Yapılarda Deprem Enerjisinin Sönümlenmesi

Yapının ve zeminin özelliğinden dolayı deprem hareketi altındaki yapılarda değişik türden sönümler ortaya çıkar. Bu sönümler ve parametreleri malzeme türüne bağlı olduğu gibi, depremin büyüklüğüne de bağlıdır. Yapının rijitliği, geometrik boyutlarına ve elastisite modülüne bağlı olarak belirlenebilmesine karşılık, sönüm ile ilgili parametrelerin belirlenmesi için dinamik deneylerin yapılmasına ihtiyaç vardır. Deneyler serbest titreşim veya zorlanmış titreşim türünden olabilir. (Süneklik Nedir?)

Dış Viskoz Sönüm

Dış Viskoz Sönüm yapının içinde bulunduğu su veya hava ortamının meydana getirdiği sönümdür. Diğer tür sönümlere göre ihmal edilebilecek düzeyde olduğu söylenebilir.

İç Viskoz Sönüm

İç Viskoz Sönüm yapı malzemesinin iç sönümü olup, hızla orantılı olduğu kabul edilebilir. Bu durum yüksek frekanslarda büyük sönüm değerleri meydana gelmesine yol açar. Genellikle taşıyıcı sistemin davranışının modellenmesinde bu tür sönüm, sönüm kutusu kabulü ile gözönüne alınır Bu sönümün etkili olması, malzemedeki gerilmelerin meydana getirdiği plastik şekil değiştirmelerin seviyesine bağlıdır. Plastik şekil değiştirmelerin büyük olması ve taşıyıcı olan ve olmayan elemanlarda meydana gelen çatlakların artması sönümü arttırır. (Plastik Mafsal Nedir?) Bu nedenle küçük yerdeğiştirmeler altında deneysel olarak ölçülen sönüm küçük kalırken, deprem etkisi altında meydana gelen elastik ötesi şekil değiştirmeler ve çatlamalarla sönüm büyür.

Coulomb Rijit Cisim Sönümü

Coulomb Rijit Cisim Sönümü taşıyıcı sistemin mesnetlerinde ve birleşim yerlerinde ortaya çıkar. Hız ve yerdeğiştirmeden bağımsız olarak sabit kabul edilebilir. Yerdeğiştirmelerin küçük olması durumunda iç sönümle, büyük olması durumunda da çevrimsel sönümle birleştirilerek gözönüne alınır. Betonarme taşıyıcı sistemin dolgu duvarlarında meydana gelen çatlaklardaki sürtünme ile enerji kaybı bu tür sönüme örnektir. Bu sürtünmenin yapıların deprem etkisinin karşılanmasında önemli katkısı vardır.

Çevrimsel Sönüm

Çevrimsel Sönüm malzemenin doğrusal elastik olmayan davranışında ve yükün yön değiştiren türden etkimesi durumunda meydana gelir. Yanda gösterilen kuvvet-yerdeğiştirme düzleminde bir çevrim yapılmasıyla, çevrim içinde kalan alana karşı gelen enerji kaybolur. Bu tür sönüm, hızdan bağımsız ve yerdeğiştirmeye bağlı olarak meydana gelir. Ancak, böyle bir sönümün analitik ifadelere katılması yerine daha kolay olan eşdeğer viskoz sönümün kullanılması tercih edilir

Enerji Yayılma Sönümü

Enerji Yayılma Sönümü ana kayadan gelen hareketle zemin tabakalarından geçerek, yapıyı titreştirir. Bu titreşim zemin serbest yüzeyinden yansır ve yapı içinde yukarı doğru ilerler, en üst kattan yansıyarak geri döner ve yarı sonsuz ortam olan zemin içinde geri yayılır. Bu suretle enerjinin bir kısım tekrar geri dönmemek üzere kaybolur Enerjinin çok büyük bir ortamda yayılmasıyla ortaya çıkan bu sönüm, ortamın elastik sabitlerine ve kütlesel yoğunluğuna ve yapının özelliklerine bağlıdır. Yapı rijilleştikçe, mesnet ortamı yumuşadıkça ve zeminde ana kaya üzerindeki dolgu büyüdükçe, mesnet ortamında enerji yayılması nedeniyle sönüm artar. Viskoz sönümün tersine, yüksek modlardaki enerji yayılma sönümünün, düşük modlara göre daha az olduğu belirlenmiştir.

Yukarıda açıklanan sönüm türlerinden matematiksel çözümlemede en kolay gözönüne alınabileni viskoz sönümdür. Bu nedenle, diğer tür sönümlerin de eşdeğer viskoz sönüme çevrilerek hesaba katılması tercih edilir. Yüksek modlarda sönüm frekansla orantılı bir şekilde artar. Ayrıca, sönümün genlikle de orantılı büyüdüğü belirlenmiştir. Yapılan deneylerden tipik bir yapıda düşük genliklerde sönüm % 1~2 olarak elde edilmiştir. Kuvvetli yer harekelinde ise sönümün % 5 ~ 10 değerine ulaştığı belirlenmiştir Bazı durumlarda sönümün % 15 değerinin bile aşıldığı olmuştur. Yapılarda eşdeğer viskoz sönüm, titreşim yerdeğiştirmessinde zamanla meydana gelen azalma esas alınarak bulunur.