Hibrit Dinamik Benzeri Simülasyon ve Test İçi Model Güncellemesi

Abstract

Yapıların deprem davranışlarının belirlenmesinde kullanılan laboratuvar testleri; quasi statik, dinamik benzeri ve sarsma tablası testleri olarak gruplandırılabilir. Dinamik benzeri yöntemlerine ait araştırmalar; hibrit, coğrafik olarak hibrit, sürekli ve gerçek zamanlı gibi dallarda yoğun olarak sürmektedir. Hibrit dinamik benzeri simülasyonda, araştırılacak yapı, altyapı parçalarına bölünür. Bu altyapılardan deprem davranışı iyi bilinen, elastik sınırlarda davranan veya geometrik boyutları büyük olanlar matematiksel olarak modellenir. Deprem davranışları asıl araştırma konusu olan altyapılar ise laboratuvarda fiziksel olarak test edilirler. Hibrit dinamik benzeri simülasyonun en önemli dezavantajı, deprem davranışı incelenmek istenilen altyapının tüm yapıda çok tekrar ettiği durumlarda ortaya çıkmaktadır. Test içi model güncellemeli hibrit dinamik benzeri deneyin amacı, hibrit simülasyonda fiziksel test edilen altyapıdan elde edilen sonuçlara göre matematiksel olarak modellenen altyapılarda kullanılan parametrelerin test esnasında güncellemesini yapmaktır.Bu çalışmada hibrit dinamik benzeri simülasyonda test içi model güncellemesi için yeni bir yöntem önerilmiş ve etkinliği incelenmiştir. Geliştirilen iterasyonsuz yöntem kesit seviyesinde bir model güncelleme yöntemi olup, genişletilmiş Masing modelli dönme yayları kullanmaktadır. Ayrıca quasi statik, dinamik benzeri, hibrit dinamik benzeri ve test içi model güncellemeli hibrit dinamik benzeri deney yöntemlerinde parametrik deneysel çalışmalar yapılarak, yöntemlerin etkinliği ve parametrelerin sonuçlara olan etkisi araştırılmıştır. Yapılan parametrik incelemelerde; deney tekrarlanabilirliği, monotonik ve çevrimsel yükleme, zaman adım aralığ, sönüm, yükleme hızı, başlangıç rijitliği, alfa katsayısı, tekrarlanan sayısal altyapı sayısı, ayak uzunluğu, deprem kaydı vb. etkiler incelenmiştir. Ayrıca üç farklı dinamik yükleme tipi; i) anlık sabit yük, ii) sinüzoidal yük ve iii) deprem kaydı göz önüne alınmıştır.Sonuç olarak, kurulan hibrit dinamik benzeri deney sisteminin beklenilen hassasiyette ve doğrulukta çalıştığı gösterilmiştir. Ayrıca önerilen genelleştirilmiş Masing modelli test içi model güncelleme yaklaşımının da hibrit dinamik benzeri deney yöntemini geliştirdiği ve elde edilen sonuçları gerçek duruma yaklaştırdığı gösterilmiştir. Oluşturulan sistem farklı model güncelleme alternatiflerinin incelenmesi için de uygundur. Ayrıca kurulumu tamamlanan altyapı ile coğrafik olarak dağınık hibrit dinamik benzeri deneyler de gerçekleştirilebilir.

Experimental tests for determining the seismic behavior of structures can classified under three main types: i) shake table tests, ii) quasi-static tests and iii) pseudo dynamic tests. Researches about pseudo-dynamic test methods are continuing especially on hybrid simulation, distributed hybrid simulation, continuous simulation and real time simulation subjects. The idea behind the hybrid pseudo-dynamic simulation is to divide the investigated structure into substructures. Among these substructures, the ones which the seismic behavior is well known, remain in the elastic limits or not suitable for physical tests due to their geometrical dimensions are numerically modeled. On the other hand, the ones whose seismic behavior is the main focus of the investigation and the ones in which the nonlinear behavior is more governing are physically tested. However the most important disadvantage of the hybrid pseudo-dynamic simulation occurs when the physically investigated substructure repeats multiple times in the whole structure.The purpose of the online model updating in hybrid pseudo dynamic test is to update the parameters in numerically modeled substructures according to the results obtained from physically tested substructures during the hybrid simulation. In this study, a new online model updating method for hybrid pseudo dynamic test is proposed and the effectiveness is investigated. The developed non–iterative model updating method uses extended Masing models for rotational springs. Also parametric experimental studies have been conducted to investigate the effects of the parameters on the results and the effectiveness of quasi static, pseudo dynamic, hybrid pseudo dynamic and online model updating in hybrid pseudo dynamic test methods.In parametric studies; test reproducibility, monotonic and cyclic loading profile, time step interval, damping, loading frequency, initial stiffness, alpha coefficient, number of repeated numerical substructure, column (pier) height, ground motion record etc. effects are investigated. Also three different load types; i) instantaneous constant load, ii) sinusoidal load, and iii) earthquake load are considered. As a result it is demonstrated that, the established hybrid pseudo dynamic test system works within expected accuracy and effectiveness. Also it is showed that the proposed online model updating method with extended Masing model enhance the hybrid pseudo dynamic test results and bring closer the obtained solutions to the real solutions. The system is also ready for investigating different online model updating procedures. Furthermore it is possible to conduct distributed hybrid pseudo dynamic test with the current system.