Hassas ekipmanların ve müze eserlerinin sismik izolasyonunda sürtünmeli sarkaç sistemlerinin kullanımı
The use of friction pendulum systems for seismic isolation of sensitive equipment and museum artifacts
Yazar: ABDULLAH ÇELİK
Danışman: DOÇ. DR. CUMHUR OKTAY AZELOĞLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Müze malzemeleri = Museum materials ; Sarkaç sistemi = Pendulum system ; Sismik = Seismic ; Sürtünmeli piyasaslar = Frictional markets ; İzolasyon =

Özet:
Depremler, sismik bölgelerdeki hassas ekipmanları ve müze eserlerini ciddi şekilde tehdit etmektedir. Laboratuvarlar, hastaneler, yüksek teknolojili fabrikalar, veri merkezleri ve acil durum merkezlerindeki hassas ekipmanlar ve müzelerdeki heykeller, sanatsal objeler ve diğer değerli eserler sismik risklere karşı korunmalıdır. Sismik etkilere karşı dayanımı artırmayı amaçlayan geleneksel yöntemler, yapıları ve yapısal olmayan elemanları yer hareketlerinin etkilerine karşı korumak için kullanılabilir, ancak bu yöntemlerin müze eserlerine ve hassas ekipmanlara uygulanması pek mümkün değildir. Depremin hassas ekipmanlar ve müze eserleri üzerindeki yıkıcı etkileri sismik izolasyon ile azaltılabilir, ancak taban izolasyonunda yapı ile izolasyonu istenen ikincil kütlenin sismik gereksinimleri farklı olabileceğinden izolasyon sistemlerinin tasarım kriterleri her iki talebi de karşılayamayabilir. Bu nedenle, bu çalışmada, hassas ekipman veya müze eserinin sismik izolasyonu kat içerisinde ayrı olarak yapılmıştır.
Küresel geometriye sahip sismik izolasyon cihazları, yüksek yer değiştirme kapasitesi, stabilizasyon sorununun olmaması ve özellikle izolasyon periyodunun izole kütlenin ağırlığından bağımsız olması sayesinde hassas ekipmanların ve müze eserlerinin sismik etkiler sebebiyle hasar görmesini önlemek için en iyi seçeneklerden biridir. Dolayısıyla, bu çalışmada, hassas ekipmanların ve müze eserlerinin sismik korunmasında tekli, çiftli ve üçlü sürtünmeli sarkaç sistemlerinin kullanımı araştırılmıştır. İlk olarak, bir binanın birinci katı içerisindeki bir hassas ekipmanın veya müze eserinin izolasyonsuz modeli ve tekli, çiftli ve üçlü sürtünmeli sarkaç sistemleri ile izole edilmiş modelleri oluşturulmuştur. Daha sonra, bozucu yer hareketi olarak dört farklı deprem girdisi kullanılarak izolatörlerin efektif eğrilik yarıçapları ve sürtünme katsayısı değerleri için izole kütlenin maksimum ivme, RMS ivme, maksimum yer değiştirme, RMS yer değiştirme ve maksimum izolatör yer değiştirmesi değerlerinin incelendiği parametrik bir çalışma yapılmıştır. Sonrasında, parametrik çalışmada elde edilen en düşük maksimum ivme cevabı için seçilen efektif eğrilik yarıçapları ve sürtünme katsayısı değerleri kullanılarak izolasyonsuz durum ve tekli, çiftli ve üçlü sürtünmeli sarkaç sistemleriyle izolasyonlu durumlar için karşılaştırmalı bir çalışma yapılmıştır.

Abstract:
Earthquakes seriously threaten sensitive equipment and museum artifacts in seismic zones. Sensitive equipment in laboratories, hospitals, high-tech factories, data centers, and emergency centers, and sculptures, artistic objects, and other valuable objects in museum artifacts must be protected against seismic risks. Traditional methods aimed at increasing strength can protect structures and non-structural elements against the effects of ground motions. However, these methods are unlikely to be applied to museum artifacts and sensitive equipment. The destructive effects of the earthquake on sensitive equipment and museum artifacts can be reduced by seismic isolation. However, the design criteria of isolation systems may not fulfill both demands since the seismic requirements of the structure and the secondary mass to be isolated in base isolation may differ. Therefore, in this study, seismic isolation of sensitive equipment or museum artifact was done separately within the floor.
Seismic isolation devices with spherical geometry are one of the best options to prevent sensitive equipment and museum artifacts from being damaged by seismic effects thanks to their high displacement capacity, no stabilization problem, and especially the isolation period is independent of the weight of the isolated mass. Therefore, in this study, the use of single, double, and triple friction pendulum systems in the seismic protection of sensitive equipment and museum artifacts has been investigated. First, a non-isolated model of sensitive equipment or museum artifact inside the first floor of a building and isolated models with single, double, and triple friction pendulum systems were created. Then, using four different earthquake inputs as disruptive ground motion, a parametric study was carried out to examine the peak acceleration, RMS acceleration, peak displacement, RMS displacement, and peak insulator displacement values of the isolated mass for the effective radii of curvature and friction coefficient values of the isolators. Afterward, a comparative study was carried out for the non-isolated and isolated cases with single, double, and triple friction pendulum systems using the selected effective radii of curvature and friction coefficient values for the lowest peak acceleration response obtained in the parametric study.