Yakın fay deprem hareketleri etkisi altındaki yapılar için kütle sönümleyicilerin performansı

Abstract

Yakın fay deprem hareketleri yüksek periyotlu ve genlikli darbe tipi titreşimler içermektedir. Bu titreşimlerin adları doğrultu ve sıçrama titreşimleridir. Bu titreşimler sonucunda yapılarda hasara neden olan etkiler oluşmaktadır. Bu çalışmanın amacı, bu titreşimlere göre optimum olarak ayarlanmış kütle sönümleyicisi özelliklerinin araştırıp, çeşitli periyotlu tek serbestlik dereceli ve çok katlı yapıları için titreşimlerin azalmasının sağlanmasıdır.Bu çalışmada kullanılan optimizasyon yöntemleri, doğadan ilhamla geliştirilmiş ve metasezgisel algoritmalar olarak adlandırılan yöntemlerdir. Çalışma kapsamında armoni araştırma algoritması, öğretim öğrenim tabanlı optimizasyon yöntemi ve çiçek tozlaşma algoritması olmak üzere üç metasezgisel algoritma kullanılmıştır.Optimizasyon sonucunda tasarım değişkenleri olan kütle sönümleyicisinin kütlesi, periyodu ve sönüm oranı bulunmaktadır. Optimizasyon işleminde üç adet amaç fonksiyonu tanımlanmıştır. Bu amaç fonksiyonları 1) maksimum yer değiştirme, 2) kütle sönümleyicisinin kollarının maksimum uzaması ve 3) ivme transfer fonksiyonu ile ilgili olup, algoritma içinde elemeler maksimum yer değiştirmeye göre yapılmaktadır.Sayısal örnek olarak periyotları 1.5s, 2.0s ve 2.5s olan üç adet tek serbestlik dereceli sistem ve 10 katlı kesme binasının üstünde bulunan kütle sönümleyici için optimum değerler aranmıştır. Ayrıca, maksimum sönüm oranının 3 farklı durumu incelenmiştir. Optimizasyon esnasında 1.5s, 2.0s ve 2.5s periyotlu tepe hızı 200 m/s olan doğrultu ve sıçrama titreşimleri kullanılmıştır.Sonuç olarak, tüm algoritmalar optimum sonuçların bulunmasında etkilidir fakat sürü tabanlı algoritma olan öğretim öğrenim tabanlı optimizasyon yöntemi ve çiçek tozlaşma algoritmaları kesin sonuçların bulunasında armoni araştırma algoritmasına göre üstündür.

Near fault earthquake motions contain impulsive vibrations with long period and big amplitude. The names of these vibrations are directivity pulses and flint steps. As the results of these vibrations, the effects causing damages on structures are occurred. The aim of this study, is to reduce the vibrations of single degree of freedom structures with various periods and a 10 story shear building by investigating optimally tuned mass dampers for these types of vibrations.The optimization methods used in this study are improved by inspired by nature and named as metaheuristic algorithms. In the study, 3 metaheuristic algorithms called harmony search algorithm, teaching learning based optimization and flower pollination algorithm are used.At the end of the optimization, the design variables such as mass, period and damping ratio of mass damper are found. There are 3 objective functions in the optimization process. The functions are related with 1) maximum displacement, 2) maximum stroke of mass damper and 3) acceleration transfer function and the elimination are done according to maximum displacements.As the numerical example, optimum values of mass dampers positioned on 3 single degree of freedom system with 1.5s, 2.0s and 2.5s period and a 10 story shear building are searched. Also, 3 different cases of maximum damping ratios are investigated. During the optimization process, directivity pulses and flint steps with 1.5s, 2.0s and 2.5s period and 200 m/s peak ground velocity are used.As a conclusion, all algorithms are effective on finding the optimum results, but swarm based algorithm such as teaching learning based optimization and flower pollination algorithms are better in finding precise optimum solutions.