Viskoz sönümleyiciler ile bağlanmış komşu yapı-zemin sisteminin dinamik davranışının incelenmesi
Investigation of the dynamic behavior of adjacent building-soil system interconnected by viscous dampers
Yazar: YAVUZ SELİM HATİPOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. OĞUZ AKIN DÜZGÜN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Amaç: Yapıların, özellikle de çok katlı yapıların, deprem, şiddetli rüzgâr gibi dinamik yükler altında hasar görme riski oldukça yüksektir. Çok katlı yapıların bu riskten uzaklaşıp çok daha güvenli ve konforlu hale gelebilmesi için yapısal kontrol sistemlerinin kullanılmasına ihtiyaç vardır. Bunun yanı sıra yapıların dinamik davranışı üzerinde zeminin davranışı oldukça etkilidir. Bununla birlikte, yapısal kontrol sistemleri üzerine yapılmış literatürdeki çalışmaların neredeyse hiçbirinde zeminin varlığı dikkate alınmamıştır. Bu çalışmada, sıvı viskoz sönümleyiciler (SVS) ile birbirine bağlanmış çok katlı komşu yapıların dinamik davranışı, yapı-zemin etkileşimi de dikkate alınarak incelenmiştir. Çalışmadan elde edilen sonuçların pasif yapısal kontrol sistemlerinin tasarımında mühendislere yol gösterici olması ve literatürdeki boşluğun doldurulması amaçlanmaktadır.
Yöntem: Bu çalışmada zemin-yapı sistemi iki boyutlu (2B) olarak modellenmiş ve analizleri yapılmıştır. Modelleme ve analiz için ANSYS bilgisayar programı kullanılmıştır. Gevşek, orta sıkı ve sıkı zemin türlerinin özelliklerini temsil edecek şekilde üç farklı zemin türü belirlenmiştir. Sonlu zemin bölgesinin sınırlarında viskoz sınır şartı kullanılmıştır. Dinamik yük olarak 1999 Kocaeli depreminin Yarımca-Petkim istasyonuna ait Kuzey-Güney ivme bileşeni seçilmiştir. Parametrik bir çalışma yürütülerek tüm sistemin dinamik davranışı elde edilmiştir. Zemin ortamının varlığının sistem tepkisi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Binaların birbirine bağlanmadan önceki ve bağlandıktan sonraki yer değiştirme, ivme ve kesme kuvveti değerleri ayrıntılı olarak karşılaştırılmıştır.
Bulgular: Zeminin varlığı, binaların kütle, yükseklik, rijitlik, frekans oranları ve cihaz sönümleme katsayıları sistem davranışını etkilemektedirler. Uygun şartlar altında SVS cihazları ile birbirine bağlanmış yapıların yer değiştirme, ivme ve kesme kuvveti değerlerinde %40'tan fazla azalmalar görülmüştür. 
Sonuç: SVS'ler çok katlı yapıların yapısal kontrolü için etkili ve güvenli bir araçtır. Zeminin varlığı davranışı etkilediğinden zemin-yapı etkileşimi kesinlikle dikkate alınmalıdır. Yapıların kütle, yükseklik, rijitlik ve frekans oranları 1,75 ile 2 arasında olmalıdır. Etkili bir yapısal kontrol için bütün katlara SVS cihazlarının bağlanmasına gerek yoktur.

Abstract:
Purpose: Structures, especially multi-storey buildings, have a high risk of damage under dynamic loads such as earthquakes and strong winds. Structural control systems need to be used for multi-storey buildings to avoid from this risk and become much safer and more comfortable. In addition, the behavior of the soil is very effective on the dynamic response of the structures. However, almost none of the studies in the literature on structural control systems have taken into account the presence of the soil. In this study, dynamic response of adjacent multi-storey structures connected by fluid viscous dampers (FVDs) was investigated by considering the structure-soil interaction. The results obtained from this study are aimed to guide engineers in the design of passive structural control systems and to fill the deficiency in the literature.
Method: In this study, the soil-structural system has been modeled in two dimensions (2D) and analyzed. ANSYS computer program was used for modeling and analysis. Three different soil types were determined to represent the characteristics of soft, medium and stiff soil types. Viscous boundary conditions are used at the edges of the finite soil region. The North-South acceleration component of the Yarımca-Petkim station of the 1999 Kocaeli earthquake was chosen as the dynamic load. Dynamic response of the whole system was obtained by conducting a parametric study. The effects of the presence of the soil medium on the system response have been studied. The displacement, acceleration and shear force values of the buildings in the cases of connected/unconnected to each other were compared in detail. 
Findings: The presence of the soil, the mass, height, rigidity, frequency ratios of the buildings and the device damping coefficients affect the system response. Under relevant conditions, reductions of more than 40% were observed in the displacement, acceleration and shear force values of the structures interconnected with FVD devices.
Results: FVDs are an effective and safe tool for the structural control of multi-storey buildings. Since the presence of the soil affects the response, the soil-structure interaction should definitely be taken into account. The mass, height, rigidity and frequency ratios of the structures should be between 1.75 and 2. There is no necessity to connect two adjacent buildings by dampers at all floors for effective structural control.