Kurşun çekirdekli kauçuk deprem yalıtım biriminin tamamen yerli tasarımının yapılarak üretilmesi
Design and production of lead rubber bearings as completely domestic
Yazar: KEREM ERDEM DEMİRHAN
Danışman: PROF. DR. İHSAN ENGİN BAL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Deprem Mühendisliği ve Afet Yönetimi Enstitüsü / Deprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Deprem Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering

Özet:
Bu çalışmada 0936.STZ.2015 kodlu SANTEZ Projesi kapsamında kurşun çekirdekli kauçuk yalıtım birimlerinin tasarımı ve üretimi yapılmış, ardından da bu yalıtım birimlerinin farklı testlerdeki davranışları ve performansları incelenmiştir. Proje İstanbul Teknik Üniversitesi ile Arsan arasında üniversite-sanayi işbirliği çerçevesinde gerçekleştirilmiş, aynı zamanda Arsan çalışanı olan bu tezin yazarı da deprem yalıtım birimlerinin tasarım, üretim ve testlerinde aktif olarak görev almıştır. Proje adımları ve tez yazarının aldığı görevler sonucu elde edilen çıktılar bu tezde verilmiştir. 
Bunun için öncelikle üretilecek yalıtım birimlerinin performans hedefleri belirlenmiş, ardından bu hedefleri karşılayabilecek hamurları üretebilmek adına, standartlarda belirlenen kauçuk özelliklerinin sağlamak şartıyla, yapısal mesnetteki tecrübelerin yanında yeni tecrübeler edinilerek denemeler yapılmıştır. Bu denemeler ışığında deprem yalıtım birimlerinden beklenen performansların farklı testlerdeki değişimi de incelenmiştir. Buna göre proje ortağı firma ilk etapta kendi imkanlarını kullanarak elastomer yalıtım birimlerinin üzerinde ilk hamur geliştirme testlerini gerçekleştirmiş ve özellikle kauçuk- iç çelik plakaların yapışma direncinin artırılması ve kauçuğun yatay birim şekil değiştirme kapasitesinin artırılması konuları başta olmak üzere bir deprem yalıtım birimi üretmek adına ön hazırlıkları yapmıştır. Arkasından geliştirilen hamur kullanılarak ortalama bir deprem yalıtım birimi boyutu seçilip ilk prototip ürünler üretilmiş ve Türkiye'deki imkanların henüz elvermemesi sebebiyle bu deprem yalıtım birimleri yurt dışında teste tabi tutularak ilk performans incelemesi yapılarak değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre eksikler belirlenerek iyileştirilmeler yapılmış ve tekrar deprem yalıtım birimleri yurt dışında başka bir laboratuvara teste gönderilmiştir. Santez proje amaçlarından bir tanesi olan fabrika içine dinamik deprem yalıtım birimi test makinesinin kurulmasının gecikmesi proje ortağı firmaya ekonomik olarak dezavantajlar sağlamış olsa da yine de projenin tamamlanması adına çalışmalar devam etmiştir. Bu tezin yazım tarihi itibariyle tam olarak devreye girmemiş olsa da bu dinamik deprem yalıtım birimi test makinesi sayesinde yeni projelerin fabrika içi testlerinin yapılması ve yeni hamurlar geliştirilerek, bu hamurlar ile üretilecek deprem yalıtım birimlerinin testlerinin yapılması mümkün hale gelecektir. Proje başında kararlaştırılan bu cihazda yapılacak olan test sonuçlarının yurt dışı test merkezlerindeki sonuçlar ile karşılaştırılıp gerekli ise cihazın da iyileştirilmesi çalışmaları maalesef  gerçekleşememiştir. Ancak gerekli kalibrasyonlar yaptırılıp yakın gelecekte bu hedef de gerçekleştirilecektir.
Bu bağlamda; proje sonunda belirlenen hedefleri sağlayan kurşun çekirdekli kauçuk yalıtım birimi üretilmiş, bu ürün için Almanya MPA Karlsruhe Enstitüsü'nden EN 15129 standardına uygunluk belgesi yani CE belgesi alınmış ve proje ortağı firma Türkiye'de Kuzey Marmara Otoyolu Projesi'nde kullanılmak üzere 500'ün üzerinde kurşun çekirdekli kauçuk yalıtım birimi üretmiştir. Böylelikle deprem yalıtımı konusunda yerli ikame ile dışa bağlılığın önüne geçilmiş olunmuştur. Gelecekte yerli üretimin önü iyice açılacak, yerli pazarda rekabet artacak ve ithal deprem yalıtım birimlerinin kullanımı azalacaktır.  Sonuç olarak bu projenin de katkısıyla ülke ekonomisine destek sağlanmış olacaktır.

Abstract:
Earthquakes are one of the most destructive natural disasters in the world. Therefore, many people died because of the non-suitable structures affected by the earthquakes. However, humanity started to find a solution from destructive effects of the earthquakes after 1950's. After that seismic isolation systems were used some of the buildings, and it was seen that buildings with seismic isolation systems have no important damages during earthquakes. After all, the importance of seismic isolation systems began to be understood well. For instance, seismic isolation systems usage is increased in Turkey, after 1999 Kocaeli Earthquake. However, as there are no manufacturers of seismic isolation systems in Turkey, these systems must be provided by external sources. It means, Turkey spends millions of  dollars to foreign companies in a year. Therefore, by supports of the government, university and industrial company started to work together to design and produce lead rubber bearings which are one of the seismic isolation systems. Within the scope of Santez Project coded as 0936.STZ.2015, lead rubber bearings were designed, produced and then the behaviour of performances of the isolators in different tests were observed.  The project was carried out by the help of Istanbul Technical University and Arsan. Meanwhile, the author of this thesis, who is an employee of Arsan, has taken an active role in the design, production and testing processes. Project steps in detailed and the outcomes of the assignments taken by the author of the thesis were given in this study. By the results of this, dependence of the foreign sources would be decreased in Turkey. 
To begin with, performance targets of the lead rubber bearing that will produce are determined. Then, lead rubber bearing was preliminary designed according to EN 15129 because the seismic isolators must be marked with CE in order to use the projects in Turkey. After that different rubber compounds were prepared and tested in house. These compounds were used in elastomeric bearings to see the performance of the bonding of the elastomeric layers and inner steel plates under high shear strain values, firstly. The most important part of the first step was to develop suitable compound and to get the required performance according to EN 15129 standard. To provide this, there were many elastomeric bearings which was damaged during static tests. 
Secondly, the first lead rubber bearing was produced according to preliminary design. The isolator dimension was selected as 500 mm diameter which is a general type in the projects. Then four different lead rubber bearings were sent to the test centre in Italy to check their performances. As a result, no defect was found on the bearing at horizontal characteristic tests, it means that there were a success in the first round. On the other hand, some of the parameters which depends on especially lead core were not suitable according to design. To solve it, existing rubber compound was developed again and lead core with high purity was preferred to get the target value at the test.
Thirdly, new lead rubber bearings were produced and sent to a different laboratory because of the test queues in the previous laboratory. Certification body (MPA Karlsruhe) was also attend to the tests to get CE certificate according to EN 15129 for lead rubber bearings. Horizontal characteristic tests under different shear strains, frequencies, elevated temperature and other tests were performed according to the standard. Performances of the seismic isolators were suitable according to design parameters such as rigidity of the isolators, characteristic strength, damping ratio, yielding forces, shear modulus of the rubber etc. 
New dynamic isolator test machine must be supplied for the project; however, this came true the last part of the project. Therefore, although it was determined in the beginning of the project that new dynamic test machine would be developed according to comparison of the test results in the test centres, unfortunately it was not happened during this project. As new compounds would be developed in the future, this would be seen if the results of dynamic isolator test machine is correct or not.
Consequently, Turkey's first CE certificate for lead rubber bearing was received from a certification body with this project. On the other hand, Turkish made dynamic test machine was set in the factory for this project, new lead rubber bearings will be produced by developing of new compounds and especially factory production tests will be performed in house.