1 Doç.Dr., Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli, kbeyen@kocaeli.edu.tr
2 Doç.Dr., Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli, fuadokay@yahoo.com
3 Dr., Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli, serkanengintr@yahoo.com
YAKIN SAHA DEPREMLERİ YÖNELİM ETKİSİNİN YÜKSEK KATLI BETONARME BİNALARA ETKİSİ
EFFECT OF NEAR FIELD EARTHQUAKE DIRECTIVITY EFFECTS TO HIGHRISE REINFORCED CONCRETE BUILDINGS
Kemal BEYEN1, Fuad OKAY2 ve Serkan ENGİN3
ÖZET
Yapı analizinde en güvenilir yöntemin zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz yöntemi olduğu kabul edilmektedir. Ancak çok sayıda kabul içermesi sebebiyle yöntemin güvenilirliği analiz sırasında yapılan kabullerin doğruluğuna bağlıdır. Zaman tanım alanında analizde en önemli parametre kullanılacak deprem kaydının içeriğidir. Yapılan çalışmalar yakın fay etkili depremlerin, binaların deprem davranışını oldukça fazla etkilediğini göstermektedir. Ancak analizde kullanılan deprem kayıtları ile ilgili daha detaylı inceleme yapıldığında aslında daha yıkıcı olan etkinin kaydın yönelim (direktivite) içermesi olduğu göze çarpmaktadır. Bu çalışmada yakın sahadan kaydedilmiş yönelim etkisi içeren ve içermeyen olmak üzere iki ayrı deprem kayıt seti oluşturulmuş ve bu setlerdeki depremler kullanılarak tipik bir betonarme yüksek yapıda zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizler gerçekleştirilmiştir.
Her bir set için yapının tepe deplasmanı, katlarda oluşan kesme kuvvetleri ve momentleri elde edilmiştir.
Elde edilen bu büyüklükler birbiri ile kıyaslanmış, bu kıyaslama sonucunda deprem kaydının yönelim etkisi içermesi durumunda yapıda daha büyük kat kesme kuvveti, eğilme momenti ve göreceli kat ötelemesinin oluştuğu görülmüştür.
Anahtar Kelimeler: Yüksek yapı, yakın saha, yönelim etkisi ABSTRACT
It is accepted that the nonlinear analysis method is the most reliable method in time history analysis.
However, since it involves great number of assumptions, the reliability of the method depends on the accuracy of the agreements (assumptions) proposed during the analysis. The most important parameter in the analysis of time history, is the content of the earthquake records. Background studies show that near fault-effect earthquakes effect the earthquake behavior of the buildings extremely. However, when the earthquake records are investigated in more detail, it is actually observed that the more destructive effect is its directivity effect. One including directivity effect and the other is not, two different earthquake record sets are generated from near field and nonlinear analyses are performed on a typical reinforced concrete high rise building by using the earthquakes in those sets, in this study. Story drift ratio, shear forces and bending moments at the story of the building are obtained for each set. These quantities are compared to each other and it is observed that greater shear force, bending moment and story drift ratio values occurred if earthquake records include directivity effect.
Keywords: High rise building, near field, directivity effect
2 GİRİŞ
Yapıların analizinde kullanılan en güvenilir yöntem, zaman tanım alanında analiz (ZTAA) yöntemi kabul edilmesine rağmen, bu analiz yönteminden elde edilen sonuçların güvenilirliği, analizde kullanılan ivme kaydının özelliklerine bağlıdır. Bu sebeple ZTAA yönteminde kullanılacak deprem kayıtlarının, analizi yapılacak yapı ve yapının inşa edileceği alana uygun özellikler taşıması son derece önemlidir (Celep ve Kumbasar, 1996). Doğası gereği, oluşan her bir depremin değişik pek çok karakteristik özelliği bulunmakta ve her bir deprem hareketinden elde edilen tepe yer ivmesi (PGA), tepe yer hızı (PGV), tepe yer deplasmanı (PGD), frekans ve yönelim etkisi içeriği gibi pek çok özelliği farklı olabilmektedir.
Bahsedilen bu farklı deprem özelliklerinin de yapının vereceği tepkiyi ne şekilde etkilediği hala tam olarak bilinememektedir (Bommer ve Acevedo, 2004).
İlk deprem kaydının gerçekleştirildiği andan bu yana dünya çapında pek çok yerden kaydedilmiş kayıtların sayısı binlerle ifade edilen rakamlara ulaşmıştır. Araştırmacılar, kaydedilen bu yer PGA, PGV, PGD ve frekans içeriği gibi pek çok, deprem karakteristik özelliklerini, yaratacağı olası hasar potansiyeline göre gruplandırmışlardır. Bu gruplandırmaya rağmen deprem kaydının hangi özelliğinin ne tür yapıda nasıl bir etki yaratacağına ilişkin bir genelleme yapılması henüz mümkün olamamaktadır. Bu sebeple analizi yapılacak bir yapının niteliğine göre deprem kaydının seçilebilmesi için saha ve yapıya özel çalışmaların yapılmasını gerektirmektedir (Anderson ve Bertero, 1987, Applied Technology Council (ATC), 1978).
Yapılan bu çalışmada yönelim etkisi içeren ve içermeyen yakın sahadan kaydedilmiş ivme kayıt grupları oluşturulmuş ve bu kayıtlar kullanılarak tipik bir betonarme yüksek yapının zaman tanım alanında analiz (ZTAA) yöntemi ile doğrusal olmayan analizleri gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen analizler sonucunda yapının kat seviyelerindeki kesme kuvveti, eğilme momenti ve göreceli kat ötelemesi değerleri elde edilmiştir. Elde edilen bu veriler ile ayrı ayrı “kesme kuvveti”, “eğilme momenti” ve
“göreceli kat ötelemesi” - “kat seviyesi” değişimi eğrileri oluşturularak kaydın yönelim etkisi içeriğinin yapı tepkisine etkileri tartışılmıştır.
ANALİTİK ÇALIŞMA Yapı Analitik Modelinin Oluşturulması
Çalışma için tipik bir çerçeve ve perde duvarlardan oluşan betonarme bina seçilmiştir. Bu tipik binanın beton basınç dayanımı fck=40 MPa, boyuna ve enine donatı akma dayanımı fy=420 MPa olarak alınmıştır.
Binanın önem katsayısı I=1, deprem yükü azaltma katsayısı R=6, etkin yer ivmesi katsayısı Ao=0,40 ve zemin karakteristik periyotları TA=0,15, TB=0,40 (Z2 zemin sınıfı) alınarak kolonların düşey yük değerlerini elde etmek amacıyla doğrusal bir dinamik analiz gerçekleştirilmiştir. Bu analizde, 3,00 kN/m2 olarak alınan zati yüklere (G), 7,50 kN/m2 olarak alınan hareketli yüklerin (Q) %30’u eklenerek elde edilen arttırılmış yük, döşemeler üzerine etki ettirilmiştir.
Çalışmada yapısının kat adedi 25, her bir katın yüksekliği hf=4 m, yapının kısa kenar (x doğrultusu) açıklığı üç adet, bu doğrultudaki akslar arası mesafe 7,5 m, uzun kenar (y doğrultusu) açıklığı beş adet, bu doğrultudaki akslar arası mesafe 9 m, döşeme kalınlığı 0,22 m, 1-15. katlardaki kiriş boyutları bw=0,50 m, hk=0,80 m, 1-15. katlardaki kolon boyutları b=2,00 m, h=0,50 m, 16-25. katlardaki kiriş boyutları bw=0,50 m, hk=0,75 m, 16-25. katlardaki kolon boyutları b=1,60 m, h=0,50 m ve çekirdek perdesinin uzun doğrultusunun kalınlığı 0,30 m, kısa doğrultusunun kalınlığı ise 0,50 m, perde etriye aralığı 0,20 m olarak alınmıştır. Çalışma yapısının kat planı Şekil 1’de, perde kesitlerin donatı yerleşimi Şekil 2’de, kolon ve kiriş kesitlerin donatı yerleşimi Şekil 3’de verilmiştir. Bu koşullar altında gerçekleştirilen doğrusal dinamik analiz sonucunda binanın düşey elemanlarına gelen eksenel yükler elde edilmiş ve binanın iki doğrultusundaki hakim periyotları Tx= 2,15 sn, Ty= 2,14 sn olarak bulunmuştur.
3
Beton davranışı için sargılı ve sargısız Mander beton modeli (Mander vd., 1988, 1998), betonarme kesitlerde yer alan donatılar için ise Türk Deprem Yönetmeliği (TDY) 2007’de tanımlanmış olan donatı çeliği davranış modeli kullanılmıştır.
Şekil 1. Çalışma binasının kat planı Şekil 2. Bina perdeleri donatı yerleşimi Bahsedilen kesit analizleri sonucunda yapı elemanlarının akma ve göçme eğriliği ile akma momenti değerleri belirlenmiştir. Tüm bu veriler ile SAP2000NL analiz programında yapının analitik modeli oluşturulmuştur.
Şekil 3. (a) 1-15. kat; (b) 16-25. kat kiriş donatıları; (c) 1-15. kat; (d) 16-25.kat kolon donatıları yerleşimi (Uzunluklar: cm)
4
Kolon, kiriş ve perde elemanlar analitik modelde çubuk elemanlar olarak tanımlanmış, tanımlanan farklı tipteki her bir elemanın kapasite diyagramları (XTRACT, 2013) kesit analiz programı ile elde edilmiştir. Kesit analizi için gerekli olan kolon ve perde eksenel yükleri lineer dinamik analiz sonucunda elde edilmiştir. Yapı modelinde perdeler çubuk eleman kabul edildiği için, kesit analizinde perdelerin kapasite diyagramları bu kabule göre hesaplanmıştır. Kirişlerde kapasite eğrisi eksenel yük sıfır alınarak belirlenmiştir.
Deprem Kayıtlarının Seçimi
Deprem kaydının yakın sahadan kaydedilmiş olmasının yanı sıra kaydın içeriği de yapının davranışını önemli ölçüde etkilemektedir. Kaydedilmiş deprem kaydının yapı davranışını etkileyen en karakteristik özelliklerinden biri kaydın içeriğinde yer alan yönelim etkisi (YE) özelliğidir. Metin (2006) tarafından yapılan çalışmada fay yüzey kırığından yerleşim alanına doğru, yüksek hızdaki deprem hareketi yayılımının fay normali doğrultusunda yüksek genlikli itkiye sebep olduğu ve bu etkinin de yönelim olarak adlandırıldığını belirtmiştir. Mavroeidis (2004) tarafından yapılan çalışmada ise yönelim etkisi, kaydın başlangıcındaki yoğun periyot ile uyumlu olarak faydaki elastik enerjinin hemen hemen tümünün sismik yayılımı olarak tanımlamıştır. Deprem hareketi yayılımının çalışılan alana doğru olması durumunda YE’nin görüldüğü, bunun tersine deprem hareketi yayılımının alandan uzaklaşması durumunda YE gözlenmediği ve YE’nin binalarda daha fazla hasara sebep olabileceği öngörülmektedir. Bu açıklamalar ışığında YE içeren yakın saha kaynaklı deprem kayıtlarının seçiminin özel bir öneme sahip olduğu anlaşılmaktadır. Bu çalışmanın amacı, kayıtların YE içerip içermediğinin araştırılması olmadığından analizlerde kullanılmak üzere seçilen YE içeren deprem kayıtları daha önce Günay (2008) ile Günay ve Sucuoğlu (2010) tarafından yapılan çalışmalarda kullanılan depremlerin YE içerenleri arasından seçilmiştir. Yönelim etkisinin tanımlanması ile ilgili daha detaylı bilgi Engin (2014) tarafından yapılan çalışmadan edinilebilecektir. Çalışmada kullanılan deprem kayıtları Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER) tarafından oluşturulan veri tabanından seçilmiştir. Seçilen kayıtlar her biri yedi adet deprem kaydından oluşan iki gruba ayrılmıştır. İlk grupta yer alan kayıtlar YE içermeyen, ikinci grupta yer alan kayıtlar ise YE içerenler arasından seçilmiştir. Gruplarda yer alan kayıtları üreten depremlerin moment büyüklükleri Mw=6,5 ile Mw=7,6 arasında değişmekte, ayrıca kaydın alındığı noktanın depremin odak noktasına olan mesafesi R, 20 km’den daha yakın olmaktadır.
Seçilen kayıtlardan YE içermeyen grupta yer alanlar aşağıda verilen Tablo 1’de gösterilmiştir.
Bu gruptaki kayıtlar için odak noktası ile kayıt noktası arasındaki R mesafesi 2,1 km ile 15,3 km aralığında, kayıtları üreten depremlerin moment büyüklükleri (Mw) ise 6,5 ve 7,6 arasında, en büyük yer ivmesi (PGA) değerleri 0,22 g ile 0,85 g arasında, en büyük yer hızı (PGV) 29,8 cm/sn ile 121,2 cm/sn arasında, en büyük yer deplasmanı 6,4 cm ile 95,0 cm arasında değişmektedir. Tablo 2’de verilen YE içeren kayıtlar için R mesafesi 2,1 km ile 10,9 km arasında, deprem moment büyüklükleri ise diğer gruptakine benzer olarak 6,5 ile 7,6 arasında, PGA değerleri 0,22 g ile 0,84 g arasında, PGV değerleri 40,8 cm/sn ile 97,8 cm/sn, PGD değerleri ise 14,0 cm ile 56,60 cm arasında değişmektedir.
Tablo 1. YE içermeyen kayıt grubu
Deprem İstasyon Bileşen Zemin
Sınıfı
PGA (g)
PGV (cm/s)
PGD (cm)
ImperialValley (IV-ECA2) El Centro A#2 140 D 0,31 31,5 14,3
Loma Prieta (LP-C) Carrolitas 0 C 0,64 55,1 10,8
Kocaeli (K-İ) İzmit 090 B 0,22 29,8 17,1
Loma Prieta (LP-GGC) Gilroy Gav.Coll 067 C 0,38 28,6 6,4
Imperial Valley (IV-BA) Brawley Air. 315 D 0,22 38,9 13,5
Tabas-Iran (TI-T) Tabas TR B 0,85 121,2 95,0
Düzce (D-B) Bolu 0 D 0,73 56,4 23,1
5 Tablo 2. YE içeren kayıt grubu
Deprem İstasyon Bileşen Zemin
Sınıfı
PGA (g)
PGV (cm/s)
PGD (cm)
Northridge (N-NWPC) Newhall WPC 46 D 0,45 92,8 56,60
Loma Prieta (LP-SWVC) SaratogaW Val.C 0 C 0,25 42,4 19,50
Kocaeli (K-G) Gebze 0 B 0,24 50,3 42,80
ImperialValley (IV-HPO) Holtville Post Off 315 C 0,22 49,8 31,90
Imperial Valley (IV-ECD) El Centro Dif. 360 D 0,48 40,8 14,00
Tabas-Iran (TI-T) Tabas LN B 0,84 97,8 36,92
Düzce (D-D) Düzce 270 D 0,53 83,5 51,60
Gerçekleştirilen Analizler ve Elde Edilen Veriler
Oluşturulan yapı analitik modeli üzerinde, seçilen deprem kayıtları kullanılarak zaman tanın alanında doğrusal olmayan tek doğrultulu analiz gerçekleştirilmiştir. Bu analizde doğrusal olmayan malzeme ve geometri değişimleri dikkate alınarak kesit hasarlarının kesit uç bölgelerindeki mafsallarda biriktiği kabul edilmiş ve deprem yüklemesi yapının uzun kenarına dik doğrultuda yapılmıştır. Analizde Newmark sayısal integrasyon yöntemi yaklaşımına göre hesap yapılmış, yapı kritik sönüm oranı ise 0,05 olarak kabul edilmiştir. Analizler sonucunda bina etkin modları ile bina düğüm noktalarında oluşan deplasmanlar (U) ve dönmeler (R) elde edilmiştir. Analizlerde kütle katılım oranının yönetmeliklerde verilen koşulları sağladığı görülmüştür.
T1 (U,R) T2 (U,R)
Şekil 4. Bina T1 ve T2 mod şekilleri
YE içeren ve içermeyen kayıtlar ile yapılan analizlerden elde edilen yapı tepkisinin her bir kattaki değişimini görebilmek amacıyla her bir kayıt için Kesme Kuvveti (V), Eğilme Momenti (M) ve Göreceli Kat Ötelemesi () değerlerinin kat seviyesi ile değişimi grafikleri elde edilmiştir. Her kayıt için oluşturulan eğrilerin ortalaması alınarak elde edilen o gruba ait ortalama değerler de ayrıca gösterilmiştir.
Aşağıda sunulan Tablo 4’de, YE içermeyen kayıt grubunda yer alan depremlerin kullanıldığı analizlerden elde edilen maksimum kesme kuvveti, moment ve göreceli kat ötelemesi değerleri verilmiştir.
6 Tablo 4. YE içermeyen kayıt grubu analiz sonuçları
YE içermeyen kayıtlar Vmax
kNx103
Mmax
kNm x103
max
10-3
ImperialValley (IV-ECA2) 137,72 949,38 6,29
Loma Prieta (LP-C) 149,94 769,61 5,40
Kocaeli (K-İ) 99,79 695,42 4,52
Loma Prieta (LP-GGC) 93,65 604,51 4,05
Imperial Valley (IV-BA) 88,47 611,04 4,28
Tabas-Iran (TI-T) 72,21 462,97 4,25
Düzce (D-B) 264,22 1.642,91 7,53
ORTALAMA 129,43 819,41 5,19
Tablo 4’de görüldüğü üzere YE içermeyen grupta en düşük maksimum kesme kuvveti Imperial Valley depreminin Brawley Air. istasyonundan alınmış IV-BA kaydında meydana gelmiş ve bu kayıttaki maksimum kesme kuvveti değeri Vmax=88,47 kNx103 olarak oluşmuştur. En büyük maksimum kesme kuvveti ise Düzce depreminin Bolu istasyonundan kaydedilen D-B kaydından 264,22 kNx103 olarak elde edilmiştir. Bu gruptaki en düşük maksimum eğilme momenti Loma Prieta depreminin Gilroy Gav. Coll. istasyonundan alınmış LP-GGC kaydından 604,51 kNm x103, en büyük maksimum eğilme momenti ise Düzce depreminin Bolu istasyonundan kaydedilen D-B kaydından 1.642,91 kNmx103 olarak elde edilmiştir. Gruptaki en düşük maksimum göreceli kat ötelemesi Loma Prieta depreminin Gilroy Gav. Coll. istasyonundan alınmış LP-GGC kaydından 4,05x10-3, en büyük maksimum göreceli kat ötelemesi ise Düzce depreminin Bolu istasyonundan kaydedilen D-B kaydından 7,53x10-3 olarak elde edilmiştir.
Şekil 5’de YE içermeyen grupta yer alan deprem kayıtlarından elde edilen kat seviyesi - kesme kuvveti, eğilme momenti ve göreceli kat ötelemesi değişimi eğrileri verilmiştir. Şekillerde açık renkli gösterilen eğriler grupta yer alan yedi adet depremin her birinin sonuçlarını, koyu renkli eğri ise grubun ortalamasını ifade etmektedir. Şekil 5(a)’da verilen kat seviyesi - kesme kuvveti değişimi eğrilerine göre grupta verilen kayıtlardan en küçük Vmax oluşturanı B zemin sınıfından kaydedilen, PGA değeri 0,85g, moment büyüklüğü Mw=7,5, PGV değeri 121,2 cm/sn olan Tabas-İran (TI-T) kaydıdır. Bu kayıtta Vmax değeri 72,21 x 103 kN olarak gerçekleşmiştir. TI-T kaydında oluşan Vmin ise 10,09 x 103 kN olmuştur. Grupta en büyük kesme kuvveti D zemin sınıfından kaydedilen ve PGV değeri 56,4 cm/sn olan Düzce depreminin Bolu istasyonundan alınmış olan (D-B) kaydıdır. Bu kayıtta oluşan Vmax değeri 264,22 x 103 kN olarak gerçekleşmiştir. D-B kaydında oluşan Vmin ise 29,15 x 103 kN olmuştur. Şekil 5(b)’de verilen eğilme momenti değişimi eğrilerinden grupta yer alan kayıtlardan en küçük Mmax meydana getireninin TI-T kaydı olduğu ve bu kayıtta oluşan Mmax değerinin 462,97 x 103 kNm olarak gerçekleştiği anlaşılmaktadır. Aynı kayıtta oluşan Mmin ise 55,18 x 103 kNm olmuştur.
Grupta en büyük eğilme momenti D-B kaydında oluşmuş ve oluşan Mmax 1.642,91 x 103 kNm olarak gerçekleşmiştir. D-B kaydında oluşan Mmin ise 135,08 x 103 kNm olmuştur. Şekil 5(c)’de verilen göreceli kat ötelemesi kat seviyesi değişimi eğrilerinden grupta en küçük max değerinin Loma Prieta depreminin Gilroy Gavilan Coll istasyonundan alınan (LP-GGC) kaydında max=4,05 x 10-3 olarak oluştuğu anlaşılmaktadır. LP-GGC kaydında oluşan min değeri ise 0,87 x 10-3 olarak gerçekleşmiştir.
Gruptaki en büyük max, D-B kaydında oluşmuş ve D-B kaydında 7,53 x 10-3 olarak oluşmuştur. D-B kaydında oluşan min değeri ise 2,42 x 10-3 olarak gerçekleşmiştir.
7
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
0 100 200 300 400
Kat Seviyesi
Kesme Kuvveti, V (103x kN) (a)
Analiz Sonuçları Ortalama
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
0 500 1,000 1,500 2,000 Moment, M (103x kNm)
(b)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0
Göreceli Kat Ötelemesi, x10-3 (c)
Şekil 5. YE içermeyen kayıt grubu Kat Seviyesi (a) Kesme Kuvveti; (b) Moment; (c) Göreceli Kat Ötelemesi değişimleri
Aşağıda verilen Tablo 5’de, YE içeren grupta yer alan depremlerin kullanıldığı analizlerden elde edilen maksimum kesme kuvveti, moment ve göreceli kat ötelemesi değerleri gösterilmiştir. Buna göre grupta en düşük maksimum kesme kuvveti Kocaeli depreminin Gebze istasyonundan alınmış K-G kaydında meydana gelmiş ve bu kayıttaki maksimum kesme kuvveti değeri Vmax=85,08 kNx103 olarak oluşmuştur. En büyük maksimum kesme kuvveti ise Northridge depreminin Newhall WPC istasyonundan kaydedilen N-NWPC kaydından 303,86 kNx103 olarak elde edilmiştir. Bu gruptaki en düşük maksimum eğilme momenti K-G kaydından 563,42 kNm x103, en büyük maksimum eğilme momenti ise N-NWPC kaydından 2.267,89 kNmx103 olarak elde edilmiştir. Gruptaki en düşük maksimum göreceli kat ötelemesi K-G kaydından 4,12x10-3, en büyük maksimum göreceli kat ötelemesi ise N-NWPC kaydından 14,17x10-3 olarak elde edilmiştir.
Şekil 6’de YE içeren grupta yer alan deprem kayıtlarından elde edilen kat seviyesi - kesme kuvveti, eğilme momenti ve göreceli kat ötelemesi değişimi eğrileri verilmiştir. Şekil 6(a)’da verilen kat seviyesi - kesme kuvveti değişimi eğrilerine göre grupta yer alan kayıtlardan en küçük Vmax
oluşturanı C zemin sınıfından kaydedilen ve PGA değeri 0,24g, moment büyüklüğü Mw=7,5, PGV değeri 50,3 cm/sn olan Kocaeli depreminin Gebze istasyonundan elde edilmiş (K-G) kaydıdır.
8 Tablo 5. YE içeren grubu kayıtları analiz sonuçları
YE içeren kayıtlar Vmax
kNx103
Mmax
kNm x103
max
10-3
Northridge (N-NWPC) 303,86 2.267,89 14,17
Loma Prieta (LP-SWVC) 162,75 1.202,35 7,70
Kocaeli (K-G) 85,08 563,42 6,50
ImperialValley (IV-HPO) 122,50 830,24 4,12
Imperial Valley (IV-ECD) 188,90 1.288,29 7,46
Tabas-Iran (TI-T) 272,54 1.806,58 10,28
Düzce (D-D) 222,54 1.547,89 8,02
ORTALAMA 194,02 1.358,09 8,32
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
0 100 200 300 400
Kat Seviyesi
Kesme Kuvveti, V (103x kN) (a)
Analiz Sonuçları Ortalama
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
0 1,000 2,000 3,000
Moment, M (103x kNm) (b)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
0.0 5.0 10.0 15.0
Göreceli Kat Ötelemesi, x10-3 (c)
Şekil 6. YE içeren kayıt grubu Kat Seviyesi, (a) Kesme Kuvveti; (b) Moment; (c) Göreceli Kat Ötelemesi değişimleri
9
K-G kaydından elde edilen Vmax değeri 85,08x103 kN olarak gerçekleşmiştir. K-G kaydında oluşan Vmin değeri ise 8,91x103 kN olmuştur. Grupta oluşan en büyük Vmax ise D zemin sınıfından kaydedilen ve PGA değeri 0,45g, PGV değeri 92,8 cm/sn olan Northridge depreminin Newhall WPC istasyonundan (N-NWPC) alınmış kayıtta meydana gelmiştir. Bahsedilen N-NWPC kaydında oluşan Vmax değeri 303,86x103 kN olarak gerçekleşmiştir. Bu kayıtta oluşan Vmin değeri ise 22,53x103 kN olarak elde edilmiştir. Şekil 6(b)’de verilen eğilme momenti eğrilerine göre grupta yer alan kayıtlardan en küçük Mmax değerini oluşturanı K-G kaydı olmuş ve kayıtta Mmax değeri 563,42x103 kNm olarak gerçekleşmiştir. Bu kayıttan elde edilen Mmin değeri ise 41,38x103 kNm olmuştur. Bu grupta en büyük Mmax değeri N-NWPC kaydında 2.267,89 x 103 kNm olarak gerçekleşmiştir. Bu kayıttaki Mmin değeri ise 139,00x103 kNm olarak elde edilmiştir. Şekil 6(c)’de verilen göreceli kat ötelemesi eğrilerine göre grupta yer alan kayıtlardan en küçük max değerini oluşturanı Imperial Valley depreminin Hostville Post Office kaydı olmuş ve kayıtta max değeri 4,12x10-3 olarak gerçekleşmiştir. Bu kayıttan elde edilen min değeri ise 1,22x10-3 olarak gerçekleşmiştir. Gruptaki en büyük max, N-NWPC kaydında 14,17x10-3 olarak gerçekleşmiştir. N-NWPC kaydında oluşan min değeri ise 3,15x10-3 olarak elde edilmiştir.
VERİLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ
Deprem yönetmeliklerinde (TDY, 2007 ve ASCE, 2005) zaman tanım alanında analiz için çoğunlukla yedi ve üzerindeki sayıda deprem kaydının ortalamasının alınması ile kontrol edilecek yapı parametresine ulaşılması istenmektedir. Bu bölümde her grup için elde edilen ortalama kesme kuvveti, eğilme moment ve göreceli kat ötelenmesi, kat seviyesi eğrileri birbirleri kıyaslanarak tartışılmıştır.
Şekil 7’de bu kıyaslamaya ilişkin eğriler verilmiştir. Şekil 7(a)’da verilen kat seviyesi, kesme kuvveti değişimlerinin kıyaslandığı grafikte yer alan açık renkli eğri YE içermeyen kayıt grubunun, koyu renkli eğri ise YE içeren kayıt grubunun ortalamasını göstermektedir. Burada verilen YE içeren kayıt grubu ortalama en büyük kesme kuvveti değeri (Vmax) yapının en alt katında 128,96x103 kN olarak gerçekleşmiştir. Bu eğrideki minimum kesme kuvveti değeri (Vmin) ise yapının en üst katında 16,35x103 kN olarak elde edilmiştir. YE içeren kayıt grubunun ortalaması olarak elde edilen eğride ise Vmax yapının en alt katında 194,02x103 kN olmuştur. Bu eğride elde edilen Vmin ise yine yapının en üst katında oluşmuş ve 17,29x103 kN değerini almıştır. Şekil 7(b)’da verilen kat seviyesi, eğilme momenti değişimlerinin kıyaslandığı grafiğe göre YE içermeyen kayıt grubu için ortalama Mmax yapının en alt katında 819,40x103 kNm, Mmin ise yapının en üst katında 79,43x103 kNm olarak elde edilmiştir. YE içeren grubunun ortalaması olarak elde edilen eğride ise Mmax yine en alt katta 1.358,10x103 kNm, Mmin ise en üst katta 91,63x103 kNm olarak gerçekleşmiştir. Şekil 7(c)’de verilen kat seviyesi, göreceli kat ötelemesi kıyaslandığı grafiğe göre YE içermeyen grup için ortalama max yapının 18. katında 5,14x10-3, min ise yapının en alt katında 1,20x10-3 olarak elde edilmiştir. YE içeren grubun ortalaması olarak elde edilen eğride ise max yine yapının 17. katında 8,24x10-3, min yapının en alt katında 2,04x10-3 olarak gerçekleşmiştir.
Kıyaslamaya ilişkin olarak sunulan grafiklerden PGV artışı ile birlikte elde edilen iç kuvvet ve göreceli kat ötelemelerinin arttığı görülmekle birlikte, artışın ne düzeyde olduğu ortaya konamamaktadır. Bu sebeple iki grubun sayısal olarak kıyaslamasına ilişkin grafikler oluşturulmuş ve oluşturulan grafikler Şekil 8’de verilmiştir. Şekil 8(a)’da YE içermeyen gruptan elde edilen kesme kuvvetlerinin YE içeren gruptan elde edilenlerle kıyaslandığı eğri verilmiştir. Buna göre YE içeren gruptan elde edilen kesme kuvveti yapının 7. katında YE içeren gruptan elde edilenlere göre %74 daha büyük olmuş ve bu değer kesme kuvvetleri arasında oluşan maksimum fark olmuştur. Şekil 8(b)’de verilen moment eğrisine göre YE içeren gruptaki moment değerleri yapının 3. katında %75 oranında daha büyük olmuştur.
10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
0 100 200 300
Kat Seviyesi
Kesme Kuvveti, V(103x kN) (a)
YE içermeyen kayıtlar YE içeren kayıtlar
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
0 500 1,000 1,500
Moment, M (103x kNm) (b)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 Göreceli Kat Ötelemesi, x10-3
(c)
Şekil 7. YE içeriği değişen kayıt gruplarının (a) Kesme Kuvveti; (b) Moment; (c) Göreceli Kat Ötelemesi açından kıyaslanması
Şekil 8(c)’deki göreceli kat ötelemesi eğrisine göre YE içeren gruptan elde edilen değerler arasındaki fark yapının 7. katında en büyük değerini almış ve bu katta YE içeren grupta oluşan göreceli kat ötelemeleri YE içeren gruba göre %91 daha büyük olmuştur.
0 5 10 15 20 25
0 20 40 60 80 100
Kat Seviyesi
YE içeriğine göre Vfark (%) (a )
YE İçeren Kayıtlar
0 5 10 15 20 25
0 20 40 60 80 100
YE içeriğine göre Mfark(%) (b)
0 5 10 15 20 25
0 20 40 60 80 100
YE içeriğine göre fark(%) (c)
Şekil 8. YE içeriği değişen kayıt grupları (a) Kesme Kuvveti; (b) Moment; (c) Göreceli Kat Ötelemesi değişimlerinin oransal olarak kıyaslanması
11 SONUÇLAR
Deprem kaydı yönelim etkisi içeriğinin yüksek yapılara etkisinin incelenmesi hedeflenen bu çalışmada yönelim etkisi içeren ve içermeyen iki farklı kayıt grubu oluşturulmuştur. Oluşturulan bu gruplarda yer alan kayıtlar kullanılarak betonarme yüksek bir yapının zaman tanım alanından doğrusal olmayan analizleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan analizler çerçevesinde, iki grup analizden elde edilen sonuçlar kıyaslandığında, yönelim etkisi içeren gruptan elde edilen kesme kuvvetlerinin, yönelim etkisi içermeyenlere göre %74’ü, kat eğilme momentlerinin %75’i, göreceli kat ötelemelerinin ise %91’i aşan oranlarda daha yüksek gerçekleştiği belirlenmiştir.
Yönelim etkisi içeriğine göre oluşturulan deprem kayıtlarından elde edilen kesme kuvveti, eğilme moment ve göreceli kat ötelemesi sonuçları bir arada değerlendirildiğinde kaydın yönelim etkisi içermesi durumunda, içermeyenlere göre yapıda oluşan iç kuvvetler ile ötelenmelerin kayda değer oranlarda arttığı görülmektedir. Bu sebeple yüksek yapıların zaman tanım alanında doğrusal olmayan dinamik analizinde kullanılacak deprem kayıtlarının yönelim etkisi içerecek şekilde seçilmesi önem arz etmektedir.
KAYNAKLAR
Anderson JC, Bertero VV, Uncertainties in establishing design earthquakes, Journal of Structural Engineering (ASCE), 1987, 113(8), 1709-1724.
Applied Technology Council (ATC), Tentative Provisions for the Development of Seismic Regulations for Buildings, ATC-06, Redwood City, California, 1978.
ASCE, American Society of Civil Engineers, Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures, Standard ASCE/SEI 7-05, Reston, VA. 2005.
Bommer JJ and Acevedo AB, The Use of Real Earthquake Accelerograms as Input to Dynamic Analysis, Journal of Earthquake Engineering, 2004, 8(1), 43-92.
Celep Z, Kumbasar N, Yapı Dinamiği ve Deprem Mühendisliğine Giriş, Sema Matbaacılık, İstanbul, 1996.
Engin S, Yakın Saha Kaynaklı Deprem Kayıtlarının Yüksek Yapıların Davranışına Etkisi, Doktora Tezi, Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2014.
Günay MS, An Equivalent Linearization Procedure for Seismic Response Prediction of MDOF Systems, PhD Thesis, Department of Civil Engineering, Middle East Technical University, 2008.
Günay MS, Sucuoğlu H, An improvement to linear-elastic procedures for seismic performance assessment, Earthquake and Structural Dynamics, 2010, 39, 907–931.
Mander JB, Priestley MJN and Park R, Observed stress-strain behaviour confined concrete, Journal of Structural Engineering (ASCE), 1988, 114(8), 1827-1849.
Mander JB, Priestley MJN and Park R, Theoretical Stress-Strain Model for Confined Concrete, Journal of Structural Engineering (ASCE), 1998, 114, 1804-1826.
Mavroeidis GP, Modeling and Simulation of Near-Fault Strong Ground Motions for Earthquake Engineering Applications, PhD Thesis, Department of Civil, Structural and Environmental Engineering, State University of New York at Buffalo, 2004.
Metin A, Inelastic Deformation Demands on Moment-Resisting Frame Structures, PhD Thesis, Department of Civil Engineering, Middle East Technical University, 2006.
Pacific Earthquake Engineering Research Center Strong Motion Database, http://peer.berkeley.edu/smcat/
Türk Deprem Yönetmeliği (TDY), Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Ankara, 2007.
XTRACT v3.0.8 Section Analysis Program (2013), Educational Version, Imbsen Software Systems, CA.
