Çapraz yay gruplarını kullanan sismik yalıtım sistemi etkinliğinin uygulamada yaygın olarak kullanılan diğer sistemler ile karşılaştırılması
Comparison the effectiveness of seismic isolation system made of spring tube braces with the systems commonly used in practice
Yazar: MUHAMMED ŞÜKRÜ YAVAŞ
Danışman: PROF. DR. ERCAN YÜKSEL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Deprem Mühendisliği ve Afet Yönetimi Enstitüsü / Deprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Deprem Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Sismik taban yalıtımı = Seismic base isolation ; Taban yalıtımı = Base isolation ; Temel ayırıcı sistemler = Base isolation system

Özet:
Çapraz yay gruplarını kullanan yeni bir sismik yalıtım sisteminin etkinliğinin irdelenmesini amaçlayan bu tez çalışmasında, seçilmiş tipik bir betonarme taşıyıcı sistemde uygulamada yaygın olarak kullanılan kurşun çekirdekli kauçuk yalıtım birimi ve sürtünmeli sarkaç yalıtım birimi uygulamaları ile karşılaştırmalar yapılmıştır. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018'de yalıtımlı binalar için tanımlanan özellikler dikkate alınarak tasarlanan üç farklı taşıyıcı sistem yapısal davranış parametreleri ve maliyet analizleri bakımından karşılaştırılmıştır.
Tezin birinci bölümünde, amaç ve kapsam tanımlandıktan sonra sismik yalıtım sistemlerinin gereklilik ve farklılıklarından bahsedilmiştir. Sismik yalıtım sistemleri ile ilgili literatür taraması bu bölümde yer almaktadır.
İkinci bölümde, uygulamada yaygın olarak kullanılan farklı sismik yalıtım sistemleri anlatılmıştır. Farklı sismik yalıtım sistemlerinin kullanıldığı uygulamalardan örnekler verilmiştir. Kurşun çekirdekli kauçuk yalıtım sistemi ile sürtünmeli sarkaç yalıtım sisteminin genel çalışma prensipleri, mekanik özellikleri bu bölümde anlatılmıştır.
Üçüncü bölümde, çapraz yay gruplarını kullanan yeni sismik yalıtım sisteminin özellikleri anlatılmıştır. Bu yeni sismik yalıtım sisteminin özelliklerinin belirlenmesi amacıyla yapılmış sarsma masası deneylerinden bahsedilmiştir. 
Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018'de deprem yalıtım birimleri için tanımlanan kurallar tezin dördüncü bölümünde özetlenmiştir. Ayrıca bazı konularda uluslararası yönetmeliklere atıflar yapılmıştır. Kurşun çekirdekli kauçuk yalıtım birimi ve sürtünmeli sarkaç yalıtım birimleri ile ilgili olarak yönetmelik kurallarının sistematik olarak uygulandığı iki farklı Excel hesap tablosu oluşturulmuştur. Hesap tablolarında yapılan işlemler, genel akış diyagramları üzerinde tanımlanmıştır. 
Beşinci bölümde, seçilen betonarme taşıyıcı sistem için kurşun çekirdekli kauçuk yalıtım birimi ve sürtünmeli sarkaç yalıtım birimleri boyutlandırılmıştır. Bu aşamada farklı üreticiler ile temasa geçilerek hedef etkin periyodların elde edilebileceği ve uygulamada yaygın kullanılan yalıtım birimi boyutları esas alınmıştır. Etkin deprem yükü yöntemi kullanılarak azaltılmış tasarım ivme spektrumları ve sönüm oranları elde edilmiştir. Yalıtım birimi eklenmiş sistemler, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018'de tanımlanan tasarım depremi (DD-2) ve en büyük deprem (DD-1) ivme spektrumlarına göre ölçeklendirilen deprem kayıtları etkisinde zaman-tanım alanında doğrusal olmayan hesap ile incelenmiştir. Bu hesaplar ile yalıtım birimi yatay yerdeğiştirmeleri, yalıtım birimleri üzerindeki eksenel kuvvet değişimleri incelenmiştir.
Altıncı bölümde, çapraz yay gruplarını kullanan sismik yalıtım sisteminin eklendiği betonarme taşıyıcı sistem, aynı deprem kayıtları etkisinde zaman-tanım alanında doğrusal olmayan hesapla incelenmiştir. Çapraz yay gruplarının kullanıldığı durumda elde edilen yapısal büyüklükler, kurşun çekirdekli kauçuk yalıtım birimi ve sürtünmeli sarkaç yalıtım birimleri kullanılarak elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Kullanılan yapısal büyüklükler arasında; yalıtım katı yerdeğiştirmeleri, mutlak kat ivmeleri ve taban kesme kuvvetleri bulunmaktadır. Yalıtım katında gerçekleşen en büyük yerdeğiştirmeler için yapılan karşılaştırmada; çapraz yay gruplarının kullanıldığı sistemde 0.36 m, kurşun çekirdekli yalıtım birimlerinin kullanıldığı sistemde 0.39 m, sürtünmeli sarkaç yalıtım birimlerinin kullanıldığı sistemde 0.46 m olarak elde edilmiştir. En üst katta oluşan en büyük mutlak ivmeler için yapılan karşılaştırmada çapraz yay gruplarının kullanıldığı sistemde 2.79 m/s2, kurşun çekirdekli yalıtım birimlerinin kullanıldığı sistemde 5.72 m/s2, sürtünmeli sarkaç yalıtım birimlerinin kullanıldığı sistemde 5.27 m/s2 olarak elde edilmiştir. Üstyapıya etkiyen taban kesme kuvvetinin bina  ağırlığına oranları için yapılan karşılaştırmada, çapraz yay gruplarının kullanıldığı sistemde 0.094, kurşun çekirdekli yalıtım birimlerinin kullanıldığı sistemde 0.221, sürtünmeli sarkaç yalıtım birimlerinin kullanıldığı sistemde 0.104 olarak elde edilmiştir. Üç farklı sismik yalıtım sisteminin maliyet analizleri farklı üreticilerden alınan tahmini fiyatların ortalamaları esas alınarak gerçekleştirilmiştir. Alttan sabit temelli durum için hesaplanan normalize edilmiş maliyet 1.00 olarak alındığında; çapraz yay gruplarının kullanıldığı sistem için 1.12, kurşun çekirdekli yalıtım birimlerinin kullanıldığı sistem için 1.18, sürtünmeli sarkaç yalıtım birimlerinin kullanıldığı sistem için 1.16 değerleri elde edilmiştir.
Yedinci ve son bölümde, tez çalışmasında elde edilen genel sonuçlar sıralanmıştır. Bu sonuçlara göre, çapraz yay gruplarının kullanıldığı sismik yalıtım sisteminin gerek yapısal istemler, gerekse maliyet bakımından uygulamada yaygın olarak kullanılan yalıtım sistemleri ile karşılaştırılabilir olduğu söylenebilir.

Abstract:
In this thesis, which aims to examine the effectiveness of a new seismic isolation system using cross spring groups, comparisons were made with the applications of lead rubber bearing and friction pendulum bearinng, which are widely used in practice in a selected reinforcement frame system. While considered rules of Turkish Building Seismic Code 2018 for isolated buildings, three different systems were designed and compared in terms of structural behavior parameters and cost analysis.
In the first part of the thesis, after defining the purpose and scope, the requirements and differences of the seismic isolation systems are mentioned. The literature review of seismic isolation systems is included in this section.
In the second part, different seismic isolation systems that are widely used in the application are described. Examples of applications using different seismic isolation systems are given. General working principles and mechanical properties of lead core rubber bearing and friction pendulum bearing are described in this section.
In the third chapter, the features of the new seismic isolation system using cross spring groups are explained. Shake table experiments conducted to determine the properties of this new seismic isolation system are mentioned.
Rules of Turkish Building Seismic Code 2018 for isolation units are summarized in fourth part of the thesis. In addition, some issues have been referred to international sesimic codes. Two different Excel spreadsheets have been created in which the rules of seismic codes are applied systematically regarding the lead core rubber bearing and friction pendulum bearing. Operations made in spreadsheets are defined on general flow charts.
In the fifth section, the lead core rubber isolation system and friction pendulum isolation system are dimensioned for the selected reinforcement frame system. At this stage, by contacting with different manufacturers, the target effective periods can be obtained and the dimensions of the isolation unit commonly used in the application are based on. Reduced design acceleration spectras and damping ratios were obtained using the effective earthquake load method. Isolation unit added systems was examined by non-linear time-history analysis with using earthquake records that scaled according to design earthquake level (DD-2) and max earthquake level (DD-1) acceleration spectrums defined in Turkish Building Seismic Code 2018. With these analysis, the horizontal displacements of the isolation units and axial force changes on the isolation units are examined.
In the sixth section, the reinforcement frame system that added seismic isolation system using cross spring groups is examined with non-linear time-history analaysis under the same earthquake records. The structural parameters obtained when using cross spring groups were compared with the results obtained by using lead core rubber bearing and friction pendulum bearing. Compared structural behaviour parameters are isolated floor displacements, absolute floor accelerations and base shear forces. In the comparison made for the largest displacements  in isolated floor; It was obtained as 0.36 m in the system using cross spring groups, 0.39 m in the system using lead core rubber bearings, and 0.46 m in the system where friction pendulum bearings are used. In the comparison made for the greatest absolute accelerations occurring on the top floor, it was obtained as 2.79 m/s2 in the system using cross spring groups, 5.72 m/s2 in the system where lead core rubber bearings are used, and 5.27 m/s2 in the system where friction pendulum bearings are used. In the comparison made for the ratio of the base shear force acting on the superstructure to the building weight, it was obtained as 0.094 in the system using cross spring groups, 0.221 in the system where lead core rubber bearings were used, and 0.104 in the system where friction pendulum bearings were used. Cost analyzes of three different seismic isolation systems were performed on the basis of the average of estimated prices received from different manufacturers. When the normalized cost calculated for fixed-based system is accepted 1.00;  values were obtained 1.12 for the system using cross spring groups, 1.18 for the system using lead core rubber bearings, and 1.16 for the system using friction pendulum bearings.
In the seventh and last section, the general results obtained in the thesis are listed. According to these results, it can be said that the seismic isolation system using cross spring groups is comparable with the isolation systems that are widely used in practice both in terms of structural demands and cost.