Yapay Yer Hareketleri

BenzeĢtirilmiĢ yer hareketleri, deprem büyüklüğü ve merkez üssüne olan mesafeye bağlı olarak üretilen senaryo depremlerdir. Kaynak, yayılım ortamı ve zemin özelliklerini dikkate alan sismolojik modellerden elde edilen bu yer hareketlerinin üretilmesi oldukça zordur. En büyük zorluk; bu özelliklerin tanımlanması konusunda yaĢanmaktadır. Bu yer hareketlerinin üretilme aĢamaları ġekil 3.1‟de verilmiĢtir.

“DBYBHY - Bölüm 2.9” ‟da bu konu ile ilgili önkoĢullar ve çözümlemelerde kullanılacak yapay yer hareketlerinin sağlaması gereken özellikler belirtilmiĢtir. Buna göre zaman tanım alanında doğrusal elastik olmayan hesap yapılması durumunda, taĢıyıcı sistem elemanlarının tekrarlı yükler altındaki dinamik davranıĢını temsil eden iç kuvvet-Ģekil değiĢtirme bağıntıları, teorik ve deneysel geçerlilikleri kanıtlanmıĢ olmak kaydı ile, ilgili literatürden yararlanılarak tanımlanacak ve doğrusal veya doğrusal olmayan hesapta, üç yer hareketi kullanılması durumunda sonuçların maksimumu, en az yedi yer hareketi kullanılması durumunda ise sonuçların ortalaması tasarım için esas alınacaktır.

Yapay yer hareketlerinin kullanılması durumunda, en az üç deprem yer hareketi üretileceği belirtilmiĢ olup, bunların taĢıması gereken özellikler aĢağıda sıralanmıĢtır. a. Kuvvetli yer hareketi kısmının süresi, binanın birinci doğal titreĢim periyodunun

beĢ katından ve 15 saniyeden daha kısa olmayacaktır (ġekil 3.2).

b. Üretilen deprem yer hareketinin sıfır periyoda karĢı gelen spektral ivme değerlerinin ortalaması A0g‟den daha küçük olmayacaktır.

c. Yapay olarak üretilen her bir ivme kaydına göre %5 sönüm oranı için yeniden bulunacak spektral ivme değerlerinin ortalaması, göz önüne alınan deprem doğrultusundaki birinci (hakim) periyot T1‟e göre 0.2T1 ile 2T1 arasındaki periyotlar için, “DBYBHY - Bölüm 2.4”te tanımlanan Sae(T) elastik spektral ivmelerinin %90‟ından daha az olmayacaktır (ġekil 3.3). Zaman tanım alanında doğrusal elastik analiz yapılması durumunda, azaltılmıĢ deprem yer hareketinin elde edilmesi için esas alınacak spektral ivme değerleri ise Denklem (3.1) ile hesaplanacaktır.

ġekil 3.3 : “DBYBHY – Madde 2.9.1-c” ‟nin grafik olarak gösterimi (Fahjan, 2008). ) ( ) ( ) ( n a n ae n aR T R T S T S  (3.1)

Zaman tanım alanında hesap yöntemleri kapsamında yapay deprem kaydı kullanımının en büyük üstünlüklerinden, yönetmeliklerde verilen tasarım spektrumları ile uygun olmayan davranıĢ spektrumlarının deprem hesaplamalarında kullanılması deprem mühendisliği açısından büyük problem oluĢturmaktadır. Bu durumda tasarım spektrumlarına uyumlu yapay deprem kaydı üretiminin oldukça yarar sağlayacağı açıkça görülmektedir. Ayrıca, yapay yer hareketlerinin kullanılması ile önceki depremlerde kayda sahip olmayan yörelerdeki yapılar için zaman tanım alanında hesap yapılmasına olanak sağlamaktadır.

Yapay yer hareketlerinin yararlarının yanı sıra, üretilmesindeki zorluklardan da bahsetmek yerinde olacaktır. Yapay deprem ivme kayıtlarının üretimi sırasında çevrim sayısının çok fazla artması, gerçek durum ile uyuĢmayacak kadar büyük enerji açığa çıkmasına neden olmaktadır. Bu durum yapay kayıtların kullanımındaki sakıncalardan biri olarak sayılabilir.

Yönetmeliklerde yer alan tasarım ivme spektrumları, birden fazla sismik kaynağın etkisine karĢı gelen istatistiksel bir analizin sonucunda oluĢturulmuĢtur. Bu durumda, tasarım spektrumunda farklı periyotlara karĢı gelen ivme değerleri, farklı kaynaklardan elde edilmiĢ olabilir. Bu nedenle, çok sayıda kaydedilmiĢ hareketlerin ortalamasını simgeleyen tasarım ivme spektrumuna uyumlu tek bir kaydın elde edilmeye çalıĢılması, yapay yer hareketi kullanımdaki zorluklardan ve dikkatli olunmadığı takdirde üretilen yer hareketini gerçekçilikten uzaklaĢtıran bir husus

Bu çalıĢmada teorik olarak Deodatis (1996)‟nın çalıĢmasını esas alarak Papagiorgiou ve diğ. (2000) tarafından geliĢtirilen Fortran tabanlı TARSCTHS bilgisayar programı kullanılmıĢtır. Durağan olmayan statik vektör yöntemlerini kullanarak yapay yer hareketi üreten bu algoritma, istenen hareketin faz açılarının rastgele üretilerek ve güç spektral yoğunluk fonksiyonu kullanılarak frekans alanında iteratif bir yöntem ile yönetmelik tasarım ivme spektrumuna uyumlu yapay deprem ivme geçmiĢleri üretmektedir.

Programın ilk adımında farklı faz açıları ve ayrık frekanslar için rastgele sinüzoidal hareketler üretilmektedir. Denklem (3.2) her hangi bir rastgele süreci göstermektedir ve xr(t) rastgele sürecin r. elemanı olarak tanımlanmaktadır.

     sin( ) 1,2,3.... ) (t A t r x_{r n}





Rastgele süreç her bir harmonik dalganın genliğine An, wn açısal frekansına, r sinüzoidal hareketlerin rastgele faz açılarına bağlı olduğu görülmektedir. r indisi tüm parametrelerde kaçıncı değer olduğunu göstermektedir.  rastgele faz açıları, sıfır ile

2 aralığında ve 1/2 Ģiddetindeki normal dağılımlı olasılık yoğunluk fonksiyonuna uyumlu olacak Ģekilde rastgele faz açısı üreticisi ile elde edilen değerlerdir. An genlik

değeri ise, spektral güç yoğunluk fonksiyonuna bağlı olarak elde edilmektedir (Papagiorgiou ve diğ., 2000).

Üretilecek hareketin, yerel zemin koĢullarını temsil edebilmesi amacıyla filtrelenmesi gerekmektedir (Clough ve Penzien, 1993). TARSCTHS programının algoritmasında bu filtreler spektral güç fonksiyonu içerisinde bulunmaktadır (Malcıoğlu, 2011).

BenzeĢtirilmiĢ yer hareketleri, deprem dalgalarının yayıldığı ortamın ve zeminin özelliklerinin dikkate alınması ile sismolojik kaynak modellerine dayandırılarak elde edilen ivme geçmiĢi türleridir. Kaynak ve dalga yayılım özellikleri fiziksel olarak benzeĢtirilerek üretilen deprem yer hareketleri, belirlenen bir alan için, büyüklük ve mesafeye bağlı olarak tanımlanan senaryo depremine uygun bir Ģekilde üretilir. Uygun kaynağın, zeminin ve yayılım ortamının tanımlanması bu tür yer hareketleri üretimindeki en büyük zorluk olarak söylenebilir (Fahjan, 2008). Bu tür deprem yer hareketlerinin üretimi için genel olarak iki modelden bahsetmek mümkündür. Bunlardan biri dinamik modeller, diğeri ise kinematik modeldir.

Dinamik modeller genel olarak deprem süresince meydana gelen kuvvetleri esas alarak oluĢturulan modellerdir Dinamik modellerin temel esası, sürtünme ya da fay üzerindeki pürüzlü tabaka nedeniyle oluĢan kırılmaya karĢı koyan kuvvetleri ve faylanma sürecini devam ettiren tektonik kuvvetleri içeren fay kırılma dinamiğidir. Bu modellerin kullanımının esas uygulaması, depremin oluĢumu ve yayılımının daha iyi anlaĢılması amacıyla önceki depremlerin kırılma mekanizmalarının incelenmesi ve yorumlanması olarak gösterilebilir.

BenzeĢtirilmiĢ deprem yer hareketleri için kullanılan bir diğer model ise kinematik modellerdir. Bu modellerin esası ise kırılma sürecinin, zamanın ve konumunun fonksiyonu olarak fayın yerdeğiĢtirmesi açısından ele alınmasıdır. Burada fayın yerdeğiĢtirmesi olarak belirtilen parametre, kayma fonksiyonu olarak bilinir ve yeni deprem yer hareketi üretiminde Green fonksiyonları kayma fonksiyonu olarak sıkça kullanılmaktadır (Malcıoğlu, 2011).

Bu çalıĢmada kullanılan yapay yer hareketlerinin üretilmesi ve üretilen yer hareketlerinin özellikleri dördüncü bölümde ayrıntılı olarak verilmiĢtir.