Geri Dön

Seismic risk of substandard RC frames with foundation settlement

Temel oturmasına maruz kalmış standart altı betonarme çerçevelerin sismik riski

PDF İndir

  1. Tez No: 712865
  2. Yazar: SHAHIN HUSEYNLI
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. UFUK YAZGAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Deprem Mühendisliği, İnşaat Mühendisliği, Earthquake Engineering, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 125

Özet

Temel oturması binalarda çok sık gözlemlenen sorunlardan biridir. Binanın yakınında iyi yönetilmeyen derin kazı bulunması ve deprem zamanı gerçekleşen toprak sıvılaşması gibi durumlar zemin deformasyonuna sebep olur ve dolayısıyla da yakındaki binaların temelinin oturmasını tetikler. Bu gibi olayların yüksek kaliteli malzemeden oluşan ve iyi tasarlanmış binalarda bile ciddi sorunlar oluşturduğu görülmüştür. Düşük dayanımlı ve yetersiz temel taşıma kapasitesi olan zeminlerde bulunan betonarme yapılarda bu konu daha da fazla ciddiyet kazanır. Binaların sismik davranışının temel oturmalarından nasıl etkilendiği yeterince araştırılmamıştır. Oturmaya maruz kalmış binaların deprem riski konusu bazı araştırmacılar tarafından incelense de, genelde bu çalışmarda hasar sınır durumu göreli kat ötelemeleri esas alınarak ifade edilmiştir. Ama, oturma gerçekleştiği zaman yapı elemanlarında önemli ölçüde gerinim oluşduğundan, yanal deformasyonlar çok düşük olduğunda bile kritik bölgelerdeki yapı elemanlarının gerinimleri kırılma kapasitesine yaklaşabilir. Bu etki, hasar seviyesinin yalnızca göreli kat ötelemeri sınırları esas alınarak tanımlandığı durumda göz önüne alınamamaktadır. Bu yüzden, çalışmada birim şekilde değiştirme esaslı yaklaşım kullanılmıştır. Özellikle gelişmekte olan ülkelerin bina stoğunun büyük bir kısmını düşük dayanımlı betonarme yapıları kapsadığından, bu çalışmada farklı oturmaların standart altı betonarme binaların sismik riski üzerindeki etkisi incelenmiştir. İtalyada ELSA laboratuvarında test edilmiş ICONS çerçevesi üzerine örnek olay incelemesi yapılmıştır. Bu çerçeve Güney Avrupa ülkelerinde 1950'lerde inşa edilmiş tipik standart altı betornarme binaları temsil etmektedir. Beton basınç dayanımı düşük ve sünekliğinin yetersiz olması nedeniyle ülkemizdeki standart altı yapıları da belirli bir oranda temsil ettiği söylenebilir. OpenSees yazılımı kullanılarak binanın sayısal modeli oluşturulmuş ve sonuçların deneyle uyumluluğu doğrulanmıştır. Eksenel kuvvetle eğilme momentinin etkileşimini incelemek için, eleman tanımında kuvvete dayalı yaklaşım ve fiber tabanlı bir sonlu eleman modeli kullanılmıştır. Oturma profiline özel bir analiz çalışmanın kapsamı dışında olmasına rağmen çerçeveye bir dizi potansiyel oturma profili uygulanmıştır. Dört farklı oturma durumu belirlenmiş ve her durumda üç farklı oturma miktarı seviyesi incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, oturmaya maruz kalmamış durumla karşılaştırılmıştır. İlk önce, oturmayı takiben iç kuvvetlerinin yeniden dağılımı incelenmiştir. Statik analiz bulguları, oturma sonrasında iç kuvvet dağılımlarının önemli ölçüde değiştiğini göstermektedir. Oturma bölgesi yakınındaki elemanlarda, eksenel kuvvet, eğilme momenti ve kesme kuvveti taleplerinde kayda değer bir artış gözlenmiştir. Oturma miktarı arttıkça, akma momentinin ve kesme kapasitesinin büyük bir kısmının tüketildiği görülmüştür. Bazı ekstrem durumlarda, eğilme ve kesme taleplerinin kapasiteyi aştığı gözlemlenmiş ve dolayısıyla oturmaların sismik etki olmaksızın bile göçmeye sebep olabileceği gösterilmiştir. Statik analizin yanı sıra, farklı oturmaların binanın yanal yükler altındaki davranışını nasıl etkilediğini incelemek için tüm oturma durumları için itme analizi yapılmıştır. Yanal yük hem pozitif hem de negatif yönde etkitilmiş ve elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, yükleme yönünün ciddi etkiye sahip olduğunu ve bu gibi çalışmalarda her iki yönü dikkate almak gerektiğini göstermektedir. Oturma miktarı arttıkça maksimum taban kesme kuvvetinde ve göreli kat ötelemelerinde sırasıyla %15 ve %44'e varan azalma gözlemlenmiştir. İtme analizi sonuçları esas alınarak oturmanın plastik mafsal oluşumu üzerindeki etkisi de araştırılmıştır. Kırılma türü ve göçme mekanizmasının, oturma profiliyle doğrudan ilgili olduğu görülmüştür. Bazı profiller için düşük oturma seviyelerinde eğilme kırımlası etkin olsa da ileri seviyelerde kesme kırılmasının daha etkin olabildiği tespit edilmiştir. Her oturma profilinde farklı plastik mafsal dağılımı gözlemlenmiştir. Kırılmanın gerçekleştiği bölgenin bile bazı durumlarda değiştiği görülmüştür. Bu değişimlerin binanın deprem riskini nasıl etkileyeceğini araştırmak için ilk önce sismik kırılganlık analizi yapılmıştır. Sismik kırılganlık eğrileri artımsal dinamik analiz sonuçlarından yola çıkarak oluşturulmuştur. Analizde, belirli bir şiddet aralığına ölçeklenmiş bir yer hareketi seti kullanılmış ve ivme kayıtlarının düşey bileşeni de dikkate alınmıştır. Genel kırılganlık fonksiyonuna ek parametre olarak oturma miktarı eklenmiştir. Performans seviyeleri hafif, orta ve ağır hasar olarak kategorize edilmiştir. Belli bir oturma miktarı ve şiddet ölçüsünde gerinimler hesaplanmış ve onların hasar sınırlarını ayrı-ayrı geçip geçmediği kontrol edilmiştir. Bundan başka her seviyede kesme taleplerinin kapasiteyi aşması durumu da araştırılmıştır. Kirişlerin kesme kırılması orta hasar, kolonların kesme kırılmasıysa ağır hasar olarak nitelendirilmiştir. Sonuçlardan yararlanarak sismik kırılganlık fonksiyonuna göre her hasar seviyesinin geçilme olasılığı hesaplanmış ve sismik kırılganlık eğrileri oluşturulmuştur. Yer hareketlerinin sadece yatay bileşeni kullanılarak hesap yapıldığında eksenel yük oranı sadece çerçeve etkisi yüzünden değişir. İvme kaydının düşey bileşeni de dikkate alındığındaysa eksenel yük oranı dağılımında ekstra etki gözlemlenir. Her iki durum karşılaştırıldığında bunun sismik kırılganlık üzerinde önemli ölçüde fark yarattığı gözlemlenmiştir. Her aşamada kesme kırılmasıyla eğilme kırılmasının hangisinin daha önce gerçekleştiği kontrol edilmiştir. Ağır hasar eğrileri daha erken gerçekleşen kırılma türü esasında belirlenmiştir. Kesme kırılmalarının da dikkate alınmasının sismik kırılganlık analizi sonuçları üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu görülmüştür. Tüm durumlar incelendiğinde, medyan göçme kapasitesinde temel oturması nedeniyle %26'ya varan azalma gözlemlenmiştir. Bazı durumlarda, göçme kapasitesindeki değişim az olsa bile, hafif ve orta hasar seviyelerindeki medyan kapasite ciddi oranda azalmıştır. Böyle durumlarda binanın göçme olasılığı pek fazla değişmese bile, çok düşük şiddetli depremler gerçekleştiğinde bile onarılamayacak duruma gelebilir. Elde edilen sismik kırılganlık analizi sonuçlarının binaların deprem riski üzerinde ne kadar etki yaratabileceği incelenmiştir. Türkiye dahilinde farklı sismik aktivite oranlarına sahip iki bölge seçilmiştir. Türkiye Deprem Tehlike Haritası üzerinden o bölgelerin ZB yerel zemin sınıfına denk gelen sismik tehlike verileri alınmıştır. Her iki bölgenin 50 yılda aşılma olasığı %2, %10, %50 ve %68 olan en büyük yer hızı değerleri alınmıştır ve olasılığa dayalı sismik tehlike eğrileri oluşturulmuştur. Daha sonra, bu değerler Poisson'un yineleme modeli kullanılarak yıllık olasılıklara dönüştürülmüştür. Elde edilen yıllık tehlike sonuçları, sismik kırılganlık analizi verileriyle birlikte kullanılarak yıllık göçme olasılığı hesaplanmıştır. İvme kayıtlarının düşey bileşeninin ve kesme kırılmasının dikkate alınmasının sismik risk üzerinde de büyük etkisi oluğu gözlenmiştir. Tüm durumlarda, oturma miktarı arttıkça, yıllık göçme olaslığının da arttığı görülmüştür. Bazı ekstrem durumlarda, yıllık göçme olasılığında %132 daha yüksek rakamlara ulaşılmıştır. Sismik aktivite oranı düşük olan bölgede de benzer durum sözkonusu. Dolayısıyla, sismik aktivite oranı düşük bölgede yerleşse bile, oturma miktarı yüksek olan bir binanın deprem riski yine yüksek olacaktır.

Özet (Çeviri)

Foundation settlement is one of the most common problems in buildings. Situations such as poorly administered deep excavations and soil liquefaction cause ground deformation and thus trigger the settlement of nearby buildings. Substandard RC buildings may suffer substantial damage from foundation settlements, and seismic effects exacerbate the problem. Although the seismic risk of buildings exposed to settlement has been studied by some researchers, in the majority of them, inter-story drift ratios (IDRs) have been used as the key response parameter. However, because settlement causes considerable strain on structural elements, the stresses in critical regions of structural elements may approach their flexural capacity even when lateral deformations are very low. Therefore, the strain-based approach was employed in the study. As the case study building, a substandard RC frame with poor concrete quality and inadequate transverse reinforcement is studied. It is numerically modelled using OpenSees software framework, and the simulated response is validated using data from an earlier experiment. Elements are defined using a force-based approach, and fiber-sections are used in the section definitions to capture the axial force-moment interaction. A number of settlement profiles are applied to the frame, each with a specific range of settlement amounts. First, the redistribution of internal forces following settlement is examined. The findings of the static analysis show that the internal force distributions change substantially following the settlement. Members near the settled area experience a significant increase in axial, shear, and bending moment demands. In some cases, flexural and shear demands exceed capacity. The results of the pushover analysis lead to some remarkable observations as well. The direction of pushover loading has been demonstrated to have a considerable effect. The type of failure and the collapse mechanism are demonstrated to be dependent on the settlement profile. It is shown that the maximum base shear and drift ratio at ultimate displacement capacity decrease significantly as the settlement amount increases. Incremental dynamic analyzes (IDA) are performed using a ground motion set scaled to a specific intensity range. To construct seismic fragility curves, the amount of settlement is added as a new independent parameter to the conventional functional form. A set of damage states are defined based on resultant strains. Two sites with different seismic activity rates are chosen as the case study sites, and the seismic hazard associated with each is identified. Seismic fragility analysis data and seismic hazard information are combined to calculate the annual probability of collapse. The presence of a vertical excitation component as well as consideration of shear failure are found to have a significant influence on the seismic fragility analysis results. The median collapse capacity decreases by up to 26% due to foundation settlement. The annual probability of collapse increases by 0.5% as an outcome of this reduction in the median capacity.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    439576

    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

    Türkçe

    2016

    Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BEYZA TAŞKIN AKGÜL

  2. Tez No

    485289

    Field testing and model updating of typical RC buildings for damage identification

    Tipik betonarme yapılarda hasar tespiti üzerine saha deneyleri ve model güncellemesi

    PINAR İNCİ KOÇAK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALPER İLKİ

    PROF. DR. F. NECATİ ÇATBAŞ

  3. Tez No

    451049

    Improvement of the cyclic flexural capacity of RC columns with FRP reinforcement

    Lifli polimer donatılar kullanılarak betonarme kolonların çevrimsel yükler altında eğilme kapasitelerinin artırılması

    ENGİN CÜNEYT SEYHAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALPER İLKİ

  4. Tez No

    682716

    Yüksek eksenel yük ve kesme oranlarına maruz standart altı kolonların hibrit ince mantolama yöntemi ile güçlendirilmesi

    Seismic strengthening with novel hybrid thin jacketing methods of sub-standard rc columns exposed to high axi̇al load and shear rati̇os

    FURKAN NARLITEPE

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Afet Yönetimi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALPER İLKİ

  5. Tez No

    854199

    Strategies for seismic risk mitigation by considering economic criteria on a regional basis

    Bölge bazında ekonomik kriterler göz önünde tutularak deprem risklerinin azaltılmasına yönelik stratejiler

    HASAN HÜSEYİN AYDOĞDU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Deprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALPER İLKİ

Geri Dön