Bingöl ili şehir merkezindeki binalarda deprem performansı, yapısal riskler ve kayıpların incelenmesi
Investigation of earthquake performance, structural risks and losses of buildings in Bingol city center
- Tez No: 829035
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ SARI, DR. ÖĞR. ÜYESİ BİLAL BALUN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 265
Özet
Türkiye bir deprem ülkesidir. Sınırları içerisinde Dünya'da bir çok araştırmacının ilgisini çeken aktif faylar mevcuttur. Geçmişten günümüze kadar Kuzey Anadolu Fay Zonu(KAFZ) ve Doğu Anadolu Fay Zonu(DAFZ) yüksek sismisitesi nedeniyle ülkenin büyük bir bölümünü tehdit eden depremler üretmiştir. 1939 Erzincan Depremi, 1971 Bingöl Depremi, 1992 Erzincan Depremi, 1999 Gölcük Depremleri, 2003 Bingöl Depremi, 2020 Elazığ Depremi ve 2023 yılında meydana gelen Kahramanmaraş Depremleri bu faylar üzerinde meydana gelmiş önemli depremlerdir. Bu depremlerde depremin etkilediği bölgelerdeki yapılar büyük hasarlar görmüş ve yapısal hasar kaynaklı can kayıpları olmuştur. Can kayıplarının yanında deprem kaynaklı hasarlar nedeniyle ciddi maddi kayıplar da meydana gelmiştir. Maddi ve manevi kayıplar, ülkemizde gelecekte meydana gelmesi muhtemel depremlere hazırlıklı olmamız gerektiğini göstermiştir. Aktif fayların büyük bir bölümünü sınırları içerisinde bulunduran Doğu Anadolu Bölgesi, ülkemizin depremler nedeniyle zarar gören bölgelerin başında gelmektedir. Bingöl ili, Doğu Anadolu Bölgesinde KAFZ ve DAFZ'nın kesiştiği ve bu fay zonlarının başlangıcı olan noktaları sınırları içerisinde bulundurması nedeniyle deprem tehlikesi ve deprem risklerinin değerlendirilmesi açısından öncelikli şehirlerden biridir. Literatürdeki bilgilerden yola çıkılarak güneyinde ve kuzeyinde sismik boşluklar bulunmaktadır. Bu sismik boşluklarda depremlerin olması Bingöl ili şehir merkezini doğrudan etkilemesi beklenmektedir. Bu sismik boşluklarda meydana gelmesi muhtemel depremlere hazırlıklı olunması gerekmektedir. Olası depremler sırasında yapıların nasıl davranacağı, yapıların hasar görebilirliklerinin belirlenmesi ve meydana gelebilecek kayıpların değerlendirilmesi amacıyla bu tez çalışması hazırlanmıştır. Tez çalışması hazırlanırken ilk olarak şehrin zemin özellikleri ve çalışmada kullanılacak enerji odaklı parametreler elde edilmiştir. Dayanım odaklı deprem parametrelerine bir alternatif olacak şekilde depremin en büyük tepkisinin yanında depremin süresini de dikkate alan enerji parametreleri bu çalışmada elde edilmiş, enerji odaklı spektrumlar ile dayanım odaklı spektrumlar karşılaştırılmıştır. Çalışma kapsamında, giriş enerjisine eşdeğer ivme parametresi geliştirilerek depremin etkili süresini dikkate alan efektif enerji parametreleri önerilmiştir. Bu parametreler literatürde kullanılan enerji parametrelerine alternatif olacağının yanında dayanım odaklı parametrelere de alternatif deprem parametreleridir. Efektif yaklaşım ile yapısal analizlerdeki iş gücü ve zaman kaybının en aza indirgenebileceği görülmüştür. Bu çalışmanın devamında çalışma sahası olarak deprem riskinin yüksek olduğu Bingöl ili belirlenmiş ve şehirdeki konut yapı stoku envanteri çıkarılmıştır. Bu aşamada sokak taramasından elde edilen yapısal veriler ile değerlendirme yapılmış ve yapılar olumsuzluk parametrelerine göre sınıflandırılmıştır. Sokak taraması yöntemi sonuçlarına göre düşük performans puanına sahip binaların Bingöl ili şehir merkezindeki yaşlı yapı stokuna sahip mahallelerde olduğu belirlenmiştir. Sonrasında, sokak taraması sonucunda riskli olarak belirlenen 32 binanın lineer olmayan zaman tanım alanındaki analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, Bingöl ilinin depremselliğini ve fay mekanizmasını yansıtacak 36 adet deprem kayıdı seçilmiş ve analizlerde kullanılmıştır. Ayrıca bina modellemeleri temin edilen yapı projeleri yardımıyla gerçekleştirilmiş ve malzeme özellikleri tanımlanmıştır. Üçüncü aşamada ise kırılganlık eğrileri geliştirebilmek için şiddet ölçüsü, hasar limitleri ve hasar durumları dayanım ve enerji odaklı olmak üzere 4 deprem parametresi üzerinden belirlenmiştir. Çalışmada dikkate alınan spektral ivme parametresi ve enerji odaklı Ai ve Aa parametreleri yapıların 1.moduna ait periyot değerleri üzerinden elde edilmiştir.Hasar sınıflarının ve seviyelerinin belirlenmesi aşamasında mühendislik parametresi olarak literatürden farklı bir şekilde analizlerden elde edilen plastik mafsal verileri değerlendirmeye alınmıştır. Yapısal analizler sonucunda elde edilen plastik mafsal yüzdeleri kolon ve kiriş elemanlarda meydana gelen plastik mafsalların % cinsinden değerleri dikkate alınarak kullanılmıştır. Kırılganlık eğrilerinden elde edilen veriler yorumlanmıştır. Elde edilen kırılganlık eğrileri 2 farklı yaklaşımla gruplandırılmış, bu gruplandırmalardan biri incelenen her binanın kırılganlık eğrisinin dağılımına göre yapılırken, diğer gruplandırma ise incelenen yapılarda gözlemlenen yapısal olumsuzluk durumlarına göre gruplandırılmıştır. Bu kırılganlık eğrileri alt sınıflara ayrılarak Bingöl ilindeki yapıların davranışını yansıtan hasar görebilirlik eğrileri olduğu görülmüştür. Kırılganlık eğrileri ve azalım ilişkileri kullanılarak 3 farklı senaryo deprem durumu için Bingöl ili kayıp değerlendirmesi gerçekleştirilmiştir. Kayıp değerlendirmesi sonuçlarına göre, depremin günün hangi saatinde meydana geleceği, senaryo depremlerin inceleme sahasına olan mesafesi ve deprem parametrelerinin değerlerinin yükselmesi meydana gelecek can ve mal kayıplarını etkilemektedir. İncelenen senaryo depremlerden Palu senaryo depremine göre en yüksek can ve mal kayıpları meydana geldiği görülmüş, ekonomik kayıpların çok yüksek değerler aldığı belirlenmiştir. Yedisu depremi değerlendirilen kayıpların tamamı için en düşük değerleri verirken Palu senaryo depremi en yüksek kayıp değerleri vermiştir. İncelenen 4 deprem parametresinden Sa parametresi en yüksek kayıp değerlerini verirken pga parametresi yapısal özelliklerden etkilenmemesi nedeniyle en düşük değerleri vermiştir. Ayrıca incelenen yapı stokundaki yapı periyotları arttıkça kayıplar azalmaktadır. Depremin gece meydana gelmesinin gündüz meydana gelmesine göre daha yüksek kayıplar meydana getireceği görülmüştür. Kayıp değerlendirmesi sonuçlarının değerlendirme aşamasındaki yapı stoku ve senaryo deprem durumlardan önemli şekilde etkilendiği görülmüştür. Çalışmanın başlangıcında önerilen enerji odaklı deprem parametrelerinin günümüzde kullanılan dayanım odaklı parametrelere iyi bir alternatif olacağı net bir şekilde görülmüştür. Deprem parametreleri üzerinden yapılan değerlendirmede genel olarak diğer çalışmalardan farklı bir şekilde enerji odaklı deprem parametreleri pga parametresinden daha yüksek Sa parametresinden daha düşük değerler alarak ortalama değerleri vermektedir. Parametreler içerisinde optimum değerler alması deprem davranışından enerji odaklı parametrelerin daha iyi etkilendiğini ve sonuçları yansıtmada daha güçlü olduğunu göstermektedir. Ayrıca, enerji odaklı parametrelerin kırılganlık eğrilerinde dayanım odaklı parametrelere paralel sonuçlar vermesi hasar görebilirlik açısından da iyi bir alternatif olduğunu göstermiştir. Sonuçlar incelenmiş, elde edilen sonuçlar gerekçeleriyle irdelenmiştir.
Özet (Çeviri)
Türkiye is an earthquake country. There are active faults within its borders that attract the attention of many researchers in the world. From the past to the present, the North Anatolian Fault Zone (NAFZ) and the East Anatolian Fault Zone (DAFZ) have produced earthquakes that threaten a large part of the country due to their high seismicity. 1939 Erzincan Earthquake, 1971 Bingöl Earthquake, 1992 Erzincan Earthquake, 1999 Gölcük Earthquake, 2003 Bingöl Earthquake, 2020 Elazığ Earthquake and 2023 Kahramanmaraş Earthquake are important earthquakes that have occurred on these faults. In these earthquakes, the structures in the regions affected by the earthquake suffered great damage and there were casualties due to structural damage. In addition to the loss of life, serious financial losses have also occurred due to earthquake-related damages. Material and moral losses have shown that we need to be prepared for earthquakes that may occur in the future in our country. The Eastern Anatolia Region, which contains most of the active faults within its borders, is one of the regions in our country that has been damaged by earthquakes. Bingöl province is one of the priority cities in terms of earthquake hazard and earthquake risk assessment, as it contains the points where NAFZ and EAFZ intersect in the Eastern Anatolian Region and where these fault zones begin. Based on the information in the literature, there are seismic gaps in the south and north. The occurrence of earthquakes in these seismic gaps is expected to directly affect the city center of Bingöl. It is necessary to be prepared for possible earthquakes that may occur in these seismic gaps. This thesis study has been prepared in order to determine how the structures will behave during possible earthquakes, to determine the vulnerabilities of the structures and to evaluate the losses that may occur. While preparing the thesis, first of all, the ground characteristics of the city and the energy-oriented parameters to be used in the study were obtained. As an alternative to the strength focused earthquake parameters, the energy parameters that take into account the duration of the earthquake as well as the greatest response of the earthquake were obtained in this study, and the energy focused spectra were compared with the strength focused spectra. Within the scope of the study, an acceleration parameter equivalent to the input energy has been developed and effective energy parameters that take into account the effective duration of the earthquake have been proposed. These parameters are alternative to the energy parameters used in the literature, as well as alternative earthquake parameters to the strength-oriented parameters. It has been seen that with the effective approach, the loss of labor and time in structural analysis can be minimized. In the continuation of this study, the province of Bingöl, where the earthquake risk is high, was determined as the study area and the housing stock inventory in the city was prepared. At this stage, an evaluation was made with the structural data obtained from the street scanning and the buildings were classified according to their negativity parameters. According to the results of the street scanning method, it was determined that the buildings with low performance scores were in the neighborhoods with old building stock in the city center of Bingöl. Afterwards, non-linear time history analyzes of 32 buildings, which were determined as risky as a result of street scanning, were carried out. For this purpose, 36 earthquake records that reflect the seismicity and fault mechanism of Bingöl province were selected and used in the analyses. In addition, building modeling was carried out with the help of the provided building projects and material properties were defined. In the third stage, in order to develop fragility curves, severity scale, damage limits and damage conditions were determined over 4 earthquake parameters, namely strength and energy. The spectral acceleration, Sa parameter and energy-oriented Ai and Aa parameters considered in the study were obtained over the period values of the 1st mode of the structures. In the stage of determining the damage classes and levels, the plastic hinge data obtained from the analyzes in a different way from the literature were taken into consideration as an engineering parameter. The percentages of plastic hinges obtained as a result of structural analyzes were used considering the % values of plastic hinges formed in column and beam elements. The data obtained from the fragility curves were interpreted. The fragility curves obtained were grouped with 2 different approaches, one of these groupings was made according to the distribution of the fragility curve of each building examined, while the other grouping was grouped according to the structural negativities observed in the examined buildings. These fragility curves were divided into subclasses and it was observed that there were vulnerability curves reflecting the behavior of the buildings in Bingöl province. By using fragility curves and attenuation relations, loss assessment of Bingöl province was carried out for 3 different scenario earthquake situations. According to the results of the loss assessment, the time of day the earthquake will occur, the distance of the scenario earthquakes to the study area and the increase in the values of the earthquake parameters affect the loss of life and property. Among the scenario earthquakes examined, it was observed that the highest loss of life and property occurred compared to the Palu scenario earthquake, and it was determined that the economic losses took very high values. While obtaining the seismic energy parameters, firstly, analyzes were carried out on single degree of freedom systems using 28 different real earthquake records. In these analyses, input, kinetic, damping and absorbed energy parameters in certain period classes of single degree-of-freedom systems were obtained, and parameters equivalent to velocity and acceleration that can be used in earthquake calculations were obtained by using the obtained energy parameters. Spectra were created using acceleration parameters equivalent to energy parameters, and these spectra were compared with strength-oriented parameters. In addition, the effective energy parameters taking into account the effective duration of the earthquake were obtained with the help of the effective times calculated over the arias intensity. It has been determined that it will be a good alternative to the parameters that are used extensively in strength-oriented regulations, taking into account the time, providing an advantage during the analyzes in terms of time. After this stage, it was started to evaluate the earthquake behavior of the structures. First of all, the street scanning method was applied to the buildings in the city center of Bingöl province, and the performance scores of the buildings were determined. In this examination, which was carried out in 1261 buildings, a prioritization was carried out according to the risk or non-existence of the buildings, and it was deemed necessary to examine the buildings below 90 points. By filtering the buildings under 90 points according to certain structural parameters, 32 buildings to be analyzed within the scope of the study were determined. On these 32 buildings, earthquake analyzes were carried out in nonlinear time history using 36 earthquake records reflecting the seismic characteristics of the region. As a result of the analysis, the number of plastic hinges in the structures were obtained. Damage limits and damage levels were determined based on these plastic hinge numbers. By using these damage levels, fragility curves were obtained that allow us to evaluate the vulnerabilities of the structures as probabilistic. It has been seen that fragility curves with 2 different groupings reflect the positive and negative situations of different building types in Bingöl province well. In the last part of the study, loss assessment studies were carried out according to 2 strength-oriented and 2 energy-oriented parameters over 3 different scenario earthquakes by using all the data obtained in the study. Structural damage, loss of life and economic losses were determined by using fragility curves for all buildings in 14 neighborhoods in the city center of Bingöl province. It has been determined that in the event of an earthquake at night, all of the people living in residential buildings will be at home, so the loss of life will be higher than if the earthquake occurred during the day. In addition, the casualty coefficients, which are frequently used in the literature, have been modified and updated according to the success rates of research and rescue activities in recent earthquakes. With these different situations, material and moral losses were estimated. It has been observed that the highest structural damage, loss of life and economic loss will occur for each parameter and for each combination case if the Palu scenario is realized. While Yedisu earthquake gave the lowest values for all the evaluated losses, the Palu scenario earthquake gave the highest loss values. Among the 4 earthquake parameters examined, Sa parameter gave the highest loss values, while pga parameter gave the lowest values since it was not affected by structural features. In addition, as the building periods in the examined building stock increase, the losses decrease. It has been observed that the occurrence of the earthquake at night will cause higher losses than its occurrence in the daytime. It has been observed that the results of the loss assessment are significantly affected by the building stock and scenario earthquake situations at the evaluation stage. It has been clearly seen that the energy-oriented earthquake parameters proposed at the beginning of the study will be a good alternative to the strength-oriented parameters used today. In the evaluation made on the earthquake parameters, generally different from other studies, the energy-oriented earthquake parameters take higher values than the pga parameter and lower values than the Sa parameter and give the average values. The optimum values within the parameters show that the energy-oriented parameters are better affected by the earthquake behavior and are stronger in reflecting the results. In addition, the fact that the energy-oriented parameters gave parallel results to the strength-oriented parameters in the fragility curves showed that they were a good alternative in terms of vulnerability. The results were examined and the results were examined with their justifications.
Benzer Tezler
- Katılım bankalarını tercih eden müşterilerin farkındalık düzeyinin tespiti Bingöl ili örneği
Determining the awareness level of customers who prefer participation banks Bingöl province example
BAYRAM KAYANTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
EkonomiBingöl Üniversitesiİslam İktisadı ve Hukuku Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BEŞİR KOÇ
- Basına göre Bingöl'de siyasi hayat (1960-1985)
According to media the politic life in Bingöl between 1960 and 1980
EBRU GÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
TarihMarmara ÜniversitesiAtatürk İlkeleri ve İnkılap Tarihi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ KARACA
- Yerel kalkınmada spor tesisleri (Hesarek Kayak Tesisi örneği)
Sports facilities in local development (Example of Hesarek Ski Resort)
AHMET OMAK
- Bingöl ili buğday üretimini etkileyen faktörlerin mevcut durumu ve analizi
The current status and analysis of the factors affecting wheat production in Bingol
CELAL ARAL
- Bingöl ilinin beşeri ve ekonomik coğrafyası
Human and economic geography of Bingöl province
MÜCAHİT OĞUL