Binalar için Ayarlı Kütle Sönümleyicilerin, Zemin–Yapı Etkileşimindeki Değişim Göz Önünde Bulundurularak Optimizasyonu

Abstract

Ayarlı Kütle Sönümleyiciler (TMD'ler), sismik ve dinamik titreşimleri azaltarak yapısal güvenliği artıran verimli pasif cihazlardır. Ancak performansları, yapı ve zeminin dinamik özelliklerine bağlıdır. Bu tez, TMD tasarımını optimize ederek zemin-yapı etkileşimini (SSI) ve zemin değişkenliğini dikkate almaktadır. Çalışmada ilk olarak, mekanik bileşenlerinde yapılacak değişikliklerle TMD verimliliğinin artırılma olasılığı araştırılmıştır. Daha sonra, SSI'nin TMD performansı üzerindeki etkileri ayrıntılı sayısal analizler yoluyla incelenmiştir. Tez ayrıca, özellikle zemin içeriğindeki su ihtivası olmak üzere, zemin değişkenliğinin TMD'lerin performansı üzerindeki etkisini de incelemiştir. Zemin parametrelerin ve zemin parametrelerindeki değişikliklerin, sönümleyicinin optimum frekans oranı ve verimliliğinde önemli değişikliklere yol açtığı bulunmuştur. Bu etkileri ele almak için, SSI ile ilgili özelliklerdeki değişim ve belirsizlikleri hesaba katarak en etkili TMD parametrelerini belirleyen bir optimizasyon çerçevesi önerilmiştir. Önerilen yöntemlerin pratik önemini göstermek için, çeşitli zemin koşulları ve sismik aktivitesiyle bilinen İzmir bölgesinde bir vaka çalışması yürütülmüştür. Hem doğrusal hem de doğrusal olmayan betonarme bina modelleri analiz edilmiştir. Son olarak, tezde, zemin-yapı etkileşim etkilerini de göz önünde bulundurarak TMD'li ve TMD'siz çok katlı binaların dinamik ve sismik davranışlarını modellemek, analiz etmek ve görselleştirmek için geliştirilen etkileşimli, çok dilli ve eğitici bir yazılım aracı olan MoRo Analyzer tanıtılmaktadır. Bu çalışma, değişen zemin koşulları altında TMD davranışının daha derinlemesine anlaşılmasına katkıda bulunmakta ve bina yapılarında daha verimli titreşim kontrol sistemleri tasarlamak için pratik rehberlik sağlamaktadır.Tuned Mass Dampers (TMDs) are efficient passive devices that enhance structural safety by mitigating seismic and dynamic vibrations. However, their performance depends on the dynamic properties of the structure and supporting soil. This thesis investigates improving TMD efficiency by optimizing tuning and considering soil–structure interaction (SSI) and soil variability. The study first explored the possibility of enhancing the TMD efficiency through modifications of its mechanical components. Subsequently, the effects of SSI on TMD performance were examined through detailed numerical analyses. The thesis further investigated the influence of soil variability, particularly the variation in soil water content, on the performance of TMDs. It was found that soil parameters and changes in soil parameters lead to notable variations in the TMD's optimal frequency ratio and efficiency. To address these effects, an optimization framework was proposed that determines the most effective TMD parameters while accounting for variation and uncertainties in SSI-related properties. To demonstrate the practical relevance of the proposed methods, a case study on the İzmir region—known for its diverse soil conditions and seismic activity—was conducted. Both linear and nonlinear reinforced concrete building models were analyzed. Finally, the thesis introduces MoRo Analyzer, an interactive, multilingual, and educational software tool developed to model, analyze, and visualize the dynamic and seismic behavior of multi-story buildings with and without TMDs considering soil-structure interaction effects. This study contributes to a deeper understanding of TMD behavior under varying soil conditions and provides practical guidance for designing more efficient vibration control systems in building structures.