Collapse risk assessment of reinforced concrete buildings subjected to aftershock hazard
Betonarme binaların artçı sarsıntı etkisiyle göçme riskinin değerlendirilmesi
- Tez No: 624989
- Danışmanlar: DOÇ. DR. UFUK YAZGAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Deprem Mühendisliği, Earthquake Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Deprem Mühendisliği ve Afet Yönetimi Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 200
Özet
Meydana gelen depremlerin ardından belirli bir hasar seviyesine ulaşmıs bir binanın güvenilirliğinin değerlendirilmesi son derece önemli bir husustur. Özellikle yıkıcı depremlerin ardından yapılacak olan hızlı ve doğru değerlendirmelere bağlı olarak; deprem sonrasında ortaya çıkan barınma ihtiyacını karşılamak, kriz oluşumunu büyük ölçüde azaltmak ve binalar için yerinde yapılacak olan incelemeleri daha sağlıklı bir şekilde yürütmek mümkün olabilir. Bu hususta, depremin ardından binanın sahip olduğu hasar seviyesinin hızlı bir biçimde belirlenmesi ve sonrasında meydana gelen artçı depremlere bağlı olarak göçme riskinin tutarlı bir şekilde değerlendirilmesi, ilgili incelemelerde önemli bir yer tutmaktadır. Tez çalışması kapsamında geliştirilen yaklaşımda, belirli bir hasarlı yapı grubuna ait deprem güvenilirliği değerlendirilmesinin tutarlı bir şekilde yapılması amaçlanmıştır. Çalışma kapsamında betonarme binaların belirli bir ana deprem etkisi altında hasar görmeleri durumunda, maruz kaldıkları artçı deprem tehlikesi altındaki göçme olasılıkları incelenmiştir. Binanın sahip olduğu göçme potansiyeli üzerinde etkili olan belirsizlikler dikkate alınarak, güvenilirliklerinin değerlendirilebilmesine yönelik yeni ve tutarlı bir yaklaşımın öne sürülmüştür. Belirli bir depreme maruz kalan binaların güvenilirliğinin değerlendirilmesi amacıyla, binanın göçme olasılığının temel alındığı bir yaklaşım doğrultusunda tez çalışması kapsamında yapılan çalışmalar 3 ana başlık altında toplanmaktadır: (1) artçı deprem tehlikesinin değerlendirilmesi, (2) binada ana deprem etkisi altında oluşan hasar seviyesine bağlı göçme kırılganlığının belirlenmesi, ve (3) yapılan analizlere bağlı olarak hasarlı binaların göçme riskinin derecelendirilmesi. Burada belirtilen adımlar, belirli bir ana depreme maruz kalmış farklı taşıyıcı sistem özelliklerine sahip bir grup hasarlı bina modeline uygulanarak, incelenen binaya ait göçme olasılığının deprem öncesine göre artışı değerlendirilmiştir. Hasarlı binaların ana deprem sonrasında maruz kaldıkları artçı sarsıntı tehlikesinin belirlenmesi kapsamında öncelikle artçı sarsıntı tehlikesini ortaya koyan faktörler değerlendirilmiştir. Bu faktörlerden birisi, artçı deprem tehlike analizlerinde incelenen bölgenin sismik aktivite seviyesine bağlı olarak artçı deprem oluşum karakteristiğinin belirlenmesidir. Bu kapsamda, Türkiye'de gözlemlenen artçı deprem verileri kullanılarak, artçı deprem oluşum sıklığı modellerinin kalibrasyonu yapılmıştır. Türkiye'de geçmiş yıllarda meydana gelmiş olan ana depremlere ait artçı deprem sayısının büyüklük ve zamana bağlı değişimi bu kalibrasyonun temelini oluşturmaktadır. Kalibrasyon çalışmaları sonucunda elde edilen oluşum sıklığı parametreleri, sayısal uygulamalar kapsamında yapılan artçı sarsıntı tehlike analizlerinde göz önünde bulundurulmuştur. Yapılan çalışmalar kapsamında geliştirilen yaklaşımlardan birisi, artçı deprem tehlike analizlerinde ana depremin hemen sonrasında sahada gözlemlenen Mercalli şiddeti değerinin göz önüne alınabilmesidir. Yapılan bu çalışmalar ve geliştirilen yaklaşımlar ile birlikte, hasarlı binaların maruz kaldığı artçı deprem tehlikesindeki değişkenlik seviyesinin azaltılarak daha tutarlı bir şekilde göz önüne alınması hedeflenmiştir. Ana deprem sırasında hasar görmüş binaların, artçı deprem etkisi altındaki göçme kırılganlık seviyelerinin incelenmesinde kullanılan analiz yaklaşımları ve bu yaklaşımların kullanıldığı modelleme tekniklerinin seçimi büyük önem taşımaktadır. Binanın göçme kırılganlık seviyesinin temelini oluşturan göçme kapasitesi tahminini etkileyen belirsizlik etkenleri, sonuçlar üzerinde önemli değişkenliklere neden olmaktadır. Bu etkenlerin analizlerde dikkate alınabilmesi amacıyla literatürde öne sürülen bir dizi belirsizlik durumu (örneğin; malzeme, sistem, yük, kayıtlar arası değişkenliklerden kaynaklanan belirsizlikler) tez çalışması kapsamında gerçekleştirilen analizlerde dikkate alınmıştır. Bunlara ilave olarak, kullanılan sayısal modelleme yaklaşımlarındaki farklılıkların bina göçme kapasitesi tahmininde yol açtığı değişkenlik seviyelerinin dikkate alınabilmesi amacıyla bir dizi sayısal analiz gerçekleştirilmiştir. Bu analizler doğrultusunda, farklı sonlu eleman modelleme yaklaşımları ile belirlenen göçme kapasitesi tahmin sonuçları ile laboratuvar ortamında sarsma tablası üzerinde test edilmiş gerçek deney ünitelerinden elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmalar sonucunda gerçek deney verileri ile analitik modellere ait belirlenen göçme kapasiteleri arasındaki farklılıklardan kaynaklanan düzeltme faktörleri belirlenmiştir. Düzeltme faktörlerine ait olasılık dağılım modellerine bağlı olarak, göçme kapasitesi tahmininde başarılı olan modelleme yaklaşımlarının belirlenmesi hedeflenmiştir. Ayrıca, farklı modelleme yaklaşımları için elde edilen düzeltme faktörlerine ait olasılıksal dağılım parametrelerinin temel alındığı bir yaklaşımla, binaya ait göçme kırılganlık eğrilerinde analitik model belirsizliklerinden kaynaklanan değişkenlik seviyesinin göz önüne alınabilmesi sağlanmıştır. Seçilen sonlu eleman modeli ve göçme kapasitesi üzerindeki etkili olan belirsizlik durumlarının dikkate alınması ile, ana deprem etkisi altında belirli bir hasar seviyesine ulaşan bina modellerine ait artçı deprem göçme kapasiteleri doğrusal olmayan dinamik analizler ile belirlenmiştir. Bu analizler aynı zamanda, binalara ait artçı deprem göçme kapasitelerinin ana deprem hasarına bağlı olarak değişkenlik seviyeleri de ortaya koyabilmektedir. Ayrıca, farklı bina özelliklerinin göçme kapasitesi üzerindeki etkisinin incelenebilmesi amacıyla çalışma kapsamında dikkate alınan referans modeller için farklı kat adedi ve süneklik kapasite düzeyleri dikkate alınmıştır. Yapılan analizler belirli bir ana deprem hasar seviyesine ulaşmış farklı taşıyıcı sistem özelliklerine sahip binaların artçı deprem göçme kırılganlık eğrilerinin elde edilmesine olanak sağlamıştır. Sonuç olarak, farklı referans modeller için benzer analizler yapılarak hasarlı binaların artçı deprem göçme kırılganlık seviyelerinin dikkate alınan farklı bina özellikleri ve belirsizlik etkenlerine bağlı olarak değişkenlik seviyeleri ortaya konmuştur. Tez çalışması kapsamında hasarlı binaların artçı deprem tehlikesi altında göçme olasılıklarının belirlenmesine yönelik olarak, olasılık değerlerindeki değişimi belirleyen kritik parametre değerleri için (zemin sınıfı, ana deprem şiddeti, v.b.) sayısal analizler gerçekleştirilmiştir. Bu analizler neticesinde belirli bir bina grubu için farklı parametrelere bağlı olarak binada hasar nedeniyle artan göçme olasılıklarının seviyesi belirlenmiştir. Sonuç olarak, yukarıda belirtilen hususlar dikkate alınarak yapılan çalışmalar ile geliştirilen risk değerlendirme yaklaşımının, belirli bir deprem neticesinde hasar görmüş betonarme binaların değerlendirilmesinde kullanılabilecek akılcı ve tutarlı bir strateji olabileceği düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
Safety evaluation of a building damaged due to an earthquake is an extremely significant issue. Especially, handling the sheltering needs of victims after an earthquake, considerable reduction of the crisis effects and more careful investigations on site may be made depending on fast and accurate evaluations after damaged earthquakes. A quick determination of potential damage level of the building after the mainshock and consistent evaluation of the collapse risk of the building subjected to aftershock hazard have important role in related investigations. The aim of this study is the rating of earthquake safety of specific building types based on a consistent method. An innovative approach is proposed for safety evaluation of mainshock damaged reinforced concrete buildings that includes explicit modeling of the uncertainties of the collapse potentials under aftershock effects. Assessment of safety of buildings subjected to an earthquake by considering the collapse risk of the structure has three fundamental concepts: (1) aftershock hazard assessment, (2) determination of collapse fragility due to mainshock damage level, and (3) collapse risk rating of damaged buildings. Using these steps for a group of damaged building model, the collapse possibility is evaluated in comparison with undamaged ones. To assess the damaged buildings subjected to aftershock hazard, analysis for the factors that affect the aftershock hazard were considered on a preferential basis. One of these factors is the determination of the aftershock occurrence characteristics of the investigated region by taking into account the level of seismicity. In this context, aftershock occurrence frequency models were calibrated using the aftershock sequences observed in Turkey. The changes in the numbers of aftershocks, that observed after the mainshocks occurred in Turkey, due to the magnitude and the time elapsed from the mainshock form the basis of calibration process. The evaluated occurrence parameters are utilized in the aftershock hazard analyses of the case studies. Additionally, a novel approach is proposed based on using the mainshock intensities as macroseismic indicators in aftershock hazard assessment. The aim of the proposed approach is the assessing of the aftershock hazard in more consistent way by reducing the level of variability. Collapse probability of a damaged building under an aftershock hazard within a threshold spectral acceleration level is estimated by considering both the aftershock hazard and the collapse fragility characteristics of the building. Analytical assumptions and the modeling techniques utilized in the investigation of the collapse fragility of damaged buildings under aftershock hazard have a great importance. The uncertainties that affect the collapse capacity of the buildings induce variabilities in analysis results. In scope of the thesis, a set of uncertainty conditions proposed in literature (i.e., material, system, load, and record-to-record variability) are taken into consideration. Furthermore, analyses are performed to adopt the variabilities depending on the considered modeling assumptions in collapse capacity evaluations. For this purpose, the collapse capacities evaluated via utilizing the different finite element modeling assumptions are compared with the experimental results of structural members tested on shaking tables. Based on the comparison results, the correction coefficients between the estimated and the actual collapse capacities are evaluated. Accordingly, the performance of the analytical modeling approaches on collapse capacity estimations are investigated depending on the probability distributions of the correction coefficients. Additionally, the uncertainties induced by the analytical modeling assumptions are taken into account in collapse fragility curves by using the probability distribution parameters of the correction coefficients. The aftershock collapse capacity of mainshock damaged buildings are evaluated via nonlinear dynamic analyses and by taking into account the finite element modeling assumptions and the uncertainty conditions. These evaluations also provide information about the changes in the probability of collapse of the buildings with different levels of mainshock damage. Furthermore, the effects of total number of stories, and insufficient ductility capacity on building collapse fragility were also investigated to represent the different building properties. These investigations provide information for the collapse fragility curves of different structural systems with a specific mainshock damage level. Consequently, the variabilities in aftershock collapse fragility curves are evaluated due to the different structural characteristics and the uncertainties affecting the collapse capacity. In conclusion, aftershock risk evaluation approach improved by considering the conditions above is expected to be a useful tool for assessing the safety of earthquake-damaged buildings.
Benzer Tezler
- Türkiye'deki mevcut betonarme binaların depremlerde hasargörebilirliğinin istatistiksel kestirimi
Statistical evaluation of the fragility of existing RC buildings in turkey under seismic loads
ÜLGEN MERT TUĞSAL
Doktora
Türkçe
2016
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BEYZA TAŞKIN AKGÜL
- Deprem etkisindeki betonarme binaların göçme riskinin saptanması için hızlı değerlendirme yöntemleri
Rapid assessment methods for detection of the risk of collapse of the reinforced concrete buildings affected from earthquake
MECİT ALTINER
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Kültür Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ERDAL COŞKUN
- Düzce depreminde yıkılmış 6 katlı betonarme binanın farklı yöntemlerle değerlendirilmesi
Seismic assessment of six storey reinforced concrete building that collapsed after Düzce earthquake
MERVE ÖZKARATAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA GÜLTEN GÜLAY
- Mevcut yüksek katlı betonarme binaların hasar görebilirliğinin kırılganlık eğrileri yardımıyla belirlenmesi
Evaluate damage potential with fragility curves for existing high rise R.C. Building
HÜSEYİN KEMAL DAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BEYZA TAŞKIN AKGÜL
- Yönetmelik kurallarına uymayan yapılar için kullanılabilecek farklı deprem güçlendirme yöntemlerinin kırılganlık eğrileri ile değerlendirilmesi
Use of fragility curves for evaluation of different seismic retrofitting techniques applicable to substandard structures
MEHMET AKİF ALTINOK
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER İLKİ