Türkiye için yeni bir yer hareketi tahmin denklemi geliştirilmesi
Development of a new ground motion prediction equation for Turkey
Yazar: SERRA TINBIR KOLAŞİN
Danışman: DOÇ. DR. ALİ SARI
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Deprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Deprem Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering
Dizin: AFAD = Disaster and Emergency Management Directorate ; Afet bölgeleri = Disaster areas ; Afet yönetmelikleri = Disaster regulations ; Afetler = Disasters ; Deprem mühendisliği = Earthquake engineering ; Kocaeli depremi = Kocaeli earthquake ; Marmara depremi = Marmara earthquake ; Tahmin modelleri = Estimation models

Özet:
Türkiye'nin en aktif tektonik kuşağı olan Kuzey Anadolu Fay Hattı için yeni bir yer hareketi tahmin modeli, seçilen ulusal ve uluslararası veri tabanlarından elde edilen deprem ivme kayıtları ve istasyon bilgileriyle iki aşamalı regresyon analizi yöntemi uygulanarak hazırlanmış ve bu çalışmada sunulmuştur. Bir bölgede yapısal tasarım için kullanılan deprem kuvvetleri, o bölgede oluşabilecek en büyük yer ivmesi ve ilgili sahanın sunduğu tepkiyle doğrudan ilişkilidir. Bahsedilen değerler PGA, PGV, PGD ve spektral ivmeler gibi yer hareketi parametreleridir ve yer hareketi tahmin modelleri aracılığıyla olasılıksal sismik tehlike analizi yapılarak belirlenmektedirler. Hem dünya çapında hem Türkiye'ye özgü geliştirilen yer hareketi tahmin modellerinde kullanılan temel model parametrelerinden Mw, RJB, VS30 ve fay tipleri kullanılarak tahmin denklemi sunulmuştur. Seçilen ulusal ve uluslararası veri tabanlarından elde edilen toplam 1703 yer hareketi kaydı, her bir istasyondan alınan yatay yer hareketi bileşenlerinin geometrik ortalaması hesaplanarak kullanılmıştır. Tahmin denklem formu ve saha koşullarının tarif edildiği zemin modeli çalışmaya uygun bulunan geçmiş çalışmalar temel alınarak genel tahmin denklemi hazırlanmış ve katsayıları belirlenmiştir. Her bir deprem olayı için olay içi ve olaylar arası değişkenliklerin incelenebilmesi adına iki aşamalı regresyon analizi yapılmıştır. İlk aşamada kaynak-saha mesafelerine bağlı olarak en küçük kareler yöntemi ile mesafeye bağlı terimlere ait katsayılar ve olay terimleri belirlenmiştir. İkinci aşamada ise mesafe terimleri ilk aşamada belirlenen katsayılarla sabitlenip olay terimleri de ilgili olaylara dağıtıldıktan sonra, magnitüd ve fay terimlerinin katsayıları yine en küçük kareler yöntemi ile belirlenmiştir. Zemin koşulları ise katsayıları belirlenen ana denklem aracılığıyla hesaplanan PGA referans değeri kullanılarak ayrıca belirlenmiştir. Ana denklemin ve zemin koşullarının doğal logaritmaları toplanarak araştırılan yer hareketi parametresinin doğal logaritma değerlerine ulaşılabilir. Sunulan tahmin modeli, yönetmelikte sunulan zemin sınıfı sınır VS30 değerlerine göre hesaplanıp mevcut verilerin ilgili zemin sınıflarına göre dağılımı yapıldığında verilerle uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Geçmiş çalışmalarla karşılaştırıldığında ise hazırlanan veri setinde Türkiye'den alınan verilerin özellikle yakın sahalarda yüksek PGA değerlerine sahip olması nedeniyle genellikle yüksek tahminler yapma eğiliminde olan model, özellikle yüksek magnitüd değerleri için geçmiş çalışmalarla oldukça yüksek bir uyuma sahiptir. Sunulan modelin Kuzey Anadolu Fay Hattı depremleri için, Mw=5.0-8.0 ve R=0-200 km aralığındaki PGA değerlerinin belirlenmesi amacıyla kullanılması tavsiye edilmektedir. Gelecek çalışmalarda veri tabanının genişletilmesi, VS30 değeri bilinen istasyonlarca kaydedilen ivme kayıtlarının artması ve yakın saha etkilerinin modele etkisinin tespit edilebilmesi tahmin modelinin geliştirilmesi adına faydalı olacaktır.

Abstract:
A new ground motion prediction model for the North Anatolian Fault Line, which is the most active tectonic belt of Turkey, was prepared by applying two-stage regression analysis method with earthquake acceleration records and station information obtained from selected national and international databases and presented in this study. The seismic forces used for structural design in a region are directly related to the maximum ground acceleration that may occur in that region and the response of the relevant site. The mentioned values are ground motion parameters such as PGA, PGV, PGD and spectral accelerations and are determined by performing probabilistic seismic hazard analysis through ground motion prediction models. The estimation equation is presented by using Mw, RJB, VS30 and fault types, which are the basic model parameters used in ground motion prediction models developed both worldwide and specifically for Turkey. A total of 1703 ground motion records obtained from selected national and international databases were used by calculating the geometric mean of the horizontal ground motion components taken from each station. The general estimation equation was prepared and its coefficients were determined on the basis of previous studies that were found suitable for the study, in which the estimation equation form and the ground model in which the field conditions were described. For each earthquake event, two-stage regression analysis was performed in order to examine the intra-event and inter-event variability. In the first stage, the coefficients and event terms of the distance-dependent terms were determined by the least squares method depending on the source-site distances. In the second stage, after the distance terms were fixed with the coefficients determined in the first stage and the event terms were distributed to the related events, the coefficients of the magnitude and fault terms were again determined by the least squares method. Soil conditions were also determined by using the PGA reference value, the coefficients of which were determined through the main equation. By summing the natural logarithms of the main equation and soil conditions, the natural logarithm values of the investigated ground motion parameter can be obtained. When the estimation model presented is calculated according to the soil class limit VS30 values presented in the regulation and the distribution of the existing data according to the relevant soil classes, results compatible with the data were obtained. Compared to the previous studies, the model, which tends to make high estimations due to the high PGA values of the data taken from Turkey in the prepared data set, especially in the nearby fields, has a very high agreement with the previous studies, especially for high magnitude values. It is recommended to use the presented model for the North Anatolian Fault Line earthquakes to determine PGA values in the range of Mw=5.0-8.0 and R=0-200 km. In future studies, expanding the database, increasing the acceleration records recorded by stations with VS30 value, and detecting the effect of near field effects on the model will be beneficial for the development of the prediction model.