Yiğit C.Ö., İnal C., Li X., Ge L., Rizos C., Yetkin M., Arslan M.H

Transkript

TMMOB
HARøTA VE KADASTRO MÜHENDøSLERø ODASI
RIXOS HOTEL BøNASININ RÜZGAR YÜKÜ KARùISINDAKø
TEPKøSøNøN GPS VE YÜKSEK PRESøZYONLU EöøM SENSÖRÜ
VERøLERø øLE ANALøZø VE SENSÖRLERøN KARùILAùTIRILMASI
C.Ö. YøöøT1,2, C. øNAL1, X. LI2, L. GE2, C. RIZOS2, M. YETKøN1, M. H. ARSLAN3, S.
DOöANALP1
1
2
Selçuk Üniversitesi, Mühendislik MimarlÕk Fakültesi, Harita Mühendisli÷i Bölümü, Konya, [email protected], [email protected],
[email protected] , [email protected]
School of Surveying & Spatial Information Systems, University of New South Wales, Australia, [email protected] , [email protected] ,
[email protected]
3
Selçuk Üniversitesi, Mühendislik MimarlÕk Fakültesi, ønúaat Mühendisli÷i Bölümü, Konya, [email protected]
Özet
Yüksek binalar rüzgar yükü altÕnda statik, quasi-statik ve dinamik(resonans) olmak üzere üç bileúen
úeklinde tepki göstermektedir. Objenin bu üç bileúeninin izlenmesi ve belirlenmesi farklÕ özellikleri
ortaya çÕkaran GPS, ivme sensörü ve e÷im sensörü vb. gibi sensörlerin bir arada kullanÕlmasÕnÕ
gerektirmektedir. YapÕlarÕn izlenmesinde kullanÕlan bu sensörlerin veri toplama frekansÕ ve veri
kalitesi açÕsÕndan birbirlerine göre üstünlükleri ve zayÕflÕklarÕ mevcuttur. Bu sensörlerin izleme
projelerinde birlikte kullanÕlmasÕ obje hakkÕnda önemli bilgileri sa÷lanmasÕndan dolayÕ büyük öneme
sahiptir.
GPS ile do÷rudan deplasman de÷erleri ölçülebilirken, alÕcÕ ve izlenen obje etrafÕndaki yansÕtÕcÕ
yüzeylerden kaynaklanan çok yolluluk hatasÕ veri kalitesini düúürmektedir. Bu hata ile yüklü zaman
serisi uygun bir filtreleme yöntemi ile giderilmedikçe binanÕn rüzgar yükü karúÕsÕndaki gerçek statik
ve quasi-statik tepkileri belirlenememektedir. SÕcaklÕk farkÕnÕn çok de÷iúmemesi úartÕyla e÷im sensörü
verilerinin baúka bir dÕú etkiden etkilenmemesi GPS in bu eksik tarafÕnÕ tamamlamaktadÕr.
Bu çalÕúmada, 30 katlÕ Rixos Hotel BinasÕnÕn rüzgar yükü altÕndaki davranÕúÕ GPS ve Yüksek
Presizyonlu E÷im Sensörü ile eú zamanlÕ olarak izlenmiútir. Bu iki sensörden toplanan veriler zaman
ve frekans alanÕndaki analizler yardÕmÕyla de÷erlendirilmiútir. GPS ölçmelerinin bina üzerindeki
yansÕtÕcÕ yüzeyler sebebiyle çok yolluluk hatasÕyla yüklü oldu÷u tespit edilmiútir. Her iki sensör
verilerinin frekans alanÕnda yapÕlan analizleri sonucunda sensörlerden elde edilen sonuçlarÕn birbiriyle
ve Sonlu Elemanlar Yöntemi(SEM) ile elde edilen 1. mod frekansÕ ile uyumlu oldu÷u tespit edilmiútir.
AyrÕca bu çalÕúma ile, rüzgar yükü altÕnda bina davranÕúlarÕnÕn izlenmesinde GPS ve e÷im
sensörlerinin birbirlerine göre üstün ve zayÕf yönleri ortaya çÕkarÕlmÕú ve bu sensörlerin birlikte
kullanÕlmasÕnÕn önemi üzerine bulgular elde edilmiútir.
Anahtar kelimeler : Rüzgar yükü, Yüksek binalar, GPS ve e÷im sensörü, Tam ölçekli izleme
ANALAYSIS OF WIND-INDUCED RESPONSE OF RIXOS HOTEL BUILDING
BASED ON DATA COLLECTED BY GPS AND PRECISE INCLINATION SENSOR
AND COMPARISON OF THE SENSORS
Abstract
Wind-induced response of tall buildings consists of three component: static, quasi-static and resonant.
It is necessary to use different sensors together such as GPS, accelerometer, inclination sensor and
etc.in order to monitor and identify these three componenst of tall building. There are some difference
among these sensors used in monitoring project considering data sampling rate and data quality such
as accuracy and precision. Using different sensors together and its integration for monitoring project
are very important because of providing and exploring valuable information of structures.
4. ULUSAL MÜHENDøSLøK ÖLÇMELERø SEMPOZYUMU
14-16 Ekim 2009 / KTÜ - TRABZON
111
TMMOB
Although GPS is capable of measuring absolute displacement directly, multipath distort the code C/A
and P code and the carrier phase observations due to reflected surface surrounding GPS receivers
and as a result, multipath error decrease data quality . it is impossible to detect real static and quasistatic displacement of structures unless multipath error is removed by proper mitigation algorithm.
Inclination sensor may compensate this weakness of GPS caused by multipath provided that ambient
temperature difference is stable during event.
In this study, behaviour of Rixos Hotel buildings with 30 stories under wind loading has been
monitored by GPS and inclination sensors simultaneously. Data collected by these sensors have been
analyzed in time and frequency domain. It was found out GPS observation distorted by multipath
error because of reflected surface on building. According to analyse results in frequency domain, the
two sensor show good agreement with each other and first mode natural frequency of building
obtained by both observations and Finite Element Model is close with acceptable tolerance. In
addition , the strength and weakness of GPS and the inclination sensors in monitoring the reactions of
the tall buildings under wind loading conditions were evaluated and importance of the integration of
these two sensor was discussed as well.
Keywords: Wind loading, Tall building, GPS and inclination sensor, Full-scale monitoring.
1. Giriú
Günümüzde geniú ve yüksek binalarÕn sayÕsÕnda dikkate de÷er bir artÕú gözlenmektedir. Asma köprüler
ve yüksek binalar gibi mühendislik yapÕlarÕ deprem, rüzgar vb. yükler karúÕsÕnda esnek ve dayanÕklÕ
olacak úekilde tasarlanÕrlar. Yüksek binalarÕn deprem yüküne karúÕ dirençli olabilmesi yapÕnÕn
olabildi÷ince hafif-a÷ÕrlÕklÕ ve esnek olmasÕnÕ, úiddetli rüzgarlara karúÕ yapÕnÕn dirençli olmasÕ ise
yapÕnÕn rijitli÷inin olabildi÷ince yüksek olmasÕnÕ gerektirmektedir(Li v.d. 2008). Özellikle
depremlerin cok oldugu Japonya ve Türkiye gibi ülkelerde bu iki farklÕ tasarÕm ölçütlerinin göz
önünde bulundurulmasÕ ve her iki yük de÷erine karúÕ dayanÕklÕ bir binanÕn tasarlanmasÕ zorunludur.
YapÕlarÕn deprem ve rüzgar gibi yüklere cevabÕ temel olarak üç bileúen úeklinde olmaktadÕr. Bu
bileúenler ortalama sabit bir yükle etki eden güçlerin neden oldu÷u statik bileúen, düúük-frekanslÕ
yüklerin sebep oldu÷u quasi-statik bileúen ve yapÕlarÕn 1. moduna yakÕn olan frekansdaki güçlerin
sebep oldu÷u resonans(dinamik) bileúen(Tamura 2003, Li 2006). YapÕlarÕn yükler karúÕsÕnda tepki
olarak ortaya çÕkardÕ÷Õ yapÕsal titreúim köprülerde düúey deplasmanlara, kule, yüksek bina ve
gökdelenlerde yatay deplasmanlara sebep olmaktadÕr. YapÕlarÕn deplasman de÷erleri bu türden
mühendislik yapÕlarÕnÕn güvenli÷inin de÷erlendirilmesi için anahtar bir parametredir. YapÕlarÕn hem
statik hem de dinamik deplasman de÷erlerinin do÷rudan ölçülmesinde GPS en etkili araçlardan
birisidir. Günümüze kadar bir çok yüksek mühendislik yapÕsÕ deprem ve rüzgar yükü karúÕsÕndaki
tepkimeleri GPS ile ölçülmüútür(Lovse v.d. 1995, Hristopulos v.d. 2007, Çelebi v.d. 2002, Tamura
v.d. 2002, Park 2008, Breuer v.d. 2008). Tamura(2002) GPS ile 2 Hz den düúük ve 2 cm de büyük
olan titreúim genliklerinin belirlenebilece÷i belirtilmiútir. Chan (2006) yaptÕ÷Õ bir çalÕúmasÕnda GPS in
hem yatay hem de düúey yöndeki dinamik ölçme do÷rulu÷unu de÷erlendiren bir simulasyon çalÕúmasÕ
yapmÕútÕr. Bu çalÕúma sonucunda, 1 Hz ve daha düúük frekanslÕ titreúimlerin yatayda 5 mm den
düúeyde de 10 mm den düúük genlikli olmamasÕ koúuluyla GPS ile deplasmanlarÕnÕn güvenilir bir
úekilde ölçülebilece÷i sonucuna ulaúmÕútÕr.
GPS ölçüleri alÕcÕ etrafÕndaki sinyal yansÕmasÕna sebep olan yansÕtÕcÕ yüzeylerden etkilendi÷inden
yapÕlarÕn sabit rüzgar yükünün etkisi ile oluúan quasi-statik tepkimelerinin do÷ru belirlenmemesine
sebep olmaktadÕr(Li 2006). Böyle durumlarda GPS ölçülerindeki sinyal yansÕma etkisinin uygun
sinyal filtreleme modelleri ile giderilmesi gerektirmektedir. Sinyallerin yansÕma etkisinden
arÕndÕrÕlmasÕ ölçünün yapÕldÕ÷Õ günü takip eden gün ve günlerde aynÕ ölçme zaman diliminde fazladan
bir ölçme iúlemini zorunlu kÕlmaktadÕr. YansÕma hatasÕ yapÕlarÕn quasi-statik deplasmanlarÕnÕn
belirlenmesi açÕsÕndan GPS in etkinli÷ini düúürmektedir. YapÕlarÕn yükler altÕndaki daha yüksek
frekanslarÕnÕn izlenmesi ve tam ölçekli bir izleme ve analizin gerçekleúmesi için GPS’e ilave olarak
ivme vb. sensörleri de kullanÕlarak bir çok çalÕúma gerçekleútirilmiútir(Li v.d. 2006, Ogaja v.d. 2001,
112
TMMOB
Brownjohn 2004). GPS ve geoteknik sensörlerle yapÕ davranÕúlarÕnÕn belirlenmesi yanÕnda robotic
total station vb. gibi jeodezik ölçme aletlerinin dinamik hareketleri izleme performansÕ üzerine de
araútÕrmalar gerçekleútirilmiútir(Gikas v.d 2005,2006, Danisch 2008).
FarklÕ sensörlerle elde edilen ölçmeler sonucu yapÕlarÕn do÷al frekanslarÕnÕn belirlenmesi yapÕ
sa÷lÕ÷ÕnÕn ve bütünlü÷ünün de÷erlendirilmesi açÕsÕndan en önemli parametrelerden birisidir. YapÕlarÕn
do÷al frekanslarÕnÕn ve sönümlenme oranlarÕnÕn belirlenmesi, proje kabüllerinin kontrol ve
kalibrasyonu, analitik modellerin de÷erlendirilmesi ve iyileútirilmesi ilgili mühendislik yapÕlarÕnÕn
farklÕ kabiliyetlere sahip sensörlerle farklÕ yükler altÕndaki davranÕúlarÕnÕn izlenmesinin önemini ön
plana çÕkarmaktadÕr.
YapÕlarÕn tam ölçekli izlenmesi ve dinamik testleri yapÕlarÕn davranÕúlarÕ ve performanslarÕnÕn
de÷erlendirilmesine iliúkin de÷erli bilgiler sa÷larlar. YapÕlarÕn modal parametreleri olarak adlandÕrÕlan
do÷al frekanslarÕ, mod úekilleri ve modal sönüm de÷erleri ile sistem parametreleri olarak adlandÕrÕlan
rijitlik, kütle ve sönümleme matrisi, ölçülen dinamik cevaplardan elde edilebilir. Bu tanÕmlanmÕú
parametreler daha sonra yapÕnÕn performansÕnÕ de÷erlendirmek için kullanÕlabilir ve yapÕnÕn analitik
modelleri bu parametreler kullanÕlarak de÷erlendirilebilir(Salawu v.d. 1995). Buna ilave olarak,
ölçmeler sonucu belirlenen parametreler yardÕmÕyla analitik modele yapÕlacak yeni ilaveler yardÕmÕyla
daha gerçekci modeller elde edilebilir.
Bu çalÕúmada, 30 katlÕ betonarme binanÕn rüzgar yükü karúÕsÕndaki davranÕúÕ GPS ve e÷im sensörü ile
eú zamanlÕ olarak izlenmiú ve ölçüler frekans alanÕnda analiz edilmiútir. Deney süresince rüzgara
iliúkin hÕz ve yön bilgileride anemometre ile kayÕt edilmiútir. Ölçüler frekans alanÕnda hÕzlÕ fourier
yöntemi ile analiz edilerek binanÕn do÷al frekans de÷erleri incelenmiútir. Hesap sonucu ortaya
çÕkarÕlan do÷al frekans de÷eri ile binanÕn SEM ile hesaplanmÕú frekans de÷erleri karúÕlaútÕrÕlmÕútÕr.
AyrÕca GPS ve e÷im sensörünün yüksek binalarÕn rüzgar yükü karúÕsÕndaki dinamik bileúenini ölçme
performanslarÕ de÷erlendirilmiútir.
2. YapÕya iliúkin temel bilgiler ve bina üzerindeki sensör konumlarÕ
Rixos otel binasÕ toplamda 30 katlÕ olup 100 m yüksekli÷indedir. Temel alanÕ 685 m2 dir. Bina kuzeygüney yönünde 20 m, do÷u-batÕ yönünde 52 m dir. BinanÕn taúÕyÕcÕ sistemi betonarme olup, kolon ve
perdelerden oluúmuútur. TaúÕyÕcÕ sistemde de÷iúik ebatlarda 44 adet kolon ve iki adet perde-çekirdek
bulunmaktadÕr. Plan düzleminde merdiven ve asansör kovalarÕnÕ kapsayan iki adet betonarme
çekirdek ile yatay taúÕyÕcÕlÕk sa÷lanmÕútÕr. DolayÕsÕyla deprem ve rüzgar gibi yanal etkiler için gerekli
rijitlik sa÷lanmÕútÕr. BinanÕn dÕú yüzeyi cam olarak kaplanmÕú olup aerodinamik bir tasarÕma
sahiptir(ùekil 1).
BinanÕn projelendirme ve yapÕmÕ, Türk Deprem Yönetmeli÷i -1998 (TDY-1998) ve TS-500-2000 gibi
standartlara göre gerçekleútirilmiútir. BinanÕn yapÕmÕnda C25 (basÕnç dayanÕmÕ 25 MPa olan beton) ve
S420 (çekme dayanÕmÕ 420 MPa olan donatÕ) kullanÕlmÕútÕr. Zemin emniyet gerilmesi 3.94 kg/m2 ve
temel sistemi radye olarak seçilmiútir. TaúÕyÕcÕ sistem süneklik düzeyi yüksek olarak düúünülmüú,
dolayÕsÕyla eúde÷er deprem yükünde hesabÕnda taúÕyÕcÕ sistem davranÕú katsayÕsÕ (R) 7 olarak kabul
edilmiútir. Bölgenin depremselli÷ine göre tasarÕm 4. derece deprem bölgesi için yapÕlarak etkin yer
ivme katsayÕsÕ 0.10 g olarak, bina önem katsayÕsÕ ( I ) ise 1 olarak alÕnmÕútÕr. Zemin sÕnÕfÕ Z2 seçilmiú
ve zemin karakteristik periyotlarÕ 0.15-0.40 sn olarak alÕnmÕútÕr(TDY 1998, 1998; TS 500-2000,
2000).
113
TMMOB
E÷im sensorü (26. ve 21. Kat)
GPS NoktasÕ (Bina çatÕsÕ)
Anemometre (Bina çatÕsÕ)
20 m
52 m
a
b
ùekil 1. Üst(a), ön(b) ve yandan(c) görünüú
c
Bu çalÕúmada Leica firmasÕnÕn NIVEL200 e÷im sensörü serisinin NIVEL220 modeli kullanÕlmÕútÕr.
E÷im sensörleri binanÕn iki çekirdek-perdelerinden kuzeye bakan çekirdek-perde üzerine binanÕn iç
kÕsmÕna tesis edilmiútir(ùekil 2-a). Binada, çekirdek-perde kÕsmÕ yangÕn merdiveni ve asansörleri
içermekte olup PC ve e÷im sensörlerinden birisi 26. kat, di÷er e÷im sensörü ise 21. kat seviyesinde
monte edilmiútir(Yi÷it v.d. 2008).
RüzgarÕn hÕz ve yön verilerini elde etmede Young Model 05103 anemometresi kullanÕlmÕútÕr.
Anemometre binanÕn damÕnda bulunan ek bina üzerine hiçbir fiziksel engelin olmayaca÷Õ sa÷lÕklÕ
verilerin toplanabilece÷i hakim bir noktaya tesis edilmiútir(ùekil 2-c). Anemometre tesisinde sÕfÕr
do÷rultusu e÷im sensörünün Y ekseni ile paraleldir.
BinanÕn rüzgarlÕ havalardaki yatay hareketlerinin belirlenmesi amacÕyla bina üzerinde e÷im
sensörünün bulundu÷u çekirdek-perde üzerine denk gelen bir GPS noktasÕ tesis edilmiútir(ùekil 2-b).
Kinematik-GPS ölçmeleri için yatayda baz ölçme duyarlÕ÷Õ 10+2 ppm olan TopconTM marka Hiper seri
GPS alÕcÕlarÕ kullanÕlmÕútÕr.
a
b
ùekil 2. BinanÕn 26. katÕnda a- e÷im sensörü, b-GPS NoktasÕ, c-Anemometre
c
Sensörlerin binaya göre eksen bilgileri ve binanÕn analitik modelde tanÕmlanan ve kabul edilen eksen
bilgileri ùekil 3’de görülmektedir. BinanÕn SEM de kabul edilen Y ekseni GPS’in X eksenine paralel
fakat e÷im sensörünün Y ekseni ile bellibir açÕ yapmaktadÕr.
114
TMMOB
Ye÷im sens.
Ybina =X GPS
ùekil 3. Bina, GPS ve E÷im sensörü eksen bilgileri
3. YapÕnÕn sonlu elemanlar modeli ve do÷al frekanslarÕ
øzleme altÕnda olan objeye ait mimari ve betonarme proje bilgileri yardÕmÕyla, objenin 3 boyutlu
modeli yapÕ analiz programÕnda, SAP2000 10.0.1, oluúturulmuútur. Objenin bu modeli yardÕmÕyla
teorik do÷al frekanslarÕ ve bu frekanslara ait úekil de÷iútirme modlarÕ hesaplanmÕútÕr. ùekil 4,
SAP2000 de hazÕrlanmÕú SEM ve SEM den elde edilen ilk 6 mod’a ait frekans bilgileri Tablo 1’de
verilmiútir. Dinamik analizlerde ilk adÕm olarak genelde do÷al frekans de÷erleri ve bu frekanslara ait
úekil de÷iútirme modlarÕ hesaplanmaktadÕr. Bu de÷erler yapÕnÕn her hangi bir zorlayÕcÕ kuvvet
altÕndaki davranÕúÕnÕ tespit etmektedirler. Bu modlarÕ inceleyerek zorlayÕcÕ kuvvetlerin yapÕya hangi
modlarda daha çok enerji verebilece÷i ve yapÕnÕn hangi noktasÕndaki tepkiye hangi modun daha büyük
katkÕ yapaca÷Õ tespit edilmektedir. Genellikle yapÕlan çalÕúmalarda az sayÕda modun ve bunlarla ilgili
frekans degerlerinin hesaplanmasÕ pratik açÕdan yeterli oldu÷u ifade edilmektedir.
ùekil 4. YapÕnÕn SAP2000 de Oluúturulan Sonlu Elemanlar Modeli
Analizlerde dikkate alÕnacak mod sayÕsÕ yapÕ tipine göre de÷iúmektedir. Yüksek bina analizlerinde ilk
mod toplam tepkinin yaklaúÕk %90’ÕnÕ içerdi÷inden, bu tür yapÕlar için yapÕ davranÕúÕnÕ belirlemede
ilk üç modun dikkate alÕnmasÕ yeterli olmaktadÕr(Erdo÷an 2006).
115
TMMOB
Tablo 1. Rixos binasÕnÕn ilk 6 moduna ait do÷al frekans ve periyot de÷erleri
Mod No.
1
2
3
4
5
6
Frekans
0.38 Hz
0.55 Hz
0.62 Hz
1.25 Hz
1.61 Hz
2.13 Hz
Peryot
2.6 sn
1.8 sn
1.6 sn
0.8 sn
0.6 sn
0.5 sn
4. Ölçmeler ve Analizler
Bu çalÕúmada, rüzgarlÕ bir hava koúulundaki binanÕn yatay hareketleri GPS ve e÷im sensörü ile eú
zamanlÕ olarak ölçülüp analiz edilmiútir. Bu deney setinde maximum rüzgar hÕzÕ yaklaúÕk 58 km/saat
ve rüzgar yönü binanÕn geniú yüzeyine dik do÷rultudadÕr. ùekil 5’ de deney setinin alÕndÕ÷Õ güne ait
anemometre verilerinden 5 er dakikalÕk ortalama, maximum rüzgar hÕzÕ ile ortalama rüzgar yönüne ait
bilgiler görülebilir. ùekil 5’de ayrÕca seçilen deney seti dik dörtgen kutu içerisinde belirtilmiútir.
Deney süresi toplam 20 dakikadÕr. Hem GPS hem de e÷im sensörü ile veri toplanÕp veriler frekans
alanÕnda HÕzlÕ Fourier Analizi ile analiz edilmiútir.
ùekil 5. Rüzgar ortalama, maximum hÕz(üst) ve yönü(alt)
4.1 GPS ve e÷im sensörü verilerinin analizi
GPS ölçülerinin analizi sonucu elde edilen X ve Y eksenlerine ait bileúenlerin zamana karúÕ de÷iúen
de÷erlerini görmek amacÕ ile zaman serileri çizilmiútir(ùekil 6). GPS ile örnekleme oranÕ 10 Hz oldu÷u
için ùekil 6’da görülen zaman serilerinin yatay ekseni 0.1 sn aralÕklÕ zaman bilgisini, düúey eksen ise
ba÷Õl deplasman de÷erini göstermektedir..
Bu çalÕúmada e÷im sensörü veri toplama frekansÕ 1 Hz seçilmiútir. E÷im sensörünün Y ve X eksen
yönündeki hareketleri binanÕn e÷im de÷iúimine ait bilgileri içermektedir. E÷im sensöründen elde
edilen verilerin GPS verileri ile karúÕlaútÕrÕlmasÕ ve binanÕn rüzgar yükü karúÕsÕndaki deplasman
de÷erlerinin elde edilmesi amacÕyla e÷im de÷erleri sensörün bina temel seviyesinden olan yükseklik
de÷eri ile çarpÕlmÕútÕr. ùekil 7, e÷im sensöründen türetilmiú 1 sn lik zaman aralÕ÷Õndaki de÷iúen
deplasman de÷erlerini göstermektedir.
116
TMMOB
GPS ölçülerinin X ve Y eksenlerine ait zaman serisinin dinamik bileúeni incelendi÷inde yani kÕsa
dönemli deplasman de÷erindeki de÷iúim incelendi÷inde X ekseni yönündeki anlÕk de÷iúimler Y
eksenine göre daha büyüktür. Eksenler arasÕndaki dinamik cevabÕn farklÕ olmasÕ, rüzgarÕn binaya
etkisinin X ekseni yönünde daha etkili oldu÷u anlamÕna gelmektedir. GPS ve e÷im sensör verilerinin
zaman serilerinin kÕsa dönemli, yani resonans yada dinamik olarakda adlandÕrÕlan bileúeni
incelendi÷inde ise e÷im sensörü ölçülerinden türetilmiú deplasman de÷erlerin GPS le elde edilen
deplasman de÷elerinden yüksek oldu÷u görülmektedir. Bu durum, dinamik ve zamana göre hÕzlÕ
de÷iúen yükler karúÕsÕnda e÷im sensörünün içerisindeki sÕvÕnÕn vermiú oldu÷u tepkiden kaynaklandÕ÷Õ
düúünülmektedir. E÷im sensöründen türetilen deplasman de÷erlerinin gerçek olan de÷erden ne derece
saptÕ÷ÕnÕn belirlenmesi için ilave ölçme ve analizlerin yapÕlmasÕ gerektirmektedir.
GPS zaman serilerinin uzun dönemli hareketleri incelendi÷inde sanki bina periyodik bir quasi-statik
hareket yapÕyor gibi algÕlanmaktadÕr. Fakat e÷im sensörü verileri incelendi÷inde böyle uzun dönemli
peryodik bir hareketin olmadÕ÷Õ açÕkça görülmektedir. GPS zaman serisindeki bu uzun dönemli
peryodik bileúen GPS sinayallerinin çok yolluluk hatasÕndan etkilendi÷ini göstermektedir. Bu durum,
GPS ölçülerinden çok yolluluk hatasÕ giderilmedikçe, binanÕn sabit rüzgar yükü altÕndaki quasi-statik
ve statik hareketlerinin gerçek de÷erlerinin belirlenemeyece÷i anlamÕna gelmektedir. Bu çalÕúmada
kÕsa dönemli hareketler yani bir baúka de÷iúle dinamik bileúene odaklanÕldÕ÷Õndan çok yolluluk
hatasÕnÕn giderilemesi ile ilgili herhangi bir analiz üzerinde durulmamÕútÕr.
ùekil 6. GPS zaman serisi
117
TMMOB
ùekil 7. E÷im sensörü zaman serisi
ùekil 8. GPS genlik spektrumu
Yüksek bina, gökdelen ve kulelerin deprem ve úiddetli rüzgar yükleri karúÕsÕndaki tepkileri sonucu
do÷al frekanslarÕ harekete geçmektedir. Mühendislik yapÕlarÕnÕn dinamik analizi verilerin frekans
alanÕnda incelenmesi ve frekanslarÕn belirlenmesini gerektirir. Bu amaçla, zaman alanÕndaki toplanan
hem GPS hem de E÷im sensörü verileri HÕzlÕ Fourier analizi ile ferkans alanÕnda incelenmiútir. GPS
genlik spektrumu ùekil 8 de, E÷im sensörü genlik spektrumu ùekil 9 da görülmektedir. ùekil 8
incelendi÷inde GPS in X bileúenine ait genlik spektrumunda 0.41 Hz civarÕnda bir sÕçrama
gözükmektedir. Bu de÷er binanÕn 1. moduna ait do÷al frekans de÷eridir. Y bileúeninde her hangi bir
sÕçrama olmayÕp genlik spektrumu sadece GPS hata kaynaklarÕndan kaynaklanan gürültüleri
içermektedir.
118
TMMOB
ùekil 9. E÷im sensörü genlik spektrumu
ùekil 9 incelendi÷inde e÷im sensörünün hem X hemde Y yönünde 0.41 Hz frekansÕnda bir sÕçrama
gözükmektedir. Daha öncede belirtildi÷i gibi GPS ve E÷im sensörünün eksenleri aynÕ yönlü olmayÕp
eksenler arasÕnda bir dönüklük mevcuttur. GPS in X bileúeni binanÕn ana yönü ile çakÕúmakta oldu÷u
ve rüzgar da bu yönde binaya etki etti÷i için bu bileúen binanÕn do÷al frekans bilgisini içermektedir.
Hem GPS hem de e÷im sensörünün frekans alanÕndaki analizleri sonucu binanÕn do÷al frekansÕ 0.41
Hz bulunmuútur. SEM sonucu binanÕn 1. mod a ait do÷al frekansÕ 0.38 Hz olup aradaki fark yaklaúÕk
% 7 dir. Aradaki fark SEM modelindeki bazÕ kabullerden yada binada daha sonradan yapÕlmÕú olan
de÷iúikler yüzünden kaynaklandÕ÷Õ ve güncellenmesi gerekti÷ini göstermektedir. øki sensörün frekans
alanÕnda yapÕlan analizleri sonucunda binanÕn do÷al frekanslarÕnÕ aynÕ büyüklükte belirlemiú olmasÕ
sensörlerin uyumlu ve bu çalÕúmaya konu olan objenin 1. mod do÷al frekansÕnÕn belirlenmesinde aynÕ
kabiliyetlere sahip oldu÷una iúaret etmektedir.
5. Sonuç ve Öneriler
Bu çalÕúmada, 30 katlÕ betonarme bir binanÕn rüzgar yükü karúÕsÕndaki tepkimesinin GPS ve E÷im
sensörü verileri ile ölçülmesi ve bu ölçüler yardÕmÕyla do÷al frekanslarÕn belirlenmesi ve
de÷erlendirilmesi üzerine durulmuútur.
Frekans alanÕnda yapÕlan analiz sonuçlarÕna göre binaya etkiyen rüzgar yükünün binanÕn ana ekseni
yönünde yönünde maximum hÕz de÷erinin 40 ile 58 km/saat arasÕnda de÷iúmesi durumunda objenin
ilk do÷al frekansÕnÕ harekete geçti÷i görülmüútür. GPS ve e÷im sensörü verilerinin HÕzlÕ Fourier
analizi sonucu elde edilen do÷al frekanslar aynÕ olup, iki sensörün uyumlu oldu÷unu götermektedir.
SEM ve ölçmeler sonucu bulunan 1. mod a ait do÷al frekanslar arasÕndaki fark yaklaúÕk % 7 dir. Bu
fark SEM modelindeki bazÕ kabullerden yada binada daha sonradan yapÕlmÕú olan de÷iúikler yüzünden
kaynaklandÕ÷Õ düúünülmektedir.
GPS ve e÷im sensörlerinin zaman alanÕndaki serileri incelendi÷inde GPS ölçülerinin sanki binanÕn
düúük frekans bileúenli bir hareket gösterdi÷i algÕlanmaktadÕr. Fakat e÷im sensöründen türetilen
deplamasmanlarÕn böyle bir hareket göstermedi÷i görülmektedir. E÷im sensörü GPS e göre daha
düúük genlikli quasi-statik deplasmanlarÕ daha iyi ve hassas belirleme kabiliyetinde oldu÷undan GPS
serisinde görülen bu hareketlerin binanÕn çevresindeki yansÕtÕcÕ yüzeylerden kaynaklanan çok yolluluk
hatasÕ oldu÷u anlaúÕlmaktadÕr. GPS ölçülerinin frekans alanÕndaki analizleri incelendi÷inde düúük
frekans bileúeninde sÕçramalarÕn oldu÷u açÕkça görülmektedir. Bu durum yalnÕz baúÕna GPS in
119
TMMOB
binalarÕn hem dinamik hemde quasi-statik davranÕúlarÕnÕn belirlenmesinde yeterli olmayÕp e÷im
sensörü v.b. sensörlerle entegrasyonunun önemini ortaya çÕkarmaktadÕr.
GPS ve e÷im sensörlerinden elde edilen zaman serilerinin kÕsa dönemli, yani resonans yada dinamik
olarakda adlandÕrÕlan bileúeni incelendi÷inde e÷im sensörü ölçülerinden türetilmiú deplasman
de÷erlerin GPS le elde edilen deplasman de÷elerinden yüksek oldu÷u görülmektedir. Bu durum,
dinamik ve zamana göre hÕzlÕ de÷iúen yükler karúÕsÕnda e÷im sensörünün içerisindeki sÕvÕnÕn vermiú
oldu÷u tepkiden kaynaklandÕ÷Õ düúünülmektedir. E÷im sensöründen türetilen deplasman de÷erlerinin
gerçek olan de÷erden ne derece saptÕ÷ÕnÕn belirlenmesi için ilave ölçme ve analizlerin yapÕlamasÕnÕ
gerektirmektedir.
Teúekkür
Birinci yazar Haziran 2008 ve haziran 2009 tarihleri arasÕnda Doktora çalÕúmasÕnÕn bir parçasÕnÕ
Avustralya-Sydney deki University of New South Wales, School of Surveying & Spatial Information
Systems de yapmasÕ için TÜBøTAK-BøDEB tarafÕndan desteklenmiútir. AyrÕca bu çalÕúmayÕ
06101026 nolu proje ile destekleyen Selçuk Üniversitesi Bilimsel AraútÕrmalar Proje
Koordinatörlü÷üne, binada bilimsel araútÕrma yapÕlmasÕna izin veren Konya Rixos Hotel yönetimine
teúekkür ederiz.
Kaynaklar
Breuer, P., Chmielewski, T., Gorski, P., Konopka, E., Tarczynski, L., (2008). The Stuttgart TV Towerdisplacement of the top caused by the effects of sun and wind, Eng Struct, 30:2771-2781.
Brownjohn, J.M.W., Rizos, C., Tan, G.H., & Pan, T.C., (2004). Real-time long-term monitoring and
static and dynamic displacements of an office tower, combining RTK GPS and accelerometer data. 1st
FIG Int. Symp. on Engineering Surveys for Construction Works & Structural Eng., Nottingham, U.K.,
28 June - 1 July, paper TS1.4, CD-ROM procs.
Çelebi, M. and Sanli, A., (2002). GPS in Pioneering Dynamic Monitoring of Long-Period Structures
Earthquake Spectra. 18(1):47-61
Danisch, L., Chrzanowski A., Bond J., Bazanowski M., (2008). Fusion of geodetÕc and mems sensors
for integrated monitoring and analysis of deformations, 13th FIG Symp. on Deformation Measurement
& Analysis and the 4th IAG Symp. on Geodesy for Geotechnical & Stuctural Eng., “Measuring the
Changes”, Lisbon, Portugal, 12-15 May, paper 19, CD-ROM procs.
Erdo÷an, H. (2006). Mühendislik yapÕlarÕndaki dinamik davranÕúlarÕn jeodezik ölçmelerle
belirlenmesi, Doktora tezi, YÕldÕz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü,østanbul
Gikas, V., and Daskalakis, S. (2006). Full scale validation of tracking total stations using a long stroke
electrodynamic shaker, XXIII International FIG Congress, Munich, Oct 8-13.
Gikas, V., Daskalakis, S. and Stathas, D. (2005). Investigation of the performance characteristics of
tracking tacheometers: preliminary tests and results, Proceedings of the international symposium on
modern technologies, education and professional practice in geodesy and related fields, Sofia,
November 3-4.
Hristopulos, D.T. Mertikas, S.P. Arhontakis, I. Brownjohn J.M.W. (2007). Using GPS for Monitoring
Tall-Building Response to wind loading: Filtering of Abrubt Changes and Low-Frequency Noise,
Variography and Spectral Analysis of Displacements. GPS Solut 11:85-95.
Li,X., (2006). Optimal Integrated Multi-sensor system for Full-Scale Structural Monitoring Based on
Advanced Signal Processing, PhD thesis, The University of New South Wales, Australia
Li, X., Ge, L., Ambikairajah, E., Rizos, C., Tamura, Y., & Yoshida, A., (2006). Full-scale structural
monitoring using an integrated GPS and accelerometer system. GPS Solutions, 10(4), 233-247
120
TMMOB
Li, X., Rizos, C., Ge, L., Ambikairajah, E., Tamura, Y., & Yoshida, A., (2006). Building monitors:
The complementary characteristics of GPS and accelerometer for monitoring structural deformation.
Inside GNSS, 1(2), 48-55.
Li, X., Yoshida, A., Tamura, Y., Rizos, C., Ge, L., & Imai, R., (2008). How hybrid GPS-based
surveying techniques can further assist with structural design and construction, 553-562. Int. Symp. on
GPS/GNSS, Yokohama, Japan, 25-28 November.
Lovse, J.W. Teskey, W.F. Lachapelle, G. Cannon, M.E. (1995). Dynamic Deformation Monitoring of
Tall Structure Using GPS Technology. J Surv Eng ASCE 121(1):35-40
Ogaja, C., Rizos, C., Wang, J., & Brownjohn, J.M.W., 2001. A dynamic GPS system for on-line
structural monitoring. Int. Symp. on Kinematic Systems in Geodesy, Geomatics & Navigation
(KIS2001), Banff, Canada, 5-8 June, 290-297.
Park, H.S., Sohn, H.G., Kim, I.S., Park, J.H., (2008). Application of GPS to monitoring of windinduced Responses of high-rise buildings, Struct. Design Tall Spec. Build. 17:117-132
Salawu, O.S. & Williams, C., (1995). Review of full-scale dynamic testing of bridge structures, Engng
Struct., 17:2,113-121
Tamura, Y., (2006). Design issues for tall buildings from acceleration to damping, The 11th
International Conference on Wind Engineering, Lubbock, Texas, USA, June 2-5
Tamura, Y., Matsui, M., Paginini, L-C., Ishibashi, R., Yoshida, A., Measurements of wind-induced
response of buildings using RTK-GPS., J Wind eng Ind Areodyn, 90:1783-93.
TDY, Afet Bölgelerinde YapÕlacak YapÕlar HakkÕnda Yönetmelik, (1998). BayÕndÕrlÕk ve øskan
BakanlÕ÷Õ, Afet øúleri Genel Müdürlü÷ü, Ankara.
TS 500-2000, Betonarme YapÕlarÕn Hesap ve YapÕm KurallarÕ, (2000). Türk StandartlarÕ Enstitüsü,
Ankara.
Yigit, C.O., Inal, C., Yetkin, M., (2008) Monitoring of Tall Building’s Dynamic Dynamic Behaviour
Using Precision Inclination Sensors, 13th FIG Symp. on Deformation Measurement & Analysis and
the 4th IAG Symp. on Geodesy for Geotechnical & Stuctural Eng., “Measuring the Changes”, Lisbon,
Portugal, 12-15 May, paper 19, CD-ROM procs.
121

Yiğit C.Ö., İnal C., Li X., Ge L., Rizos C., Yetkin M., Arslan M.H

Transkript

Benzer belgeler

Magellan® eXplorist® 110

ADU-07e

RS-422/RS-485 Binary Mifare Modül okuyuculu : direkt

GPS Teknolojsi - TÜBİTAK ULAKBİM E

MAGELLAN eXplorist 100 GPS ALICISI