Yüksek yapıların farklı sensörler ile tam ölçekli izlenmesi ve dinamik parametrelerin belirlenmesi
Full-scale monitoring of tall structures using various sensors and determination of dynamic parameters
Yazar: CEMAL ÖZER YİĞİT
Danışman: PROF. DR. CEVAT İNAL
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Harita Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry
Dizin: Dinamik yükler = Dynamic loads ; GPS = Global Positioning System ; Sayısal filtreler = Digital filters ; Yüksek binalar = High buildings ; İzleme = Monitoring

Özet:
Mühendislik yapıları beklenen hizmet ve yaşam süreleri boyunca maruz kalacakları olası yükleri karşılayabilecek şekilde tasarlanır ve inşa edilirler. Kule, gökdelen vb. yüksek yapıların tasarımında, az katlı yapıların aksine, yapıya dinamik yük olarak etkiyen depremin yanı sıra, rüzgâr yüklerininde göz önüne alınması gereklidir. Yüksek yapıların, deprem yüküne karşı dirençli olabilmesi yapının olabildiğince hafif-ağırlıklı ve esnek olmasını, şiddetli rüzgârlara karşı yapının dirençli olması ise yapının rijitliğinin olabildiğince yüksek olmasını gerektirmektedir ve her iki yük değerine karşı dayanıklı bir yapının tasarlanması gereklidir. Yapıların sismik ve rüzgâr gibi dinamik yükler karşısındaki davranışlarının farklı kabiliyetlere sahip sensörlerle tam ölçekli izlenmesi, yapıların doğal frekansları, mod şekilleri ve sönüm değerlerine ilişkin dinamik parametrelerin belirlenmesi, yapı sağlıklarının değerlendirilmesi, proje kabullerinin kontrol ve kalibrasyonu yanında, gelecek projelere ışık tutan değerli bir veri ve bilgi alt yapısı oluştururlar.Bu çalışmada, çok katlı betonarme yüksek bir mühendislik yapısının rüzgâr ve sismik yükler karşısındaki dinamik tepkileri GPS ve eğim sensörü kullanılarak eş zamanlı olarak izlenmiştir. Birbirinden farklı özelliklere sahip, 4 tanesi rüzgâr yükü ve 1 tanesi sismik yük olmak üzere toplam 5 farklı veri setinin zaman ve frekans analizleri, Hızlı Fourier Dönüşümü (HFD) ve bir dizi sinyal filtreleme teknikleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Analizler sonucunda, yapının doğal frekanslarının belirlenmesi ve her iki sensörün yapının dinamik davranışlarını yakalama kabiliyetleri açısından katkıları, eksiklikleri, avantaj ve dezavantajları karşılaştırmalı bir yaklaşımla ele alınmış ve tam ölçekli izleme projelerinde sensör entegrasyonuna ilişkin önemli bulgular elde edilmiştir. Ayrıca yapının tam ölçekli izleme sonucu elde edilen frekans değerleri ile analitik modelden elde edilen değerleri karşılaştırılarak yapının analitik modelinin doğruluğu değerlendirilmiştir. Bu çalışma ile ayrıca yapıya etkiyen rüzgâr ve sismik yük tiplerinin yapı üzerindeki dinamik cevaplarının benzerlik ve farklılıkları değerlendirilmiştir.

Abstract:
The engineering structures are designed and constructed to be able to resist against possible load that could be anticipated during expected service and lifetime. Unlike low-rise building, it is necessary to take into account wind loading as much as seismic load as a dynamic load for high-rise structures in design stage. High-rise structures require to be stiffness and heavy against wind load while it require to be flexible and light against seismic force. Hence, it is necessary to design the building resisting these two forces. The monitoring of behaviour of the structures under dynamic loading, such as wind and seismic load, using various sensors which has different ability contribute to determine their dynamic parameters, such as natural frequencies, mode shapes and damping ratio, and provide future projects good and valuable information database as well as evaluating of structural health and control and calibration of project parameters accepted.In this study, multistory reinforced concrete tall building dynamic response to wind and seismic load has been monitored using GPS and inclination sensors simultaneously. Time and frequency analysis of 5 data set consisting of 4 wind load and 1 seismic load have been carried out by employing Fast Fourier Transform (FFT) and a few range of signal processing techniques. Assessing the dynamic measurement quality, reliability and ability of GPS and inclinometers for building monitoring applications, and discussing the strengths and weaknesses of GPS vis-a-vis the use of inclination sensors for monitoring and determining the dynamic response of tall buildings is dealt with comparative approach. It was also obtained some findings on integrating sensors for full scale monitoring project. In addition to these, assessing the accuracy of analytical model of the building was made by comparing frequencies obtained from full scale monitoring and derived from Finite Element Model (FEM). Similarity and difference of building dynamic response to wind and seismic load was evaluated.