Bitişik binalarda çarpışma davranışının sayısal yöntemler ve sarsma tablası deneyleriyle incelenmesi
Investigation of pounding behavior of adjacent buildings using numerical methods and shake table experiments
Yazar: ÇAĞLA ŞEKERCİ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ERDEM DAMCI
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Yerleşimin yoğun olduğu kentlerde bitişik olarak inşa edilen bina türü yapılarda deprem etkisinde, aralarında yeterli deprem derzi olmadığı durumlarda yapıların çarpışması ile ek kesit tesirleri oluşmaktadır. Bu tür yapıların analizinde ve imalatında bu etkiler dikkate alınmamakta ve yeterli deprem derzi bırakılmadığı takdirde yapılar birbirlerine büyük hasarlar verebilmekte ve hatta yıkımlara neden olabilmektedir. Bu tür etkilerin analizlerle incelenebilmesi için literatürde çarpışma modelleri önerilmiştir. Yay ve sönüm elemanlarından oluşan çarpışma modellerinde parametre değerlerinin seçimi büyük önem arz etmektedir. Bu amaçla, çalışma kapsamında farklı yapı modelleri ve yerleşim kombinasyonları dikkate alınarak harmonik ve deprem etkisi altında yapıların tamamen bitişik olduğu, yetersiz deprem derzi ve yeterli deprem derzi olduğu durumlar incelenmiştir. Sayısal çarpışma analizi için yay ve sönüm elemanından oluşan Kelvin-Voigt Modeli kullanılmıştır. Kelvin-Voigt modelinin en önemli parametreleri olan yay rijitliği (ks) ve restitüsyon çarpanına (r) göre hesaplanan sönüm incelenmiş, harmonik uyarım ve deprem etkisi altında deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma için, farklı yay rijitlikleri ve restitüsyon çarpanları kullanılarak çok sayıda sayısal simülasyon gerçekleştirilmiştir. Çalışmada iki farklı örnek sunulmuştur. İlki 3 katlı iki adet kayma çerçevesinin bitişik ve ayrık olarak konumlandırıldığı durum, ikincisinde ise 1, 2 ve 3 katlı kayma çerçeveleri ile 3'er adet modelin farklı kombinasyonlarla bitişik, ayrık ve yetersiz deprem derzi ile konumlandırıldığı durum sunulmuştur. Çalışma-1 için, restitüsyon çarpanı 0.2 veya 0.4 alındığında ve yay rijitliğinin kayma rijitliğine oranı (ks/k) 1 veya 5 olduğunda, sayısal analizlerin deprem simülasyonlarında uyumlu sonuçlar alındığı görülmüştür. Deprem etkisi altında Çalışma 2 için kat adetleri eşit olan modellerin oluşturduğu kombinasyonlarda bitişik durumda yay rijitliği 0.5k ve k iken, boşluğun 3 mm olduğu durumda yay rijitliği k, 5k ve az da olsa 0.5k ve 10k olarak belirlenmiştir. Diğer kombinasyonlar için farklılık göstermekle birlikte yay rijitliği 100k'ya kadar çıkmaktadır. Restitüsyon çarpanı incelendiğinde ise r = 0.6-0.8 olduğu durumlarda analiz sonuçlarında iyi bir uyum olduğu görülmüştür. Bu çalışma özelinde, modeller arasında yetersiz deprem derzi olduğu durumlarda ortaya çıkan çarpışma kuvvetleri, modellerin bitişik olduğu durumlara göre 6 katına varan artışlar sergilemektedir.

Abstract:
In highly populated cities, when buildings are closely positioned and lack sufficient seismic gaps between them, additional cross-sectional effects can occur during earthquakes. These effects, caused by the collision of adjacent buildings, are often not considered during the analysis and construction of such structures. When seismic gaps are inadequate, these buildings can cause significant damage to each other and even lead to destruction. In order to analyze such effects, pounding models have been proposed in scientific literature. It is crucial to determine the parameter values of these models, which consist of spring and damping elements. This study considers different building models to investigate the effects of adjacent, insufficient seismic gaps and separate positioning combinations under harmonic excitation and earthquake effects. The study uses the Kelvin-Voigt Model, which comprises spring and damping elements, for numerical pounding analysis. The critical parameters of the Kelvin Voigt model spring stiffness (ks) and damping calculated according to the restitution factor (r) are analyzed and compared with experimental results under harmonic excitation and earthquake effects. For comparison, several numerical simulations with different spring stiffnesses and restitution factors are performed. The study presents two different examples. The first example involves two 3-story shear frames positioned adjacent and separately, while the second involves combinations of 1, 2, and 3-story shear frames positioned for adjacent, separate, and insufficient seismic gaps. In Study 1, the numerical analyses show compatibility with earthquake simulations when the restitution factor is set at 0.2 or 0.4 and the ratio of spring stiffness to shear stiffness (ks/k) is 1 or 5. In Study 2, when comparing models with an equal number of stories under earthquake effect, the spring stiffness in the adjacent scenario is determined as 0.5k and k. In cases where there is a gap of 3 mm, the spring stiffness is determined as k, 5k, and, to a lesser extent, 0.5k and 10k. Although it varies for other combinations, the spring stiffness increases to 100k. When the restitution factor is examined, it is seen that there is a good agreement in the analysis results when r = 0.6-0.8. In the specific case of this study, when there is an insufficient earthquake joint between the models, the resulting pounding forces increase by up to 6 times more than when the models are adjacent.