Deprem mühendisliğinde sismik meta-malzemeler ile izolasyonlu betonarme yapıların sismik davranışlarının araştırılması

Türkiye, aktif fay hatlarının çevrelediği ve düzenli aralıklarla yıkıcı depremlerin yaşandığı bir deprem kuşağında yer almaktadır. Son yıllarda, belirli frekans aralıklarında sismik dalga yayılımını engelleyebilen sismik meta-malzeme sistemleri, deprem mühendisliğinde yenilikçi bir sismik izolasyon yaklaşımı olarak değerlendirilmektedir. Bu çalışmada, meta-malzeme katkılı periyodik temellerin sismik enerjiyi sönümleme performansı deneysel olarak araştırılmıştır. Deneysel sistemde, yatay doğrultuda 7.5 cm deplasman yapabilen, 0.75 kW gücünde servo motorla çalışan ve Arduino IDE yazılımı üzerinden programlanabilen bir sarsma masası kullanılmıştır. Titreşim hareketleri üç farklı adım sayısında (3000, 4000, 5000) oluşturulmuş ve her biri 20,667 saniye süresince test numunelerine uygulanmıştır. Üç farklı temel tipi oluşturulmuştur: (i) yalnızca betonarme plakalardan oluşan geleneksel temel, (ii) betonarme ve kauçuk plakalardan oluşan bir boyutlu periyodik temel ve (iii) piezoelektrik sensörlerle donatılmış bir boyutlu periyodik temel. Test numunelerinin üst yüzeylerine yerleştirilen ivmeölçerlerle 80 ms aralıklarla ivme verileri kaydedilmiştir. Kaydedilen veriler hem zaman (ivme-zaman) hem de frekans (Fourier dönüşümü) düzleminde analiz edilmiştir. Deneysel bulgular, meta-malzeme içeren periyodik temellerin geleneksel temellere kıyasla titreşim enerjisini daha etkili bir şekilde sönümlediğini ortaya koymuştur. Ayrıca piezo destekli sistemde titreşim etkisiyle 1.64 V düzeyine ulaşan elektriksel çıktı elde edilmiş, bu sayede enerji dönüşüm potansiyeli gösterilmiştir. Elde edilen sonuçlar, bu tür yapıların çok işlevli sismik izolasyon sistemlerine dönüştürülebileceğini ve düşük frekanslı titreşimlere karşı yüksek performans sunabileceğini göstermektedir. Anahtar Kelimeler: Deprem mühendisliği, Dinamik analiz, Meta-malzeme, Sarsma masası, Titreşim sönümleme

Turkey is located in an active seismic zone surrounded by fault lines and frequently experiences destructive earthquakes. In recent years, seismic meta-materials have emerged as an innovative isolation technique in earthquake engineering due to their ability to create frequency band gaps that block the propagation of seismic waves. In this study, the damping performance of periodic foundations incorporating meta-materials was experimentally investigated. A shaking table driven by a 0.75 kW servo motor capable of 7.5 cm horizontal displacement was used as the vibration source. The motion was controlled using Arduino IDE software. Three vibration profiles with step counts of 3000, 4000, and 5000 were applied to the test specimens, each for a duration of 20.667 seconds. Three types of foundations were tested: (i) a conventional foundation made of reinforced concrete plates, (ii) a onedimensional periodic foundation composed of alternating rubber and concrete plates, and (iii) a piezoelectric sensor-integrated periodic foundation. Accelerometers placed on the upper surfaces of the specimens recorded acceleration data at 80-millisecond intervals. The recorded data were analyzed in both time (acceleration-time) and frequency (via Fourier Transform) domains. Experimental results revealed that the periodic foundations containing metamaterials significantly reduced vibration energy compared to the conventional system. Moreover, the piezo-supported system produced an electrical output of up to 1.64 V during vibration, indicating energy harvesting capability. These findings suggest that such systems can serve as multifunctional seismic isolation solutions and provide enhanced performance, Keywords: Earthquake engineering, Dynamic analysis, Meta-material, Shaking table, Vibration attenuation