Yapılarda Rezonans

Yapılara etki eden rezonans kuvvetleri ile ilgili bir değerlendirme...

YAPILARDA REZONANS

Bu yazıda YAPILARDA REZONANS konusunu işlemeye çalışacağız.

Yapılarda, deprem veya rüzgar etkilerinde REZONANS konusu hakkında farklı görüşler vardır, bazı bilim insanları yapılar rezonans ile karşılaşırlarsa oluşan aşırı kuvvetlerden dolayı ağır hasarlar alabilirler veya yıkılabilirler şeklinde görüş bildirirler, bazı görüşlere göre de DEPREMLERDE , ZEMİNLERDE / KAYALARDA VE YAPILARDA FREKANSLAR / PERYODLAR SÜREKLİ DEĞİŞTİKLERİ İÇİN , YAPI – ZEMİN / KAYA FREKANSLARININ / PERYODLARININ YAKLAŞMA / ÇAKIŞMA OLASILIKLARI AZDIR, BU SEBEPTEN REZONANS OLMASI İHTİMALİ ZORDUR görüşü de vardır, şimdi bu konuları işleyelim.

Aslında elbette ki rezonans vardır ve yapıların aşırı yer değiştirmelere uğratma potansiyeline sahiptir. Deprem söz konusu olduğunda bu sözü bir parça gevşetmek gerekir, çünkü depremdeki yer hareketleri bir değil, daha fazla sayıda frekansta / periyotta ortaya çıkar, yani frekanslar / peryotlar sürekli değişir, klasik manada rezonans olmasa dahi a periyot bandına düşen binalarda büyük yer değiştirmelerin meydana gelmesi mümkündür, ama zemin / kaya frekansları / peryodları ve yapıların frekansları / peryodları sürekli değiştikleri için KLASİK ANLAMDA REZONANS olma ihtimali de düşüktür.

17 Ağustos 1999 Marmara depreminden sonra Adapazarı’nda yumuşak ve sert zeminlerde kaydedilen artçı depremlerin ivme kayıtlarına göre yumuşak zeminlerde kaydedilen genlikler , sert zeminlerde kaydedilen genliklere göre 3 kat daha fazla olmuştur ( ODTÜ 2000 ). Bu sonuçtan gidilirse 17 Ağustos 1999 ana şokunda sert zeminlerde alınan 400 cm / sn 2 büyüklüğündeki ivme kaydının, Adapazarı’nın yumuşak zeminlerinde 1200 – 1400 cm / sn 2 olabileceği ileri sürülmektedir ( ODTÜ 2000 ) . Ancak 1994 Northridge depreminin merkezinde yumuşak zeminlerdeki ivme kayıtlarının genliğinin sert zeminlerdeki kayıtlardan daha küçük olması artçı şoklarda görünen büyüme olayının şiddetli depremde zemin ivme taşıma gücünün sınırları nedeni ile gerçekleşmediğini göstermektedir.

Deprem yer hareketinin genliğinin zemin büyütmesi olayı ile büyümesi , yapının deprem davranışını etkilemez. ( BURAYA DİKKAT EDELİM ) YAPIYA LİMİT YATAY YÜKÜNÜN ÜZERİNDE YÜK UYGULANAMAZ ( F=ma ) . Ancak deprem yer hareketinin büyük genlikli bölümünün uzun süreli olması yapının YATAY LİMİT YÜK düzeyinde daha çok salınım yapmasına ve yapının hasarının artmasına neden olabilir.

Rezonans olayının gerçekleşmesi ise hem yapının hem de zeminin dinamik özelliklerinde olacak değişiklikler nedeni ile çok güçtür. Zeminde ve yapıda deprem sırasında artan sönüm de rezonans etkisi ile yapıya gelecek kuvvetleri önemli oranda azaltır. Yine yapının LİMİT YATAY YÜK taşıma gücünün üzerinde yük taşımama özelliği de rezonans oluşmasını engeller. Yapının yıkılmasını belirleyen yatay yük taşıma gücü ve bununla birlikte var olan ya sünek ya da gevrek olan ötelenme gücüdür.

Herhangi bir yapı, kendi doğal frekansıyla / peryoduyla örtüşen bir frekansa / peryoda maruz kalırsa (bu yer dalgası veya ses dalgası da olabilir) ve maruz kaldığı etkinin (yer dalgası, rüzgar gibi) frekansı / peryodu da yapının doğal frekansı ile örtüşürse rezonans meydana gelir, ama yukarıda açıklanmaya çalışıldığı üzere bunun olma olasılığı nedir ?. Tabi burada önemli bir detay var; bu frekansın şiddeti; yani genliği (amplitude) önemlidir.

Örneğin yapının doğal frekansıyla / peryoduyla yaklaşık aynı frekansa / peryoda sahip olan iki rüzgar ele alalım. Bu rüzgarlardan şiddeti fazla olan (hızı fazla olan) yapının rezonansa girmesine yol açıp yapıya hasar verebilirken şiddeti az olan rüzgar yapıda hasara yol açmayabilir. Aşağıda çok meşhur 3 videoyu paylaşıyorum, bakmanızı özellikle tavsiye ederim:

1-Ses dalgaları ile bardağın kırılması. Ses dalgasının frekansının / peryodunun bardağın doğal frekansı / peryodu ile örtüşmesi sonucu bardak kırılır, KLASİK REZONANS KAVRAMI :

2-Aşağıdaki videoda da farklı frekanstaki / peryodtaki 3 farklı yapının aynı yer hareketine maruz kaldıklarındaki davranışı gözlemleyebilirsiniz , burada zeminlerin / kayaların ve yapıların frekanslarının / peryodlarının depremlerde sürekli değiştiğini de göz önüne almalıyız :