Yığma ve dolgu duvar boşluklarının duvar ve bina davranışına etkisinin sayısal ve operasyonel modal analiz ile incelenmesi
Investigation of the effect of openings in masonry and infill walls on behaviors of walls and buildings by using numerical and operational modal analysis
Yazar: BURAK TOYDEMİR
Danışman: PROF. DR. ALİ KOÇAK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Tarihi olarak en eski yapı elemanlarında bir tanesi olan duvarların yük altında davranışlarının belirlenmesi kompozit yapısı nedeni ile karmaşık bir görevdir. Duvarların yatay yükler altındaki davranışlarının tanımlanması adına bir çok çalışma yapılmış ve farklı yaklaşımlar ortaya konulmuştur. Duvarların yatay yükler altındaki davranışına etki eden faktörler sıralanırken, duvarı oluşturan yığma birim ve harcın mekanik özellikleri, duvar boyutları gibi özelliklerin yanı sıra davranışı etkileyen en önemli kısımlardan bir tanesi de duvar üzerinde mimari gereksinimlerden dolayı ortaya çıkan boşluklardır. Yapılan çalışmanın amacı yığma ve betonarme duvarlarda bulunan mimari gereksinimlerden bırakılan boşlukların duvarların yatay davranışındaki etkisinin incelenerek duvarlarda oluşan rijitlik kayıplarının hesaplanması için sayısal yöntemler geliştirmektir.
Tezin ilk aşamasında yığma yapıların tarihi, kullanım alanları, kullanılan yığma birim ve harç türleri ile modelleme teknikleri incelenmiştir. Deneysel veriler ışığında boşluksuz duvarlara ait detaylı mikro modellemeler ve makro modellemeler tamamlanmıştır. Deneysel veriler ile uyumlu sonuç veren modeller üzerinde mimari olarak uygulamalarda en çok karşılaşılan farklı boşluk oranlarına sahip simetrik, asimetrik ve kapı boşlukları yerleştirilerek sonlu eleman analizi yapılmıştır. Sayısal analizler sonucu gerek taşıyıcı sistem olarak kullanılan yığma duvarlar için gerekse betonarme taşıyıcı sistemler içerisinde kullanılan dolgu duvarlar için modelleme çalışmalarında kullanılabilecek matematiksel bağıntılar geliştirilmiştir.
Son aşamada ise tezde yapılan saha çalışmalarında, yapı dinamik parametrelerinin belirlenmesi, yapı sağlığı ve hasar kontrolü gibi farklı kullanım alanları olan Operasyonel Modal Analiz yöntemi, yığma ve betonarme binalar üzerinde kullanılarak yapıların dinamik parametreleri elde edilmiştir. Çalışma yapılan binaların sonlu eleman modellemeleri sabit elastisite modülü ve tez çalışmasında geliştirilen sayısal bağıntılar ile elde edilen indirgenmiş elastisite modülü atamaları yapılarak tamamlanmıştır. Modellenen binaların sayısal ve Operasyonel Modal Analiz ile hesaplanan dinamik parametreleri karşılaştırılarak tez çalışmasının ana amacını oluşturan duvar boşluklarından dolayı rijitlik kaybının hesabında kullanılan bağıntıların deneysel çalışmalar ile yakınsaması irdelenmiştir.

Abstract:
The determination of the lateral behavior of the masonry which is the one of the oldest construction elements in the world, is an extremely hard task due to complex composite compound. There have been many research to identify the lateral behavior of the masonry walls and many different approached have been presented. While defining the properties that affect the lateral behavior of the masonry walls, the openings, which are necessity due to architectural concerns, are one of the most important ones in addition to the dimensions of the walls, mechanical properties of the masonry unit and mortar. The main purpose of this research is to investigate the effect of openings on lateral behavior of masonry and infill walls and purpose analytical methods to define the lateral stifness loss bases on those openings.
In the first part of the thesis, the history of the masonry, the area of usage, masonry unit and mortar types and modeling techniques have been investigated. Detailed micro modeling and macro modeling of an experimental specimen have been completed based on the experimental lateral loading results. The calibrated micro models have been used to determine the lateral behavior of the walls with openings by creating symmetrical, asymmetrical, and door openings. The numerical analyses have been competed on the walls with various selected opening types that have been widely used in masonry structures and infill walls. The mathematical equations have been developed based on the numerical results for both masonry walls and infill walls. 
Operational Modal Analysis is a widely used technique to analyze dynamic parameters, seismic response, structural health, and damage evolution. In the field research, Operational Modal Analysis have been used to determine the dynamic parameters of investigated buildings and modal characteristics of the buildings have been extracted. The finite element models of the buildings have been completed and the buildings have been analyzed by assigning constant modulus of elasticity and degraded modulus of elasticity calculated by presented formulations. Finally, the convergence of the formulations which are the main purpose of the research have been analyzed based comparisons on dynamic properties of the buildings that have been evaluated by Operational Modal Analysis and numerical finite element models.