulma mod frekanslarını, sönüm katsayılarını ve zemin-bina etkileşimini incelemektir. İnceleme sonucu elde edilen değerlerin ilerideki çalışmalarda, binada zaman içinde veya deprem sonrası sürekli izleme yapılarak, değerlerde oluşacak değişimin tespitiyle, zayıflık oluşup olmadığını tespit etmek için kullanılması hedeflenmiştir. Bu sebeple, Yapısal Sağlık İzleme amacıyla binaya on iki adet üç-eksenli SAYKAL S-TEK HPVS V1 MEMS ivmeölçer yerleştirilmiştir. Cihazların ilk kurulumdan itibaren sürekli olarak ivme kaydı alınmaya çalışılmış ancak gerek binada yapılan çalışmalar ve gerek sensörlerin bağlı olduğu sistemde yapılan çalışmalar ve güncellemeler nedeniyle veri sürekliliğinde aksamalar olmuştur. İvme ölçerlerin x bileşeni Kuzey-Güney doğrultusuna, y bileşeni de Doğu-Batı doğrultusuna paralel olacak şekilde hizalanmıştır. Zemin yapı etkileşiminin belirlenmesi amacıyla, on iki sensörden bir tanesi dış alan sensörü olacak şekilde binanın kuzeyinden üç metre uzaklıkta bir buçuk metre derinliğinde bir kuyunun içine serbest alan ivme ölçüm kayıtlarının alınması için yerleştirilmiştir. Binaya, yapısal analiz sonlu elemanlar modellemesi, Prof. Dr. Alper İlki danışmanlığında doktora tezini yapmakta olan Yük. Müh. Pınar İnci Koçak tarafından gerçekleştirilmiştir. Bu hesaplamalar sonucunda binanın ilk 9 temel mod frekansları sonlu elemanlar modelinin dinamik analizi ile yaklaşık olarak elde edilmiştir. Önceden yapılmış olan bu çalışmanın sonuçları göz önünde bulundurularak tez sonuçlarının sağlamasında kullanılmıştır. İvme verileri 250 Hz örnekleme ile 10 dakikalık parçalar halinde sürekli olarak kaydedilmiştir. Sensör ve çevresel kaynaklı bir takım olumsuzluklar (elektrik kesintisi, sensör kayıtçı haberleşme problemleri vb.) sebebi ile bazı sensörlerin, bazı zaman aralıklarında eksik veya hiç kayıt almadığı gözlemlenmiştir. Bu süre içerisinde birçok farklı deprem kaydı elde edilmesine rağmen bunların içerisinden veri-işlem için gerekli tüm sensörlerin eksiksiz bir şekilde kayıt alabildiği 15 Ekim 2016 Karadeniz depremi (Mw=4.8) verisi seçilmiştir. Ayrıca, her zaman deprem verisi elde etmek mümkün olmadığından binanın modal analizinin yapılmasında gürültü ivme kayıtlarından da yararlanılabilinmektedir. Bu sebeple modal analizi için deprem verisi dışında iki aylık ortam gürültü ivme kayıtları da kullanılmıştır. Veri işleme aşamasına geçmeden önce, MEMS ivme ölçerin yapısal özelliklerinden kaynaklanan çeşitli gürültü kaynakları, sinyal hataları gibi olumsuz etkilerin giderilmesi amacıyla, pencereleme, ortalama ve trend giderme ön veri-işlemleri (pre-processing) yapılmıştır. Veri iyileştirme işlemleri sonrası, gürültü ivme kayıtları otuz saniyelik pencereler haline getirilerek (toplamda 76040 pencere), yığma işlemi uygulanmıştır. Binanın temel frekanslarının belirlenmesi, Fourier genlik spektrumunun incelenmesi ve ardından çapraz spektrum, eşevrelilik hesaplanması ile yapılmıştır. İvme kayıtlarının Fourier genlik spektrumunda yüksek genlik değerlerine sahip frekanslar binanın temel modal frekanslarını gösterir. Bu belirlenen modal frekanslarına denk gelen burulma modlarının belirlenmesi için birbirine paralel iki sensör verisinin farkları alınmıştır. Ayrıca bu iki sensör arasındaki spektral yoğunluk, eşevrelilik ve faz farkı değerleri incelenerek frekanslara denk gelen mod şekilleri üzerinde yorum yapılmıştır. Bu çalışmada öteleme modları yaklaşık olarak sırasıyla, 5.57 Hz, 6.4 Hz, 7.0 Hz, 9.6 Hz ve 12.42 Hz olarak, burulma modları da yaklaşık 8.7 Hz ve 11.47 Hz olarak belirlenmiştir. Yarı yükseklikteki yarı genişlik yöntemi ile Doğu-Batı, Kuzey-Güney doğrultularında her kattaki, sistemin maksimum tepki frekanslarındaki sönümleme oranları hesaplanmıştır. Hesaplamalar sonucunda, binanın Kuzey-Güney doğrultusunda, binanın asimetrikliği de göz önünde bulundurularak, daha kararlı olduğu sonucuna varılmıştır. Zemin-Yapı-Etkileşim (SSI) mevcudiyetini belirlemek için çatı ve zemin sensör kayıtlarının ters evrişimi hesaplanmış ve hesaplanan ters evrişimle zeminde konumlandırılmış sensörün kayıtları karşılaştırılmıştır. Çatı zemin transfer fonksiyonu ve zemin Fourier genlik spektrumu karşılaştırıldığında benzer hakim frekanslar gözlemlenmiştir. Bu nedenle Zemin-Yapı-Etkileşimi'nin olmadığı şeklinde yorum yapılmıştır. Ayrıca, binanın temelinin kararlılığının belirlenmesi için zemin ve serbest alan sensörlerinin ters evrişimi hesaplanmış, zemin sensörünün Fourier genlik spektrumu ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonuçlarında yüksek benzerlikler gözlenmiş olduğundan, binanın zemininin kararlı olduğu şeklinde yorum yapılmıştır. Tez çalışması boyunca MEMS sensörlerinin üreticisi SAYKAL Elektronik ve Yazılım Müh. San. Tic. Ltd. Şti. firması ile sensör kaynaklı yaşanan problemlerin çözümü ve sensör iyileştirilmesi için iletişim kurulmuştur. Veri toplama ve işleme sırasında yaşanılan sensör kaynaklı problemler üreticiye rapor edilerek yazılımsal alanda problemlerin giderilmesi için iyileştirilmelerde bulunulması sağlanmıştır. Devam etmekte olan çalışmalarımız sensör bazlı yaşanan problemlerin giderildiği geliştirilmiş yeni sensörler kullanılarak yapılmaktadır. Bu yeni sensörler ile şimdiki sonuçlar karşılaştırılmaya ve geliştirilmeye devam ederken, bu tezin sonuçları devam eden araştırmamıza konu ve referans olacaktır.
Özet (Çeviri)
The process of implementing a damage detection plan is called Structural Health Monitoring (SHM). Changes in material and geometric properties, and boundary conditions of an aerospace, civil and mechanical engineering structure are considered as damage. In civil structures, such as buildings, the damage can be due to an earthquake which can also interrupt essential utilities and functionalities of buildings. Detecting these damages and predicting their possible outcomes can be crucial for the state of the building and its safety. Buildings equipped with sensors for this purpose use SHM and near real-time monitoring which gives the ability of fast decision making in cases of emergencies. As it is well known, in recent years due to their low-cost, MEMS (Microelectromechanical Systems) sensors are widely used and being tested in monitoring of civil structures. With the developments in technology, the quality of the data collected with these sensors are improved and started to take place in SHM of civil structures. In this study, for SHM we use the seismic vibration data collected by MEMS sensors in ITU TRIGA MARK II Training and Research Reactor building. The installation of the MEMS sensors and data acquisition in the building is realized under the project 'Signal Analysis of ITU TRIGA MARK II Research Reactor' supported by ITUNOVA-TTO A.Ş. and Aim Enerji A.Ş. One of the aims of this project was to use domestic products as much as possible to decrease the foreign-source dependency. To do so twelve domestic products, SAYKAL S-TEK HPVS V1 tri-axial MEMS accelerometer sensors, are installed in the building. The building located in Istanbul Technical University (ITU) Maslak Campus was constructed in 1976 as a reinforced concrete (RC) frame building, and retrofitted in 2000s by adding RC walls between some columns. The study is performed on the full-scale RC moment resisting frame-wall building. This three–story non-symmetric building is one of the prominent structures in the area which needs regular monitoring since it contains a nuclear research reactor. During the realization of the project and in this thesis, we checked the data quality and the software system, and gave feedback to the manufacturer of the sensors for improvement. Due to the ongoing studies in the research reactor and in the building, the data acquisition is interrupted many times with technical reasons. Data gap and spike-like unwanted records are available in the data as a result of the difficulties in the acquisition system and human interferences respectively. Also, problems like not accurate time stamping are observed in the data. The complications related to the sensors are forwarded to the sensor manufacturer and some of these difficulties are fixed and some of them are still in fixing process. The feedbacks provided during this thesis helped to further improve the quality of the records. In this thesis we aim to identify the basic characteristics of the building, such as translational and torsional modal frequencies, damping and the soil structure interaction of the building. Obtained basic characteristics of the building from this thesis will be used in determination of the possible damages by continuous monitoring of the building. For this purpose, a recorded earthquake (October 15 2016 Black Sea Mw= 4.8) and two-month long ambient noise data is used. The 10-minute length recorded ambient noise data are windowed to obtain 30-second length segments, total of 76.040 segments are stacked. After mean and trend removal for both earthquake and ambient noise data, Fourier amplitude spectra (FAS), cross-spectrum, coherence and cross-phase are calculated. Using the spectral information, the translational modes are determined as 5.57 Hz, 6.4 Hz, 7.0 Hz, 9.6 Hz and 12.42 Hz. Rotational modes are determined as 8.7 Hz and 11.47 Hz. To support these findings, a simple modal frequency calculation for a clamped boundary on one end is performed by considering the height and the velocity as 10 meters and 50 m/s respectively. The calculated results support the modal frequencies obtained by the FAS of the recorded data. These results are also supported by the building's structural analyses modeling results performed by Eng. MSc. Pınar İnci Koçak under the supervision of Prof. Dr. Alper İlki. Damping ratios of the building are calculated by using the half-power technique, for the East-West and North-South components of each floor recordings. The estimations indicate that the building is more stable on North-South direction, which is expected when the asymmetric structure of the building is considered. The Soil-Structure-Interaction (SSI) is investigated by using the earthquake data and comparing roof to base transfer function to the base acceleration recordings. No prominent indication of SSI is found for the excitation caused by the Black Sea Earthquake. The outcomes of this thesis are the preliminary results of the seismic monitoring of the ITU TRIGA MARK II research reactor building. After the retrofit in the building is finalized and the data acquisition system is improved, the monitoring of the building will continue for SHM. For future studies an early warning system engagement is also planned.
Benzer Tezler
- Evaluation of seismic health monitoring system of Golden Horn Metro Bridge
Haliç Metro Köprüsü sismik sağlık izleme sisteminin değerlendirilmesi
ERAY TEMUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BARIŞ ERKUŞ
- Komple ray bağlantı sisteminin deneysel gerilme analizi
Experimental stress analysis of complete rail fastening systems
SÜHAN ATAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEVAT ERDEM İMRAK
- Investigation of late holocene period vegetation and climatic changes of Gölbaşi basin based on palynological analysis
Gölbaşı havzasının geç holosen dönemi vejetasyon ve iklim değişimlerinin palinolojik analizler ile araştırılması
DİLA DOĞA GÖKGÖZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKatı Yer Bilimleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DEMET BİLTEKİN
PROF. DR. KÜRŞAD KADİR ERİŞ
- Nemrut Volkanının Yapısal-Volkanolojik İncelenmesi ve Doğal Risk Potansiyelinin Belirlenmesi
Volcano-Tectonic Investigation of Nemrut Volcano and Determination of its Natural Risk Potential
İNAN ULUSOY
Doktora
İngilizce
2008
Jeoloji MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERKAN AYDAR
- Farklı deprem algılama yöntemlerinin GANOS sismik izleme verisi üzerinde etkinliğinin araştırılması
Investigation of effectiveness of different earthquake detection methods on the seişmic monitoring data of the GANOSs fault
BAŞAK IŞIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Jeofizik Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaJeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EŞREF YALÇINKAYA