Çelik model köprünün yapı sağlığının gözlenmesi

Abstract

İnşaat mühendisliği yapıları, inşa edildikleri andan itibaren çeşitli kuvvetler etkisi altında kalmaktadır. Bu kuvvetler, deprem, fırtına, trafik yükü, patlama vb. çok çeşitli etkilerdir. Yapının bu gibi kuvvetlerin etkisi altında nasıl davranacağını önceden saptamak, şu anki durumunu değerlendirmek ve varsa hasarları tespit edebilmek için yapı sağlığının gözlenmesi işlemleri yapılmaktadır. Sunulan bu yüksek lisans tez çalışmasında, çelik model bir köprünün yapı sağlığının gözlenmesi süreci içerisinde yer alan sistem tanımlama ve köprünün şu anki davranışını tespit etme işlemi yapılmıştır. Yapı sağlığının gözlenmesinde kullanılan yöntemlerden bahsedilmiş, fakat sadece NExT-ERA ve ERA sistem tanımlama yöntemi deney sonuçlarının analizinde kullanılmıştır. İlgili yöntemler Matlab programı kullanılarak programlanmıştır. Bu çalışma sonucunda, modal parametreler (doğal frekanslar, mod şekilleri, sönüm oranı) elde edilmiştir. Aynı zamanda SAP2000 programı kullanılarak köprünün sayısal bir modeli oluşturulmuş ve bu sayısal model kalibre edilmiştir. Daha sonra modal analizi yapılan çelik köprünün, modal parametreleri bulunmuştur. NExT-ERA ve ERA analizinden elde edilen deney sonuçlarından çıkan mod şekilleri ve SAP2000 programından elde edilen mod şekilleri arasındaki karşılaştırma, modal güvenlik kriteri (MAC) kullanılarak hesaplanmış ve sonuçların birbiriyle uyumlu olduğu görülmüştür. İki farklı sistem tanımlama yöntemiyle elde edilen doğal frekanslar da birbirine yakın değerlerdedir. Bu yöntemlere ek olarak çapraz güç spektrum yöntemi ile tahmini mod şekilleri ve doğal frekanslar elde edilmiştir. Bir diğer modal parametre olan sönüm oranı ise, NExT-ERA, ERA, yarım güç bant kalınlığı yöntemi ve logaritmik azalma yöntemi ile hesaplanmıştır. Fakat sönüm oranı sonuçlarının çeşitli etkenler sebebiyle birbirinden farklılık gösterdiği görülmüştür. Buna karşın bulunan sonuçlar makul sayılabilecek seviyelerdedir.

Civil engineering structures are exposed to various dynamic effects such as earthquakes, storms, traffic loads, blast etc during their lifetime. So Structural Health Monitoring techniques are used on structures to determine how to behave against these effects , to evaluate the current condition of structures right now and to detect damage if there is any. In this M. Sc. thesis, system identification of a model steel bridge has been performed and calibrated finite element model of the bridge is obtained. Although there are many different system identification types, in this study only NExT-ERA and ERA methods are used. Methods are programmed using Matlab. As a result of this study, modal parameters (mode shapes, natural frequencies, damping ratios) of the structure has been estimated. On the other hand, modal assurance criteria is calculated to mode shapes between NExT-ERA, ERA results and SAP2000 analysis results. It has been shown that mode shapes are in good agreement with each other. Natural frequencies, obtained from NExT-ERA and ERA, are also in good agreement. In addition to these methods, mode shapes and natural frequencies have been estimated by using Cross Power Spectrum method. Besides NExT-ERA and ERA methods, to further estimate damping ratios half-power bandwidth, logarithmic decrement methods are used. Damping results estimated using different methods are found to be different from each other. In spite of this, estimated damping ratio results are reasonable.