Effects of surface topography on seismic response of reinforced concrete buildings
Yüzey topografyasının betonarme binaların sismik davranışına etkisi
- Tez No: 801862
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ZEYNEP DEĞER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Deprem Mühendisliği, Earthquake Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 109
Özet
Depremler yeryüzündeki en yıkıcı ve en ölümcül doğa olaylarından birisi olarak kabul edilmektedir. Depreme karşı güvenli yaşam alanları oluşturabilmek için depremin karmaşık yapısını anlamak gerekmektedir. Bu amaçla yer bilimleri, geoteknik mühendisliği, inşaat mühendisliği ve deprem mühendisliği gibi pek çok alanda yıllardır süre gelen çabalar bulunmaktadır. Bu yıkıcı afetin yaşam alanlarına olan etkilerini belirleyen pek çok farklı parametre mevcuttur. Bu parametreler yerleşim bölgesinin faya uzaklığı, zemin yapısı, depreme maruz kalan yapının zemin ile olan etkileşimi gibi örneklendirilebilir. Yüzey topografyası bu parametrelerden biri olarak kabul edilmektedir. Günümüz teknolojisi, tasarım ve imalat süreçlerinde uygun mühendislik hizmeti sağlandığında dağlık alanlara, yamaçlara, vadilere ve bir çok daha farklı coğrafik özelliğe sahip lokasyonlara yapıların inşaasını mümkün kılmaktadır. Ancak bu coğrafi çeşitlilik depreme maruz kalan yapıların hasar alma düzeylerinde önemli bir etkiye sahiptir. Istanbul yedi tepeli şehir olarak bilinmektedir. Şehre bu ünvanın verilmesinin nedenlerinden biri Osmanlı ve Bizans dönemlerinde şehirleşmenin bu yedi tepe üzerine kurulmuş olmasıdır. Her ne kadar bu coğrafi çeşitlilik tarihsel açıdan bir zenginlik olarak görülse de, bu durumun deprem kaynaklı hasarlarda önemli rol oynaması da beklenmektedir. Büyük depremler üretebilen Kuzey Anadolu fayına olan yakınlığı ve bölgede tarihsel büyük depremlerin (Mw>7) yaşanmış olması, Istanbul'un gelecekte büyük hasarlar bırakabilecek depremlere maruz kalabileceğini göstermektedir. Dünyanın en kalabalık yerleşim yerlerinden olan şehre bir de şehrin sosyo-ekonomik nedenlerle yoğun göç alması eklenince şehirde deprem kaynaklı oluşacak hasarlara ilişkin riskler yüksek boyutlara ulaşmıştır. Bu çalışma, Istanbul özelinde yüzey topografyasınn mevcut betonarme yapıların sismik davranışına olan etkilerini incelemek amacıyla gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla Istanbul yapı stoğunda bulunan 10 katlı bir konut binası temsili olarak seçilmiştir. Tasarımı 1997 deprem yönetmeliğine göre yapılmış olan binanın taşıyıcı sistemi betonarme perde duvarlardan oluşmaktadır. Yapı malzemeleri için C20 beton ve S420 donatı çeliği kullanılmıştır. Seçilen tipik binanın; topoğrafya özellikleri göz önüne alınarak ve alınmayarak hazırlanan yer hareketleri altındaki deprem davranışları kıyaslanmıştır. Binaya ait yapısal sistem, deprem mühendisliği araştırmalarında yaygın olarak kullanılan, açık kaynak kodlu OpenSees (Open System for Earthquake Engineering Simulation) yazılımı ile modellenmiştir. Doğrusal olmayan analiz modelinde betonarme perde elemanların modellenmesi; yayılı plastisite kabulü yapılarak fiber elemanlar ile, kirişlerin modellenmesi ise yığılı plastisite kabulü yapılarak kiriş uçlarına tanımlanan plastik mafsal bölgeleri ile gerçekleştirilmiştir. Kiriş uçlarında bulunan plastik mafsalların davranışlarına ait parametreler her kiriş için elde edilen kesit analizi sonuçlarına uygun olarak tanımlanmıştır. Kat kütleleri, kat kütle merkezinde tanımlanarak her kat için rijit diyafram kabulü yapılmıştır. Modelleme ve analiz sürecinde zemin yapı etkileşimi göz önüne alınmamıştır. Analiz modelinin doğrulaması için aynı model dünyaca kabul görmüş yapısal analiz programı olan ETABS programında da modellenmiştir. Yapının OpenSees ve ETABS modelleri için modal analizleri yapılarak, periyot değerlerinin uyumlu geldiği görülmüştür. Binanın zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizlerinden önce modal analizi ve doğrusal olmayan statik davranışın incelenmesi amacıyla ve X ve Y yönlerine ait statik itme analizleri yapılmıştır. Topoğrafya etkisinin analiz modeline aktarılması, bu etkileri doğrusal olmayan zaman tanım alanında gerçekleştirilen analizlerde kullanılacak yer hareketi kayıtlarında dikkate alarak sağlanmıştır. Bu kapsamda, araştırmada kullanılan deprem kayıtları, Istanbul'un Avrupa Yakası'nda bulunan 20000'den fazla lokasyonda, her lokasyon için 57 farklı yer hareketi senaryosu göz önüne alınarak, topografya özelliklerinin dahil edildiği ve edilmediği durumlar için yapay olarak üretilen deprem kayıtları arasından seçilmiştir. Simüle edilmiş yer hareketi kayıtlarının lokasyona özel olması, topoğrafya etkilerini göz önünde bulundurma imkanı sağlıyor olması ve direkt olarak zaman tanım alanında analizlerde kullanılabiliyor olması bu kayıtların bu çalışma için tercih edilmesinin üç ana nedeni olarak gösterilebilir. Bu çalışma temsili olarak Istanbul'un çeşitli noktalarında belirlenen 11 lokasyon ve her lokasyona ait 7 deprem senaryosu için topoğrafya özelliklerinin dikkate alındığı ve alınmadığı durumlara ait toplam 154 yer hareketi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Belirlenen deprem kayıtları altında yapıya ait zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizler, kayıtların X ve Y yönüne ait bileşenlerinin her iki deprem yönünden aynı anda yapıya ugulanması ile OpenSees'de gerçekleştirilmiştir. Yüzey topoğrafyasının yapının sismik davranışına etkisi, analiz sonuçlarından elde edilen taban kesme kuvvetleri, kat deplasmanları ve katlar arası göreli kat ötelemesi oranlarının topoğrafyanın dikkate alındığı ve alınmadığı durumlar için elde edilen sonuçları kıyaslanarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen bulgular, lokasyona göre ve senaryoya göre ayrı ayrı değerlendirilmiştir. Analiz sonuçlarına göre, seçilen lokasyonlardan kuzey anadolu fay hattına yakın olan lokasyonların en yüksek tepki değelerini oluşturduğu görülse de bu tepki değerlerinin lokasyon ve senaryoya göre de değişiklik gösterdiği gözlemlenmiştir. Yapılan değerlendirmeler sonucunda X ve Y deprem yönlerinde kontrolü sağlanan parametreler için artış katsayıları belirlenmiştir. Analiz sonuçları, topografya etkisinin yapıların taban kesme kuvveti, kat deplasmanı ve katlar arası göreli öteleme gibi yapısal tepkileri üzerinde etkileri olduğunu doğrulamaktadır. Bu etkilerin lokasyon ve senaryoya göre değişkenlik göstererek yapısal tepki değerlerini arttırdığı ve azalttığı durumlar ayrı ayrı gözlemlenmiştir. Topoğrafya etkisinin deprem etkisi altında yapısal tepki değerlerini arttırıcı etkiler gözlemlendiği durumlarda kat deplasmanı ve katlar arası göreli kat ötelemesi oranı için elde edilen artış oranının taban kesme kuvveti için elde edilenden çok daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Bu çalışma Istanbul özelinde mevcut yapıların deprem etkisi altında alacakları hasar seviyelerinin, üzerinde bulundukları yeryüzü şekline bağlı olarak değişkenlik gösterebileceğini göstermektedir. Araştırma dahilinde sınırlı sayıda deprem kaydı kullanıldığı için Istanbul'un tamamını kapsayacak şekilde çalışmanın genişetilmesi, daha detaylı sonuçlara ulaşmaya yardımcı olacaktır. Çalışma genişletildiği takdirde, elde edilecek sonuçların topografik çeşitliliğe sahip, deprem tehlikesi bulunan bölgelerdeki binaların risk durumlarının belirlenmesine de katkı sağlaması beklenmektedir. En önemlisi, Istanbul gibi yüksek sismik hareketliliğe maruz kalan bölgelere ait gelecekte yürütülecek deprem riski haritalaması benzeri çalışmalar için bir fikir vereceği düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
Earthquakes are one of the most devastating and fatal natural disasters on Earth. In order to understand the complex structure of earthquakes and to construct safe and resilient cities, many fields, such as geophysicists, geotechnical engineers, civil engineers, and earthquake engineers, have put an excellent effort for hundreds of years. There are several parameters to determine the impacts of these devastating natural hazards on the environment and human-made structures. Some of the most prominent of these parameters are the distance to the fault, soil properties, interaction between the building and soil, and topographic characteristics of the land surface. Technological advancements and ensuring an appropriate engineering service led to construction activities in locations with different geographic aspects, such as highlands, hillsides, and valleys. However, these varieties influence the damage states of the buildings when excited to a ground motion. Istanbul is known as city of seven hills. One of the reasons for this discourse is that urbanisation took place on these seven hills during the Ottoman and Byzantine periods. Although it seemed a pulchritude from a historical perspective, it is expected that this geographical condition will have a crucial impact on earthquake-induced damages. It is evident that Istanbul is prone to strong earthquakes since it is close to the North Anatolian Fault Zone, and significantly destructive earthquakes (Mw > 7.0) occurred in the past. The motivation of this study is to investigate the impacts of surface topography on the seismic behavior of existing buildings. Hence, a representative ten-story building was selected regarding the building stock of Istanbul. The building has been constructed according to the Turkish Seismic Code 1997, and the structural system is RC shear walls. Then, the seismic performance of the structural model was evaluated, accounting for the topographic effects, and results were compared to analysis where these effects were neglected. The numerical model was conducted on OpenSees (Open System for Earthquake Engineering Simulation) software. Nonlinear fiber elements with distributed plasticity were used to model the RC shear walls, and the plastic hinges with lumped plasticity were preferred to model the beams. To ensure numerical accuracy, another model was created on the ETABS software. Comparisons showed that structural periods were consistent with each other. Firstly, static gravity and pushover analyses were conducted, then, nonlinear transient analyses were performed. Ground motions used in this study were modified to reflect topographic effects during the nonlinear transient analyses. In this scope, ground motions were chosen from a study where they were created artificially for more than 20000 different locations in the European region of Istanbul and 57 different scenarios considering and not considering the topographic effects. Since these simulations were location-based and included the topographic impact, they added significant value to the scope of this study. The analyses were limited to 11 locations and 7 scenarios, 154 ground motions in total, to investigate more general impacts of topographic effects. Consequently, the findings of the study revealed that surface topography has a great influence on the damage states and demands of the existing buildings. Most importantly, outcomes showed that topographic effects should be accounted for while preparing risk assessments of earthquake-prone cities such as Istanbul.
Benzer Tezler
- 23 Ekim 2011 ve 09 Kasım 2011 tarihli Van depremlerinin kuvvetli yer hareketlerinin, yeni nesil azalım ilişkileri ile karşılaştırılması
Comarison of strong ground motion from the Van, Turkey earthquakes of 23 October and 09 November 2011 with the next generation attenuation (NGA) ground motion models
LEİLA MOKHBERİOSKOUEİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYFER ERKEN
- Tectonic and magmatic structure of Lake Van basin and its structural evolution, Eastern Anatolia accretionary complex (EAAC), East-Turkey
Van Gölü havzasının tektonik ve magmatik yapısı ve yapısal evrimi, Doğu Anadolu yığışım karmaşığı (DAYK), Doğu Türkiye
MUSTAFA TOKER
Doktora
İngilizce
2011
Jeofizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİklim ve Deniz Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. A. M. CELAL ŞENGÖR
- Zeytinburnu bölgesinde yerel zemin koşullarının zemin büyütmesine etkisi
Effects of local soil conditions on site amplification for Zeytinburnu region
YASİN BAYRAKLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2000
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGeoteknik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATİLLA ANSAL
- Dinamik özellikleri belirlenen sıkıştırılmış killi kalın bir zemin tabakasının tek boyutlu sismik yer tepki analizleri
1D ground response analyses of compacted soil with dynamic properties measured in laboratory
CEREN AYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RECEP İYİSAN
- Yer içinin modellenmesi amacıyla sismik kırılma verilerinin tersçözümü
Inversion of seismic refraction data for subsurface modelling
AHMET YOĞURTÇUOĞLU