30 yıllık süreçte, YDMLab’da 40 civarı doktora ve 100’den fazlayüksek lisans tez çalışması tamamlanmış, yaklaşık 75 tane SCI / SCIE indeksli makale yayımlanmıştır. 1997, 2007 ve 2018 yıllarında yayımlanan ülkemiz deprem yönetmeliklerindeki bazı bölümler, YDMLab’da gerçekleştirilen deneysel çalışma sonuçlarına dayandırılmıştır.
Giriş
1993 yılında aldığı ismiyle ‘Yapı ve Deprem Mühendisliği Laboratuvarı (YDMLab)’ altyapı imkânları, deney aletleri ve sistemleri, mesleki tecrübesi ve yetiştirdiği nitelikli insan gücü dikkate alındığında alanında dünyanın önemli araştırma merkezlerinden biri olmuştur. 30. kuruluş yılında, YDMLab’ın kısa tarihçesi, imkânları, araştırma alanları ve ülkemiz bilgi birikimine katkıları aşağıda özetlenmeye çalışılmıştır.
1. YDMLab’ın Kısa Tarihçesi
YDMLab’ın hizmet verdiği özel laboratuvar binasının projeleri 1973 yılında hazırlanmaya başlanmış ve 1978’de bina inşaatı tamamlanmıştır. Daha önceki dönemde Taşkışla Binasının bodrum katında bir betonarme laboratuvarı bulunmakta ve Prof. Dr. Kemal Özden tarafından verilen ‘Betonarme Yapıların Taşıma Gücü’ dersi kapsamında betonarme kiriş deneyleri yapılmaktadır. 1978 yılında yeni laboratuvar binasının hizmete girmesinden sonra Prof. Dr. Rıfat Yarar tarafından betonarme elemanlarda sünme deneyleri gerçekleştirilmiştir.
13 Mart 1992 tarihinde Erzincan’da yaşanan depremden hemen sonra Prof. Dr. Rıfat Yarar’ın Japonya’ya yaptığı uluslararası işbirliği çağrısı ve Prof. Dr. M. Hasan Boduroğlu’nun o zamanki Devlet Planlama Teşkilatı’na sunduğu ‘Betonarme Sistemlerde Kolon-Kiriş Birleşim Bölgelerinin Davranışı’ isimli proje 1993 yılında olumlu sonuçlanmıştır.
Türk ve Japon hükümetleri arasında 1993 yılında imzalanan ‘The Establishment of An Earthquake Disaster Prevention Research Center in Turkey’ isimli anlaşma kapsamında Japonya Uluslararası İşbirliği Teşkilatı (JICA) ülkemize önemli bir hibe desteğinde bulunmuştur. Projenin bir ayağı Ankara’da o zamanki Afet İşleri Dairesi Başkanlığı sorumluluğunda, diğer ayağı da İstanbul’da İTÜ İnşaat Fakültesi’nde yürütülmüştür. Projenin fakültemizde gerçekleştirilmesinde Prof. Dr. Rıfat Yarar, Prof. Dr. Hasan Boduroğlu, Prof. Dr. Faruk Karadoğan ve Prof. Dr. Atilla Ansal çok önemli katkılar vermiştir. Proje, (1 Nisan 1993-31 Mart 1998) ve (1 Nisan 1998-31 Mart 2000) dönemleri olmak üzere iki ayrı etaptan oluşmuştur.
JICA projesinin sağladığı MTS 244.31 hidrolik veren sistemi, yerdeğiştirme ölçüm sistemleri ve küçük genlikli ivmeölçerler kullanılarak laboratuvar içinde ve dışında çok sayıda deneysel çalışma gerçekleştirilmiş, sektörden deneysel çalışma talepleri gelmeye başlamıştır. JICA projesi kapsamında çok sayıda hoca ve araştırma görevlisinin Japonya’ya gidişi ve Japon uzmanın ülkemize gelişi mümkün olmuştur. MTS 244.31 hidrolik veren sisteminin elektronik aksamları, kontrol üniteleri ve yazılımları bir başka araştırma projesinden sağlanan imkânla Ağustos 2011’de güncellenerek, aletlerin daha uzun süre kullanımı mümkün olmuştur.
İngiliz hükümeti kredisi ile ülkemizdeki bazı üniversitelere gönderilen ancak teknik sebeplerle faaliyete geçirilemeyen DARTEC hidrolik veren sistemi, 2006 yılında alınan TÜBİTAK projelerinin sağladığı imkânlarla modernize edilerek kullanılmaya başlanmıştır.
Gerçek zamanda dinamik deneylerin yapılabilmesi için 2.35×2.35 m plan boyutlarındaki tek eksenli ‘ARI-I Sarsma Masası’ 2014 yılında hizmete alınmıştır. Yaklaşık 250.000 US$ lık proje bütçesi, büyük çoğunluğu İTÜ mezunu olan 19 kişi ve kuruluş tarafından karşılanmıştır. Mekanik, elektrik, hidrolik ve yazılım konularındaki özgün tasarımı ve üretimi ülkemizde gerçekleştirilen sarsma masası, hizmete girişinden bu yana etkin olarak kullanılmaktadır.
Prof. Dr. Erdoğan Uzgider yönetiminde NATO Science for Stability Programı çerçevesinde gerçekleştirilen ‘Evaluation of Railway Bridges’ projesi kapsamında Haydarpaşa’da tesis edilen ve uzun yıllar hizmet veren ‘TCDD - İTÜ HASLAB Yorulma Deneyleri Laboratuvarı’ 2015 yılında faaliyetlerini sonlandırmıştır. İnşaat Fakültesi ile TCDD arasında Mart 2016’da imzalanan protokol çerçevesinde, bu laboratuvarda kullanılan tüm aletler ile çelik yorulma çerçevesi YDMLab’a getirilmiştir. Çelik yorulma çerçevesi YDMLab yerleşim planına uygun olarak revize edilmiş ve tekrar kurulmuştur. Yorulma deney sistemini oluşturan MTS 244.41 hidrolik verenlerinin elektronik bileşenleri, hidrolik hortum ve veri transfer kabloları, kontrol üniteleri ve yazılımları bir başka Ar-Ge projesinden sağlanan imkânla güncellenmiştir. Modernize edilen sistem, aktif olarak demiryolu altyapı ürünleri deneylerinde kullanılmaktadır.
YDMLab’ın yönetim görevini 1993-2007 yılları arasında Prof. Dr. Faruk Karadoğan, 2007-2015 yılları arasında Prof. Dr. Alper İlki ve Prof. Dr. Ercan Yüksel, 2015 yılından bu yana Prof. Dr. Ercan Yüksel sürdürmektedir.
YDMLab, kuruluşundan bu yana Japonya, Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa Topluluğu ülkelerinden eğitim ve araştırma kurumları ile çok sayıda ortak araştırma projesi gerçekleştirmiştir.
30 yıllık süreçte, YDMLab’da 40 civarı doktora ve 100’den fazla yüksek lisans tez çalışması tamamlanmış, yaklaşık 75 tane SCI / SCIE indeksli makale yayımlanmıştır. 1997, 2007 ve 2018 yıllarında yayımlanan ülkemiz deprem yönetmeliklerindeki bazı bölümler, YDMLab’da gerçekleştirilen deneysel çalışma sonuçlarına dayandırılmıştır.
2. YDMLab’ın Gelişen Deneysel Altyapısı
YDMLab binası bodrum, deney ve ofis katlarından oluşmaktadır. Toplam kapalı bina alanı 1688 m2’dir. Deney katında, 25.0×18.7×1.20 m boyutlarında öngerilmeli özel deney döşemesi, betonarme adaptör temel ve muhtelif tepki duvarları bulunmaktadır, Fotoğraf 2.
150 kN kapasiteli gezer vinç laboratuvar içi, forklift ise laboratuvar dışı taşıma işlemlerinde etkin olarak kullanılmaktadır.
YDMLab’da yer alan ARI-I sarsma masası 2.35×2.35 m plan boyutlarına sahiptir. Tek serbestlik dereceli masa, 60 kN yükleme, 1 m/sn hız, 1g etkin ivme ve ± 325 mm yerdeğiştirme kapasitelerine sahiptir.
Yorulma çerçevesi gerek statik gerekse yorulma deneylerinin gerçekleştirilmesi için hidrolik verenlerin mesnetlendiği yüksek kapasiteli bir çerçevedir.
YDMLab’da farklı deneylerde ve konumlarda kullanılabilen servo-kontrollü 4 adet MTS 244.31, 2 adet MTS 244.41, 1 adet DARTEC ve 1 adet 1000 kN kapasitelik hidrolik veren bulunmaktadır. Bunların yanında elle kontrol edilen muhtelif yükleme kapasitelerine sahip hidrolik pistonlar da mevcuttur.
3. YDMLab’da Gerçekleştirilmiş Deneysel Çalışmalar ve Alanına Yaptığı Katkılar
Ülkemizde yapı ve deprem mühendisliği alanında son 30 yılda yaşanan pek çok gelişme YDMLab’da gerçekleştirilen deneysel çalışmalardan etkilenmiştir. YDMLab’da gerçekleştirilen deneysel çalışmalar konu başlıklarına göre aşağıda sınıflandırılmıştır:
• Eleman ve sistem davranışını belirlemeye yönelik deneyler
Betonarme, çelik, ahşap vd. malzemelerden üretilmiş kiriş, kolon, döşeme, panel ve perde türü taşıyıcı elemanlar ile farklı boyutlardaki çerçeve sistemlerin tek yönlü artan veya çevrimsel yükler etkisindeki davranışını belirlemeye yönelik araştırmalar YDMLab’da en çok tekrarlanan deneyler olmuştur.
• Dolgu duvarların mekanik özelliklerinin belirlenmesi ve çerçeve davranışına katkılarının incelenmesi
Boşluklu tuğla, pres tuğla, gazbeton ve lif takviyeli alçı panelden oluşturulmuş duvarların mekanik özelliklerinin belirlenmesi ve düzlem içi çevrimsel yükleme durumunda çerçeve davranışına katkılarının incelenmesi amacıyla farklı deney düzeneklerinde çok sayıda deney yapılmıştır.
• Betonarme çerçevelerin güçlendirilmesinde farklı yöntemler
Deprem güvenliği yetersiz betonarme çerçevelerde yatay yük taşıma kapasitesi ve rijitliğin arttırılması için farklı güçlendirme teknikleri uygulanabilmektedir. Mevcut dolgu duvarının bir ya da iki yüzünde ince perde oluşturulması, püskürtme beton perde yapımı, mevcut dolgu duvarının lifli polimer veya çelik levhalar ile güçlendirmesi, ince çelik perde eklenmesi, burkulması önlenmiş çapraz eklenmesi gibi yöntemler YDMLab’da farklı araştırıcılar tarafından deneysel olarak çalışılmıştır.
• Betonarme ve yığma elemanların güçlendirilmesinde lifli polimer kullanımı
1999 Marmara depremleri sonrasında, lifli polimerler betonarme ve yığma sistemlerde eleman, düğüm noktası ve sistem güçlendirilmesinde kullanılmaya başlanmış ve pek çok deneysel çalışma gerçekleştirilmiştir.
• Önüretim betonarme sistemlerde kolon-kiriş bağlantı yöntemleri geliştirilmesi
Önüretim betonarme kiriş ve kolon elemanların moment aktaran bağlantısı için özgün ıslak, hibrit ve mekanik bağlantı yöntemleri geliştirilmiştir. Bu yöntemlerin bazıları 2018 Bina Deprem Yönetmeliği’nde yer aldıktan sonra sektörde yaygın olarak kullanılmaktadır.
• Önüretim betonarme taşıyıcı sistemlerde cephe panellerinin bağlantısı
Ülkemizde yaygın olarak kullanılan önüretim betonarme cephe panellerinin mekanik bağlantısı için özgün bir birleşim aracı geliştirilmiştir. Çelik yastık adı verilen birleşim aracı, şişkin yük-yerdeğiştirme özelliği nedeniyle sönümleyici eleman olarak da kullanılmaktadır.
• Sönümleyici sistemler geliştirilmesi
Doktora çalışması düzeyinde yapılan araştırmalarda kurşun ekstrüzyon sönümleyici, burkulması önlenmiş çapraz, çelik yastık sönümleyici gibi özgün ürünler geliştirilmiştir. Bu ürünler, farklı deney düzeneklerine yerleştirilen numuneler üzerine yerleştirilerek sistem davranışına olan olumlu katkıları kanıtlanmıştır.
• Sismik izolasyon sistemleri geliştirilmesi
Uygulamada gün geçtikçe yaygınlaşan sismik izolasyon sistemlerine yeni alternatifler oluşturmak üzere, doktora çalışması düzeyindeki özgün çalışmalar YDMLab’da sürmektedir.
Kontrollü zayıf kat prensibine dayalı sismik yalıtım sistemi, çapraz yay grupları ile küresel mafsallardan oluşmaktadır. Yöntem geliştirme ve iyileştirme aşamalarında çok sayıda hızlı statik ve dinamik deney gerçekleştirilmiştir.
Yüksek gerilim elektrik hatları indirme merkezlerinde kullanılan seramik izolatörlerin depreme karşı korunması için özel bir sismik yalıtım sistemi geliştirilmiştir. Yalıtım sistemi yalın ve ilave çelik sönümleyici eklenmiş olarak sarsma masası üzerinde çok sayıda deneye tabi tutulmuştur.
Sürtünmeli sarkaç türü sismik yalıtım sisteminin, ön kusurlu alt ve üstyapı imalatları durumunda etkin olarak kullanılabilmesi için özel bir detayla geliştirilmesine yönelik doktora tez çalışması deneyleri yapılmıştır.
• Çelik yapılar için yeni kolon-kiriş bağlantı detayları geliştirilmesi
Çelik çerçevelerde yeni kolon-kiriş bağlantı yöntemleri geliştirilmesi amacıyla doktora çalışması düzeyinde araştırmalar yürütülmüştür.
• Büyük ölçekli saha deneyleri
Farklı projelerde çok sayıda üretilmiş olan betonarme elemanların tasarım onay deneyleri YDMLab tarafından sahada gerçekleştirilmiştir. İstanbul Havalimanı terminal, otopark ve köprülerinde kullanılan öngerilmeli kiriş ve döşeme paneli elemanları üzerinde deneyler yapılmıştır.
• Önüretim Hat Üst Yapı Döşemeleri ve Traversler İçin Ar-Ge Faaliyetleri ve Tasarım Onay Deneyleri
YDMLab, yorulma deney sisteminin faaliyete geçmesinden sonra ray, travers, hat üstyapı döşemesi, bağlantı elemanları gibi demiryolu inşaatında kullanılan ürünlerin Ar-Ge ve tasarım onay deneylerinin gerçekleştirilebildiği bir deney merkezi konumuna gelmiştir.
Sonuçlar
YDMLab, 30 yıllık çalışma döneminde yapı ve deprem mühendisliği alanında farklı statik, benzeşik dinamik, gerçek zamanda dinamik ve yorulma deneyi sistemleri kurarak; çok sayıda deneysel çalışma gerçekleştirmiş, bilgi ve teknoloji üretmiştir.
Gelişen teknolojik imkânlara paralel olarak yükleme ve veri toplama süreleri çok kısaldığından; endüstrinin de talepleri doğrultusunda sürekli güncellenen ekipmanların kullanımıyla laboratuvar içi faaliyetlerde dinamik deneyler ve yorulma deneyleri ağırlık kazanmıştır. Konvansiyonel veri toplama sistemleri yerine, video çözümlemeye dayalı ölçüm sistemleri oluşturulması süreci devam etmektedir.
YDMLab’ın 30 yıllık gelişim ve başarı öyküsünde; güncel deprem riskinin azaltılmasına yönelik motivasyonu, uluslararası ilişkilere verdiği önem, üniversite-sanayi işbirliğinin sağladığı imkânlar, yüksek lisans ve doktora öğrencilerinin gayretleri ve kuruluştan itibaren özveri ile hizmet veren personeli, en önemli gücü olmuştur.
Prof. Dr. Ercan Yüksel, Öğr. Gör. Hakan Saruhan
İTÜ İnşaat Fakültesi
İnşaat Mühendisliği Bölümü