Çalkalanan titreşim sönümleyicilerin performansının deneysel yöntemlerle incelenmesi

Abstract

Yapıların rüzgar ve deprem gibi dış girdilerden daha az etkilenmeleri için yöntemler geliştirilmesi günümüzde üzerinde yoğun bir şekilde çalışılan konulardan birisidir. Çalkalanan titreşim sönümleyiciler de yapı titreşimlerinin azaltılması için sıklıkla kullanılan pasif titreşim sönümleme yöntemlerindendir. Bu çalışmada çalkalanan titreşim sönümleyicilerin yapıların titreşim yanıtlarını sönümlemedeki başarımları farklı durumlar için deneysel yöntemler kullanılarak incelenmiştir. Çalışmada ilk olarak yapı modeli olmadan titreştirilen tank içerisindeki sıvının çalkalanması üzerinde çalışılmıştır. Titreşim girdisi ile oluşan çalkalanma kuvvetinin büyüklüğü üzerinde, titreşim girdisinin genliğinin ve frekansının etkisi incelenmiştir. Ayrıca hareket frekansı ile sıvının çalkalanma doğal frekansı değerlerinin yakın ve uzak olduğu durumlar oluşturularak, bu iki durumun kuvvet genliği üzerindeki etkisi de araştırılmıştır. Bina modeli ile yapılan çalışmalarda ise farklı kütle ve doğal frekans gibi parametrelere sahip yapı modellerinden titreşim sönümleyicinin olduğu ve olmadığı durumlar için sinüs ve deprem girdisi ile veriler toplanmıştır. Toplanan bu veriler ile çalkalanan titreşim sönümleyicilerin titreşim sönümleme verimlilikleri farklı girdi genlikleri ve tipleri, yapı doğal frekansları ve kütleleri, çalkalanan sıvı kütlesinin bina kütlesi oranı ve hareket frekansı ile yapı doğal frekansının uyumu gibi değişimler için incelenmiştir. Sonuç olarak çalkalanan titreşim sönümleyiciler yapı titreşimlerinin sönümlenmesinde başarılıdır; ancak verimleri arttırılabilir. Bu çalışmada ayrıca sıvı serbest yüzeyinin takibi ve çalkalanma kuvvetinin ölçümü için kullanılabilecek yeni bir metot geliştirilmiştir. Bu metot sadece sıvı tankının kaydedilen görüntüsünü girdi olarak kullanarak, görüntü işleme işlemleri ile sıvı yüzeyinin hareketini elde edebilmekte ve rezonans durumundaki çalkalanma kuvvetini hesaplayabilmektedir. Hesaplanan sıvı serbest yüzeyi ve çalkalanma kuvveti ultrasonik algılayıcılar ve yük hücreleri kullanılarak doğrulanmıştır.

The development of methods that causes structures to be effected less from environmental loadings such as earthquake and wind is an important research field. Tuned liquid dampers are used frequently as passive vibration absorbers to mitigate the vibration of structures. In this work, the performance of tuned liquid dampers to mitigate the structural response is investigated with experimental methods for different cases. Initially, sloshing of water in a tank without any structure is studied. The influence of vibration amplitude and frequency on the magnitude of sloshing force is examined. Additionally, how closeness of sloshing natural frequency and vibration frequency affects the magnitude of sloshing force is also studied. A modular structure the parameters of which (such as natural frequency and mass) can easily be modified is designed. The sloshing vibration absorber is placed on this structure. Experimental data is collected for the base line and cases with sloshing vibration absorber. Mass and natural frequency of structure, sloshing natural frequency of water, input signal type such as earthquake and sinus input, vibration amplitude and frequency and the mass ratio between the structure and the water are changed for these cases and the experimental results are investigated. The results from the experiments show that the sloshing vibration absorbers can be used to mitigate the response of structures for both low and high structures but it is possible to increase their efficiency. Furthermore, an image processing method is developed to detect and track the free surface motion and to calculate the resonantal sloshing force. This method uses only the recorded video of the experiments as input and obtains the free surface motion and resonantal sloshing force with the help of image processing operations. The calculated free surface motion is verified with the ultrasonic sensors and the calculated resonantal sloshing force is also verified with the load cell data.