Geri Dön

From fıeld surveys to numerıcal modellıng: assesment of the kaddıs marcıos church after the february 2023 earhquakes

Saha çalişmalarindan sayisal modellemeye 2023 şubat depremleri sonrasi kaddis marcios kilisesi'nin değerlendirilmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 981979
  2. Yazar: YUNUS ARCA
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. MEDİNE İSPİR ARSLAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Yapı Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Yapı Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

2023 yılında meydana gelen Kahramanmaraş merkezli deprem dizisi, etkilediği bölgede bulunan tarihî yığma yapılarda ciddi hasara neden olmuş ve bölgenin kültürel mirası üzerinde olumsuz etkiler yaratmıştır. Hatay ili Samandağ ilçesi sınırları içinde bulunan, bölgenin önemli dinî yapılarından Kaddis Marcios (St. Georgios) Rum Ortodoks Kilisesi, söz konusu afet sırasında ciddi yapısal hasara uğramıştır. Bu çalışma, Kaddis Marcios Kilisesi'nin deprem sonrası durumunu değerlendirmeyi, taşıyıcı sisteminin sismik performansını belirlemeyi ve olası hasar mekanizmalarını incelemeyi amaçlamaktadır. Bu amaçla saha çalışmaları, laboratuvar deneyleri ve gelişmiş sayısal modelleme yöntemleri bir arada kullanılmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında, kilisenin geometrisi ve mevcut hasar durumu detaylı bir şekilde belgelendirilmiştir. Bu kapsamda 3B lazer tarama yöntemi ile yapının mevcut boyutları, deformasyonları ve çatlak bölgeleri yüksek hassasiyetle kaydedilmiş, elde edilen nokta bulutu verileri CloudCoMPare yazılımında işlenerek tonoz açıklıkları, duvar kalınlıkları, geometrik düzensizlikler ve hasarın yoğunlaştığı bölgeler belirlenmiştir. Malzeme özelliklerini ortaya koymak amacıyla hem tahribatsız saha deneyleri hem de laboratuvar ortamında tahribatlı deneyler yapılmıştır. Kilisenin sahiplerinden alınan izinle sınırlı sayıda taş ve harç numunesi toplanmış, veri sayısını artırmak için yaklaşık 3 km uzaklıkta yer alan ve benzer dönemde inşa edildiği düşünülen Meryem Ana Kilisesi'nden de ek numuneler değerlendirme kapsamına alınmıştır. Sahada yapılan Schmidt çekici deneyleri taşların yüzey sertliğini ve dolaylı olarak taş birimin basınç dayanımını belirlemede kullanılmış, penetrometre testleri duvar derzlerini oluşturan harcın basınç dayanımı hakkında bilgi sağlamıştır. Ayrıca Ultrasonik Darbe Hızı (UPV) ölçümleri yapılarak taş malzemelerin dinamik ve statik elastisite modüllerine ilişkin veriler elde edilmiştir. Laboratuvarda gerçekleştirilen deneysel program ile malzemelerin mekanik özellikleri nicel olarak belirlenmiştir. Üç noktalı eğilme (eğilme dayanımı) ve basınç testleri ile taşların çekme ve basınç dayanımları ölçülmüş, Darbe Uyarımlı Titreşim (IEV) yöntemi kullanılarak dinamik elastisite ve kayma modülleri belirlenmiştir. Bu testler sırasında kullanılan Dijital Görüntü Korelasyonu (DIC) tekniği sayesinde numune yüzeyindeki deformasyonlar ve çatlak gelişimleri gerçek zamanlı olarak izlenmiş ve statik elastisite modülleri güvenilir bir şekilde elde edilmiştir. Ayrıca taş örnekleri üzerinde yapılan X-ışını Floresans (XRF) analizi ile malzemelerin kimyasal ve mineralojik bileşimleri belirlenmiş ve bu sonuçlar mekanik davranış farklılıkları ile ilişkilendirilmiştir. Saha kaynaklı tahribatsız testlerin, klasik mekanik deneylerin ve ileri optik/kimyasal analizlerin bir arada kullanıldığı bu kapsamlı deneysel program, malzemelerin fiziksel, mekanik ve kimyasal özelliklerinin bütüncül bir şekilde karakterize edilmesini sağlamıştır. Sayısal analiz aşamasında, Abaqus 2024 yazılımında Kaddis Marcios Kilisesi'nin deprem sırasında hasar gören tonozunu temsil eden ayrıntılı bir sonlu eleman modeli oluşturulmuştur. Yapının sismik davranışı, her yük adımında denge denklemlerini çözen ve yavaş uygulanmış dinamik etkiler için uygun olan İmplicit statik analiz yöntemiyle değerlendirilmiştir. Saha gözlemleri, tonozda oluşan hasarın büyük ölçüde kilise güney duvarının tabanında meydana gelen dışa dönme hareketinden kaynaklandığını göstermiştir. Bu durumu sayısal modelde yeniden üretebilmek amacıyla, güney duvarının altına rijit bir plaka tanımlanmış ve bu plaka kontrollü olarak döndürülmüştür. Modelde yalnızca tonoz malzemesi doğrusal olmayan davranış sergileyecek şekilde CDP (Concrete Damage Plasticity) malzeme modeli ile tanımlanmış, diğer taşıyıcı elemanlar elastik olarak modellenmiştir. Yapı makro ölçekte homojenleştirilmiş malzeme özellikleri ile temsil edilerek hesap yükü azaltılmış ve parametrik analizler yürütülerek kırılma enerjisi, elastisite modülü ve düşey yük temsillerinin yapısal tepkilere etkisi araştırılmıştır. Çalışmanın sonuçları, deneysel verilerle kalibre edilmiş bu modelin deprem sırasında gözlenen hasar mekanizmalarını temsil etme kapasitesini göstermiştir. Modelde güney duvarına uygulanan dönme ile sahada gözlemlenen duvar-tonoz ara yüzü çatlakları, kemer seviyesindeki mafsallaşmalar ve tepe noktası çatlakları yeniden üretilmiştir. Ancak kullanılan makro modelleme yaklaşımı nedeniyle deplasman büyüklükleri ve ince çatlak oluşumları tam olarak saha verileriyle örtüşmemiştir. Buna rağmen deneysel verilerle sayısal model sonuçlarının tutarlı olması, kullanılan yaklaşımın hasar mekanizmalarının belirlenmesi için güvenilir bir araç olduğunu doğrulamaktadır. Bununla birlikte, daha gerçekçi deplasman değerlerinin ve taş-harç ara yüzeyindeki mikro çatlakların yakalanabilmesi için mikro modelleme çalışmalarına ihtiyaç duyulduğu sonucuna varılmıştır.

Özet (Çeviri)

The 2023 Kahramanmaraş earthquake sequence caused extensive damage to historic masonry structures in southeastern Turkey. Among the devastated heritage buildings in Hatay province was the Greek Orthodox Church of St. Georgios (Kaddis Marcios) in Samandağ, suffered significant structural damage. This study focuses on the post-earthquake assessment of the Kaddis Marcios Church, aiming to evaluate seismic performance through an integration of field surveys, laboratory experiments, and advanced numerical modelling. The investigation began with field surveys to document the geometry and damage of the churches. A detailed 3D laser scanning caMPaign was carried out, capturing the as-built dimensions and existing deformations of the Kaddis Marcios Church. The resulting point cloud data were processed in Cloud CoMPare software to extract precise architectural details, such as vault spans, wall thicknesses, geometric irregularities, and the locations of cracks or collapse zones. To characterize the construction materials, both non-destructive field tests and destructive laboratory tests were performed on stone and mortar samples collected from the structures. A limited number of samples were collected from the Kaddis Marcios Church with permission from its owners and transported to the laboratory for testing. To increase the dataset, additional samples from the nearby Maria Ana Church—located approximately 3 km away and believed to have been constructed during a similar period—were also included in the evaluation. In the field, Schmidt hammer tests were used to estimate surface hardness and indirectly the compressive strength of stones, while penetrometer tests on remaining mortar gave indications of mortar compressive strength. Additionally, Ultrasonic Pulse Velocity (UPV) measurements were taken to assess dynamic and static elastic moduli of the stone masonry. Subsequently, a series of laboratory experiments provided quantitative measures of the mechanical properties. Masonry stone specimens were subjected to three-point bending (flexural strength) tests and compression tests under controlled conditions (following relevant ASTM/EN standards) to determine their tensile and compressive strengths, respectively. An Impulse Excitation Vibration (IEV) method was employed to evaluate the dynamic elastic modulus and dynamic shear modulus of the materials. During these tests, Digital Image Correlation (DIC) techniques were applied to capture full-field strain and deformation of specimens, enabling an accurate determination of static elastic moduli and crack development in real time. In parallel, X-ray fluorescence (XRF) analysis was conducted on powdered stone samples to reveal their chemical and mineralogical composition. This multi-faceted experimental program — combining field NDT methods, classical mechanical tests, and advanced optical/chemical analyses — ensured a comprehensive characterization of the materials' physical, mechanical, and compositional properties. For the numerical study, a detailed finite element model of the Kaddis Marcios Church's vault was investigated in Abaqus 2024 software. The seismic behaviour of the structure was evaluated through an implicit static analysis, which solves equilibrium at each load step and is suitable for quasi-static seismic effects. Field investigations indicated that the observed vault damage was mainly caused by the outward rotation of the southern wall. To replicate this behaviour, a rigid plate was introduced beneath the southern wall and rotational displacement was applied to it. In the model, only the vault material was defined as non-linear. Concrete Damage Plasticity (CDP) material model was used to represent the non-linear behaviour of masonry by capturing both tensile cracking and compressive crushing mechanisms. This approach enables realistic simulation of seismic damage in heterogeneous historic masonry while maintaining computational efficiency. The remaining structural components were modelled as elastic. To reduce computational demand, the structure was represented at the macro scale with homogenized material properties, and several parametric analyses were performed to assess how variations in these parameters influenced the structural response. In this study, the structural and material behaviour of the Kaddis Marcios (St. Georgios) Church was investigated through an integrated experimental and numerical approach. Field surveys and extensive laboratory tests revealed highly heterogeneous stone properties, and the measured mechanical parameters were used to calibrate a macro-scale finite element model. The analysis showed that when the southern wall was allowed to rotate, the model successfully reproduced damage patterns similar to those observed after the February 2023 earthquakes, including wall–vault interface cracking, hinge formation, and crown-level damage. However, due to the simplifications inherent in the adopted modelling approach, the simulations could not fully capture the large displacements and -cracking patterns seen in situ. Despite this limitation, the consistency between the experimental data and the modelled global behaviour validates the applied strategy as a reliable tool for identifying critical damage mechanisms, while also highlighting the need for micro-modelling to achieve realistic displacement magnitudes and a more detailed representation of local damage phenomena.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    995864

    Bina tipi taşıyıcı sistemlerde bir yapı sağlığı izleme yöntemi önerisi: Basitleştirilmiş sayısal model ve hasar tespit algoritması

    A structural health monitoring method proposal for building-type structural systems: Simplified numerical model and damage detection algorithm

    EMRE GÖNÜLCÜ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2026

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ENGİN ORAKDÖĞEN

    DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET ANIL DİNDAR

  2. Tez No

    990940

    Aziz İlyas ve Meryem Ana Ortodoks kiliselerinin malzeme deneyleri ve Aziz İlyas Ortodoks Kilisesi'nin sayısal analiz ile deprem performansı

    Material experiments of St. Elijah and Virgin Mary Ortodox churches and seismic performans of St. Elijah Ortodox Church through numerical analysis

    KEREM KURNAZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Deprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEDİNE İSPİR ARSLAN

    DOÇ. DR. SİNAN AÇIKGÖZ

  3. Tez No

    75551

    Sayısal arazi modeli ve batimetrik verilerin kıyı bilgi sistemine entegrasyonu

    Başlık çevirisi yok

    CİHANGİR AYDÖNER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1998

    Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uzaktan Algılama Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. DERYA MAKTAV

  4. Tez No

    1015938

    İstanbul ikitelli organize sanayi bölgesindeki betonarme endüstri binalarının deprem performansının mimari açıdan değerlendirilmesi

    Architectural assessment of the earthquake performance of reinforced concrete industrial buildings in İstanbul ikitelli organized industrial zone

    BAHAR ŞEVLİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2026

    Mimarlıkİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. CANER GÖÇER

  5. Tez No

    475004

    Advanced two- and three-dimensional tsunami models: Benchmarking and validation

    Gelişmiş iki ve üç boyutlu tsunami modelleri: Kıyaslama ve doğrulama

    DENİZ VELİOĞLU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Deniz BilimleriOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET CEVDET YALÇINER

Geri Dön