TÜBİTAK 2237 Mühendislik Yapılarında Bilimsel Ölçme Teknikleri ile Deprem Sonrası Hasar Tespiti ve Yapı Sağlığı İzlemesi: Teorik, Sayısal ve Deneysel Uygulamalar
Yapı Sağlığı İzleme (YSİ), bir yapının yapısal elemanlarının ve tamamının güvenli bir şekilde işlev gördüğünden emin olmak için yapılan bir takip ve denetim sürecidir. Bu süreç, mühendislik yapılarının inşasından yıkımına kadar olan zaman diliminde yapılabilmektedir. YSİ ile yapının sağlıklı bir şekilde kullanımını amaçlanmaktadır. Aynı zamanda, bu süreç ile yapının güvenliği ve performansı takip edilebilmektedir. YSİ için çeşitli sensörlerden faydalanılmakta olup, genellikle çeşitli hareketleri ve deformasyonları ölçebilen ivmeölçer, şekil değiştirme ölçer, yer değiştirme ölçer, eğim ölçer, optik sensörler, manyetik sensörler, termal sensörler ve benzeri cihazlardan oluşmaktadır. Bu sensörler, yapının hareketlerini, deformasyonlarını, gerilmelerini ölçerek yapıda mevcut ya da oluşabilecek hasarların varlığını belirleyerek yapının güvenliğinin tespitinde önemli bir fayda sağlamaktadır.
Hasar tespiti, bir yapının hasarlı olduğunu veya hasar gördüğünü tespit etmek için yapılan bir süreçtir. Bu süreç, yapının güvenli bir şekilde kullanımını sağlamak amacıyla yapılır. Hasar tespiti ile yapısal elemanların hasarlı olup olmadığı ve bu elemanların güvenli bir şekilde işlev gördüğünün tespiti yapılabilmektedir. Hasar tespitinde, yapının güvenliğini ve performansını belirlemek önemlidir. Hasar tespiti ve YSİ, bir yapının güvenli bir şekilde kullanılabilmesi için önemli iki süreçtir. Bu süreç birbiriyle bağlantılıdır ve yapının güvenli bir şekilde kullanılabilmesi için birlikte çalışırlar. Hasar tespiti sonucunda bir yapıya ait yapısal elemanların hasarlı olduğu tespit edilirse, bu yapısal elemanların onarılması/güçlendirilmesi ya da değiştirilmesi gerekir. Bu elemanların onarım/güçlendirme ya da değiştirilmesi işlemi, YSİ sürecini etkileyecektir ve bu süreçte yapının hareketleri ve deformasyonları tekrar ölçülerek yapının güvenli bir şekilde işlev gördüğünden emin olunacaktır. Bu şekilde, hasar tespiti ve YSİ birlikte çalışarak yapının güvenli bir şekilde kullanılabilmesini sağlamaktadır.
Hasar tespiti veya durum değerlendirmesi analitik/sayısal ve deneysel modeller üzerinden yapılabilmektedir. Analitik/sayısal modellere ait veriler ve deneysel olarak elde edilen veriler kullanılarak aralarında oluşabilecek farklılıkların ölçüm verilerine göre iyileştirilmesi gerekmektedir. Böylelikle analitik/sayısal ve deneysel sonuçlar arasındaki farklılıklar minimum seviyeye indirgenerek, yapının mevcut durumu hakkında bilgi edinilebilmektedir. Deneysel modeller üzerinden elde edilen referans verilerine dayalı olarak çeşitli yöntemler ile yapıların mevcut durumu hakkında bilgi sahibi olunabilmektedir.
Yapıların mevcut durum değerlendirmesi veya hasar tespiti yapılabilmesi için deneysel verilerin uygun bir şekilde elde edilmesi çok önemlidir. Deneysel olarak statik (gerilme, şekil değiştirme ve yer değiştirme vb.) ve dinamik (frekans, mod şekli ve sönüm oranı) tepkiler elde edilerek verilerin işlenmesinde birçok yöntem kullanılmaktadır. Statik tepkileri ölçmek, dinamik tepkileri ölçmekten daha kolay olmasına rağmen mevcut durum değerlendirmesi veya hasarın neden olduğu değişikliklere karşı hassasiyeti daha az olmaktadır. Bu nedenle yapıların değerlendirmesinde dinamik yöntemler daha çok kullanılmaktadır. Yapıların dinamik davranışları frekans, mod şekli ve sönüm oranı gibi dinamik karakteristiklerin elde edilmesi ile belirlenebilmektedir. Bu amaçla en yaygın yöntem Titreşime Dayalı Yöntemlerdir. Titreşime dayalı yöntemlerden en çok Çevresel Titreşim Yöntemi ve Zorlanmış Titreşim Yöntemi kullanılmaktadır. Bu yöntemlerde analitik/sayısal modellerden elde edilen analizler sonucunda modal hareket noktalarına hassas ivmeölçer sensörleri yerleştirilerek sinyaller toplanmakta ve bu sinyaller veri toplama ünitesi aracılığıyla çeşitli yazılımlarda işlenerek yapıya ait dinamik karakteristikler elde edilebilmektedir.
Analitik/sayısal modellerin kullanılmasıyla birlikte, deneysel olarak elde edilen veriler arasında oluşabilecek farklılıkların minimize edilmesi gerekmektedir. Analitik yöntemler, sayısal yöntemlere göre daha kesin sonuç vermesine rağmen kompleks yapılarda analizlerin yapılması zorlu bir süreci kapsamaktadır. Bu nedenle analitik yöntemden daha çok sayısal yöntemler tercih edilmektedir. Sayısal yöntemlerde en çok kullanılan yöntem Sonlu Eleman Analiz Yöntemi’dir. Sonlu eleman analizi, bir yapının statik ve dinamik yükler altında nasıl bir yapısal tepki verdiğini inceleyen sayısal yöntemdir. Bu yöntemde, yapının bir bütün olarak nasıl çalıştığını anlamak için parçalara bölünen yapısal elemanların her bir parçasının nasıl çalıştığı incelenmektedir. Sonlu eleman modeli ile deneysel veriler arasında oluşabilecek farklılıkların iyileştirilmesi işlemi Sonlu Eleman Model Güncelleme olarak tanımlanmaktadır. Sonlu Eleman Model Güncellemesinde deneme yanılma yöntemi veya optimizasyona dayalı algoritmalar kullanılarak model iyileştirmesi yapılabilmektedir. Bu sayede yapının mevcut durumunu yansıtan sonlu eleman modeli elde edilebilmektedir.
Yapı Sağlığı İzleme tüm nümerik ve deneysel çalışmaları içeren çok kapsamlı bir süreçtir. Tüm bu sürecin yönetilebilmesi belirli bir bilgi, birikim ve tecrübe gerektirmektedir. Özellikle aktif deprem kuşağında bulunan ve çok kısa bir süre önce asrın felaketi olarak nitelendirilen bir deprem yaşayan ülkemizde mevcut yapı stoğunun ne kadar zayıf olduğu görülmüştür. Ülkemizde oluşan depremlerin sığ olması merkez üssüne uzak bölgelerde bile şiddetini hissettirerek yapısal hasara ve yıkıma neden olmaktadır. Depremin oluşmasını engelleyemesek de oluşturduğu hasarı azaltabiliriz. Böylesi depremlerle burun buruna yaşayan bir ülke olarak her an yaşanabilecek bir depreme hem yapılarımızı hem de inşaat mühendislerimizi hazır hale getirmeliyiz. Bu etkinlik kapsamında, dünyadaki birçok ülkede yaşam biçimi haline gelen Yapı Sağlığı İzleme süreci ve içeriği ile ilgili meslektaşlarımızı bilinçlendirmek ve farkındalıklarını arttırmak amaçlanmıştır. Bu kapsamda Yapı Sağlığı İzleme sürecinin temelinden başlayıp kullanılan sensörlerin neler olduğu, hangi metotların kullanıldığı, hasar tespit çalışmalarının nasıl yapıldığı ve deneysel ölçüm süreçlerinin nasıl ilerlediği ile ilgili deneysel çalışmalar ile kapsamlı bir eğitim süreci hazırlanmıştır. Bu kapsamdaki bir eğitimin ülkemizde ilk defa yapılıyor olması ayrıca ekstra bir önem taşımaktadır.
Tarih:
06.11.2023 10.11.2023
