ZEMİN RİJİTLİĞİNDEKİ DEĞİŞİMİN YAPILARIN SİSMİK DAVRANIŞI ÜZERİNDEKİ ETKİLERİ
BAYRAM TANIK ÇAYCI1, MEHMET İNEL2 ve MUHAMMET KAMAL3
1 Dr., İnşaat Müh. Bölümü, Pamukkale Üniversitesi, Denizli
2 Profesör Dr., İnşaat Müh. Bölümü, Pamukkale Üniversitesi, Denizli
3 Araştırma Görevlisi., İnşaat Müh. Bölümü, Pamukkale Üniversitesi, Denizli Email: tcayci06@posta.pau.edu.tr
ÖZET:
Yapıların sismik davranışının zemin davranışından doğrudan etkilendiği bilinmektedir. Dinamik büyütme etkileri ve zemin yüzeyinde oluşan şekil değiştirmeler yapıya etkiyen sismik talepleri büyük oranda değiştirmektedir. Bu etkilerin ortaya konabilmesi deprem mühendisliği açısından büyük önem arz etmektedir. Gerçekleştirilen çalışmanın amacı zemin-yapı etkileşimi ve zemin rijitliğindeki değişimin sismik talepler üzerindeki etkilerinin araştırılmıştır. Bu kapsamda 1975 ve 1998 Deprem Yönetmelikleri şartlarına göre modellenmiş 7-katlı betonarme çerçeve taşıyıcı sisteme sahip iki adet bina üç boyutlu olarak bilgisayar ortamında modellenmiştir. Zemin etkilerinin gerçekçi bir şekilde ortaya konabilmesi için doğrudan yöntem yaklaşımı kullanılmış, zemin ve bina dinamik denge denklemleri birlikte çözülmüştür. Ankastre mesnet ve zemin-yapı etkileşimli üst yapı bina modelleri doğrusal ve doğrusal elastik olmayan davranışı yansıtacak şekilde modellenmiştir. Zemin kayma dalgası hızı 750 m/s’den daha yüksek ortamda kaydedilmiş 7 gerçek ivme kaydının kullanıldığı çalışmada 4 farklı rijitliğe sahip zemin tipi dikkate alınmıştır. Elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde, yapıya etkiyen sismik taleplerin zemin rijitliğindeki artışa bağlı olarak azaldığı söylenebilir. Kullanılan modelleme yöntemleri arasındaki farklılık ise zemin rijitliği düştükçe artmaktadır. Ankastre mesnet yaklaşımı doğrusal bina modellerinin kullanılması durumunda dinamik büyütmeden yüksek oranda etkilenmektedir. Zemin davranışının dikkate alınmasıyla bu etkiler azalmaktadır. Doğrusal elastik olmayan bina modelleri için zemin-yapı etkileşimi oldukça karmaşık bir davranış göstermektedir. Yapı ve zemin davranışı arasında oluşan faz farklı doğrusal analiz yöntemlerinin aksine sismik talepleri her durumda azaltmamaktadır. Ayrıca ankastre mesnet kabulünün doğrusal olmayan bina davranışının dikkate alınması durumunda kabul edilebilir düzeyde gerçekçi sonuçlar verdiği görülmüştür.
ANAHTAR KELİMELER: Zemin-yapı etkileşimi, zemin rijitliği, ankastre mesnet, doğrudan yöntem, doğrusal elastik olmayan davranış
THE EFFECT OF CHANGE OF SOIL STIFFNESS ON SEISMIC BEHAVIOUR OF STRUCTURES
BAYRAM TANIK ÇAYCI1, MEHMET İNEL2 ve MUHAMMET KAMAL3
1 Dr., İnşaat Müh. Bölümü, Pamukkale Üniversitesi, Denizli
2 Profesör Dr., İnşaat Müh. Bölümü, Pamukkale Üniversitesi, Denizli
3 Araştırma Görevlisi., İnşaat Müh. Bölümü, Pamukkale Üniversitesi, Denizli Email: tcayci06@posta.pau.edu.tr
ABSTRACT:
It’s well known that seismic behavior structures are directly influenced by existing of soil. But fixed base assumption is widely used due to complexity of soil models and insensive computational effort. It can be said that soil layers with high stiffness may have similar behavior with fixed base assumption. But the difference between two assumptions tend to increase for softer soils This study aims to evaluate the effect of soil stiffness on seismic behavior of structures. For this purpose, two different 7-story three-dimensional typical reinforced concrete (RC) frame were modelled according to 2007 and 1975 Turkish Earthquake Codes. Direct approach was considered for SSI modelling and the dynamic equilibriums of soil and structure were solved in single step. The nonlinear behavior of structural members was reflected to model with using plastic hinges. 7 ground motion records and 4 soil types with different stiffness were considered during nonlinear time history analyses. The results indicate that stiffer soils have similar behavior with fixed base assumption as expected. But the effect of soil deformations tends to increase on seismic demands with decrease of soil stiffness. Soil deformations do not influence the seismic demands of structure in positive way for all cases. The interaction between soil and structure is a complex problem because of changes of dynamic response of structures due to plastic deformations.
KEYWORDS: soil stiffness, RC buildings, soil-structure interaction, dynamic analysis, nonlinear behaviour
1. GİRİŞ
Yapıların şiddetli yer hareketleri sırasındaki davranışları yapı ve zemin karakteristik özellikleriyle birlikte yer hareketinin içeriği ve karşılıklı etkileşimlerini de içeren son derece karmaşık bir problemdir (Wolf, 1985; Kutanis, 2001, Saez, 2013). Yapılan kabuller ve ihmal edilen parametreler bu etkileşimin doğru değerlendirilmesini zorlaştırmaktadır (Saez vd., 2008).
Elastik bina modelleri, benzer dinamik özelliklere sahip zeminlerden alınan yer hareketleri altında yüksek oranda dinamik büyütme etkilerine maruz kalabilmektedir. Başta doğal titreşim periyodu olmak üzere yapı dinamik özelliklerinin değişmediği elastik kabule göre yapılan analizlerde yer hareketinin frekans içeriğine de bağlı olarak,
“rezonans” olarak adlandırılan olgu gözlenebilmektedir (Navarro v.d. ,2004; NEHRP, 2012; Güllü ve Pala 2014).
Bu nedenle, doğrusal olmayan üç boyutlu yapı modelleri kullanılarak yapı-zemin ortak davranışının gerçekçi bir şekilde ortaya konabilmesi, problemin anlaşılması konusunda önemlidir (Zaicenco ve Alkaz, 2007).
Çalışmanın amacı mevcut betonarme binalarda zemin rijitliğindeki değişimin deprem davranışı üzerindeki etkilerinin irdelenmesidir. Bu amaç kapsamında mevcut betonarme binaların karakteristik özelliklerini yansıtan 7 katlı binalar ankastre mesnetli ve zemin-yapı etkileşimli olarak modellenmiştir. Bu çalışmada zemin doğrusal elastik alınarak üzerindeki bina doğrusal elastik ve doğrusal elastik olmayan davranışı yansıtması amacıyla iki farklı şekilde modellenmiştir. Analizler Zaman Tanım Alanında (ZTA) analiz yöntemiyle gerçekleştirilmiştir.
Binanın doğrusal elastik olarak modellendiği durum için çalışma kapsamında düşünülen 7 adet ivme kaydı kullanılmıştır. Ankastre model analizleri, zemin-yapı etkileşimli sistemden elde edilen yüzey kayıtları ile gerçekleştirilmiştir.
2. MODELLEME
Çalışma kapsamında 1998 ve 1975 Deprem Yönetmeliği (ABYYHY-1998, ABYYHY-1975) şartlarına göre modellenmiş 7 katlı üç boyutlu yapı modelleri kullanılmıştır. Kullanılan modellerin hazırlanmasında mevcut binalarla ilgili envanter çalışması (İnel vd., 2009) verileri kullanılmıştır. Modellere ait kalıp planı görünümleri Şekil 1 (a)’da bina özellikleri ise Tablo 1’de verilmiştir.
Tablo 1. Analizlerde kullanılan bina özellikleri Model
Adı Kat
Sayısı W (kN)
Beton Dayanımı
(MPa)
H (m)
T (s)
Sde
(m)
Sdi
(m) 7-75 7 18621.7 16 19.60 0.829 0.1318 0.1318 7-98 7 20065.6 25 19.60 0.639 0.0964 0.0964
Analiz modelleri çok amaçlı yapısal analiz programı SAP2000 (Sap2000, CSI) kullanılarak hazırlanmıştır. Sismik davranış ve performans belirlenmesi amacıyla doğrusal olmayan modeller eleman uçlarına yerleştirilen plastik mafsallar yoluyla oluşturulmuştur. Plastik Mafsal özellikleri 2007 Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmek (DBYBHY-2007) göz önüne alınarak elemanın kritik kesitlerinin moment eğrilik ilişkileri Sargı Etkisi Modelleme Analiz Programı (SEMAp, 2008) kullanılarak hesaplanmıştır.
Zemin profili katı (solid) ortamda elastik olarak modellenmiştir. X doğrultusunda 80 metre, Y doğrultusunda 70 metre ve 20 metre derinliğe sahip zemin yapısı tabanının sonsuz rijit olduğu kabulü yapılmıştır. Solid eleman boyutları bina yakınında 0.5 metre, uzak bölgede ise 2 metre olarak belirlenmiştir. Dalgaların sonlu eleman sınırlarından modele yansımasının önüne geçilebilmesi için viskoz sınır elemanlar kullanılmıştır (Lysmer ve Kuhlemeyer, 1969). Zemin-yapı ortak modeli analizleri doğrudan yöntem yaklaşımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Doğrudan yöntem, Denklem 1’de verilen dinamik denge denklemi çözümünün zemin ve yapının birlikte dikkate alınarak tek adımda gerçekleştirilmesi ilkesine dayanmaktadır (Kramer, 1996 ).
Denklemde �𝑢𝑢̈𝑔𝑔� yer ivmesini, [𝑀𝑀], [𝐶𝐶] ve [𝐾𝐾] ise sırasıyla zemin-yapı ortak sistemi kütle, sönüm ve rijitlik matrisini tanımlamaktadır. Doğrudan yöntem yaklaşımı denklem çözümünde herhangi bir süperposizyon gerekliliği olmadığı için analizlerde doğrusal elastik olmayan eleman davranışının dikkate alınması mümkündür.
Ancak dinamik denge denkleminde zemin kütlesinin de yer alınması nedeniyle analiz yükü basitleştirilmiş yöntemlere göre oldukça fazladır.
[𝑀𝑀]{𝑢𝑢̈} + [𝐶𝐶]{𝑢𝑢̇} + [𝐾𝐾]{𝑢𝑢} = −[𝑀𝑀]�𝑢𝑢̈𝑔𝑔� (1)
Zemin Yapı Etkileşimi (ZYE) düşünülen modellerde tepe noktası deplasman talepleri hesaplanırken, temel yüzeyinde oluşan dönmeler deplasman isteminden çıkarılmıştır. Zemin-yapı ortak sistemi model görüntüsü Şekil 1(b)’de gösterilmektedir. Farklı zemin özelliklerinin sismik davranışa olan etkilerinin yansıtılabilmesi için analizlerde dört farklı zemin tipi göz önünde bulundurulmuştur. Kullanılan zemin tipleri hakkında detaylı bilgi Tablo 2’de verilmektedir. Çalışmanın birincil amacı, yapı davranışının zemin modelinin dikkate alındığı ve alınmadığı durumlarda yansıtılabilmesidir. Zemin karakteristik profilinin etkilerinin araştırılması çalışma kapsamı dışındadır. Bu nedenle zemin özelliklerinin derinlik boyunca değişmediği kabulü yapılmıştır. Gerçek zemin davranışının son derece karmaşık olduğu unutulmamalıdır.
Şekil 1. (a)Çalışmada kullanılan binaya ait kalıp planı (b) zemin-yapı ortak modeli
Çalışma kapsamında kullanılan ivme kayıtlarına ait bilgiler Tablo 3’te, ivme spektrumlarının DBYBHY (2007)’de tanımlı Z2 zemin sınıfı tasarım ivme spektrumu ile karşılaştırılması Şekil 2’de verilmektedir. Kullanılan ivme kayıtlarının zemin etkilerinden mümkün olduğunca az etkilenmiş olması için kaya yüzeyden alınmasına dikkat edilmiştir. İvme kayıtlarının alındığı istasyon zemin kayma dalgası hızı (Vs) 750 m/s’nin üzerindedir. Elde edilen sonuçların doğru değerlendirilebilmesi için ankastre model analizlerinde zemin-yapı ortak sistemi bina tabanından elde edilen yüzey kayıtları kullanılmıştır. SAP2000 programı, solid ortamda modellenen elastik zemin ortamı için zemin büyütmesini hesaplayabilmektedir (Wilson, 2002).
Tablo 2. Analizlerde kullanılan zemin tipleri
Zemin: Vs
(m/s)
Zemin Sınıfı (FEMA)
Yoğunluk (kN/m3)
Poisson
Oranı Sönüm Oranı (%)
S1 800 B 2.25 0.25 %5
S2 400 C 2.15 0.30 %5
S3 200 D 1.80 0.40 %5
S4 100 D 1.60 0.40 %5
Tablo 3. Analizlerde kullanılan ivme kayıtları
Kayıt No: Deprem Tarih Büyüklük İstasyon Bileşen PGA PGV Vs30 Uzaklık (o) (g) (m/s) (m/s) (km) IR80STUR.000 Irpinia
Italy 23.11.1980 MW= 6.5 Sturno 360o 0.251 0.37 1000 32.00 IR80STUR.270 Irpinia
Italy 23.11.1980 MW= 6.5 Sturno 270o 0.358 0.527 1000 32.00 IR80STUR.000 Irpinia
Italy 23.11.1980 MW= 6.5 Sturno 360o 0.251 0.37 1000 32.00 KB95KBU.000 Kobe 16.01.1995 MW= 6.9 Kobe
University 360o 0.290 0.53 1043 0.90 KC99IZT.090 Kocaeli 17.08.1999 MW= 7.4 Izmit 90o 0.22 0.298 811 4.80 LP89G01.090 Loma
Prieta 18.10.1989 MW = 6.9 Gilroy
Array 1 90o 0.473 0.339 1428 11.20 LP89G01.000 Loma
Prieta 18.10.1989 MW = 6.9 Gilroy
Array 1 360o 0.411 0.316 1428 11.20 NR94GPO.270 Northridge 17.01.1994 MW = 6.7
USGS Griffith Park Obs.
270o 0.246 0.211 >750 23.80
Şekil 2. Kullanılan ivme kayıtlarının ivme spektrumlarının DBYBHY-2007, Z2 zemin sınıfı tasarım ivme spektrumu ile karşılaştırılması
3. ÇATI DEPLASMAN TALEPLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI
Zaman tanım alanında doğrusal elastik ve doğrusal elastik olmayan analiz çatı deplasman talepleri 7-98 binası için Tablo 4 ve Tablo 5’te, 7-75 binası içinse Tablo 6 ve Tablo 7’de yer almaktadır. İvme kayıtları için hesaplanan ortalama deplasman taleplerinin ankastre ve zemin-yapı ortak modelleri için karşılaştırılması ise Şekil 3 ve Şekil 4’te verilmiştir. Zemin-yapı ortak sistemi için yapıda oluşan talepler toplam yer değiştirmeden zemin yer değiştirmesi ve temel dönmeleri nedeniyle oluşan deplasmanların çıkarılması ile elde edilmiştir. Zemin-yapı ortak modeli bina tabanından okunan ivme kaydı ankastre modele etkitilerek her iki yaklaşım karşılaştırılmıştır.
Elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde, zemin rijitliğindeki artışa bağlı olarak yapıya etkiyen sismik taleplerin önemli oranda azaldığı gözlenmektedir. Modelleme yaklaşımları arasındaki farklılıklar ise yüksek rijitliğe sahip S1 ve S2 zemin tipi için sınırlı düzeyken, düşük rijitliğe sahip S3 ve S4 zemin tipi için artmaktadır. En yüksek çatı deplasman talepleri S4 zemin tipi ve doğrusal elastik ankastre bina modellerinin kullanılması durumunda elde edilmiştir. 7-98 ve 7-75 bina modelleri için hesaplanan ortalama çatı deplasman talepleri sırasıyla 220.4 ve 186.0 mm’dir. 7-98 binası daha yüksek yatay rijitliğe sahip olmasına rağmen yapıda oluşan taleplerin 7-75 binasına göre
%18 daha yüksek bulunması dikkat çekicidir.
Dinamik büyütme etkileri doğası gereği zaman-tanım alanında doğrusal elastik analiz sonuçları üzerinde daha belirleyicidir. Yapı dinamik tepkisinin analiz boyunca değişmemesi nedeniyle dinamik büyütme bölgesinde etkiyen sismik talepler büyük deplasman istemlerine neden olabilmektedir. Dinamik büyütme etkilerine bağlı olarak doğrusal elastik ankastre 7-98 binasında S4 zemin sınıfı için gözlenen talep artışları zemin davranışının dikkate alınmasıyla ortalamada %52 azalarak 104.7 mm’ye düşmektedir. Taleplerin önemli bir kısmının zemin yüzeyinde oluşan şekil değiştirmeler ile sönümlenmesinin dinamik büyütme etkilerinin sınırlandırdığı söylenebilir. 7-75 binası doğrusal elastik zemin yapı ortak modeli için, S4 zemin tipi altında hesaplanan ortalama çatı deplasman talebi ise beklendiği gibi 7-98 binasına oranla %45 daha yüksek bulunmuştur (152.4 mm).
Doğrusal elastik modeller için ankastre mesnet yaklaşımının ivme kayıtlarının frekans içeriği ve zemin özelliklerine de bağlı olarak dinamik büyütme etkilerinden yüksek oranda etkilenmesi gerçekçi olmayan talep artışlarına neden olmaktadır. Doğrusal elastik olmayan bina modellerinin kullanılması durumunda ise bu etkiler azalmaktadır. 7-98 binasında doğrusal elastik olmayan bina davranışının dikkate alınması durumunda S4 zemin tipi için ortalama deplasman talebi 220.4 mm’den 137.4 mm’ye düşmektedir. 7-75 binası için ise bu değerlerdeki değişim sınırlı olup 186.0 mm’den 170.2 mm’ye düşmektedir.
0 0.5 1 1.5 2 2.5
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
Spektral İvme (g)
Periyot (s)
irpina-italy-stu000 irpina-italy-stu270 kobe-kbu000 koc-izt090 lomap-g01000 lomap-g01090 north-0141-270 ortalama
DBYBHY-2007 Z2
Dikkat çekici bir diğer sonuç ise, doğrusal elastik bina modellerinde zemin davranışının dikkate alınmasıyla gözlenen talep düşüşünün doğrusal elastik olmayan bina davranışının dikkate alınmasıyla gerçekleşmemesidir.
Plastik şekil değiştirmeler nedeniyle yapı dinamik tepkisi zamana bağlı olarak değişmektedir. Bu durumda yapı ve zemin tepkisi arasında oluşan faz farkı nedeniyle zemin-yapı etkileşimi oldukça karmaşık bir problem halini almaktadır. Genel kanının aksine, zemin davranışının her durumda talepleri azaltıcı bir etkisinin olduğundan bahsetmek doğrusal elastik olmayan bina davranışının dikkate alınmasıyla mümkün değildir. Ankastre mesnet kabulü ise doğrusal elastik olmayan bina modelleri için makul sonuç vermektedir.
Tablo 4. 7.98 binası doğrusal analiz için hesaplanan maksimum çatı deplasman talepleri
Kayıt No: ANKASTRE ZYE
S4 S3 S2 S1 S4 S3 S2 S1
IR80STUR.000 259.0 144.4 64.3 53.8 95.6 91.1 61.4 53.7
IR80STUR.270 171.3 104.3 60.9 42.4 87.2 70.2 56.4 43.5
KB95KBU.000 272.4 123.4 85.1 79.8 152.4 113.4 96.0 85.5
KC99IZT.90 203.3 79.9 56.5 42.7 82.7 60.8 54.6 43.7
LP89G01.000 155.1 147.4 75.1 39.7 81.9 85.2 60.1 39.3
LP89G01.90 187.3 263.5 84.5 64.7 75.5 148.0 69.2 61.3
NR94GPO.270 294.4 198.1 92.7 85.4 157.6 137.5 99.4 88.0
Ortalama 220.4 151.6 74.2 58.4 104.7 100.9 71.0 59.3
Tablo 5. 7-98 binası doğrusal olmayan analiz için hesaplanan maksimum çatı deplasman talepleri
Kayıt No: ANKASTRE ZYE
S4 S3 S2 S1 S4 S3 S2 S1
IR80STUR.000 129.6 129.8 63.7 51.5 129.9 91.0 60.5 49.6
IR80STUR.270 112.5 105.5 101.5 65.8 109.9 100.9 84.7 51.2
KB95KBU.000 266.8 161.5 114.8 100.9 315.8 194.2 131.9 113.9
KC99IZT.90 104.4 59.8 61.9 47.0 104.4 60.8 54.0 39.7
LP89G01.000 61.7 86.1 54.6 37.2 75.7 87.0 53.7 35.4
LP89G01.90 126.0 141.1 87.5 63.2 101.9 160.4 85.8 54.6
NR94GPO.270 157.9 110.4 65.1 57.1 176.9 96.9 76.8 67.8
Ortalama 137.0 113.4 78.4 60.4 144.9 113.0 78.2 58.9
Şekil 3. 7-98 binası için ortalama çatı deplasman taleplerinin ZYE ve ankastre mesnet yaklaşımlarına göre dağılımı 0
25 50 75 100 125 150 175 200 225 250
S4 S3 S2 S1
Deplasman(mm)
Zemin Tipi
7- 98 Doğrusal
ZYE Ankastre
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250
S4 S3 S2 S1
Deplasman(mm)
Zemin Tipi
7- 98 Doğrusal olmayan
ZYE Ankastre
Tablo 6. 7-75 Binası doğrusal analiz için hesaplanan maksimum çatı deplasman talepleri
Kayıt No: ANKASTRE ZYE
S4 S3 S2 S1 S4 S3 S2 S1
IR80STUR.000 180.3 123.4 69.7 66.1 123.5 97.7 70.0 66.4
IR80STUR.270 136.9 137.6 92.8 87.5 136.1 118.6 95.8 88.6
KB95KBU.000 276.4 181.3 140.0 133.8 251.0 196.1 147.6 129.9
KC99IZT.90 143.5 88.7 53.3 48.3 117.3 71.4 51.0 44.8
LP89G01.000 134.4 130.1 58.9 46.9 87.7 107.2 57.1 47.3
LP89G01.90 129.9 240.4 91.8 74.0 118.0 188.1 88.7 72.8
NR94GPO.270 300.4 187.0 114.6 105.0 232.5 165.1 112.2 104.2
Ortalama 186.0 155.5 88.7 80.2 152.3 134.9 88.9 79.1
Tablo 7. 7-75 Binası doğrusal olmayan analiz için hesaplanan maksimum çatı deplasman talepleri
Kayıt No: ANKASTRE ZYE
S4 S3 S2 S1 S4 S3 S2 S1
IR80STUR.000 131.2 183.4 81.3 64.5 137.9 181.0 67.2 73.4
IR80STUR.270 132.9 183.8 129.6 148.1 133.2 188.0 130.5 146.2 KB95KBU.000 377.0 285.3 206.6 204.5 391.5 304.7 197.9 208.6
KC99IZT.90 141.1 93.1 67.7 67.6 151.9 105.6 65.5 62.3
LP89G01.000 85.2 94.5 62.8 44.2 72.1 102.9 53.0 42.0
LP89G01.90 164.6 136.8 125.4 87.8 178.3 120.9 117.1 80.0
NR94GPO.270 159.2 99.1 62.2 59.6 164.3 84.2 64.0 69.5
Ortalama 170.2 153.7 105.1 96.6 175.6 155.3 99.3 97.4
Şekil 4. 7-75 binası için ortalama çatı deplasman taleplerinin ZYE ve ankastre mesnet yaklaşımlarına göre dağılımı 0
25 50 75 100 125 150 175 200
S4 S3 S2 S1
Deplasman(mm)
Zemin Tipi
7- 75 Doğrusal
ZYE Ankastre
0 25 50 75 100 125 150 175 200
S4 S3 S2 S1
Deplasman(mm)
Zemin Tipi
7- 75 Doğrusal olmayan
ZYE Ankastre
3. SONUÇLAR
Gerçekleştirilen çalışma ile mevcut betonarme binalarda zemin rijitliğindeki değişimin deprem davranışı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu kapsamda 1975 ve 1998 deprem yönetmeliklerine göre modellenen 7 katlı iki bina modeli kullanılarak 4 farklı zemin tipi ve 7 gerçek ivme kaydı için zaman tanım alanında dinamik analizler gerçekleştirilmiştir. Çalışmada ayrıca zemin davranışının talepler üzerindeki etkileri doğrusal elastik ve doğrusal elastik olmayan yapı davranışı dikkate alınarak ankastre mesnet kabulü ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar aşağıda maddeler halinde özetlenmiştir:
• Tüm binalar için beklendiği gibi yapıya etkiyen sismik talepler zemin rijitliğindeki artışa bağlı olarak azalmaktadır. Modelleme yaklaşımları arasındaki farklılıklar ise zemin rijitliği düştükçe artmaktadır.
• Beklendiği gibi zemin rijitliğinin azalması ile yapıya etkiyen sismik taleplerde artış gözlenmektedir.
• Doğrusal elastik modeller için ankastre mesnet yaklaşımının ivme kayıtlarının frekans içeriği ve zemin özelliklerine de bağlı olarak dinamik büyütme etkilerinden yüksek oranda etkilenmesi nedeniyle gerçekçi olmayan talep artışlarına neden olmaktadır. Zemin davranışının dikkate alınması ile bu etkiler azalmaktadır.
• Doğrusal elastik bina modellerinde zemin davranışının dikkate alınmasıyla gözlenen talep düşüşü doğrusal elastik olmayan bina davranışının dikkate alınmasıyla gerçekleşmemektedir.
• Plastik şekil değiştirmeler nedeniyle yapı dinamik tepkisi zamana bağlı olarak değişmektedir. Bu durumda yapı ve zemin tepkisi arasında oluşan faz farkı nedeniyle zemin-yapı etkileşimi oldukça karmaşık bir problem halini almaktadır.
• Genel kanının aksine, zemin davranışının her durumda talepleri azaltıcı bir etkisinin olduğundan bahsetmek doğrusal elastik olmayan bina davranışının dikkate alınmasıyla mümkün değildir.
• Çalışmada incelenen ankastre mesnet kabulü ile zemin-yapı ortak modeli değerlendirildiğinde ankastre modelin kullanımının doğrusal elastik olmayan bina modellerinde daha uygun olduğu sonucu ortaya çıkmaktadır.
• Doğrusal elastik bina modeli kullanılması durumunda ise zemin-yapı etkileşiminin mutlaka dikkate alınması gerekliliği görülmektedir.
• Zemin-yapı ortak modelinin görece daha karmaşık olması ve analiz yükünü büyük oranda arttırdığı düşünüldüğünde doğrusal elastik olmayan modelleme için ankastre mesnet kabulünün kabul edilebilir bir yaklaşım olduğu söylenebilir. Ancak yapı yüksekliği arttıkça zemin etkilerinin talepler üzerinde daha belirleyici olacağı unutulmamalıdır.
TEŞEKKÜR
Bu çalışma 2015FBE011’nolu Pamukkale Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projesi olarak desteklenmiştir.
KAYNAKLAR
AY-1975 (1998) Afet Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, Bayındırlık Ve İskan Bakanlığı, Ankara
AY-1998 (1998) Afet Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, Bayındırlık Ve İskan Bakanlığı, Ankara
DBYBHY (2007) Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, Bayındırlık Ve İskan Bakanlığı, Ankara
Gullu H. ve Pala M. (2014). On the resonance effect by dynamic soil-structure interaction: a revelation study.
Natural Hazards 72, 827-847.
Inel M., Şenel Ş.M., Ozmen H.B. ve Kayhan A.H. (2009). Mevcut Betonarme Binaların Yapısal Özelliklerinin Belirlenmesi, Uluslararası Sakarya Sempozyumu, Sakarya, Türkiye, 1-2 Ekim 2009.
Kramer S.L. (1996). Earthquake Geotechnical Engineering, 1st Ed., Prentice-Hall, New Jersey.
Kutanis M. (2001). Yapı Zemin Dinamik Etkileşimi, Doktora Tezi, Sakarya Üniversitesi, Sakarya.
Lysmer J.ve Kuhlemeyer R.L. (1969). Finite dynamic model for infinite media, Journal of Engineering Mechanics Division. ASCE 95:4,759–877.
Navarro M., Vidal F., Fariche M., Enomoto T., Sanchez F.J. ve Matsuda I. (2004). Expected Ground-RC Building Structures Resonance Phenomena In Granada City (Southern Spain). 13 th World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, Canada, 1-6 August, 2004, Paper No: 3308.
NIST GCR 12-917-21 (2012). Soil Structure Interaction for Building Structures, NEHRP Consultants Joint Venture.
Rayhani M.T.ve El Naggar M.H. (2012). Physical and Numerical Modeling of Seismic Soil Structure Interaction in Layered Soils. Geotech Geol Eng 30, 331-342.
Saez E., Caballero F.L. ve Razavi A.M.F. (2008). Effects of non-linear soil behavior on the seismic performance evaluation of structures. Rivista Italiana Di Geotecnica, Bucharest 2, 63-76.
Saez E., Caballero F.L. ve Razavi A.M.F (2013). Inelastic dynamic soil-structure interaction effects on moment- resisting frame buildings. Engineering Structures, 51, 166-177.
Sap2000, CSI., Integrated Software for Structural Analysis and Design, Computers and Structures Inc., Berkeley, USA.
SEMAp (2008). Sargılı etkisi beton modelleme analiz programı, Pamukkale Üniversitesi, Tubitak proje no:
105M024.
Wilson E.L. (2002). Three Dimensional Static and Dynamic Analysis of Structures, 3th Ed., Computers and Structures,Inc., Berkeley.
Wolf J.P, (1985) Dynamic Soil-Structure Interaction, 1st Ed., Prentice-Hall, New Jersey.
Zaicenco A. ve Alkaz V. (2007). Soil-structure interaction effects on an instrumented building. Bull Earthquake Eng 5, 533-547
