Zemin yapı etkileşiminin yapısal davranış parametreleri üzerine etkisi
Soil structure interaction effects on structural behavior parameters
Yazar: MÜBERRA ESER AYDEMİR
Danışman: PROF. İBRAHİM EKİZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Deprem davranışı = Earthquake behavior ; Deprem mühendisliği = Earthquake engineering ; Dinamik analiz = Dynamic analysis ; Dinamik etkileşim = Dynamic interaction ; Zemin = Soil ; Zemin özellikleri = Soil properties

Özet:
Bu çalışmada, zemin ile yapı arasındaki dinamik etkileşimin, bir serbestlik dereceli ve çok serbestlik dereceli sistemlerin deprem davranışı üzerindeki etkilerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Farklı zemin sınıflarında kaydedilmiş 64 deprem kaydı kullanılarak yapılan analizler, zemin yapı etkileşiminin dikkate alındığı ve alınmadığı durumlar için tekrarlanmıştır. Zemin yapı etkileşiminin, yapısal davranış parametreleri üzerine etkilerinin incelendiği bu çalışma altı bölümden oluşmaktadır.Birinci bölümde, konu ve konuyla ilgili yaklaşık ve gerçekçi yöntemler tanıtılmış ve daha sonra çalışmanın amacı ve kapsamı açıklanmıştır.İkinci bölümde öncelikle zemin yapı dinamik etkileşiminin ilk adımı olan saha davranış analizi ayrıntılı bir şekilde açıklanmış ve örnek bir inceleme bölgesi için analizler yapılmıştır.Üçüncü bölümde, çözümlemelerde kullanılan deprem kayıtları ve genel özellikleri hakkında bilgi verilmiştir. Ayrıca, incelenen yapısal davranış parametreleri anlatılmış ve bu parametrelerle ilgili literatürde yer alan çalışmalara değinilmiştir.Dördüncü bölümde, periyotları (T) 0.1-3.0 s ile süneklik istemleri (µ) 2-6 arasında değişen bir serbestlik dereceli sistemler (BSD), zemin yapı etkileşiminin göz önüne alındığı ve alınmadığı durumlar için, doğrusal olmayan zaman tanım alanında çözümlemeye tabi tutulmuştur. Çözümlemeler, hazırlanan bir bilgisayar programı yardımıyla yapılmıştır. Zemin yapı etkileşiminin göz önüne alındığı durumlarda, narinlik oranının (h/r) 1-5 arasındaki değerleri için çözümler tekrarlanmıştır. Çözümlemeler sonucunda bulunan sonuçlar istatistiksel değerlendirmeye tabi tutularak, zemin yapı etkileşiminin göz önüne alındığı durumdaki deprem yükü azaltma katsayısı ve elastik olmayan yerdeğiştirme oranlarının tahmini için yeni bağıntılar türetilmiştir.Beşinci bölümde ise, çok serbestlik dereceli sistemleri (ÇSD) temsil eden ve çeşitli narinlik oranlarına sahip örnek betonarme düzlem çerçeveler tanıtılmış ve etkileşimin dikkate alındığı ve alınmadığı durumlar için artımsal dinamik analiz yöntemi ile çözümlemeler yapılmıştır. Ayrıca artımsal dinamik analiz yöntemi ve çözümlemelerde kullanılan yapısal analiz programı ile ilgili bilgi verilmiştir. Çözümlemeler sonucunda, çok serbestlik dereceli sistemlere ait yapısal davranış parametreleri (deprem yükü azaltma katsayısı, elastik olmayan yerdeğiştirme oranları gibi) hesaplanarak, zemin yapı etkileşiminin dikkate alındığı ve alınmadığı durumlardaki sonuçlar birbirleriyle karşılaştırılmıştır.Altıncı bölümde ise, bu çalışma kapsamında bulunan sonuçlar özetlenmeye çalışılmış ve gelecek çalışmalar için önerilerde bulunulmuştur.

Abstract:
The current seismic design methodologies assume that soils on which buildings located are composed of non-deforming rigid layers. As a result of this assumption, buildings are considered as fixed-base systems, whereas seismic waves are considered as lateral movements not affected by structural actuality. This assumption is only valid for neglectible levels of soil structure dynamic interaction. However, in case of effective soil structure interaction, soil affects structural response, for example, soil beneath the structure changes earthquake motion of bedrock. Dynamic properties of structures such as, structural period or vibration modes undergo variations due to motion of soil. Besides, vibration energy of structure is absorbed because of damping in soil and non-returning wave propagation and different settlements can occur in structural system.Current seismic provisions allow the seismic design of building structures to be based on static or dynamic analyses of damped, elastic models of the structure. The seismic base shear force is prescribed in terms of elastic design base shear obtained from elastic design spectra divided by strength reduction factor. In seismic codes, strength reduction factors are given based on structural system and structural material not considering soil structure interaction. But, it is necessary to consider soil structure interaction phenomenon for strength reduction factors depending on soil structure interaction is effective in both inelastic and elastic structural behavior. Also, effects on inelastic displacement ratio which is defined as the ratio of peak inelastic displacement to peak elastic displacement for a system with same damping ratio and period of vibration should be investigated.This study, focusing on soil structure interaction effects on structural response parameters is composed of six chapters. In first chapter, the subject and realistic and approximate methods related to subject are introduced and the object of the thesis is explained. In second chapter, site response analysis is conducted for an investigation area as the first step of soil structure interaction analysis. In third chapter, single-degree of freedom (SDOF) systems with period range of 0.1-3.0 s and five levels of ductility (µ = 2, 3, 4, 5, 6) with elastoplastic behavior are analyzed in time domain for 64 earthquake ground motions with the aid of an in-house computer program. Based on analyses results, two new equations are proposed for strength reduction factor and inelastic displacement ratio of interacting case. In fourth chapter, some sample plane RC frames with varying number of storeys to represent multi-degree of freedom (MDOF) systems are designed and detailed according to Turkish Seismic Design Code (2007) and incremental dynamic analysis are performed. Within the results of analyses, structural parameters such as strength reduction factors, inelastic displacement ratios are calculated and compared to eachother for cases with and without soil structure interaction. In the last chapter, the conclusions of the study are summarized.