Zemin-yapı etkileşimi dikkate alınarak kutu menfezlerin deprem davranışının incelenmesi
Investigation of earthquake behavior of box culverts considering soil-structure interaction
Yazar: KAŞİF FURKAN ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. TUFAN ÇAKIR
Gümüşhane Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Elastoplastik zeminler = Elastoplastic soils ; Kobe depremi = Kobe earthquake ; Kocaeli depremi = Kocaeli earthquake ; Yol inşaatı = Road construction

Özet:
Literatürde zemin-yapı etkileşimi dikkate alınarak kısmen veya tamamen gömülü kutu menfez yapılarının deprem davranışının değerlendirilmesi üzerine oldukça sınırlı sayıda çalışma görülmektedir. Bu çalışmanın temel amacı literatürde dolgu ve temel zemini etkileşimlerini dikkate alabilen yaklaşımları kullanarak zemin-kutu menfez etkileşim sistemlerinin çözümü için sayısal ve analitik modeller önermek ve bu modellerin kullanılabilirliğini göstermektir. Ayrıca farklı deprem yer hareketleri ve zemin özellikleri dikkate alınarak gerçekleştirilecek parametrik analizler yardımıyla kutu menfezlerin dinamik tepkileri üzerinde zemin-yapı etkileşiminin, deprem frekans içeriğinin, menfez duvarı kalınlığının ve dolgu-menfez ara yüzey davranışının etkileri ile menfez kanat duvarının dinamik tepkileri üzerinde zemin-yapı etkileşiminin ve deprem frekans içeriğinin etkilerini araştırmak amaçlanmaktadır.
Belirtilen amaçlar doğrultusunda gerçekleştirilen bu tez çalışması kapsamında zemin-menfez etkileşimini dikkate alabilen üç boyutlu sonlu eleman modelleri ve alt sistem yaklaşımına dayalı analitik modeller önerilmiştir. Önerilen modellerde etkileşim sisteminin mod frekansları farklı zemin koşulları için modal analiz tekniği kullanılarak elde edilmiş ve karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Sayısal modellerin etkinliği gösterildikten sonra bu modeller aracılığıyla farklı zemin koşulları ve deprem kayıtları dikkate alınarak zaman ortamında ayrıntılı dinamik çözümlemeler gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar önerilen sayısal ve analitik modellerin zemin-menfez etkileşim problemlerinin çözümünde kullanılabileceğini ve kutu menfez dinamik davranışının zemin-yapı etkileşimi, deprem frekans içeriği, ara yüzey varsayımı ve menfez duvarı kalınlık değişimi gibi etmenlerden önemli ölçüde etkilenebileceğini ortaya koymaktadır.

Abstract:
There are very limited studies on the evaluation of the earthquake behavior of partially or fully buried box culvert structures considering soil-structure interaction in the literature. The main purpose of this study is to propose numerical and analytical models for the analysis of soil-box culvert interaction systems by using the approaches that can consider the backfill and subsoil interactions in literature, and to demonstrate the usability of these models. Furthermore, it is aimed to investigate the effects of soil-structure interaction, earthquake frequency content, culvert wall thickness and backfill-culvert interface behavior on the dynamic responses of the box culverts through parametric analyses to be carried out by considering different earthquake ground motions and soil properties. It is also aimed to investigate the effects of soil-structure interaction and earthquake frequency content on the dynamic responses of the culvert wing wall.
In line with the purposes stated, three-dimensional finite element models that can take into account the soil-culvert interaction and analytical models based on the substructure approach have been proposed within the scope of this thesis. In the recommended models, the mode frequencies of the interaction system were obtained using modal analysis technique for different soil conditions, and were presented comparatively. After showing the effectiveness of numerical models, the detailed dynamic analyses were performed in the time domain through these models considering different soil conditions and earthquake records. The obtained results reveal that the proposed numerical and analytical models can be used in the analysis of soil-culvert interaction problems. They also show that the dynamic behavior of the box culvert can be significantly affected by the factors such as soil-structure interaction, earthquake frequency content, interface assumption and culvert wall thickness variation.