GÜÇLENDİRİLMİŞ TUĞLA DUVAR DENEYLERİNDE YÜK-DEFORMASYON
ÖLÇÜMLERİNİN POTANSİYOMETRİK DEPLASMAN SENSÖRLER İLE
BELİRLENMESİ
A. CUMHUR1
1
Hitit Üniversitesi, Meslek Yüksekokulu, İnşaat Bölümü,
Çorum, [email protected]
Özet
Türkiye'deki yapıların büyük bir kısmının taşıyıcı sistemleri kolon ve kirişlerden oluşmaktadır. Yapının
deprem davranışlarının iyileştirilmesinde tuğla duvarların güçlendirilmesi önemli bir alternatif
oluşturmaktadır. Güçlendirilmiş tuğla duvarların dayanım ve davranışlarının deneysel çalışmalarla
belirlenebilmesi için deplasman sensörlere ihtiyaç vardır. Bu çalışmada, inşaat mühendisliği yapı
mekaniği laboratuvarında kullanılan potansiyometrik deplasman sensörler incelenmiştir. Ayrıca
güçlendirilmiş tuğla duvar deneylerinde yük-deformasyon ölçümleri potansiyometrik deplasman
sensörler kullanılarak belirlenmiştir. Potansiyometrik deplasman sensörler, deformasyon uygulaması
için en direkt ve etkili çözümlerden biridir. Çok küçük bir ölçüm aralığı için çok yüksek çözünürlükte
ölçüm yapabilen (0.01mm hassasiyetinde) çeşitli versiyonları vardır. Diğer deplasman ölçerlerden (lvdt
vb.) maliyetinin oldukça düşük olması mühendislik alanında deneysel çalışmalarda hem tercih sebebi
olmakta hem de uygulanabilme açısından önemli avantajlar sağlamaktadır.
Anahtar kelimeler: Potansiyometrik deplasman sensörleri, tuğla duvar, güçlendirme
DETERMINATION OF LOAD-DEFORMATION MEASUREMENTS BY MEANS OF
POTENTIOMETRIC DISPLACEMENT SENSORS IN REINFORCED BRICK WALL
EXPERIMENTS
Abstract
Carrier systems consist of columns and beams in a large portion of the buildings in Turkey.
Strengthening of brick walls play an important alternative role in improving the seismic behavior of
structures. Displacement sensors are needed in order to determine the reinforced brick wall strength and
behavior with the experimental studies. In this study, potentiometric displacement sensors, used in
structures mechanics laboratory of civil engineering, are examined. Moreover, load-deformation
measurements were determined in the of the reinforced brick wall experiments with potentiometric
displacement sensors. Potentiometric displacement sensors are one of the most direct and effective
solutions for application of the deformation. There are several versions measuring very high resolution
(0.01mm accuracy) for a very small measuring range. These sensors have the advantages in terms of
having relatively low costs when compared to other displacement sensors (lvdt, etc.). That's why they are
mostly preferred and applicable in the experimental studies in the field of engineering.
Keywords: Potentiometer displacement sensors, brick wall, strengthening
HKMO-Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
7. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
15-17 Ekim 2014, Hitit Üniversitesi - Çorum
Güçlendirilmiş tuğla duvar deney. yük-def. ölçümlerinin potansiyometrik dep. sensörler ile belirlenmesi
1. Giriş
Betonarme binaların depreme karşı güçlendirilmesi ve özellikle de olası göçmelerin önlenerek can ve mal
kayıplarının en aza indirilmesi gerekmektedir(DBYBHY,2007)1. Alternatif güçlendirme yöntemi olarak
tuğla duvarlar genişletilmiş metallerle güçlendirilerek deneysel çalışmalar yapılmıştır. Yapılan bu
deneysel çalışmalarda referans ve güçlendirilmiş deney elemanlarının dayanım ve davranışların
belirlenebilmesi için yük ve deplasmanların hassas bir şekilde ölçülerek kayıt altına alınması
gerekmektedir. Gazi Üniversitesi, İnşaat mühendisliği, Yapı mekaniği laboratuvarında yapılan bu
deneylerde ölçümler için potansiyometrik deplasman sensörler kullanılmıştır.
2. Yöntem
Deneyleri yapılacak referans ve güçlendirilmiş tuğla duvarlar 1m×1m ölçülerinde üretilmiştir. Deneyler
boyunca tuğla duvarların boyutu ve duvarların güçlendirilmesi için kullanılan genişletilmiş metallerin
boyutları sabit kalmıştır. Deney elemanlarının tek düze yükler altında deformasyon ölçümleri
potansiyometrik deplasman sensörler ile dört farklı yerden yapılacaktır. Bu ölçümlerde parametre;
a) Duvarın ön yüzünde, düşey köşegendeki yüke bağlı deformasyonu (kısalma) ölçmek,
b) Duvarın arka yüzünde, yatay köşegendeki yüke bağlı deformasyonu (uzama) ölçmek,
c) Rijit çerçevenin ön yüz alt mafsalda, düşey köşegendeki yüke bağlı deformasyonu (kısalma) ölçmek,
d) Rijit çerçevenin arka yüz alt mafsalda, düşey köşegendeki yüke bağlı deformasyonun (kısalma)
ölçülmesi olacaktır.
3. Deneysel Çalışma
3.1. Deney Çerçevesi
Deney çerçevelerine köşegen ekseninden etkiyen tek düze yükler bir çelik çerçeve yardımıyla
uygulanmıştır. Çelik çerçevenin dört köşesinde mafsallı birleşimler yer almaktadır. Burada asıl amaç,
1
Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik
Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
7. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
15-17 Ekim 2014, Hitit Üniversitesi - Çorum
Güçlendirilmiş tuğla duvar deney. yük-def. ölçümlerinin potansiyometrik dep. sensörler ile belirlenmesi
BA2 çerçevede bulunan yapı elemanları (kolonlar, kiriş, temel) tarafından çevrelenen güçlendirilmiş ve
sıvanmış tuğla dolgu duvarlara uygulanan yükleri gerçeğe en yakın şekilde simüle etmektir
(Seydanlıoğlu, 2013). Köşegen ekseninden etkiyen yükler hidrolik kriko yardımıyla çerçevenin alt
tarafından uygulanmıştır. Çerçevenin 1000kN yük kapasitesine sahip olması düşünülmüş ve bu yükü
karşılayabilecek kapasitede tasarlanmıştır. Rijit çerçeve, Şekil 1’de belirtilmiştir.
Şekil 1. Rijit Çerçeve
3.2. Yükleme Düzeneği
Deney platformunun üst tarafına bir yük hücresi ve alt tarafına hidrolik kriko monte edilmiştir. Hidrolik
kriko vasıtasıyla çerçevenin alt tarafından düşey yönde yukarı doğru deney çerçevesine yük
uygulanmıştır. Şekil 2’de deney çerçevesinin platform üzerine yerleştirilmiş hali ve deney düzeneği
gösterilmektedir(Altundal v.d., 2014).
2
Betonarme
Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
7. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
15-17 Ekim 2014, Hitit Üniversitesi - Çorum
Güçlendirilmiş tuğla duvar deney. yük-def. ölçümlerinin potansiyometrik dep. sensörler ile belirlenmesi
Şekil 2. Deney Düzeneği3
3.3. Yükleme Programı
Deney elemanları rijit çerçeveye dört köşeden uygulanan işkenceler ile çerçevenin içine yerleştirilmiştir.
Düşey yük ise çerçevenin alt tarafından hidrolik kriko vasıtasıyla çerçeveye ve dolgu duvara köşegen
ekseninden etkiyen yükler olarak uygulanmıştır.
Yükleme hızı başlangıçta 20mm deformasyona kadar 10 birim, her 10mm’lik deformasyon artışında 5
birim kontrollü artırılarak yapılmıştır. Deney elemanlarının deplasmana bağlı yükleme hızları, Tablo 1’de
verilmiştir(Altundal v.d., 2014).
3
Deney düzeneği Gazi Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Yapı Mekaniği Laboratuvarında kurulmuştur.
Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
7. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
15-17 Ekim 2014, Hitit Üniversitesi - Çorum
Güçlendirilmiş tuğla duvar deney. yük-def. ölçümlerinin potansiyometrik dep. sensörler ile belirlenmesi
Tablo 1. Deney Elemanlarına Deplasmana Bağlı Uygulanan Yükleme Hızları
Deney Yükleme Hızı
Deney Elemanları
Deplasmanlar (mm)
(Otomatik)
R1
R2
B1.5-100
B1.5-150
B1.5-200
B2-100
B2-150
B2-200
…
0-20
10
20-30
30-40
40-50
50-60
60-70
70-80
80-90
90-100
≥100
15
20
25
30
35
40
45
50
50
3.4. Ölçme Düzeni
Deneyler sırasında yük ölçümü için 100 ton kapasitesinde bir yük hücresi ile 100 ton kapasiteli, basma
tipi, hareketli, çift tahrikli piston kullanılmıştır. Testi yapılan dolgu duvarların ve deney çerçevesinin yük
etkisi altında yaptığı deplasmanları ölçebilmek için 0.01 mm hassasiyetle ölçüm yapabilen 2 adet 50mm
yaylı doğrusal potansiyometrik deplasman sensörü (LPS 50) ve 2 adet 400mm milli doğrusal
potansiyometrik deplasman sensörü (LPT 400) kullanılmıştır. Kullanılan bu Potansiyometrik deplasman
sensörler ile gelen veriler bir veri toplama sisteminden (elektronik veri kayıt cihazı) geçtikten sonra
bilgisayara kaydedilmiştir.
Veri toplama sistemi4, 16bit ölçüm çözünürlüğüne sahip ölçüm hassasiyetinde ve kanal başına saniyede 8
örneğe kadar veri toplayabilen bir veri toplama sistemidir. Veri toplama sisteminin temel fonksiyonu,
sensörlerden gelen, yavaş değişen (statik/yarı-statik) sinyallerin dijital veriye çevrilerek bilgisayar
ortamına aktarılmasıdır. Tümleşik sinyal işleme ünitesi sayesinde çok sayıda sensör türü ile hiç bir ek
parçaya ihtiyaç duymadan ölçüm alınabilir(Teknik Destek Grubu, 2014).
4
Veri toplama sistemi (elektronik veri kayıt cihazı) Teknik Destek Grubu Bilimsel Ölçme Ltd. Şti. tarafından temin
edilmiştir.
Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
7. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
15-17 Ekim 2014, Hitit Üniversitesi - Çorum
Güçlendirilmiş tuğla duvar deney. yük-def. ölçümlerinin potansiyometrik dep. sensörler ile belirlenmesi
Deney sistemimizde yük hücresi (load cell), hidrolik kriko ve potansiyometrik deplasman sensörü
kullanılmıştır. İhtiyaca göre diğer ölçme uygulamaları için de gerinim pulu (strain gauge), basınç
transdüşeri (Pressure Transducer) ve ısıl çift (Thermocouple) kullanılabilir. Deney sistem ekipmanları
İnşaat Mühendisliği, Deprem Mühendisliği ve diğer mühendislik fakültesi üniversite laboratuvarları,
kamu ve özel etüt laboratuvarları, endüstriyel tesislerin AR-GE laboratuvarları vb. birçok uygulama
alanlarına sahiptir(Şekil 3).
Şekil 3. Deney Sistem Ekipmanları (Teknik Destek Grubu, 2014)
Potansiyometrik deplasman sensörler, çeşitli kapasitelerdeki olmakla birlikte deney esnasında okunan
deplasman verilerini elektrik sinyallerine dönüştürerek verilerin zamana bağlı olarak bilgisayara
aktarılmasını sağlayan sensörlerdir(Şekil 4).
Şekil 4. Potansiyometrik deplasman sensörleri5
Deneye hazır sistem ile yapılan tüm deneyler için hem video çekimi yapılmakta hem de deneylerdeki veri
ve grafikler de kayıt altına alınmıştır(Şekil 5-6).
5
Potansiyometrik deplasman sensörleri Teknik Destek Grubu Bilimsel Ölçme Ltd. Şti. tarafından temin edilmiştir.
Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
7. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
15-17 Ekim 2014, Hitit Üniversitesi - Çorum
Güçlendirilmiş tuğla duvar deney. yük-def. ölçümlerinin potansiyometrik dep. sensörler ile belirlenmesi
Şekil 5. Deneylerde yapılan video kayıt
Şekil 6. Deneylerdeki veri ve grafiklerin kaydı
Deneyler süresince, tuğla duvar deney elemanlarının maksimum köşegen deplasmanı ile yükün değişimi
bilgisayarın ekranında yük-deplasman grafiği olarak çizdirilmiştir. Her deneyden önce Potansiyometrik
deplasman sensörlerin kalibrasyonları kontrol edilmiştir. Her Potansiyometrik deplasman sensörlere bir
kod adı (LPS ve LPT) verilmiştir. Ölçüm sisteminde duvarın her iki köşegen (yatay ve düşey) boyunca
deplasmanı ölçmek için 2 adet, çelik çerçevenin altından ön ve arka tarafına da yük doğrultusunda (düşey
doğrultuda)
deplasmanları
ölçmek
için
2
adet
daha
Potansiyometrik deplasman
sensörler
kullanılmıştır(Şekil 7).
LPS 50 Ön: Deney elemanının ön yüzünde, düşey köşegendeki yüke bağlı deformasyonu (kısalma)
ölçmek için alt köşesine montajı yapılan 50mm yaylı doğrusal potansiyometrik deplasman sensörü,
LPS 50 Arka: Deney elemanının arka yüzünde, yatay köşegendeki yüke bağlı deformasyonu (uzama)
ölçmek için sağ köşesine montajı yapılan 50mm yaylı doğrusal potansiyometrik deplasman sensörü,
LPT 400 Ön: Rijit çerçevenin ön yüzündeki alt mafsalda, düşey köşegendeki yüke bağlı deformasyonu
(kısalma) ölçmek için piston üst tablasına montajı yapılan 400mm ölçüm yapabilen milli doğrusal
potansiyometrik deplasman sensörü,
Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
7. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
15-17 Ekim 2014, Hitit Üniversitesi - Çorum
Güçlendirilmiş tuğla duvar deney. yük-def. ölçümlerinin potansiyometrik dep. sensörler ile belirlenmesi
LPT 400 Arka: Rijit çerçevenin arka yüzündeki alt mafsalda, düşey köşegendeki yüke bağlı
deformasyonu (kısalma) ölçmek için piston üst tablasına montajı yapılan 400mm ölçüm yapabilen milli
doğrusal ikinci potansiyometrik deplasman sensörü.
Ön Yüz
Arka Yüz
Şekil 7. Deney Düzeneğinin Ön ve Arka Yüzündeki Potansiyometrik Deplasman Sensörlerin Yerleşimi
ve Deney Elemanlarının Yük-Deformasyon Ölçümlerinin Yapılması
3.5. Potansiyometrik Deplasman Sensörler ile Yük-Deformasyon Grafiklerinin Belirlenmesi
Potansiyometrik deplasman sensörler kullanılarak referans ve güçlendirilmiş tuğla duvar deney
elemanlarının yük-deformasyon verileri yapılan deneysel çalışmalar sonucunda belirlenmiştir. Ayrıca
referans ve güçlendirilmiş tuğla duvar deney elemanları karşılaştırmalı olarak kıyaslanmıştır(Şekil 8-11).
Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
7. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
15-17 Ekim 2014, Hitit Üniversitesi - Çorum
Güçlendirilmiş tuğla duvar deney. yük-def. ölçümlerinin potansiyometrik dep. sensörler ile belirlenmesi
Şekil 8. Referans Deney Elemanlarının Potansiyometrik Deplasman Sensörler Kullanılarak Oluşturulan
Yük- Deformasyon Grafiği
Şekil 9. Bulon Aralıklarına Göre Güçlendirilen Deney Elemanlarının Potansiyometrik Deplasman
Sensörler Kullanılarak Oluşturulan Yük- Deformasyon Grafiği
Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
7. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
15-17 Ekim 2014, Hitit Üniversitesi - Çorum
Güçlendirilmiş tuğla duvar deney. yük-def. ölçümlerinin potansiyometrik dep. sensörler ile belirlenmesi
Şekil 10. Genişletilmiş Metalin Farklı Kalınlıklarına Göre Güçlendirilen Deney Elemanlarının
Potansiyometrik Deplasman Sensörler Kullanılarak Oluşturulan Yük- Deformasyon Grafiği
Şekil 11. Genişletilmiş Metalin Uygulama Yerine Göre Güçlendirilen Deney Elemanlarının
Potansiyometrik Deplasman Sensörler Kullanılarak Oluşturulan Yük- Deformasyon Grafiği
Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
7. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
15-17 Ekim 2014, Hitit Üniversitesi - Çorum
Güçlendirilmiş tuğla duvar deney. yük-def. ölçümlerinin potansiyometrik dep. sensörler ile belirlenmesi
Sonuç ve Öneriler
Mühendislik uygulamalarında, laboratuvar deneylerinde ve diğer uygulamalarda potansiyometrik
deplasman sensörler yük, deformasyon, gerilme vb. ölçümleri yapılabilmektedir. Ayrıca diğer deplasman
ölçerlere göre (lvdt vb.) daha ekonomiktirler.
Potansiyometrik deplasman sensörler kullanılarak yapılan deneysel çalışmalarda hassas ölçümler
(saniyede 8 adet veri kaydı) kayıt altına alınmıştır. Bu durum özellikle deney süresince yapılan gözlemler
ve deneysel çalışma sonuçlarının değerlendirilmesi açısından oldukça önemlidir.
Potansiyometrik deplasman sensörler kullanılarak yapılan deneysel çalışmalar ile elde edilen yükdeplasman grafikleri ile istenilen hangi yükte ne kadar deplasman yapabildiği, farklı şekillerde
güçlendirilen bütün deney elemanlarının maksimum yük (taşıma kapasitesi) ve deformasyon miktarları
belirlenerek nümerik çalışmalar için kullanılabilecektir.
Yapılan deneysel çalışmalar sonucu bulunan yük-deformasyon grafiklerinden yararlanarak güçlendirilmiş
tuğla duvar deney elemanlarının rijitlik, süneklik ve enerji dönüştürme kapasitesi belirlenebilecektir.
Potansiyometrik deplasman sensörler, tek düze yükler altında, tersinir tekrarlanır yükler altında ve
dinamik yükler altındaki deneylerde güvenilir bir şekilde kullanılabilir.
Kaynaklar
Altundal, A., Aykaç, S., Cumhur, A., (2014). “Tuğla Dolgulu Duvarların Genişletilmiş Sac
Levhalar ile Güçlendirilmesi”, Sakarya Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projesi, Proje No : 201201-04-019 , Sakarya.
Seydanlıoğlu M., (2013). Delikli Çelik Levhalarla Güçlendirilmiş Tuğla Duvarların Tekdüze
Yükler Altındaki Davranışı, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü,
Ankara.
T.C. Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında
Yönetmelik, 2007. Ankara, Türkiye.
Teknik Destek Grubu, (2014). Ankara
http://www.teknikdestek.com.tr
Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
7. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
15-17 Ekim 2014, Hitit Üniversitesi - Çorum
Download

2. Muhendislik Olcmeleri Sempozyumu