Rezonans

Rezonans olayı ve yıkılan köprü örneği

Nadiren de olsa yapıların ya da yapı elemanlarının yıkılmasına neden olan dinamik parametrelerden biri rezonans olayıdır. Yapının doğal frekansının yapıya uygulanan yükün frekansına eşit olduğu durumda rezonans oluşmakta ve sistemin titreşim genliği teorik olarak sonsuza gitmektedir. Bu durum fiziksel olarak sistemde çok büyük hasarlara neden olabilmektedir.

Hareketli yük etkisindeki köprüler, doğal frekansları civarında bir titreşime maruz kaldıklarında rezonans adı verilen durumla karşı karşıya gelirler. Rezonans durumunda, köprünün doğal frekansı, dış yükün frekansı ile çakışır ve titreşimin genliği giderek artar. Herhangi bir önlem alınmadığında köprü üzerinde şiddetli titreşimler ve yıkılmaya sebep olabilecek dinamik tepkiler meydana gelebilir. Bu sebeple, dinamik yüklerin etkisindeki yapıların tasarımında rezonans olayı mutlaka dikkate alınmalı ve tasarım aşamasında statik analiz ile birlikte dinamik analiz de yapılmalıdır.

Bu tür salınım tehlikesine karşı kullanılan yaygın yöntemlerin başında yapı sisteminin doğal frekansını veya dış yükün frekansını değiştirmek gelmektedir. Çoğunlukla dış yüklere müdahale edilemediğinden, yapının dinamik karakteristiklerini değiştirme yoluna gidilmektedir. Bu ise yapı sisteminin kütle ve rijitliğinin değiştirilmesiyle gerçekleştirilir. Ancak bazı yapı sistemlerinde bu değişiklikler son derece zor olabilir. Bu durumda ayarlı kütle sönümleyici olarak adlandırılan titreşim sönümleme elemanları kullanılmaktadır.

Ayarlı kütle sönümleyicinin kullanılmasındaki amaç, yapı sisteminin doğal frekansı ile dış yükün frekansının birbirlerine eşit veya çok yakın olduğu ve bunlardan herhangi biri üzerinde değişiklik yapılmasının söz konusu olmadığı durumlarda rezonans tehlikesini bertaraf etmektir. Ayarlı kütle sönümleyiciler gerek bakım maliyetinin azlığı gerekse hizmet ömrü süresince herhangi bir enerjiye gereksinim duymamaları sebebiyle diğer sönümleyicilere göre daha yaygın kullanım alanına sahiptirler.

Rezonans olayı sebebiyle yıkılan köprü

Rezonans olayı sonucu yıkılan ve dikkatleri üzerine çeken Tacamo Narrows Köprüsü tarih boyunca mühendisler tarafından örnek teşkil etmiştir. Özellikle İnşaat Mühendislerinin yaptığı hatanın sonucunun ne kadar ağır olabileceği bu örnekte görülmektedir. Bu yüzden salınım olayları yıllar boyunca mega yapıların tasarımında ve hesaplarında hep ön planda tutulmuştur. Tacamo Narrows Köprüsü’ndeki hatalar kiriş yüksekliği ve köprü uzunluğu oranının yanlış olması ile rüzgar geçişlerinin kapalı tutulmasıdır. Köprü kirişleri yükseklikleri ve köprünün toplam uzunluğu arasındaki oranın yanlış hesaplanması veya ihmal edilmesi büyük bir felaketle sonuçlanmıştır. Zira her maddenin belirli bir salınım genliğinde rezonans frekansı mevcuttur. Rüzgara direnen yapılar salınarak tehlikeli boyuta ulaşınca yıkılması kaçınılmazdır.