Yer tepkisinin üç boyutlu sonlu eleman yöntemiyle belirlenmesi
Determination of the site effect by 3D finite element method
Yazar: AYHAN DOĞAN
Danışman: PROF. DR. ÜNAL DİKMEN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Jeofizik Mühendisliği = Geophysics Engineering

Özet:
Deprem gibi kuvvetli yer hareketleri sonucu oluşacak yer dinamik davranışının belirlenmesi, mühendislik yapıları ve insan yaşamı için oldukça önemli fakat karmaşık bir işlemdir. Birçok çalışmada bilgisayar kapasitesinin yetersiz olması ve çözüm süresinin uzunluğu, model üretmedeki güçlükler ve kullanılan yazılımlardaki zorluklar gibi nedenlerle 1-boyutlu (1-B) veya 2-boyutlu (2-B) analiz yapılmakta 3.boyut (3-B) etkisi ihmal edilmektedir. Topoğrafik farklılıkların fazla olduğu bölgeler, derin havzalar, 3-B heterojen ve anizotrop ortamlar ile alüvyon gibi pekişmemiş birimlerde 3-B etkisi ihmal edilemeyecek düzeydedir. Bu çalışmada yer tepkisinin belirlenmesi amacıyla 3-B sonlu eleman modeli oluşturabilen ve Rayleigh sönüm yaklaşımı kullanarak dinamik analiz yapabilen bir yazılım (SiteEffect3D) Matlab programlama diliyle geliştirilmiş ve 3-B etkisi araştırılmıştır. SiteEffect3D yazılımı ile Quad4M programı kullanılarak farklı sentetik modellerle dinamik analizler karşılaştırmalı olarak gerçekleştirilmiştir. Çalışmada 2-B ve 3-B dinamik analiz sonuçları incelenmiş ve 3-B dinamik analiz yapılmasının önemli olduğu durumlar ortaya konulmuştur.
Bu çalışmada Marmara bölgesinde seçilen çalışma alanı için literatürdeki yayınlardan ve raporlardan elde edilen veriler ile sayısal yükseklik modeli verileri birlikte kullanılarak yeni 3-B sonlu eleman modeli üretilmiştir. Bu model üzerinde 17 Ağustos 1999 Marmara depremi ivme kayıtları kullanılarak SiteEffect3D programı test edilmiştir. Ölçülen ve hesaplanan ivmeler ile bunlardan elde edilen spektral verilerle yapılan değerlendirmeler sonucunda SiteEffect3D programının başarılı sonuçlar ürettiği görülmüştür. SiteEffect3D programı 3-B sonlu eleman modeli oluşturma, giriş ivmesinin istenilen şekilde verilebilmesi, laboratuvar deney sonuçları gerektirmemesi gibi özellikleriyle çalışmalarda araştırma zamanını azaltmakta, araştırma kapasitesini ve çeşitliliğini artırmaktadır. Literatüre kazandırılan 3-boyutlu arazi modeli ve SiteEffect3D programıyla bundan sonra yapılacak çalışmalara da zemin hazırlanmıştır.

Abstract:
Determining the ground dynamic behavior that will occur as a result of strong ground movements such as earthquakes is a very important but complex process for engineering structures and human life. In many studies, 1-dimensional (1-D) or 2-dimensional (2-D) dynamic analysis is performed due to insufficient computer capacity, long solution time, difficulties in producing models and difficulties in the software used. 3-D dynamic analysis should be performed in regions with high topographical differences, deep basins, unconsolidated units such as alluvium, 3-D heterogeneous and anisotropic environments. In this study, a software (SiteEffect3D) was developed to create a 3-D finite element model and perform dynamic analysis using the Rayleigh damping approach with the Matlab programming language in order to determine the site effect and the 3-D effect. Dynamic analyzes were performed comparatively with different synthetic models using SiteEffect3D software and Quad4M. In the study, the results of 2-D and 3-D dynamic analysis were examined and the importance of 3-D dynamic analysis were revealed.
Marmara region was selected as the study area. A new 3-D finite element model was produced by using the data obtained from the literature and reports together with the digital elevation model data. SiteEffect3D program was tested on this model by using the 17 August 1999 Marmara earthquake acceleration records. When the measured and calculated accelerations and spectral data were compared as a result of the evaluations, it was seen that the SiteEffect3D program produced successful results. SiteEffect3D program reduces research time in studies, increases research capacity and diversity with its features such as creating a 3-D finite element model, providing the input acceleration as desired and not requiring laboratory test results. With this study, 3-D terrain model and SiteEffect3D software was developed for future studies.