Sismik yükler altında yapı davranış kontrolü
Structure behavior control under seismic loads
Yazar: MÜRÜVVET BATI
Danışman: PROF. DR. KEMAL BEYEN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Gelişen teknoloji ve kullanılan malzemeler sayesinde yapılar daha yüksek ve esnek tasarlanmaktadır. Bu sebeple yapıları dinamik yüklere karşı korumak önemli hale gelmiştir. Yapıların sismik tepkisini azaltmak amacıyla çeşitli yapısal kontrol sistemleri uygulanmaktadır. Yapısal kontrol genel olarak Pasif Kontrol ve Aktif Kontrol Sistemi olarak iki kısımdan oluşmaktadır. Kontrol sistemlerinin yapılarda kullanılmasının amacı insan can güvenliğini sağlamakla birlikte, yapı güvenliğini ve işlevini kaybetmeden yapının deplasman, iç kuvvet değerlerinin sınır koşulları aşmamasını sağlamaktır. Sınır koşullar yapı güvenliği ve yapı konforu açısından yapısal kontrol sistemleri uygulanarak minimize edilmeye çalışılır. Yapısal kontrolde öncelikle ana taşıyıcı sistemin zarar görmemesi amaçlanır. Kontrol sisteminin optimalliğini depremin büyüklüğü ve frekans içeriği etkilemektedir. Optimal kontrolün amacı minumum kontrol kuvvetiyle göreli kat ötelemelerini minimize etmektir.
Bu çalışmada, depreme karşı çok serbestlik dereceli sistem olarak beş katlı bir yapıda pasif ve aktif kontrol sistemi yöntemleri kullanılmıştır. Amaç, deprem sırasında gerçek zamanlı tepki verebilen sensörler ve kontrol cihazları ile donatılmış yeni nesil akıllı yapılar geliştirmektir. Pasif kontrol için Viskoz Damper, aktif kontrol sisteminde ise optimal kontrolde uygunluğu ve etkinliği sebebiyle LQR kontrol yöntemi ve H∞ gürbüz kontrol yöntemleri seçilmiştir. Çok serbestlik dereceli yapılar, Matlab makro kodlamayla yazılan analiz programı ve SAP2000 yapısal analiz programı kullanılarak yürütülen simülasyon çalışmaları ile analiz edilmiştir. Yapı kontrol algoritmasının etkinliği 17 Ağustos 1999 Kocaeli depremi'nin Gebze-TÜBİTAK izleme istasyonu kayıtları kullanılarak belirlenmiştir. Çalışmanın sonucunda kat yer değiştirmeleri, hız, ivme zaman cevapları ve iç kuvvet değerleri kontrolsüz ve kontrollü yapı için sunulup tartışılmıştır. 5. Kattan alınan yerdeğiştirme değerlerinde kontrolsüz duruma göre damperli durumda %40, Lqr %72, H∞ kontrolcüde %85 oranında azalma olmuştur.

Abstract:
Thanks to the developing technology and design of advanced materials, structures in current engineering practice are designed higher and flexible. For this reason, it has become important to minimize the structural responses against dynamic loading. Various structural control systems are applied to reduce the seismic response of the structures. Structural control generally consists of two parts as Passive Control and Active Control System. The purpose of using control systems in buildings is to ensure human life safety, human comfort and to ensure that the displacement and internal force values of the structure do not exceed the boundary conditions without losing structure safety and function. Boundary conditions are tried to be minimized by applying structural control systems in terms of building safety and building comfort. In structural control, it is primarily aimed that the main load carrying structural components is not damaged. Earthquake characteristics such as magnitude and intensity of the earthquake and the frequency affect the optimization sensivity of the control system. The aim of optimal control is to minimize relative floor displacement with minimal control force.
In this study, passive and active control system methods of a multi degree of five-storey building against earthquake were used. The aim is to develop new generation smart structures equipped with sensors and control devices that can react in real time during the earthquake. Viscous damper for passive control, LQR control method and H∞ robust control methods were chosen due to their suitability and effectiveness in the active control system. For the control of multi degree of freedom structures, it was analyzed in different cases, which were simulated in virtual test sets, using Matlab macro codes and analysis program SAP2000N package. The effectiveness of the building control algorithm was determined using the main shock data recorded by Gebze-TÜBİTAK earthquake observation station during the Kocaeli earthquake of 17 August 1999. Results are summarized and presented in tables and graphs for floor displacements, velocity, acceleration time responses and of floors and internal force values discussed for uncontrolled and controlled structures. When kinematic conditions under control are if compared with respect to the uncontrolled situation, the displacement values taken from the 5th floor decreased by 40% in case of the damper, 72% in the Lqr, and 85% in the H∞ controller.